Введение в цифровую фотографию. Теоритические основы.

Введение в цифровую фотографию. Теоритические основы.

Введение в цифровую фотографию

Теория и основные положения

В отличие от обычной фотографии, которая существует уже около 135 лет,

цифровая фотография только делает первые шаги в своем становлении. Как и в

любой другой новой, быстро развивающейся технологии, здесь имеет место

применение сомнительных терминов и акронимов, не используемых

непосредственно при ее разработке. Чтобы исключить возможность пользования

неточной и недостоверной информацией, потребуется затратить много времени

и усилий на поиск их истинного значения по материалам журнальных статей,

независимых отчетов и рыночного жаргона, просмотр различных других

источников. Для компаний, постоянно испытывающих острую нехватку времени в

условиях жесткой конкурентной борьбы, расходование времени на такую работу

- непозволительная роскошь. Освоение передовых приемов работы, а также

потенциальных финансовых преимуществ, которые они дают, зачастую

происходит с задержкой.

Цель данного «Введения в цифровую фотографию» состоит в том, чтобы собрать

весь фактический материал в точной, объективной и краткой форме, снабдив

его легко воспринимаемыми примерами и схемами. Человек, обладающий такой

информацией, может более точно оценить значение тех существенных затрат,

которые он вкладывает в цифровую информацию.

Цифровая фотография представляет особый интерес как для фотографов, так и

для пользователей ПК. Для того, чтобы добиться наилучшего результата при

фотографировании цифровым аппаратом, требуются базовые знания как в

области традиционной фотографии, так и компьютерной графики. С учетом этих

двух положений данная работа является введением и в ту, и в другую

область. Несмотря на то, что базовые принципы могут быть знакомы

представителю одной или другой профессии, мы приводим здесь объяснение

того, как они связаны с цифровой фотографией.

Являясь по своей сути отдельной работой, данное «Введение в цифровую

фотографию» рассчитано на то, чтобы дополнить наши другие публикации,

перечисленные на последней странице. «Введение в цифровую фотографию»

содержит ценную информацию по вопросам цифровой фотографии, связанную с

требованиями к получению изображений и последующей обработкой изображений

для специфических типов выходных устройств. Во «Введении в цифровую

фотографию» приводится обзор цифровых устройств для ввода и вывода

информации и демонстрируется, как применение этих устройств изменяет

традиционные рабочие процессы.

Подготовка сцены съемки

В цифровой фотографии (ЦФ), как правило, используются оптика и механизмы

традиционных фотоаппаратов, однако черно-белая или цветная фотопленка

заменена электронным светочувствительным элементом. Эти чувствительные

элементы либо встроены в съемную заднюю крышку камеры для использования в

существующих среднеформатных камерах с наводкой по матовому стеклу (5),

либо установлены в специальные цифровые камеры (6), либо в 35-мм камеры с

модифицированным корпусом (7). Пригодность каждой цифровой камеры для

съемки статических или подвижных объектов, в условиях студии или в любой

другой обстановке определяется технологией изготовления чувствительных

элементов, режимом работы и способом хранения данных. Виды цифровых

фотоаппаратов и возможности их применения приведены в разделе под

заголовком «Выбор вашей камеры».

Несмотря на то, что цифровой способ получения изображений находится еще на

начальном этапе развития, он уже имеет целый ряд преимуществ перед обычной

фотографией, не последним из которых является возможность немедленного

получения фотографий. Рассмотрим различие между двумя приводимыми на

рисунке технологическими процессами, которые требуются для регистрации

изображений и превращения их в формат, пригодный для печати (12),

публикации в Интернете (13), мультимедийных представлений (14), получения

вторых оригиналов изображений и различных других вариантов использования

(15).

Технологический процесс в обычный фотографии

Традиционный способ коммерческой фотографии в условиях студии или в любом

другом месте требует тщательно продуманной композиции и освещения предмета

съемки. Чтобы добиться оптимальных результатов в получении требуемого

диапазона контрастности и достижении нужного эффекта моделирования при

применении студийного освещения, зачастую делают одновременно ряд снимков

с разными экспозициями (1), пользуясь при этом экспонометром. Подготовив

композицию и установив освещение, удовлетворяющие фотографа, он делает ряд

снимков на пленку при значениях экспозиции как выше, так и ниже значения,

определенного по экспонометру. Такое экспонирование при разных значениях

экспозиции (bracketing) учитывает неточность в определении экспозиции и

соблюдении режима обработки пленки.

