что значит цифровая камера
Зеркальные фотоаппараты против беззеркальных: что лучше?
Содержание
Содержание
Фотоаппараты со сменной оптикой все больше завоевывают рынок. Что это за зверь, и стоит ли менять свою старую добрую «зеркалку» на новую технику?
Появление зеркального фотоаппарата — это вполне закономерное развитие технологий в попытке облегчить жизнь фотографам. Если взглянуть на фотокамеры далекого прошлого, то можно увидеть как огромные камеры большого формата, так и среднеформатные двухобъективные фотоаппараты. Они пытались решить проблему визирования разными способами, пока их не потеснили компактные однообъективные зеркальные фотоаппараты, и это стало огромным прорывом в развитии фототехники. При создании первых цифровых фотоаппаратов производители по сути просто заменили пленку на цифровой задник.
Зеркальные фотоаппараты
В зеркальном фотоаппарате видоискатель основан на зеркале, которое расположено за объективом под углом 45°. Визироваться — выстраивать границы кадра — можно, глядя в видоискатель. Но задача зеркала — не только визирование, но и фокусировка. Часть светового потока зеркало отражает на датчики фокусировки, благодаря чему и работает фазовый автофокус в зеркальных камерах.
При съемке зеркало поднимается с характерным шлепком, который также может давать небольшую вибрацию, хотя обычно она не сказывается на итоговом кадре. Для исключения влияния вибрации при подъеме зеркала во многих камерах предусмотрена специальная функция — предподъем зеркала.
Важно помнить, что зеркало — это механический элемент, и чем выше скорострельность камеры, тем большим нагрузкам оно подвергается. Поломка зеркала — одна из причин выхода из строя зеркальных камер, но случается это только на больших пробегах.
Плюсы
Стоимость. Стоимость системы (камера + объективы) может оказаться ниже, чем стоимость беззеркальной системы. За долгие годы производства зеркалок все существующие технологии отбили затраты на разработку, а, значит, меньше издержки. Огромное количество объективов, в том числе еще с пленочных времен, также значительно снижают цену системы.
Высокая скорость автофокусировки. Фазовый метод автофокусировки позволяет практически моментально определить направление и величину сдвига блока линз для фокусировки на заданную область.
Минусы
Плавающее качество объективов. Большое количество объективов просто перекочевало на цифровые зеркалки с пленочных времен. Но требования к качеству объективов для цифровых матриц выше, чем для пленки. Есть множество нюансов, из-за которых качество картинки подобных объективов может не удовлетворять требовательных клиентов.
Точность фокусировки. Фазовый автофокус не может похвастаться стабильной и высокой точностью. Любому зеркальщику известны такие понятия, как фронт-фокус и бэк-фокус. Причем подобные проблемы могут проявляться только на отдельных объективах, а с остальными камера работает нормально. Некоторые современные зеркалки способны вводить индивидуальные поправки для определенных объективов, устраняя этот недостаток. Кроме того, при использовании сверхсветосильных объективов вы неизбежно столкнетесь с высоким процентом брака фокусировки как раз из-за низкой точности автофокуса.
Отсутствие современных функций. Производители зеркальных фотоаппаратов неохотно внедряют новые технологии и функции в свою продукцию, а некоторые опции не могут реализованы в принципе. Например, фокусировка по лицу или глазам невозможна при использовании фазового автофокуса. Да, можно включить режим «live view», и в этом случае фокусировка по лицу доступна, но ее скорость для комфортной съемки слишком низкая.
Также можно привести в пример электронный затвор, который появился в последних моделях зеркальных камер, например, в Nikon D850. Но его использование также несет ограничения и дискомфорт — задержки в съемке и невозможность использовать его со вспышками. В то время как беззеркальные камеры, например, Olympus OM-D E-M10 MarkIII, подобными недостатками не обладают.
Ограниченное количество датчиков фокусировки. Кроме этого, существуют еще и разные типы датчиков/групп датчиков фокусировки. А, значит, вы не сможете выбрать нужную вам область для фокусировки, и придётся перестраивать кадр. Это занимает время, иногда драгоценное. Пока вы настраиваетесь, объекта съемки может уже запросто выйти из области резкости. Например, модель среднего ценового сегмента Canon EOS 800D оснащена 49 точками фокусировки, причем разной чувствительности.
