Цифровая фотография

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Цифровой фотоаппарат Canon PowerShot A95

Цифрова́я фотогра́фия — раздел информационных технологий, связанный с получением фотоизображения, хранимого в цифровом формате. Цифровая фотография, в отличие от плёночной, использует электронный сенсор для записи изображения, то есть электрические сигналы вместо химических процессов. В настоящее время цифровая фотография применяется всё шире, продажи цифровых фотоаппаратов в большинстве стран уже превысили продажи плёночных камер. Всё шире технологии получения цифровых изображений применяются и в устройствах, ранее для этого не предназначенных, например, в сотовых телефонах или в MP3-плеерах.

Содержание

1 Сенсоры
2 Многофункциональность
3 Сравнение с плёнкой
4 Параметры цифрового фотоаппарата
- 4.1 Количество пикселей матрицы
5 Форматы файлов
6 Носители данных
7 Цифровые задники
8 Размер матрицы и угол изображения
9 См. также
10 Ссылки
11 Ссылки в тексте

[править] Сенсоры

Сейчас в цифровой фототехнике применяются несколько типов сенсора. По элементрной базе:

ПЗС-матрицы (CCD)
КМОП-матрицы (CMOS)
DX-матрица (гибрид КМОП и ПЗС)

По технологии цветоотделения:

матрицы с фильтром Байера
матрицы Foveon X3

[править] Многофункциональность

Исключая самые дешёвые варианты (веб-камеры) и самые дорогие профессиональные устройства, цифровой фотоаппарат записывает снятые изображения на электро-магнитный носитель, в основном, Flash-карты и мини-диски, хотя ранее выпускались аппараты, использующие для этих целей дискеты и компакт-диски.

Многие цифровые фотоаппараты вместе с фотографиями позволяют записывать видео- и аудиофрагметны. Отдельные устройства можно использовать в качестве веб-камер, многие позволяют подключать их напрямую к принтеру для печати или к телевизору для просмотра фотографий.

[править] Сравнение с плёнкой

[править] Достоинства цифровой фотографии

Оперативный просмотр снятых кадров позволяет быстро понять ошибки и переснять неудавшийся кадр;
Вы платите только за печать готовых фотографий;
Долгое хранение фотографий на электронных носителях (при своевременном копировании на свежие носители в соответствии со сроком службы носителя) не приводит к ухудшению их качества;
Изображения готовы для обработки и тиражирования на компьютере, их не надо сканировать;
Большинство цифровых фотокамер компактнее плёночных аналогов;
Многие цифровые фотоаппараты позволяют проводить съёмку в инфракрасных лучах, используя лишь светофильтр, в то время как для классической фотографии требуется специальная фотоплёнка;
Возможность гибкого управления балансом белого, в то время как цветные фотоплёнки бывают всего двух видов — для дневной съёмки и для съёмки при электрическом освещении.

[править] Достоинства плёночной фотографии

В большинстве любительских плёночных фотоаппаратов применяются широко доступные стандартные батареи питания, в отличие от специализированных аккумуляторов в большинстве цифровых камер (в основном — ради компактности камеры).
Время использования комплекта батарей в плёночной камере намного больше;
Простые механические камеры вообще не требуют электрического питания и могут использоваться в экстремальных условиях;
Фотоплёнка, особенно негативная, имеет намного большую фотошироту, чем цифровые матрицы, что позволяет без потери деталей снимать сюжеты с большим диапазоном яркости;
На очень длинных выдержках при плохой освещённости уровень цифрового шума заметно превышает зернистость плёнки;
Плёночная черно-белая фотография с использованием компенсационных светофильтров более предпочтительна, чем последующая обработка в похожей манере цифровых фотографий благодаря заметно лучшему качеству изображения;
Цифровые камеры пока стоят намного дороже плёночных аналогов;
Перспектива длительного хранения цифровых носителей пока неясна. Фотографии приходится периодически копировать на новые носители.