Через несколько часов или даже дней из проявленной фотопленки выбирают

один хороший кадр (2). Если при этом не будет получено одобрение заказчика

или художественного редактора, весь процесс, возможно, придется повторить.

Слайды или изображения на обратимой фотопленке используются обычно для

просмотра, причем их химическая обработка занимает сравнительно мало

времени. При выполнении печати с негативных фотопленок (3) с целью

репродуцирования может понадобиться дополнительное время на определение

оптимального диапазона тональности. Наконец, для создания цифрового файла

в требуемом формате слайд, негатив или отпечаток должен быть отсканирован.

Это может быть формат КЗС (красный-зеленый-синий) (RGB) для представления

на экране или ГПЖЧ (голубой-пурпурный-желтый-черный) (CMYK) для

распечатки.

0x01 graphic

Фотограф имеет ограниченный контроль над качеством результатов, полученных

в фотолаборатории или в сервисном бюро по сканированию (4). Операторы по

сканированию не имеют отношения к точной передаче цветов оригинального

снимка, поэтому результаты будут разными в зависимости от интерпретации.

Следовательно, сканированные изображения, возможно, не получат

немедленного одобрения заказчика. Длительность всего процесса

непредсказуема, поскольку в нем задействованы несколько сторон, однако это

составит, по крайней мере, один день.

Технологический процесс в цифровой фотографии

Технологический процесс с использованием цифрового фотоаппарата также

требует времени на подготовку композиции и установку освещения объекта

съемки. В условиях студии стоимость получения мгновенных фотографий очень

незначительна, благодаря тому, что цветное изображение можно быстро

вывести для предварительного просмотра на подключенный монитор и

произвести замер экранным денситометром. Такая возможность

предварительного просмотра с помощью электронных средств способствует

установлению мгновенной обратной связи, обеспечивающей точность в создании

композиции и установке освещения объекта съемки. Необходимость в

экспонировании при разных значениях экспозиции обычно отпадает.

Портативные камеры могут быть снабжены небольшим экраном на светодиодах

для предварительного просмотра. Также можно передать изображения для

контроля качества на настольный компьютер (11), подключаемый прямым

кабельным соединением или с помощью сменных карт флеш-памяти PCMCIA и

жестких дисков (8). Изображения, записанные на эти устройства, называемые

обычно картами ПК, передаются в компьютер с помощью подключенного к нему

устройства для считывания карт (9).

Системы управления цветом (Colour Management Systems = CMS) на базе

компьютера дают возможность убедиться в том, что выводимые на дисплей

изображения обеспечивают максимально возможную точность цветопередачи. С

их помощью можно также модифицировать выводимые на экран предварительные

изображения, моделируя окончательное, выводимое на печать изображение, что

дает возможность произвести установки, оптимизируемые для специфических

процессов распечатки. Расходы на пленку или обработку не нужны, а конечное

изображение будет представлено в формате КЗС (RGB) в течение нескольких

минут, полностью исключая при этом процесс сканирования. Навыки, которые

требуются от операторов сканера при разделении цветов ГПЖЧ (CMYK) для

печати, эмулируются некоторыми программами CMS. Если между фотографом и

принтером установлен хороший контакт, требования к специфическим процессам

распечатки могут быть учтены во время фиксации изображения и разделения

цветов.

За и против цифровой фотографии

Преимущество цифровой фотографии заключается в том, что она дает широкие

возможности управления качеством изображений. Сокращаются затраты на

расходные материалы и нет необходимости производить большие расходы на

сканирование. Расходы на носители для хранения цифровой информации, такие,

как магнито-оптические диски (magneto-optical disks = MOD\'s) или на

записываемые СД (CD-ROM) сведены до таких размеров, что стоимость хранения

информации может быть сопоставима со стоимостью фотопленки.