Беззеркальные камеры
Беззеркальные камеры, как не сложно догадаться, это цифровые фотоаппараты, у которых блок с зеркалом был удален. А функции, которые раньше возлагались на зеркало, теперь выполняют другие элементы. Так, например, визирование осуществляется либо по дисплею камеры, либо с использованием цифрового видоискателя, информация на который подается напрямую с матрицы.
Изначально фокусировка в беззеркальных камерах производилась исключительно контрастным методом, который в большинстве моделей до сих пор остается единственным возможным. Он основан на анализе картинки, получаемой с матрицы, и поиске контрастного изображения. Так полностью уходят ошибки системы автофокусировки наподобие бэк-фокуса и фронт-фокуса.
Но развитие технологий позволило встроить датчики фазовой фокусировки в матрицу фотоаппарата, и мы получили новый вид фокусировки — гибридная. Подобная система применяется в фотоаппаратах FujiFilm X-T30, Sony Alpha ILCE-7M3K.
При гибридной фокусировке фазовые датчики быстро ориентируют направление движения блока линз, а финишная точная наводка на зону фокусировки производится контрастным методом. Тем самым мы получаем плюсы от каждого из способов и практически полностью устраняем минусы каждого из них. Справедливости ради стоит отметь, что некоторые современные зеркалки также оснащены гибридным методом фокусировки.
Новые объективы
Практически все производители беззеркалок оснастили свои системы новым байонетом, попутно уменьшив рабочий отрезок оптики. С одной стороны, возросло качество объективов, разрабатываемых без оглядки на пленочное прошлое, а уменьшение рабочего отрезка позволило создать более компактные экземпляры. Но при этом весь парк оптики создается с нуля, а, значит, разнообразие доступных объективов намного ниже. На цифру можно навесить объектив от зеркальной системы через соответствующий переходник, но вот практически все плюсы беззеркальных систем в части скорости и компактности тут же теряются.
Справедливости ради, нужно отметить, что производители фототехники, вышедшие на беззеркальный рынок раньше остальных, все-таки уже успели выпустить немало разнообразных объективов на любой вкус.
Плюсы
Фокусировка. Зоной фокусировки может сталь любая область кадра, также можно изменять размер, объединять несколько зон вместе и многое другое. А гибридный метод все это делает еще и быстро. Тут же и все прелести продвинутых функций фокусировки — автоматическое определение лиц и глаз, интеллектуальный выбор объектов для фокусировки.
Современные опции
В беззеркалках больше возможностей построения кадра с нестандартными ракурсами. В зеркалках вы привязаны к видоискателю, и сделать кадр от земли или с верхнего ракурса хоть и возможно, но трудно. Беззеркалки с откидными экранами в этом плане дают значительно больше свободы действий. А если сюда добавить комфортную съемку с управлением через Wi-Fi, то даже в привычных сценариях съемки можно делать новые и интересные кадры. Примеры подобных камер: Panasonic Lumix DMC- G80, FujiFilm X-T30. Да, и среди зеркалок есть камеры с откидными экранами, но фокусировка в режиме LiveView в этом случае будет некомфортной.
Если съемка таймлапса не является чем-то необычным и была доступна в том числе и на зеркалках, то функции вроде LiveComposite в камерах Olympus являются эксклюзивными. Она незаменима при съемке фризлайта, треков звезд и много другого. Также стоит отметить съемку в высоком разрешении, которая значительно повышает детализацию кадра. Она основана на съемке нескольких кадров со смещением матрицы и последующей склейке в один кадр. Подобная опция появилась, например, в Olympus OM-D E-M5 MarkII и Sony Alpha a7R IV.
Фокус-брекетинг (автоматическое смещение точки фокусировки) и фокус-стекинг (автоматическое склеивание итогового кадра из множества кадров после фокус-брекетинга) значительно облегчают предметную съемку и макро.
Габариты
Беззеркальные камеры намного легче и компактнее своих оппонентов. В части объективов, конечно, не все так просто, но даже тут сравнение будет в пользу беззеркальных систем.