[править] Равные возможности

Зернистость плёнки имеет свою аналогию в виде цифрового шума. Чем чувствительней плёнка или чем больше эквивалентное число ISO цифрового кадра, тем сильнее уровень шума или зернистость;
Быстродействие современных цифровых фотокамер сравнялось с быстродействием аналогичных плёночных моделей, за исключением времени срабатывания затвора (лага) в моделях, использующих систему контрастного автофокуса (большинство обычных незеркальных моделей);

[править] Сравнение форматов кадра

В большинстве цифровых фотоаппаратов соотношение сторон кадра равно 1,33 (4:3), равное соотношению сторон большинства компьютерных мониторов и телевизоров. В плёночной фотографии используется отношение сторон 1,5 (3:2). Некоторые цифровые фотоаппараты позволяют снимать фотографии с плёночным соотношением сторон, включая большинство цифровых зеркальных аппаратов, в целях обеспечения преемственности и совместимости аксессуаров от плёночных камер.

[править] Заключение

В заключение можно сказать, что сегодня цифровая фотография однозначно более предпочтительна для любителей и большинства профессионалов, исключая фотографов с очень специфическими требованиями, или снимающих на большой и средний формат.

[править] Параметры цифрового фотоаппарата

Качество изображения, даваемого цифровым фотоаппаратом, складывается из многих составляющих, которых намного больше, чем в плёночной фотографии. В их числе:

Качество оптики, в том числе уровень аберраций
Тип матрицы: ПЗС или КМОП
Физический размер матрицы
Качество встроенных алгоритмов обработки, в том числе подавление шума
Количество пикселей матрицы

[править] Количество пикселей матрицы

Количество пикселей матрицы сейчас составляет несколько миллионов и измеряется мегапикселами. Количество мегапикселей матрицы указывается в паспорте фотоаппарата производителем. Хотя зачастую производители лукавят, скрывая способ подсчёта этих данных. Например, для фотоаппаратов, использующих матрицы с фильтром Байера (а это подавляющее большинство современных камер), производитель указывает количество пикселей в готовом файле, хотя в матрице каждая из ячеек воспринимает только одну составляющую цвета, а получение остальных составляющих производится математически на основе данных соседних ячеек. А, например, для фотоаппаратов на основе сенсора Foveon, оно указывается втрое больше, чем реальных, хотя с формальной точки зрения ошибки здесь нет, так как каждая ячейка такой матрицы состоит из трёх слоёв, каждый из которых воспринимает свой цвет. Исходя из вышеизложенного, сравнивать эти две технологии только по количеству мегапикселей некорректно.

[править] Форматы файлов

Большинство современных цифровых фотоаппаратов записывают изображения в следующих форматах:

JPEG — формат, осуществляющий сжатие с потерями информации. Компромисс между качеством и размером файла. Позволяет задать степень сжатия (и качество соответственно). Есть на подавляющем большинстве цифровых камер.
TIFF — формат без сжатия или со сжатием без потерь (LZW компрессия). Как правило, реализуется только в претендующих на профессиональность камерах. В профессиональных зеркальных камерах TIFF почти никогда не используется и даже не реализована его поддержка, поскольку с одной стороны JPEG в максимальном качестве дает удовлетворительное качество, а если необходимо большее, то формат RAW и меньше по объёму, чем TIFF и содержит больше данных. Размер файла (если он без сжатия) легко определить, перемножив разрешение матрицы по вертикали и горизонтали с количеством байт на пиксел. Обычно применяется только, когда невозможно использовать RAW, а JPEG не устраивает из-за потери данных. Формат TIFF может использовать глубину 8 или 16 бит на цвет.
RAW — файл этого формата представляет собой «полуфабрикат» изображения — информацию, считанную с матрицы без обработки (или с минимальной обработкой). Назначение такого формата — дать фотографу возможность полного влияния на процесс съемки изображения с возможностью последующей коррекции параметров съемки (цветовой баланс, экспозиция) и степени необходимых преобразований (коррекция контраста, резкости, насыщенности, подавление шума и т. п.), в т. ч. для исправления ошибок фотографа. В RAW-формата данные содержатся с той точностью и динамическим диапазоном, на который способна матрица камеры, обычно около 12 бит на цвет в линейной шкале. В то время как в форматах TIFF или JPEG чаще всего испольузется 8 бит на цвет в гамма-компенсированой шкале (в JPEG также присутсвуют потери сжатия). Кроме того, данные в TIFF или JPEG хранятся с уже применёнными "внутри камеры" фильтрами (резкости, контраста и др. используемых при съемке). Кроме того, компьютер может сделать необходимые преобразования более точно и качественно, чем процессор камеры. Формат файла RAW специфичен для каждой камеры, может иметь различные расширения (CRW, CR2, NEF и др.), и поддерживается меньшим числом программ для обработки изображений. Для получения изображения из формата RAW, используются специальная программа (RAW-конвертор) или соответствующий плагин, «понимающие» такой формат. Формат RAW, как правило, реализуется в любительских и профессиональных камерах. По размеру файл RAW обычно меньше или равен файлу формата TIFF, размеры файлов различны поскольку используются технологии сжатия без потерь.