Зафиксированный формат сразу же готов к использованию с применением

компьютера. Спутниковый или модемный (10) каналы связи дают еще большую

экономию времени и расширяют потенциальную базу заказчика. Точность

цветопередачи между оригинальной сценой и окончательным выходным

изображением будет оптимальной. Фотографы получат новые возможности

производить различные манипуляции с изображениями или при разделении

цветов ГПЖЧ (CMYK) для распечатки. Если они не захотят приобретать такие

навыки, положительным будет наличие тесной связи со специализированными

предприятиями. Если посмотреть с другой стороны, то конструкторские

организации, имеющие собственное цифровое фотооборудование и специалистов,

значительно сократят расходы и общее время выполнения работы.

Отрицательным является то, что стоимость хорошо оборудованной студии

цифровой фотографии может быть довольно высока. Кроме цифровой фотокамеры,

новые технические средства могут включать компьютер, соответствующее

осветительное оборудование, объективы с высоким разрешением и различное

оборудование для хранения информации. При использовании обычных способов

работа фотографа завершается, когда клиент дает «на месте» одобрение

немедленно оплачиваемым слайдам. Регистрация, обработка и доставка

цифровых изображений возлагает на фотографа дополнительную

ответственность. При отсутствии компьютера и хорошо откалиброванного

монитора для вывода изображений или высококачественного оборудования для

проверки цифровых изображений, одобрение клиента поступит с задержкой.

Выбор вашего цифрового фотоаппарата

Для всех форматов традиционных фотоаппаратов выпускается огромное

количество фотопленок. Подобрать соответствующую пленку для определенных

условий освещения и типа объекта съемки несложно. Электронные

чувствительные элементы, применяемые в цифровых камерах, пригодны для

использования только в определенных целях, поэтому чтобы сделать выбор,

придется выполнить дополнительные действия. Подробное описание

существующих способов замера приводится в разделе «Принцип действия

чувствительных элементов», однако далее будет рассмотрен ряд критических

факторов, которые следует учитывать.

Первый момент, который следует принять во внимание, - это максимальный

размер и разрешение, при которых будут воспроизводиться изображения. Будут

ли объекты съемки сведены к стационарным сценам или «живым» предметам? Как

портретной, так и видовой фотографии присуще движение. Придется ли

использовать при фотографировании вспышку? Будет ли камера использоваться

в студии или вне помещения? Понадобится ли при съемке движущихся объектов

серийная съемка или большое количество экспозиций? Несомненно, решающим

фактором может оказаться размер вашего бюджета.

Разрешение

Чувствительные элементы цифровой камеры (ПЗС) регистрируют фиксированное

количество деталей изображений, выражаемое обычно в пикселях или элементах

картинки. Передача деталей изображений может быть искажена из-за

программной интерполяции (см. «Принцип действия чувствительных элементов»

и «Искажение разрешения»). Несмотря на то, что некоторые ПЗС могут

регистрировать детали аналогично фотопленке, стоимость производства в

настоящее время и технологические ограничения лимитируют их размер.

Чрезмерное увеличение цифровых изображений приводит к искажению видимых

квадратных пикселей на распечатанных изображениях. Поэтому важно

установить ваш максимальный размер изображений и требования к качеству

изображений на выходе.

Битовая глубина

Ею определяется максимальное количество цветов, которое может воспринимать

цифровая камера. Тем не менее, следует иметь в виду, что большое число

битов не всегда даст больше цветов (см. «Бит за битом»).

Объективы

Передача деталей изображений зависит не только от разрешения ПЗС, но и от

качества объектива камеры. Недорогие компактные фотоаппараты имеют

встроенный объектив, поэтому целесообразно произвести сравнение

результатов съемки еще до покупки аппарата. Цифровые аппараты средней и

высокой стоимости снабжаются сменными объективами, которые дают

возможность изменять масштаб изображения и перспективу. Хотя обычные

объективы, используемые в пленочной фотографии, могут иметь

соответствующие оправы, для того, чтобы полностью использовать потенциал

ПЗС, зачастую потребуются дорогие объективы с высоким разрешением (см.