Минусы
Стоимость. Если рассматривать стоимость новых объективов, то тут примерный паритет, но при этом качество сопоставимых объективов у беззеркальных камер выше. Но, как мы уже говорили, объективы для зеркалок выпускаются давно, есть большой рынок б/у техники, и зеркальная система может стоить намного ниже, чем цифровая.
Скорость автофокуса в сложных условиях у камер первых поколений оставляет желать лучшего. Зачастую ими бывает проблематично снять быстро двигающиеся объекты. Но развитие технологий и увеличение производительности процессоров камер свели данный минус практически на нет, и актуальные модели беззеркальных камер обладают высокой скоростью автофокуса.
Выводы
Беззеркальные камеры идут на смену любительским зеркалкам и уже завоевали значительную часть рынка. В профессиональном сегменте не все так однозначно — тут позиции зеркалок сильны, а оппоненты только-только начинают выпускать цифру, ориентированную на профессионалов: Olympus E-M1x, Sony Alpha A9, Fujifilm X-H1.
Что выбрать — решать только вам. На стороне зеркалок будет огромный штат объективов, что в среднем позволяет сэкономить на покупке всей системы. Но беззеркальные камеры способны предоставить высокое качество картинки и продвинутые программные функции, которые сильно упрощают процесс съемки и сокращают время на получение идеального кадра. Также не стоит забывать о габаритах и весе камер. Причем в данном случае меньше не всегда лучше — придите в магазин и подержите камеру в руках, проверьте, удобно ли вам нажимать кнопки и изменять настройки. Например, обладателям больших кистей маленькие цифровые камеры могут оказаться неудобны.
Анатомия цифрового фотоаппарата
Как кажется на первый взгляд, между цифровым и пленочным фотоаппаратами почти нет различий. И там и там вы нацеливаете объектив на предмет, нажимаете на кнопку затвора и получаете изображение, которое позднее превратится в фотографию. Но на самом деле технология цифрового фотоаппарата намного более изощрена и сложна по сравнению с пленочным.
Если пленочные фотоаппараты дорабатывались и совершенствовались более 160 лет, то цифровые технологии съемки находятся в младенческом возрасте: в лабораторных условиях они используются около 20 лет, а на потребительском рынке цифровые фотоаппараты появились только 7-8 лет назад. Конечно, скорость развития технологии за этот период просто потрясает, но предела пока что не достигнуто, и цифровые технологии съемки будут развиваться в направлениях повышения качества изображения, производительности и удобства управления. В цифровых фотоаппаратах до сих пор остается много острых углов, которые еще требуется отшлифовать.
Сейчас состояние цифровой технологии съемки можно сравнить с другой технологией XX века: автомобилями. Мы только что научились хромировать кузов, изготовлять двигатель и подключать фары. Говоря другими словами, цифровые технологии доказали свое право на жизнь, основы уже явно выделены, и нас ожидает относительно скучный этап дальнейшей эволюции.
Но, хотя нас и ждет скорее экстенсивное, нежели интенсивное, развитие, эта отрасль все же приковывает к себе пристальное внимание. Большинство обозревателей и экспертов предсказывают, что цифровая фотография станет в очень короткое время такой же обыденной вещью как общественный транспорт, скоростные магистрали и другие современные чудеса.
До сих пор главной целью цифрового фотоаппарата была замена пленочного фотоаппарата. Но, как фильмы превзошли театральные постановки, по возможностям цифровой фотоаппарат сейчас значительно обгоняет свой пленочный аналог. Сегодня его предполагаемое использование уже не сводится только к получению статических изображений, фотоаппарат стал визуальным средством связи. За минуту (или даже за нескольких секунд) после съемки фотограф может распечатать изображение, использовать его на презентации, поместить в Интернет или передать по модему (в том числе и беспроводному).
В конечном счете, будет увеличиваться функциональность самого фотоаппарата, так что все показанные возможности будут доступны даже без компьютера. Уже сейчас камеры оснащаются беспроводным инфракрасным интерфейсом для прямого подключения к принтерам, сотовым телефонам и беспроводным сетям. Например, цифровой фотоаппарат HP PhotoSmart 912 может по нажатию клавиши передать выбранные изображения на фотопринтер HP или на подобные фотоаппараты по инфракрасной связи.
