4. Сенсоры цифровых фотоаппаратов

    Матрица светочувствительных элементов - основной узел цифрового фотоаппарата. Понять принцип его работы - понять принцип самой цифровой фотографии. В этой маленькой по физическим размерам микросхеме средоточие современных высоких технологий.

    Качественный уровень современного цифрового фотоаппарата определяется, прежде всего, техническим совершенством установленного в нем сенсора - матрицы светочувствительных элементов. Это самая дорогая и наиболее значимая деталь цифровой камеры.



    Рис. 4.1. Сенсор CCD цифрового фотоаппарата

    На сегодняшний день в производстве светочувствительных сенсоров применяются две конкурирующие технологии. Первая, более простая в производстве и по ряду признаков более перспективная - технология CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). В переводе эта технология называется КМОП - комплементарный металл-окисел-полупроводник. В силу разных причин сенсоры, построенные по технологии CMOS, устанавливаются в фототелефоны и в зеркальные камеры Canon и Sony.

    Лидирующей на рынке цифровой фототехники является технология CCD (Charge-Coupled Device). В русском переводе этот тип сенсоров называется ПЗС - прибор с зарядовой связью. Более трудоемкие в производстве, сенсоры CCD, тем не менее, установлены в подавляющем большинстве цифровых фотоаппаратов любительского и профессионального класса.

    В упрощенном виде принцип действия матрицы светочувствительных элементов цифрового фотоаппарата выглядит следующим образом. Сенсор CCD состоит из подложки, изготовленной из монокристаллического полупроводникового материала, изолирующего слоя окисла, покрывающего подложку, и набора микроскопических (микронных размеров) металлических проводников-электродов. К электродам матрицы подводится электрический ток. Засветка поверхности матрицы приводит к тому, что сила тока (заряд) на выводах электродов изменяется, то есть каждая ячейка светочувствительной матрицы реагирует на интенсивность засветки. Эти изменения считываются электронной схемой фотоаппарата, и на их основе строится картинка, соответствующая сфокусированному на поверхности сенсора изображению.

    Ячейки матрицы, построенной по технологии CMOS, это полевые транзисторы, которые при засветке изменяют свое состояние, препятствуя прохождению электрического тока через выводы ячейки или, наоборот, усиливая сигнал. Электронная схема фотоаппарата считывает изменения состояния ячеек матрицы и на их основе строит картинку.

    Матрицы CMOS по сравнению с матрицами CCD отличаются пониженным энергопотреблением и высокой технологичностью. С другой стороны, разрешение матриц CMOS, их светочувствительность, динамический диапазон и устойчивость к шумам ниже, чем у матриц CCD. Это объясняется сложностью устройства, а также пониженной светочувствительностью полевых транзисторов по сравнению с ячейками с зарядовой связью.

    Устанавливаемые в сотовые камерофоны сенсоры CMOS выполнены в виде большой гибридной микросхемы, на кристалле которой смонтированы многие сервисные схемы встроенного в телефон фотоаппарата. Это и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), и электронный затвор (схема мгновенного считывания состояния матрицы), схемы баланса белого и сжатия изображений. В массовом производстве CMOS-сенсоры оказываются дешевле, поскольку каждый элемент матрицы крупней, чем ячейка сенсора CCD. А простейшим камерам на основе CMOS-сенсоров не нужны многие вспомогательные электронные механизмы. По сути недавно еще популярная, а сегодня сошедшая со сцены дешевая веб-камера с функцией автономной работы в качестве цифрового фотоаппарата состоит из корпуса, батарейного блока питания, простого объектива, небольшого набора пассивных элементов (согласующих резисторов, порта USB, пары кнопок), монохромного символьного дисплея и одной микросхемы, на которую возложена вся работа по оцифровке и обработке изображений. Отсюда и чрезвычайно низкая цена подобных фотокамер.

    Говоря о перспективах сенсоров CMOS, не стоит забывать, что это очень молодая технология. Она возникла, как альтернатива трудоемкой и малоэффективной технологии сенсоров CCD. Достаточно сказать, что выход годной продукции при массовом производстве матриц CCD еще шесть-семь лет назад находился на уровне двух процентов. Сказываются размеры элементов (порядка тысячных долей миллиметра) и очень высокие требования к технологическим допускам.

