Журнал Наука и жизнь, 2000 № 05

Компьютер позволяет редактировать изображение: менять тональность снимка, цветопередачу, контраст; удалять ненужные детали и мелкие дефекты. К простейшим операциям относятся кадрирование и цветокоррекция.

Качество отпечатков, получаемых с помощью цифровых видеокамер, по сравнению с обычными фотографиями ниже. Это различие становится заметным уже при формате отпечатка более 9x12 см. А цифровой фотоаппарат дает изображение, сравнимое по качеству с фотографией, снятой обычным фотоаппаратом.

Принцип работы цифровых фотоаппаратов сходен с принципом работы телевизионных камер. Объектив фотоаппарата проецирует изображение на так называемый прибор зарядовой связи (ПЗС) — пластинку с несколькими сотнями тысяч микроконденсаторов на поверхности. Под действием света каждый конденсатор заряжается. Величина заряда определяется интенсивностью света, его яркостью. Электроника камеры последовательно снимает заряды с каждого конденсатора. Информацию о цвете получают двумя различными способами.

Оптическая схема цифрового фотоаппарата. Изображение, даваемое стандартным объективом 1, сжимается оптической системой 2и делится на три части полупрозрачными зеркалами 3. Три изображения поступают на матрицы ПЗС, закрытые светофильтрами.

Матрица ПЗС (прибор с зарядовой связью) размером 1x1,7 дюйма (2,5x4,25 см) может содержать до 50 миллионов светочувствительных элементов — пикселей.

По первому каждые три рядом расположенных конденсатора закрывают светофильтрами разного цвета. В результате один конденсатор воспринимает красный цвет, второй — зеленый и третий — синий. По второму способу свет делится фильтрами и призмами на три луча: красный, зеленый и синий. Каждый луч попадает на свою матрицу ПЗС.

Качество изображения определяется размерами конденсаторов. Для удобства говорят не о количестве конденсаторов, а о количестве пикселей, образующих изображение. Резкость конечного отпечатка определяют по допустимому размеру точки на изображении. Минимальным размером точки при рассматривании изображения с расстояния 25 см считается 0,2 мм. При больших размерах точки глаз будет различать структуру изображения.

Зная количество пикселей у ПЗС цифрового аппарата, нетрудно рассчитать предельный размер отпечатка, у которого еще не будет видна структура изображения. Положим, мы хотим получить отпечаток размером 9x12 см. Очевидно, ПЗС должно иметь 90:0,2 х 120:0,2 = 450x600, то есть около 300000 пикселей. Такое число пикселей имеют даже самые простые цифровые фотоаппараты. Предел по числу пикселей у аппаратуры, доступной по цене фотолюбителям, приближается к 2 мегапикселям, то есть к 2000000.

Снимок, сделанный камерой с более чем 1 мегапикселем, можно увеличивать до формата примерно 24x30 см, правда, с некоторыми оговорками. Разумеется, при этом говорить о кадрировании снимка не приходится. В традиционной фотографии с негатива размером 24x36 мм можно сделать без потери качества отпечаток с увеличением примерно в 10 раз, то есть 24x36 см, и качество его будет выше. Резким считается отпечаток, имеющий десять линий на миллиметр с пробелами такой же ширины, как и линии. С пересчетом на точки при равном качестве отпечатков традиционной и цифровой фотографий получается, что с негатива размером 24x36 мм можно делать увеличения значительно больше, чем в 20 раз.

Профессиональные цифровые фотоаппараты делают примерно такие же увеличения, как и традиционные, ибо их ПЗСы имеют не менее 10 мегапикселей. Кроме того, электроника позволяет как бы усреднять изображение на соседних участках, повышая кажущуюся резкость в два с лишним раза. Называется такой способ интерполяцией, и применяется он довольно часто в устройствах для пересъемки, например, слайдов.

Резкость отпечатка характеризуют числом пикселей на единицу длины (обычно на дюйм) и обозначают числом dpi. Зная размер изображения, нетрудно подсчитать общее число пикселей, но обычно этого не делают. Изображение с 1200 dpi считается резким, если его рассматривают с расстояния 25 сантиметров.

Качество изображения зависит и от объектива. Если у ПЗС аппарата меньше 500 тысяч пикселей, требования к объективу не очень высоки. У аппаратов с вдвое большим разрешением должен быть объектив не менее качественный, чем у зеркальной малоформатной камеры. Поэтому цифровые аппараты нередко комплектуются объективами обычных зеркальных камер, а к крупно- и широкоформатным камерам для обычной пленки выпускаются цифровые задники с довольно большими ПЗС.

Сравнивать фокусные расстояния объективов цифрового и малоформатного аппаратов затруднительно. Размеры ПЗС у различных камер разные, поэтому объективы, проецирующие изображения с одинаковыми углами зрения, у разных камер имеют различные фокусные расстояния.

У обычных камер ПЗС по размеру меньше, чем кадр малоформатного аппарата. Это позволяет существенно уменьшить длину фокусного расстояния и упростить конструкцию объектива, а у вариообъективов — получить качественное изображение при изменении фокусного расстояния больше, чем в 10 раз. Кроме того, появляется возможность макросъемки обычным объективом в масштабе 1:1.

У некоторых моделей аппаратов размер изображения может изменяться с помощью электроники только раза в два (у видеокамер — до 100 раз). Это объясняется более высокими требованиями к качеству снимка, которое резко падает при уменьшении числа пикселей. Кроме того, при большом увеличении могут всплыть всевозможные дефекты электронного изображения. Изображение, скажем, может получиться в виде мозаики из прямоугольников.

Электроника позволяет уже во время съемки использовать всевозможные эффекты. В обычных аппаратах для этого используются светофильтры и разнообразные насадки, умножающие или делящие изображение. При съемке подобные цифровые эффекты используются редко, особенно если предполагается обработка изображения на компьютере, поскольку при такой обработке можно, не портя первоначального изображения, получить значительно больше эффектов.

Цифровые фотоаппараты, могут иметь как совершенно оригинальную форму, так и традиционную, напоминающую зеркалку или «мыльницу».

Применение эффектов упрощается при съемке камерами с видоискателем в виде панели с жидкокристаллическим дисплеем, который у некоторых камер высокого класса приставной. Это делает камеру легче и позволяет экономить элементы питания, используя дисплей только при необходимости. По конструкции видоискателя цифровые камеры, как и традиционные, несколько условно делят на зеркальные и дальномерные (они имеют либо автоматическую наводку на резкость, либо объективы с установкой на гиперфокальное расстояние).