Прямая закачка на FTP, просмотр веб-страниц и даже больше
Планируемая к скорому выпуску модель Ricoh RDC i700 способна автоматически закачивать изображения по протоколу FTP через встроенный модем. Для этого фотоаппарат оснащен подобным PDA интерфейсом управления с электронным пером. Таким образом, пользователь сможет передать как статические изображения, так и видеоролики, текст и звук используя заранее подготовленный HTML шаблон.
Кроме того, i700 поддерживает периферию стандарта Type II, например, дополнительный модем, сетевую или ATA карту. В i700 даже интегрирован собственный веб-браузер. Точно также Polaroid PDC-640M содержит встроенный 56,6k модем для подключения по телефонной линии и прямой закачки фотографий на фотосайт Polaroid.
 |
| Разработка цифрового фотоаппарата |
В этом году несколько производителей анонсировали недорогие цифровые фотоаппараты (например, Kodak mc3 и Samsung Digimax 35MP), совмещенные с MP3 проигрывателями. Многие современные модели могут снимать короткий видеофильм низкого разрешения (включая аудиопоток), который затем можно просмотреть на самом фотоаппарате, на телевизоре или поместить на веб-страницу. Пока что не было объявлено ни одного фотоаппарата с поддержкой Bluetooth или другой современной технологии связи, однако можно наверняка ожидать, что в будущем подобные технологии найдут свое место в цифровых фотоаппаратах.
Безусловно, узкоспециализированные цифровые фотоаппараты (которые могут только снимать изображения) не исчезнут из продажи, но они уже выйдут из сферы интереса потребителей, желающих получить максимальную функциональность за уплаченную цену.
По мере увеличения функциональных возможностей строение цифрового фотоаппарата усложняется: огромное число технологий пытаются впихнуть в такую маленькую коробочку. Сегодня выпускаются крошечные фотоаппараты размером с кредитную карточку или наручные часы (например, Casio WQV1-1CR и SmaL Ultra Pocket), но уже в ближайшем будущем мы увидим устройства размером с брошь или запонку.
В этой статье мы попытаемся разобраться, как работают компоненты цифровой камеры, и что нам даст будущее с точки зрения новых технологий и дизайнов. Но сначала давайте вкратце взглянем на поток данных в цифровой фотографии для лучшего понимания современного состояния технологий.
Основы пленочной фотографии
В обычном пленочном фотоаппарате свет отражается от объекта или сцены и проходит через прозрачные стеклянные или пластиковые линзы, которые фокусируют его на тонком гибком кусочке пластика («пленка»). Пленка покрыта светочувствительным эмульсионным слоем галоида серебра. Попадающий на пленку свет (фотоны) приводит к немедленной химической реакции, которая после химической обработки помогает проявить и закрепить изображение на пленке. Свет различается по цвету и интенсивности, что приводит к практически идентичному дублированию сцены в результате химической реакции.
Единственными регуляторами света в обычном пленочном фотоаппарате являются затвор (металлический или тканевой занавес или пластинки, которые быстро открываются и закрываются для управления временем выдержки/экспозиции сцены на пленке) и диафрагма (отверстие с изменяемым размером, позволяющее управлять количеством проходящего через линзу света). Перед съемкой фотограф устанавливает значение выдержки и размер диафрагмы. Диафрагма обычно устанавливается вручную при вращении ободка на объективе, который в свою очередь механически регулирует лепестки отверстия, пропускающего свет. Конечно, сегодня многие фотоаппараты (как аналоговые, так и цифровые) обладают некоторым интеллектом, позволяющим автоматически выбрать время выдержки и размер диафрагмы.
Но если мы обратимся к истокам, то современная пленочная фотография в любом случае есть разновидность химического и механического процесса, изобретенного в 1830 году Луисом Дагером и Фоксом Талботом.