    В то же время, конструкторы зеркальных цифровых фотоаппаратов Canon и просьюмерок Sony (пример - камера Sony DSC-R1) устанавливают в свои фотоаппараты именно сенсоры CMOS, дополняя их специальными схемами подавления шумов. Еще одна положительная сторона матриц CMOS - их стабильность и долговечность. Причина, опять же, в применении в качестве светочувствительных элементов полевых транзисторов, в более крупных размерах каждого элемента и в высокой технологичности массового производства...

    Микроскопические ячейки светочувствительной матрицы способны отреагировать только на силу попадающего на них света (на интенсивность светового потока). Для того, чтобы получить изображение, приближающееся по качеству к пленочному фотоснимку, цифровой фотоаппарат должен распознавать еще и цветовые оттенки.

    Но прежде чем говорить о технологии оцифровки цветного изображения, следует заметить, что для увеличения точности работы матрицы (улучшения соотношения сигнал/шум) и повышения светочувствительности, каждая ячейка снабжается собирающими микролинзами, фокусирующими световой поток. Особенно это касается матриц CMOS, где без подобных линз необходимого качества изображения добиться трудно.

    Получить цветное изображение, и мы об этом уже говорили, можно разными способами. В профессиональной съемочной аппаратуре применяется схема с тремя светочувствительными матрицами. Сфокусированное объективом изображение расщепляется специальной призмой на три идентичных световых потока, каждый из которых засвечивает свою матрицу через светофильтр одного из базовых цветов - красного, зеленого и голубого (RGB - Red, Green, Blue). Эта технология позволяет добиться высокого качества цветопередачи, но усложняет конструкцию камеры и отражается на ее стоимости. Чаще всего три матрицы устанавливаются в дорогих цифровых видеокамерах.

    В фотоаппаратах же (кроме профессиональных камер специального назначения) используется другая технология - с одним сенсором. Над поверхностью сенсора установлен блок микроскопических светофильтров, расположенных в шахматном порядке в соответствии с цветовой моделью Байера. Этот алгоритм построения цветного изображения подразумевает удвоенное количество зеленых фильтров по сравнению с красными и синими, поскольку человеческий глаз более чувствителен к зеленой части светового спектра. Цветное изображение строится электроникой камеры уже после преобразования аналогового электрического сигнала, снимаемого с ячеек сенсора камеры в цифровой код аналого-цифровым преобразователем АЦП (если говорить о сенсорах CCD, сенсоры CMOS сами могут обрабатывать цветовую составляющую сигнала, поскольку обычно это большие многофункциональные микросхемы).

    В получении цветовой информации участвуют все экспонированные элементы ячейки. При обработке ее применяются сложные методы интерполяции. В частности, учитывается цветовая составляющая соседних элементов (пикселей). В результате электроника камеры выдает реалистичную полноцветную картинку максимально соответствующую действительному изображению.

    Чтобы лучше понять этот механизм, обратимся к другой технологии (то есть пойдем от противоположного механизма), к принципам построения цветного изображения цветных жидкокристаллических мониторов. Там все элементы ЖК матрицы, представляющие собой микроскопические капсулы с жидкими кристаллами, образованы из трех субэлементов, каждый из которых прикрыт светофильтром трех базовых цветов - красным, зеленым и синим. Изображение строится методом сложения цветов. В зависимости от интенсивности свечения субэлемента пиксель (ячейка матрицы) приобретает тот или иной цветовой оттенок (при этом сама ячейка с жидкими кристаллами не светится, а лишь перекрывает или пропускает световой поток лампы подсветки экрана).

    Примерно так же работали КМОП сенсоры первых цифровых фотоаппаратов и самые дешевые веб-камеры. То есть каждый элемент матрицы был прикрыт индивидуальным микроскопическим светофильтром. Но в современных сенсорах эта технология не применяется. В построении картинки участвуют все задействованные ячейки (но не все ячейки сенсора - часть из них выполняют сервисные функции, поэтому говорят о полном и эффективном разрешении сенсора). Это касается и сенсоров CCD, и сенсоров CMOS - во всяком случае, современных, которые устанавливаются в выпускаемые сегодня цифровые фотоаппараты...