К изображениям дописывается дополнительная информация о параметрах съёмки в формате EXIF.

[править] Носители данных

Большинство современных цифровых фотоаппаратов производят запись снятых кадров на Flash-карты следующих форматов:

Secure Digital (SD)
CompactFlash (CF-I или CF-II)
Memory Stick (модификаций PRO, Duo, PRO Duo)
Multimedia Card (MMC)
SmartMedia
xD-Picture Card (xD)

Также возможно подключение большинства камер напрямую к компьютеру, используя стандартные интерфейсы — USB и IEEE 1394 (FireWire). Ранее использовалось и подключение через последовательный COM-порт, однако сейчас оно уже не применяется.

[править] Цифровые задники

Цифровые «задники» (en:Digital camera back(англ.)) применяются для переоборудования плёночных фотоаппаратов (обычно дорогих профессиональных зеркальных камер с наработанным набором сменных объективов). Они представляют собой устройства, содержащие светочувствительную матрицу или подвижный линейный сканер, процессор, память и интерфейс с компьютером. Цифровой задник устанавливают на фотоаппарат вместо кассеты с плёнкой. В некоторых случаях размер матрицы делают меньше размера кадра (например, 12×12 мм вместо 24×36 мм у «задника» Филипс (1990 г.))

Современные (2006 г.) матричные цифровые задники содержат до 39 мегапикселей; переделанные таким образом камеры могут использоваться и как плёночные^[1].

(2007г.) — 416 миллионов RGB-пикселей. ^[2].

[править] Размер матрицы и угол изображения

Сравнение размеров матриц цифровых фотокамер и 35-мм плёнки.

Разметы матриц большинства цифровых фотоаппаратов по размеру меньше стандартного кадра 35-мм плёнки. В связи с этим возникает понятие эквивалентного фокусного расстояния и кроп-фактора.

Эквивалентное фокусное расстояние — это фокусное расстояние такого объектива, использование которого при съёмке на 35-мм фотоплёнку даст такой же угол изображения, что и сравниваемый цифровой фотоаппарат. Соотношение между реальным фокусным расстоянием и эквивалентным называется кроп-фактором.

Учёт кроп-фактора особенно важен при использовании цифровых фотоаппаратов со сменными объективами. Если мы, например, используем объектив с фокусным расстоянием 50 мм с цифровым фотоаппаратом, кроп-фактор которого равен 1,6, то мы получим угол изображения, эквивалентный 80-мм объективу при съёмке на фотоплёнку. Следует отметить, что при установке объективов на цифровые фотоаппараты не происходит увеличения фокусного расстояния, как думают многие. Физически происходит лишь отсечение части кадра, не попадающего на матрицу, то есть меняется именно угол изображения, а не фокусное расстояние. При этом влияние на перспективу изображения остается соответствующим 50 мм объективу. Благодаря этому, кадр, снятый таким цифровым фотоаппаратом через 50 мм объектив не будет полностью эквивалентен кадру, снятому 80 мм объективом на плёнку именно с точки зрения влияния на перспективу. У 80 мм объектива перспектива будет больше «сжата».