Основы цифровой фотографии
В цифровых фотоаппаратах процесс получения изображения намного более сложен. Но, как и в пленочной технологии, принципы и основы будут неизменны в ближайшие годы, независимо от масштаба роста технологий.
 |
| Цифровой фотоаппарат Minolta изнутри |
В цифровых фотоаппаратах также используется линза, но вместо фокусирования изображения на пленку, свет попадает на светочувствительные ячейки полупроводникового чипа, называемого сенсором (image sensor). Сенсор реагирует на получаемые фотоны, что фиксируется фотоаппаратом. Дальше вычислительный блок фотоаппарата анализирует полученную информацию и определяет необходимые значения выдержки и фокуса, цвет (баланс белого), необходимость вспышки и т.д. Потом сенсор захватывает изображение и передает его на чип АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который анализирует аналоговые электрические импульсы и преобразует их в цифровой вид (поток нулей и единичек).
Используя дополнительную вычислительную мощность (цифровые фотоаппараты могут содержать несколько процессоров и других чипов, включая специализированные процессоры и главный процессор), данные проходят дальнейшую обработку с помощью специальных (зависящих от конкретной модели/фирмы) алгоритмов и преобразуются в файл изображения, который уже можно просмотреть. Файл записывается на встроенный или внешний электронный носитель. Далее изображение может быть перенесено на компьютер, выведено на принтер или телевизор. Равно как его можно просмотреть на встроенном в камеру ЖК экране/видоискателе, благодаря чему пользователь может обработать изображение с помощью дополнительных алгоритмов или фильтров, используя встроенный интерфейс (чаще всего работающий через ЖК экран) или просто стереть неудачный снимок и начать все сначала.
На всем протяжении этого многоступенчатого процесса, «интеллект» камеры непрерывно опрашивает операционную систему для немедленной реакции на действия фотографа (которые он производит через многочисленные кнопки, рычаги, регуляторы и ЖК интерфейс). Как видите, цифровой фотоаппарат является сложной системой, где множество данных и инструкций передается по множеству путей. И все это заключено в маленькой легкой коробочке с батарейками, которая умещается в вашей ладони.
Показанный процесс описывает лишь основы получения цифрового изображения. Его детали по-разному реализованы в различных цифровых фотоаппаратах. Давайте более подробно пройдемся по каждому шагу этого процесса в типичной цифровой камере.
Сенсор
Существует несколько причин такого расхождения. Во-первых, при производстве сенсора создаются «темные», дефектные пиксели (создание полностью исправного сенсора практически невозможно при существующих технологиях). Во-вторых, некоторые пиксели используются для других целей, например, для калибровки сигналов сенсора. Свет не попадает на часть пикселей, расположенных по краям. Эти пиксели помогают определить фоновый шум, который затем будет вычитаться из данных остальных пикселей. Также часть сенсора может не учитываться для создания изображения с требуемым форматом кадра (отношение количества точек по горизонтали к количеству точек по вертикали).
Кстати, зависимость размера фотографии от числа пикселей не линейная, а логарифмическая. Переход от 3 MP к 4 MP сенсору увеличивает размер изображения не на 25%, а на меньшее значение. По этой причине даже в новейших цифровых фотоаппаратах с увеличенной концентрацией пикселей на сенсоре размер изображения незначительно отличается от предыдущих моделей, что вряд ли так уж важно для большинства пользователей.
 |
| Ход светового пучка через линзы в фотоаппарате Minolta |
Сейчас все цифровые камеры любительского уровня используют один КМОП или ПЗС сенсор. Некоторые high-end профессиональные аппараты (равно как и многие портативные видеокамеры) используют несколько сенсоров. В них входящий свет разделяется призмой на ряд пучков, каждый из которых попадает на свой сенсор. Такая технология позволяет предотвратить наложение цветов (когда границы красного, синего и зеленого цвета сдвинуты на изображении). Однако подобные камеры требуют более аккуратного процесса изготовления, а по причине наличия призмы они более массивны и менее выносливы. Также в них должна использоваться улучшенная оптика, так что общая цена такой камеры существенно выше.
Что интересно, использование нескольких сенсоров не приводит к линейному росту количества пикселей. В большинстве фотоаппаратов (равно как и в многосенсорных видеокамерах) используется три отдельных КПОМ/ПЗС сенсора для красного, зеленого и синего цвета. Каждый из них получает 1/3 цветовой информации. Таким образом, при использовании трех 3 MP сенсоров они будут работать как один 3 MP сенсор. Однако зачастую в цифровых фотоаппаратах механизм использования информации, полученной от сенсоров, отличается. Фактически он зависит от модели и от производителя.
