Буферная память

Этот тип памяти аналогичен ОЗУ, используемому в персональных компьютерах. Основное отличие в том, что при выборе тех или иных микросхем основное внимание уделяется не столько быстродействию (хотя и оно немаловажно), сколько надежности и малому энергопотреблению. До недавнего времени размеры буфера были сравнительно невелики, пока кому-то из производителей не пришла в голову мысль увеличить объем этой памяти. При этом в буфер может помещаться и обрабатываться не один, а несколько кадров. Таким образом, значительно сокращается интервал, необходимый для подготовки камеры к следующей съемке, практически время затрачивается только на зарядку вспышки. Если не использовать вспышку, то становится доступным режим непрерывной съемки, когда камера делает несколько (до 10) кадров с высокой скоростью (до 3 кадров в секунду) и помещает их в буфер, где они обрабатываются и потом записываются в долговременную память. Если АЦП матрицы обеспечивает высокую пропускную способность, то возможен режим видеосъемки — затвор при этом остается открытым на все время съемки.

Характеристики получаемого видеоролика в основном такие: разрешение 320x240, частота 15 кадров в секунду, продолжительность до 30 секунд.

После того как программное обеспечение камеры создало на основе данных с ПЗС-матрицы полноцветное изображение, возникает задача его сохранения. Графические файлы очень велики и поэтому требуется их дополнительная обработка — сжатие. При этом используется алгоритм JPEG (Joint Photographic Experts Group). Суть этого алгоритма сводится к трем основным шагам. На первом шаге кодировка RGB, основанная на представлении каждого цвета сочетанием красного, синего и зеленого оттенков, заменяется на кодировку YUV. В этом формате компонент Y отвечает за яркость, a U и V — за цветовой оттенок. Подобная схема применяется в телевещании — как уже было сказано, человеческий глаз больше реагирует на яркостные характеристики изображения, чем на цветовые.

На втором шаге следует разбиение изображения на отдельные участки размером 8x8 пикселов, затем над каждым участком производится математическая операция — дискретное косинус-преобразование. В результате изображение представляется в виде гармонических колебаний разной частоты и амплитуды.

А на третьем шаге происходит то, из-за чего компрессия JPEG называется «сжатием с потерями качества» — частотно-амплитудные характеристики каждого блока анализируются с учетом повторяемости цветов в изображении и особенностей человеческого зрения, в частности меньшей чувствительности глаза к верхней части спектра. При этом удается исключить до половины яркостной информации и до 3/4 цветовой. Естественно, что даже при минимальном сжатии, когда человеческий глаз не в состоянии отличить изображение в формате JPEG от оригинала, восстановить изображение с точностью до пиксела невозможно (а, в общем-то, и не нужно). Чем выше коэффициент сжатия, тем большее количество яркостных и цветовых характеристик исключается, тем меньше получаемый файл и тем больше шансов обнаружить при просмотре визуальные искажения (артефакты) JPEG. Эти искажения проявляются в виде размытия контрастных границ, проявления блочной структуры кадра и других нежелательных явлений.

В качестве альтернативы формату JPEG в некоторых камерах используется так называемый формат RAW, когда в долговременную память записывается «отпечаток» ПЗС-матрицы. При этом размер изображения в десятки раз больше кадра JPEG, и для его просмотра требуется специальная программа, поставляемая фирмой-производителем камеры. Не всегда эти программы обладают достаточным количеством операций по обработке изображения, иногда у них неудобный интерфейс. Данные обстоятельства привели к появлению у фотокамер функции записи в формате TIFF. Он тоже позволяет производить сжатие кадра, но в отличие от JPEG потери информации при этом не происходит. Но даже с минимальным сжатием файл JPEG в несколько раз меньше файла TIFF.

Стоит ли отказываться от формата JPEG и, закупив достаточное количество модулей долговременной памяти большого объема, использовать только TIFF? Опираясь на собственный опыт, автор может уверить, что использование минимального уровня сжатия JPEG практически не сказывается на качестве кадра. В то же время неудачно подобранная экспозиция, баланс белого либо фокус могут испортить кадр значительно серьезнее. Так что иногда бывает лучше отснять несколько кадров в формате JPEG и выбрать из них самый удачный, чем убедиться в неудачности единственного кадра TIFF.