    Еще одна важная деталь устройства светочувствительных матриц - способ регистрации изображения. Матрица CCD состоит из двух идентичных наборов ячеек - светочувствительных элементов, образующих секцию накопления зарядов, и элементов, образующих секцию хранения зарядов. Электрические заряды, которые возникают при облучении элементов сенсора световым потоком, поступают в ячейки секции накопления и перемещаются в ячейки секции хранения зарядов, откуда затем через регистры вертикального сдвига - в выходной усилитель матрицы. Ячейки секции хранения прикрыты светонепроницаемым фильтром, а потому на световой поток не реагируют. Но при переходе зарядов из секции накопления в секцию хранения следует изолировать непроницаемой заслонкой и светочувствительные ячейки, чтобы не смешивать возникшие при облучении новые заряды с уже сохраненными (иначе изображение просто не получится), используя для этого в цифровых фотоаппаратах обычный электромеханический затвор.

    Эта особенность касается матриц с построчным переносом зарядов. В фотоаппаратах с матрицами с покадровым переносом зарядов затвор оказывается ненужным, поскольку заряды ячеек накапливаются сразу со всей поверхности матрицы и с сигналами ячеек накопления не смешиваются. При этом регистрами вертикального сдвига, представляющими собой простые проводники, снабжается каждая светочувствительная ячейка секции накопления зарядов, а светоизолированная секция хранения зарядов занимает отдельную область сенсора. Проблема в том, что применение покадрового переноса зарядов увеличивает размеры сенсора и в то же время уменьшает его разрешение. Поэтому сегодня применяется технология комбинированного построчно-кадрового переноса. Что позволяет, с одной стороны, получать постоянный сигнал с матрицы и использовать его для построения изображения на встроенном контрольном дисплее фотоаппарата, а с другой - получать высококачественные изображения с построчным считыванием зарядов и применением электромеханического затвора.

    В фотоаппаратах с сенсорами CMOS (в самых простых из них и в фототелефонах) электромеханический затвор не применяется вовсе, поскольку информация о состоянии ячеек подобной матрицы считывается непосредственно с выводов полевых транзисторов, образующих матрицу. Однако, в зеркальных фотоаппаратах с сенсорами CMOS для точной отработки экспозиции электромеханический затвор устанавливается обязательно.

    Элементарные сведения о принципе действия сенсоров CCD важны для фотолюбителя и с практической точки зрения. Дело в том, что при покупке нового фотоаппарата, вне зависимости от уровня техники и ее стоимости, у фотографа, как это ни печально, всегда есть шанс угодить на камеру с "битыми" пикселями. "Битый" пиксель - это светочувствительный элемент, в силу разных причин утративший способность реагировать на световое облучение. При этом бездействующая ячейка может быть совершенно незаметна на снимке, если находится в нижней части матрицы, на которую приходится та часть кадра, где обычно располагается земля, где мало светлых участков, на которых одна черная точка может быть хорошо заметна. Другое дело верхняя часть матрицы, где изображается небо и другие светлые объекты.

    Один-два битых пикселя вещь для любительской камеры обычная. Хуже, когда таких пикселей несколько и они объединены в группу. Тогда темная точка на снимке становится различимой даже при съемке с самым высоким разрешением, когда в построении изображения участвуют все светочувствительные ячейки матрицы. В магазине битые пиксели матрицы увидеть очень трудно, а в ходе практической работы с камерой подобная неприятность будет непременно обнаружена...

    Мы уже говорили о том, что техническое совершенство камеры определяется качеством сенсора, а как и чем определяется качество самого сенсора? Существует ряд характеристик, имеющих для светочувствительной матрицы цифрового фотоаппарата первостепенное значение.

    В первую очередь это разрешение матрицы. Чем больше разрешение матрицы светочувствительных элементов, тем выше качество конечного бумажного отпечатка или электронного фотоизображения. Количество эффективных пикселей на матрице цифрового фотоаппарата определяет разрешение оцифрованного изображения, поскольку максимальное разрешение снимка равно количеству пикселей светочувствительного сенсора.

    Иногда в сводке технических характеристик (это касается только самых дешевых камер) можно обнаружить, что максимальное разрешение фотоснимков превышает количество пикселей матрицы фотоаппарата. Этим заявлениям производителей не стоит доверять. Повышенное разрешение достигается программной интерполяцией, когда недостающие элементы изображения синтезируются на основе усредненных значений яркости соседних пикселей. Интерполяция увеличивает количество пикселей, но всегда за счет реального качества изображения. На интерполированном снимке границы объектов утрачивают резкость и ухудшается детализация. В лучшем случае разрешение возрастает без какого бы то ни было улучшения изображения. Поэтому разного вида интерполяционную обработку, если таковая функция присутствует в камере, лучше не использовать вовсе.