В некоторых трех-сенсорных фотоаппаратах каждый сенсор захватывает 1/3 от разрешения полного изображения, а затем происходит интерполяция. Другие камеры используют какую-либо комбинацию главных цветов на каждом сенсоре и задействуют сложные алгоритмы для получения изображения. Например, теперь уже не выпускающаяся Minolta RD-175 была оснащена тремя ПЗС сенсорами, два из которых были зелеными, а третий был красно-синим. (Такое удвоение зеленого сенсора напоминает технологию Bayer Pattern, о которой будет рассказано ниже). Каждый из сенсоров RD-175 содержал меньше 1 MP, но благодаря дальнейшему математическому преобразованию получавшееся изображение состояло из 1,7 Мегапикселей.
Во многих цифровых камерах только часть пикселя реагирует на свет, поэтому важно направить как можно больше света на нужную область пикселя (это явление называется коэффициентом заполнения, fill factor). Для этого на сенсорах большинства фотоаппаратов любительского уровня используются микролинзы, располагающиеся непосредственно над каждым пикселем и направляющие фотоны напрямую на светочувствительную область (well). Фотоны преобразуются в электроны с помощью кремниевого фотодиода, располагающегося в верхней части светочувствительной области, а сама область работает как конденсатор, так как обладает возможностью сохранения электрического заряда.
Так как сенсоры по своей сути есть черно-белые устройства, не различающие цвет, в цифровых фотоаппаратах чаще всего используется массив цветных светофильтров (color filter array, CFA), располагающихся между микролинзой и светочувствительной областью пикселя. С помощью светофильтра каждому пикселю присваивается свой цвет. Производители цифровых камер используют различные архитектуры светофильтров, как правило, задействующие комбинацию основных цветов (красного, зеленого и синего) или дополнительных цветов (голубой, пурпурный и желтый). Но в любом случае принцип работы фильтра заключается в пропуске только нужного цвета (с определенной длиной волны). При этом требуется уменьшать проявления цветовых артефактов и избегать взаимного влияния соседних пикселей, в то же время сохраняя правильную цветопередачу. (Ниже мы рассмотрим, как процессор камеры создает изображение из отдельных битов цвета).
Чаще всего массив цветных светофильтров использует технологию Bayer Pattern, при которой красные, зеленые и синие фильтры располагаются в шахматном порядке, причем число зеленых фильтров в два раза больше чем красных или голубых. Это связано с тем, что человеческий глаз более чувствителен к свету с длиной волны в зеленом диапазоне, чем к синему или красному диапазонам. Соответственно удвоение числа зеленых пикселей должно обеспечивать лучшее восприятие яркости и более естественные цвета для человеческого глаза (что очень напоминает соотношение яркостей полного видеосигнала, где яркость (Y) = 0,59G + 0,30R + 0,11B).
Также в результате использования этой технологии получаются более резкие изображения. Проблема соответствия воспринимаемого цвета и фактического цвета решается несколькими способами. Различные производители используют всевозможные цветовые модели и алгоритмы для улучшения цветопередачи цифрового фотоаппарата.
 |
| Процесс получения цифрового изображения с точки зрения Olympus |
Так как для сброса заряда сенсора требуется некоторое время (равно как и для чтения информации и установки параметров), всегда существует некоторая неизбежная задержка между полным нажатием на клавишу затвора и временем съемки изображения. На рядовой любительской цифровой камере эта задержка начинается от 60 миллисекунд (этот промежуток настолько мал, что вы вряд ли его заметите) до 1 секунды.
Использование больших буферов памяти и скоростных процессоров может уменьшить задержку, по этой причине дорогие фотоаппараты снимают быстрее своих дешевых собратьев. Среди самых дорогих профессиональных камер можно выделить новый Nikon DH1 с 128 Мб буфером. Другие камеры типа Kodak DCS 520, 620 и Fuji S1 оснащены 64 Мб буфером. Очень небольшое количество профессиональных и high-end любительских камер оснащено буферами размером 16 Мб или 32 Мб.