«Искажение разрешения»). Если в модифицированном корпусе камеры заменить

пленку на ПЗС с меньшей площадью кадра, может иметь место увеличение

фокусного расстояния (см. «Уменьшение угла зрения объектива»).

Чувствительные элементы ПЗС

Для регистрации разной световой интенсивности снимаемых сцен в цифровых

камерах в качестве чувствительных элементов применяются приборы с

зарядовой связью (ПЗС). В отличие от пленочных фотоаппаратов конфигурация

ПЗС предназначена для регистрации изображений в ИК, черно-белом или

цветном формате. Изготовители некоторых цифровых аппаратов предлагают все

три формата. ПЗС включают тысячи крошечных элементов, сгруппированных либо

в ряд (линейный массив), либо в прямоугольный блок (матричный или

площадной массив). Линейные массивы перемещаются ступенчато вдоль

плоскости изображения камеры, регистрируя или «сканируя» последовательно

строки информации, которые позднее собирают снова. Матричные массивы

захватывают всю сцену, однако для регистрации всех цветов может

потребоваться несколько снимков. Технологии ПЗС имеют сильные различия.

Для некоторых нужно непрерывное освещение, в то время, как другие

исключают перемещение объекта (см. «Принцип действия чувствительных

элементов»).

Принцип действия

Портативность цифрового аппарата зависит не только от его размера и веса,

но и от его независимости от главного компьютера и источника питания.

Большинство портативных цифровых фотоаппаратов имеют традиционный

видоискатель, но некоторые из них, аналогично видеокамерам, в настоящее

время снабжаются ЖК экраном для просмотра зарегистрированных изображений.

Некоторые цифровые фотоаппараты видоискателя не имеют и для кадрирования и

фокусировки снабжены только монитором. Камеры, подключенные к главному

компьютеру или к контроллеру заказчика, не требуют объема памяти для

хранения большого числа изображений, в то время, как портативные камеры

должны иметь устройство памяти. Это может быть фиксированная встроенная

память, периодически требующая кабельного подключения к компьютеру для

передачи изображений. Для увеличения автономности в некоторых камерах

используются компьютерные карты. Эти карты представляют собой миниатюрные

жесткие дискеты или блоки памяти, которыми так же удобно пользоваться, как

кассетами с пленкой. Зачастую данные хранятся в сжатом формате.

Цифровые камеры

Самые дешевые компактные камеры специального назначения обеспечивают

получение снимков ограниченного качества для использования в

мультимедийных презентациях, предложениях вариантов компоновки,

страховочных записях или памятках в визуальном виде. Они портативны и

просты в применении. Их одноматричный ПЗС дает возможность съемки с

использованием вспышки, которая чаще всего встроена в камеру.

Модифицированные 35-мм фотоаппараты дают изображения более высокого

качества и снабжены достаточно сложными устройствами, например

автоматической фокусировкой и программой отработки экспозиции с учетом

характера объекта съемки. В них применяются ПЗС с одной или тремя

матрицами; камеры портативны, дают возможность съемки с помощью вспышки,

что позволяет применять их в журналистике. Для этих камер выпускается

большое количество обычных объективов и дополнительных принадлежностей.

Для получения снимков высокого качества нужна либо специальная студийная

цифровая камера, либо съемная задняя крышка для регистрации в цифровом

виде, устанавливаемая на профессиональную среднеформатную или форматную

камеру. Задняя крышка для регистрации в цифровом виде снабжается либо

линейным, либо матричным массивом и ею просто заменяют заднюю крышку

традиционной пленочной камеры. В то же время может понадобиться

дополнительная модификация, например, применение объектива с более высоким

разрешением. Полная стоимость такой камеры может быть больше, чем

стоимость специальной студийной цифровой камеры, которая может обеспечить

более высокое качество изображений, благодаря менее жестким требованиям к

конструкции. Преимущества каждого типа камеры нужно хорошо взвесить.