    Разрешение (или разрешающая способность) светочувствительного сенсора, как и разрешение экрана монитора (и, кстати, контрольного дисплея фотоаппарата), выражается в пикселях. При этом экранное разрешение монитора определяется величиной светящейся экранной точки - пикселя, образованного люминофором электронно-лучевой трубки или ячейкой жидкокристаллической матрицы (в этом случае светится не элемент, а лампа за ним). Экранное разрешение величина постоянная. Оно зависит только от размера пикселя экрана монитора. Стандартные значения величины пикселя 0,25, 0,28 и 0,31 мм. Стандартные значения экранного разрешения компьютерных мониторов 72 или 96 пикселей на квадратный дюйм.

    Разрешение светочувствительных сенсоров тоже зависит от размера пикселя, но каких-либо стандартов здесь не существует. Чем меньше величина каждого пикселя, тем больше пикселей (то есть светочувствительных элементов) размещается на поверхности матрицы и, как следствие, тем большим разрешением обладает сама матрица.

    Кроме экранного разрешения и разрешения сенсора цифровой камеры существует еще одна важная характеристика - разрешение печатающего устройства (в практике любительской цифровой фотографии, как правило, цветного струйного принтера). Однако разрешение принтера измеряется не в пикселях, а в точках. А выражается разрешение принтера в точках на квадратный дюйм. Для фотолюбителя принципиальной разницы между пикселем и точкой нет, поэтому обе единицы измерения разрешающей способности можно считать равнозначными. Различия между точкой и пикселем носят теоретический характер, имеющий значение для разработчиков цифровой техники. Считается, что пиксель имеет правильную прямоугольную форму, близкую к квадрату (на практике экранные пиксели могут иметь форму круга или вытянутого по вертикали прямоугольника в зависимости от типа электронно-лучевой трубки - со щелевой маской или с апертурной решеткой соответственно, а пиксель матрицы цифрового фотоаппарата может иметь форму квадрата или восьмиугольника - например, ячейки матрицы SuperCCD камер Fujifilm FinePix). Принтерная же точка имеет неправильную форму близкую к кругу...

    Современная цифровая камера для более или менее серьезных занятий любительской фотосъемкой - это фотоаппарат с сенсором разрешением не менее 4 мегапикселя. Почему не 2 мегапикселя (не говоря уже о меньших значениях разрешения)? Дело в том потенциале, что заложен в фотографию высокого разрешения. Снимок с разрешением в 2272х1704 пикселя (нормальное разрешение для сенсора в 4,23 мегапикселя) легко поддается кадрированию. Его можно без каких бы то ни было потерь вывести на экран в оконном и полноэкранном режиме. Наконец, фотографию можно распечатать на бумаге, получив отпечаток 10х15 см очень хорошего качества и даже формата А4 (стандартный альбомный лист) при вполне приемлемом качестве. Со снимком разрешением 1600х1200 пикселей (нормальное разрешение для сенсора в 2 мегапикселя), как бы хорошо он ни выглядел (а выглядит он и в самом деле замечательно), подобные манипуляции весьма проблематичны.

    Вторая важнейшая характеристика светочувствительного сенсора - его физический размер. Он измеряется по диагонали и обозначается в долях дюйма. При этом форма сенсора, как правило, прямоугольная с соотношением сторон 4:3, хотя в магазинах уже можно купить фотоаппараты с широкоформатными сенсорами с соотношением сторон 16:9 (подобные камеры выпускает Samsung, Kodak, Matsushita и другие компании).

    Физические размеры фотосенсоров определяются размером отдельных пикселей матрицы, которые в современных фотосенсорах имеют величину 0,005-0,006 мм. Чем крупнее пиксель, тем больше его площадь и количество собираемого им света, поэтому тем выше его светочувствительность и лучше отношение сигнал/шум (в обычной фотографии шумы называются «вуаль»). Необходимое разрешение деталей фотографии определяет общее количество пикселей, которое в современных фотоматрицах достигает десятков миллионов пикселей (Мегапикселей), и тем задаёт физические размеры фотоматрицы.