Кроме того, ряд сенсоров (особенно КМОП) являются многофункциональными чипами с некоторым встроенным интеллектом, что помогает им уменьшать время, затрачиваемое на передачу и на обработку полученной информации. Подобно любой другой цифровой системе, цифровая камера работает тем быстрее, чем выше ее внутренняя пропускная способность.
Когда сенсор преобразует попавшие на него фотоны в электроны, то он работает с аналоговыми данными. Следующим шагом является снятие сохраненных электрических сигналов из пикселей и дальнейшее их преобразование в электрический ток посредством встроенного выходного усилителя. Ток посылается на внешний или встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
Одним из главных отличий между КМОП и ПЗС сенсорами является то, что в КМОП сенсоре АЦП интегрирован, а при использовании ПЗС сенсора он находится на внешнем чипе. Но по этой же причине КМОП сенсор более зашумлен. АЦП преобразует различные уровни напряжения в двоичные цифровые данные. Цифровые данные подвергаются дальнейшей обработке и организуются в соответствии с битовой глубиной цвета для красного, зеленого и синего каналов, что выражается в интенсивности данного цвета для выбранного пикселя.
Разберемся с терминологией
Битовая глубина может быть определена для каждого из трех каналов (например, 10 бит, 12 бит и т.д.) или для всего спектра, при этом битовые значения каналов умножаются на три (30 бит, 36 бит и т.д.) Однако в мире приняты зачастую нелогичные соглашения по терминологии, поэтому вам придется кое-что просто запомнить. Например, 24-битный цвет (который иногда также называют True Color, так как он первым в цифровом мире приблизился по количеству цветов к уровню восприятия человеческого глаза) отводит по 8 бит на каждый канал.
Но 24-битный цвет никогда не называют 8-битным цветом. Если вы услышите, что кто-то говорит о 8-битном цвете, то он вовсе не имеет в виду 8 бит на канал. Скорее всего, этот человек подразумевает 8 бит на весь спектр, что дает 256 различных цветов (очень ограниченный спектр, кстати). 24-битный же цвет дает возможность отобразить 16,7 млн различных оттенков. Поэтому лучше всего принять 24-битный цвет как разделительную линию: если количество бит в спектре больше 24, то принято называть такую битовую глубину по количеству бит на весь спектр или по количеству бит на канал. Если же количество бит 24 или меньше, то такую битовую глубину лучше называть по количеству бит в полном спектре.
До прошлой осени почти все любительские цифровые фотоаппараты работали с 24-битным цветом (используя 8-битные АЦП). Сейчас уже появились некоторые модели, типа Olympus E-10 и HP PhotoSmart 912, которые могут работать 30 или 36-битным цветом (используя 10 или 12-битные АЦП). Впрочем, некоторые цифровые фотоаппараты, способные снимать с большей глубиной цвета, используют 8-битные АЦП, что приводит к выводу изображения только с 24-битной глубиной. (Небольшое число камер, типа Canon PowerShot G1, могут записывать 36-битное изображение в формате RAW, но этот формат патентован, и он не может быть считан напрямую ни одной программой редактирования изображений. Хотя Photoshop и понимает изображения с глубиной вплоть до 16 бит на канал, его функциональность в таких случаях ограничена. Программное обеспечение для работы с камерой Canon должно сначала преобразовать файл в TIFF, который уже можно будет загрузить в Photoshop. Еще одна неприятная вещь: с такими файлами не будет работать большинство устройств вывода). Возникает закономерный вопрос: зачем нам нужно снимать с такой глубиной цвета, если нам будет очень трудно или даже невозможно использовать такие изображения? Все дело в том, что чем больше битовая глубина цвета, тем больше деталей и градаций оттенков мы получим, особенно это касается затененных и ярко освещенных объектов. Здесь существует интересное решение. Как только камера (или ее программное обеспечение) получит данные, она может проанализировать их и при преобразовании изображения в 24-битное фотоаппарат попытается сохранить правильные цвета на самых критических участках.