Форматные камеры позволяют корректировать перспективу и качество

фокусировки путем перемещения или изменения угла наклона плоскости

объектива или пленки (см. «Изменение перспективы»). Использование

специальных перемещаемых объективов в мало- и среднеформатных

фотоаппаратах также позволяет корректировать перспективу.

Некоторые цифровые видеокамеры, имеющие ПЗС с одной или тремя матрицами,

позволяют регистрировать отдельные кадры с более высоким качеством

изображения по сравнению с кадрами, полученными при съемке движущихся

объектов.

0x01 graphic

Основы конструкции фотоаппарата

Современные 35-мм пленочные фотоаппараты представляют собой очень сложные

устройства, практически не требующие знания основ фотографии и позволяющие

получать фотоснимки приемлемого качества. В них обеспечивается

автоматическая установка чувствительности фотопленки (по DX-коду),

автоматическая фокусировка, автоматическое управление экспозицией при

фотографировании с лампой-вспышкой в условиях слабой освещенности,

автоматическая транспортировка и обратная перемотка пленки. Студийные и

среднеформатные фотоаппараты часто не имеют таких сложных устройств.

Поэтому для получения хороших результатов при использовании этих камер

важно иметь хорошее представление об основах фотографии. Для большинства

цифровых фотоаппаратов используются оптика и механизмы, применяемые в

пленочных камерах, поэтому для них остаются в силе те же основы

фотографии.

Основными узлами традиционного фотоаппарата являются объектив, снабженный

ирисовой или апертурной диафрагмой для регулирования интенсивности

светового потока, затвор, устанавливающий длительность экспонирования, и

фильмовой канал. При фотографировании 35-мм и среднеформатным

однообъективным зеркальным фотоаппаратом (SLR = single lens reflex)

снимающий имеет возможность видеть изображение через объектив (TTL =

through the lens), которое будет точно таким же, как и изображение,

получаемое на снимке. Установленное за объективом зеркало обеспечивает

отражение снимаемого объекта через стеклянную призму (пентапризму), давая

в видоискателе обращенное и правильно ориентированное изображение. При

срабатывании затвора в большинстве SLR- фотоаппаратов зеркало

поворачивается вверх, обеспечивая пропускание света к пленке в течение

времени, когда затвор открыт. Вместо пентапризмы в среднеформатных

фотоаппаратах может использоваться матовое стекло, по которому

производится наводка на резкость. Светочувствительные элементы в SLR-

фотоаппаратах находятся либо в линии передачи светового потока к

видоискателю, либо позади полупрозрачного зеркала. За счет этого точное

определение экспозиции будет производиться при установке объектива с любым

фокусным расстоянием. В крупноформатных фотоаппаратах зеркала и

пентапризмы не применяются, поэтому наводка на резкость в них производится

по матовому стеклу, устанавливаемому в плоскости пленки. После подготовки

композиции и наводки на резкость вместо матового стекла устанавливают

крышку с фотопленкой.

Принцип действия однообъективного зеркального фотоаппарата

+------------------------------------------------------------------------+

| | В однообъективном зеркальном фотоаппарате свет |

| | отражается установленным под углом зеркалом вверх и |

| 0x01 graphic | проходит через стеклянную пентапризму, оборачивающую |

| | изображение точно таким, каким оно будет |

| | сфотографировано после срабатывания затвора. |

+------------------------------------------------------------------------+

Конструкция затвора может быть самой разной, начиная от простого

центрального затвора, встроенного в объектив и кончая шторно-щелевыми

затворами, расположенными вблизи пленки. Для фотоаппаратов со сменной

оптикой шторно-щелевые затворы являются самыми распространенными. В первых

шторно-щелевых затворах вдоль плоскости пленки перемещались две матерчатые

шторки, образующие между шторками щель. Чем уже щель, тем короче выдержка.

Затворы с матерчатыми шторками значительно уступают затворам с ламельными

шторками, которые легче и менее подвержены действию дрожания фотоаппарата.

В цифровых камерах затворы обычно не нужны, поскольку управление

экспозицией производится электронным способом. При наличии затвора он

может использоваться для перекрывания света к ПЗС во время калибровки.

Страницы: 1, 2, 3, 4