    Размеры фотосенсоров чаще всего обозначают как "тип" в виде дробных частей дюйма (например, 1/1.8" или 2/3"), что фактически больше реального физического размера диагонали сенсора. Эти обозначения происходят от стандартных обозначений размеров трубок телекамер в 1950-х годах. Они выражают не размер диагонали самой матрицы, а внешний размер колбы передающей трубки. Инженеры быстро установили, что по различным причинам диагональ полезной площади изображения составляет около двух третей диаметра трубки. Это определение стало устоявшимся (хотя и должно было быть давно отброшено). Не существует чёткой математической взаимосвязи между "типом" сенсора, выраженном в дюймах, и его фактической диагональю. Однако, в грубом приближении, можно считать, что диагональ составляет две трети типоразмера.


    Здесь же кроется одно исторически сложившееся несоотвествие. Дело в том, что соотношение сторон стандартного для большинства стран бумажного отпечатка 10х15 сантиметров равняется 2:3 (или 3:2, это непринципиально). Почему же сенсоры имеют соотношение сторон 4:3, ведь при печати снимка на бумаге часть изображения, края картинки, будут обрезаны? Да, будут. Это неизбежные издержки цифровой фотографии. Дело в том, что размеры сенсора оптимизированы под вывод снимка на компьютерный монитор в полноэкранном режиме. А соотношение сторон стандартного компьютерного монитора как раз и соответствует соотношению 4:3. Широкоэкранные мониторы имеют соотношение сторон 16:9. А фотобумага - 3:2... Правда, в некоторых камерах (пример - камеры Panasonic, Canon серии Digital IXUS и другие) позволяют сохранять снимки с соотношением сторон 3:2, но ценой уменьшения разрешения.


    Рис. 4.2. Фотоаппарат Panasonic Lumix с широкоформатным сенсором

    Чем больше физический размер сенсора, тем он работает точней и эффективней. Сенсор размером в 1/1,8 дюйма лучше, чем сенсор размером 1/3,2 дюйма, поскольку на большей площади кристалла умещается большее количество светочувствительных ячеек (значит, выше и разрешение). Более того, при одинаковых значениях разрешения сенсор большего размера лучше, чем сенсор меньшего размера. В этом случае ячейки сенсора имеют большие размеры, значит и такие параметры оцифровки изображения, как динамический диапазон и устойчивость к шумам, выше.

    Размер сенсоров зеркальных камер измеряется в миллиметрах по сторонам кадрового окна. Дело в том, что величина матрицы этих фотоаппаратов вплотную приближается к стандартному размеру кадрового окна узкопленочной 35-мм камеры, то есть 36х24 мм, и в общих случаях соответствует пленочному стандарту APS. Это позволяет использовать на цифровом фотоаппарате совместимую оптику от пленочных камер того же производителя. Но при этом следует учитывать изменение фокусного расстояния сменных объективов - тот самый кроп-фактор. К примеру, на фотоаппаратах Canon EOS 400D с сенсором размером 28,7 мм по горизонтали и 19,1 мм по вертикали изменение фокусного расстояния всей линейки объективов для пленочных камер Canon будет кратно 1,6 единиц в сторону увеличения - ровно настолько, насколько матрица камеры меньше стандартного кадрового окна пленочного фотоаппарата. У любительских зеркальных камер Nikon кроп-фактор меньше - 1,5, а у Olympus и Panasonic (они относятся к так называемому стандарту 4/3, поскольку их сенсоры меньше по размерам, чем размеры кадра APS) больше - 2. То есть нормальный 50-мм объектив на цифровой зеркальной камере Nikon D50 (приводим для примера) будет иметь фокусное расстояние в 75 мм (получается не нормальный универсальный объектив, а умеренный телевик, подходящий для портретной съемки).

    ГРИП (глубина резко изображаемого пространства, или глубина резкости) в фотографическом деле — расстояние между ближней и дальней границами пространства, измеренное вдоль оптической оси, при нахождении в пределах которого объекты находятся в фокусе (на снимке получаются достаточно резко).

    Законы оптики определяют зависимость ГРИП от физического размера матрицы. Если сфотографировать тремя фотоаппаратами с разным физическим размером матрицы одну и ту же сцену с одним и тем же углом зрения и одним и тем же значением диафрагмы на объективах, и изучить результат (файл на компьютере, распечатку с принтера) в одинаковых условиях, то ГРИП на снимке, сделанном фотоаппаратом с наименьшей матрицей, будет наибольшей (больше предметов в кадре будет показано резко), а фотоаппарат с наибольшей матрицей покажет наименьшую ГРИП (предметы не в зоне резкости будут сильнее размыты).