Если в камере используется хороший алгоритм, то в результате получится лучшее изображение (по диапазону полутонов и по детализации в ярко освещенных областях и тенях), чем если бы камера изначально получала 24-битное изображение и потом его записывала. Большая глубина цвета (производная от глубины получаемого на сенсоре цвета и АЦП) является одной из характеристик, отличающих профессиональные цифровые камеры от любительских и полу-профессиональных (в дополнение к лучшей оптике и большим возможностям профессиональных устройств). По этой же причине, даже если цифровые фотоаппараты
 |
| Фотография высокого качества, полученная с помощью Fuji S1 |
В первых цифровых фотоаппаратах самым значимым ограничивающим фактором являлось низкое качество и крошечный размер (примерно с горошину) сенсоров. Производители камер пришли к выводу, что в таких устройствах вряд ли имеет смысл использовать высококачественные линзы, так как сенсоры слишком слабы для получения хорошего изображения. Поэтому первые любительские цифровые фотоаппараты использовали дешевые пластиковые линзы с относительно низким оптическим качеством. С другой стороны, современные камеры с 3-Мегапиксельными сенсорами, наконец, достигли качественного уровня пленочных камер, поэтому сейчас требуется подровнять по качеству и остальные механизмы. В настоящее время достаточно много внимания разработчиков приковано к линзам. Продолжается их совершенствование по направлениям увеличения количества пропускаемого света, улучшения цветопередачи, углового разрешения и фокусировки, дабы не пропал ни единый пиксель на сенсоре. Точно также на остальные компоненты цифрового фотоаппарата возлагается задача получения изображений лучшего качества, скорости и эффективности, дабы не отставать от быстрого развития сенсоров.
В недалеком будущем мы, безусловно, будем наблюдать значительные улучшения технологии цифровых фотоаппаратов. Будут продолжать совершенствоваться сенсоры, их плотность будет увеличиваться (первые 5-Мегапиксельные любительские камеры поступили в продажу уже этим летом). На таких сенсорах пиксели будут более плотно упакованы (и более мелки), а форм-фактор сенсоров увеличится. Чем плотнее располагаются пиксели, чем они меньше, тем точнее необходимо доставлять фотоны через систему линз. Тем тщательнее нужно удалять различные шумы, равно как и использовать более эффективные алгоритмы улучшения изображений.
 |
| Схема расположения линз в Olympus Brio D-100 |
По мере роста плотности сенсоров, все остальные детали, скорее всего, будет уменьшаться в размерах, так что сами камеры начнут становиться все более и более миниатюрными. В настоящее время самые маленькие камеры основаны на компромиссном технологическом выборе между функциональностью и размером. Но чипы выполняют все больше функций, технологии совершенствуются, так что вскоре даже самые маленькие фотоаппараты будут предоставлять полный комплекс услуг. Еще одним подходом к миниатюризации является кардинальная перестройка дизайна самой камеры. Например, новый фотоаппарат Olympus Brio D-100 поражает своим необычно тонким корпусом. Для этого разработчикам пришлось позиционировать ПЗС сенсор под углом 90 градусов к объективу с помощью зеркала. Такая простая, хотя и достаточно революционная, идея привела к появлению нескольких принципиально новых дизайнов.
Каждое новое поколение цифровых фотоаппаратов по своему интеллекту будет превосходить предыдущее. Вскоре фотоаппараты перейдут грань поистине многофункциональных устройств, успешно соединяя в себе цифровые видеокамеры, диктофоны, веб-камеры, PDA и сотовые телефоны. Поэтому вскоре мы должны увидеть поистине гениальные решения в области разработки фотоаппаратов и обработки изображений, которые смогут обойти создаваемый шум и другие проблемы, связанные с накоплением такого количества различной электроники в столь маленькой коробочке. Ну и, конечно, цены продолжат свое падение вниз, равно как будет повышаться производительность и качество. Сейчас начинается очень интересное время для цифровых фотографов (а это значит и для всех нас).
Дополнительные материалы: 
Анатомия цифрового фотоаппарата. Часть 2: сенсоры Sony Cyber-shot DSC-P72 Canon PowerShot G3 Casio Exilim ZOOM EX-Z3 Rekam Di 1.3M RoverShot RS-2100