    Следующая крайне важная, но достаточно трудноопределимая без специального оборудования характеристика светочувствительных сенсоров - соотношение сигнал/шум. В той или иной степени шумят любые сенсоры, включая и самые на сегодняшний день совершенные. Цветовые шумы проявляются на снимке в виде мелких окрашенных точек (артефактов) в тенях и в виде цветовых ореолов вокруг контуров фигур на границах контрастных переходов. Бороться с шумами очень трудно. В случае необходимости применяются специальные фильтры - утилиты, работающие в программной среде графического редактора Adobe Photoshop. Фильтры способны в некоторой степени смягчить шумы, замещая артефакты точками с усредненными значениями цвета и яркости. Если фильтры не способны убрать все артефакты и ореолы, приходится править снимок вручную, сильно увеличивая и ретушируя элементы изображения.

    Ни один способ правки изображения не дает стопроцентного избавления от шумов. Поэтому фотолюбителю, если качество снимков для него в самом деле значимо, приходится следовать элементарным правилам как при выборе камеры, так и при практической съемке. Первое правило - не приобретать дешевых камер с матрицами низкой светочувствительности. Склонность к шумам наиболее присуща сенсорам CMOS, которые устанавливаются в фототелефоны, и сенсорам CCD самых дешевых компактных камер, в которые обычно встраиваются сенсоры предыдущего поколения, да к тому же и очень небольшие по размеру.

    Шумят сенсоры и у более серьезных камер. Технология цифровой фотографии очень молода, а потому производство сенсоров бурно совершенствуется. Поколения матриц сменяют друг друга быстрей, чем морально устаревают конкретные модели фотоаппаратов (а они устаревают достаточно быстро, в течение примерно двух лет). Сенсоры разрешением в 4 мегапикселя, которые устанавливались в камеры средней и даже старшей группы два-три года назад сегодня применяются в недорогих любительских фотоаппаратах. Их место занимают матрицы с повышенными характеристиками, в том числе и по устойчивости к шумам. Следовательно, выбирать следует ту модель, которая выпускается не слишком долго, не более года. Тогда у фотографа будут основания предполагать, что сенсор его камеры склонен к шумам в минимальной степени.

    Второе правило касается изменения светочувствительности сенсора. В большинстве цифровых фотоаппаратов с достаточно развитыми сервисными функциями светочувствительность устанавливается как автоматически, так и вручную. В режиме auto компьютер фотоаппарата сам выбирает значение светочувствительности сенсора в зависимости от уровня освещенности снимаемого объекта и установленного программного режима работы камеры. Например, в режиме "ночной портрет" светочувствительность будет выбрана максимальной, а в обычном режиме - минимально возможной (если позволяет освещение).

    Чем выше значение светочувствительности матрицы, тем она больше шумит. Следовательно, лучше совсем отказаться от применения автоматического режима и выставить селектор выбора значения светочувствительности сенсора на минимальное значение, поскольку минимальное значение соответствует реальной светочувствительности сенсора. В этом режиме не задействованы электронные схемы усиления сигнала, которые вносят дополнительные искажения и приводят к появлению артефактов в тенях. Если же условия освещения таковы, что автоматика камеры устанавливает слишком длительную выдержку, с которой невозможно снимать без штатива, то значение светочувствительности можно увеличить, но при этом надо быть готовым к тому, что уровень шумов существенно повысится.

    И еще одно правило, заключающееся в том, что не следует предъявлять к цифровому фотоаппарату завышенных требований. То, что по силам высококачественной фотопленке, цифровому фотоаппарату не по силам в принципе. Цифровой фотоаппарат не способен снимать в условиях слишком низкой освещенности без применения источников искусственного света, импульсных фотовспышек или ламп накаливания. А профессиональная пленка светочувствительностью в 3200 единиц ISO вытянет снимок даже при свете одной свечи (причем, в буквальном смысле).

    Две качественные характеристики, напрямую влияющие на результат съемки - динамический диапазон сенсора и разрядность представления цвета. Первая из этих характеристик отражает способность матрицы передавать световые оттенки, вторая относится не только собственно к сенсору, но и к аналого-цифровому преобразователю, переводящему электрические сигналы с выводов матрицы в цифровой код.

    Динамический диапазон - это количество оттенков серого (то есть уровней яркости), которые способен различить светочувствительный материал (фотопленка или сенсор цифровой камеры) между абсолютно черным и абсолютно белым цветом. Чем выше динамический диапазон, тем выше достоверность изображения на экспонированном носителе. Самым высоким динамическим диапазоном обладает негативная фотопленка. Поэтому до сих пор, несмотря на достижения цифровых технологий, для демонстрации фильмов в кинотеатрах используются обычные пленочные, а не цифровые проекторы.

    Среди цифровых устройств наибольшим динамическим диапазоном обладают барабанные сканеры, которые применяются в полиграфии и стоят десятки тысяч долларов. Динамический диапазон планшетных сканеров CCD гораздо меньше, но еще меньше динамический диапазон сенсоров цифровых фотоаппаратов. У самых дорогих профессиональных фотоаппаратов этот показатель лишь приближается к уровню фотобумаги на основе галогенидов серебра (а ее динамический диапазон, соответственно, в десять раз меньше диапазона фотопленки).

    Качество цветопередачи цифрового фотоаппарата выражается разрядностью цвета. Разрядность цвета - это сумма значений разрядности оцифровки каждого цветового канала. К примеру, каждый цветовой канал большинства матриц цифровых фотоаппаратов любительского класса способен зафиксировать 256 оттенков (или градаций) серого, что составляет 8 бит. В этом случае разрядность сенсора будет 8+8+8=24 бита, по 8 бит на каждый цветовой канал (красный, зеленый, голубой). В принципе, 24-битного представления цвета вполне достаточно для получения качественного фотоснимка, поскольку в этом случае АЦП камеры выдаст снимок, содержащий 16,7 млн. цветовых оттенков. Но в продаже можно встретить камеры как с более высокой разрядностью кодирования цвета по 10 или 12 бит на канал, так и с низкой - по 4 или 6 бита на канал. Избыточная разрядность до 36 бит(то есть по 12 бит на канал) используется в профессиональных камерах, предназначенных для получения снимков с максимально достоверной цветопередачей. Хотя сегодня сенсорами с повышенной разрядностью цветового кодирования оснащают и камеры любительского класса. А матрицы с пониженной разрядностью в 12 или 16 бит устанавливают в бюджетные сотовые фототелефоны.

    Матрица светочувствительных элементов не только самая сложная и самая дорогая деталь цифрового фотоаппарата, но и самая уязвимая. Она подвержена старению (электрохимическому износу) и, как следствие, изменениям светочувствительности, а также, по всей видимости, выходу из строя отдельных ячеек. Если на естественное старение матрицы владелец фотоаппарата не может повлиять никак, то возможность уберечь сенсор от нежелательных воздействий окружающей среды и, тем самым продлить срок службы фотоаппарата в целом, у него есть.

    Как любое сложное электронное устройство, состоящее из множества микроскопических элементов, сенсор цифровой камеры боится резких температурных перепадов, при которых в материале подложки и пленочных слоях оптических фильтров возникают внутренние деформации, а на поверхности сенсора образуется конденсат. Если пленочная камера, особенно механическая, способна работать при очень низких температурах, то цифровой фотоаппарат при отрицательных температурах работать не будет. Во-первых, даже на легком морозе сенсор цифровой камеры может изменить светочувствительность в сторону уменьшения. Во-вторых, изображение на встроенном контрольном дисплее станет слишком светлым и малоконтрастным, чтобы пользоваться дисплеем в качестве видоискателя. В-третьих, пострадают элементы питания (литиевые аккумуляторы при температуре минус 10 градусов могут попросту взорваться).

    Если возникает необходимость снимать цифровой камерой при низких температурах, следует позаботиться о надежной защите фотоаппарата. Камеру следует держать в тепле, под верхней одеждой, вынимая фотоаппарат для съемки и тут же пряча его под шубу или пальто. Работа со штативом или неторопливое кадрирование исключаются. В крайнем случае следует воспользоваться утепленным меховым или тканевым чехлом. Но при этом надо помнить, что остывшая камера при перемещении в тепло (даже под шубу) тут же покроется капельками влаги. Из замерзшей камеры надо немедленно удалить элементы питания или аккумулятор и убрать фотоаппарат в чехол до того момента, пока температура не выровняется. В противном случае на поверхности сенсора и линзах объектива могут образоваться капли влаги, которые приведут к короткому замыканию электрических цепей камеры и иным неприятностям.

    Анонсы

    ***************** 26.11.2010 ***********