Поскольку практически все современные модели цифровых фотокамер оснащены цветным ЖК-дисплеем, есть возможность рассмотреть отснятые кадры. Некоторые фотоаппараты поддерживают функцию масштабирования, то есть просмотра увеличенного изображения по частям. Таким образом, неудачные кадры
можно удалить сразу же. А для хранения необходимых пользователю изображений требуется долговременная память, к рассмотрению которой мы и переходим.

Диск iDPhoto и камера Sanyo IDC1000Z

Рисунок 4.10. Диск iD-Photo и камера Sanyo IDC-1000Z

На базе этого устройства одна из компаний-разработчиков, Sanyo, спроектировала цифровую фотокамеру IDC-1000Z. Ее оптическая подсистема состоит из трехкратного вариообъектива, разрешение поначалу не впечатляет — всего лишь 1360x1024. Однако преимущество данной модели не в разрешении, в режиме непрерывной съемки камера позволяет фотографировать со скоростью от 7,5 кадров в секунду (1 ЗбОх 1024) до 30 кадров в секунду (640x480). Количество кадров, сохраняемых на диске, варьируется от 1000 (1360x1024) до 6000 (640x480). В режиме видеосъемки пользователь может выбрать от наиболее качественного (640x480; 30 кадров в секунду; клипы по 8 минут) до наиболее экономного (160x120; 15 кадров в секунду; клипы по 120 минут) форматов. Если добавить к этому наличие микрофона и громкоговорителя, а также порты USB и FireWire, то налицо идеальный вариант «репортерской» камеры — с большими объемами памяти и возможностью продолжительной непрерывной видеосъемки. Габариты камеры 93x88x139 мм, вес 620 г.

Устройства, использующие жесткие диски

Гораздо раньше, чем дискеты, в качестве долговременных носителей в цифровых камерах стали использоваться жесткие диски («винчестеры»). Разумеется, это были не те монстры форм-фактором 3,5 дюйма, которые используются в персональных компьютерах. В профессиональных фотоаппаратах применялись жесткие диски для PCMCIA-слотов портативных компьютеров. Они выпускались в форм-факторе PCMCIA тип III (толщина 10,5 мм), обеспечивали высокую емкость и скорость доступа, надежность хранения и сравнительно небольшое энергопотребление. Однако, как и в случае с Sony Mavica, габариты решили все — то, что годилось для большого профессионального фотоаппарата, было неприменимо для компактной бытовой камеры.

Тем временем электронные устройства все миниатюризнрова-лись, стандарты на модули памяти развивались, и появился CompactFlash тип II. От предыдущего он отличался большей толщиной — 5 мм. Компания IBM, имевшая большие разработки
в области жестких дисков, уменьшила до предела механику, увеличила плотность записи и уменьшила энергопотребление своих устройств. В результате появилась возможность уместить в габариты CompactFlash тип II жесткий диск емкостью 340 Мбайт. Естественно, что по сравнению с флэш-памятью потребляемая им мощность выше, да и надежность механического устройства всегда ниже, чем надежность устройства чисто электронного. Но в целом характеристики Microdrive (так называется новое устройство), особенно скорость доступа и стоимость за мегабайт, позволяют уверенно конкурировать с модулями флэш-памяти. А появившиеся в последнее время модели Microdrive емкостью 512 Мбайт и 1 Гбайт обладают лучшим соотношением «цена/ емкость».

Другие виды носителей

Среди альтернативных методов хранения информации преобладают разнообразные устройства с магнитными методами записи. Условно их можно разделить на две группы. В первой группе используются различные сменные носители — от обычного гибкого диска 3,5 дюйма до магнитооптического картриджа. При этом не очень высокая емкость носителя компенсируется ценой и доступностью. Во второй группе используются миниатюрные жесткие диски («винчестеры»). Сравнительно высокая цена этих устройств частично оправдывается большой емкостью и высокими скоростями записи.

Устройства со сменными носителями

Из устройств данного типа наибольшего успеха (правда, непродолжительного) добилась фирма Sony, выпустившая линейку моделей Mavica.

В качестве носителя информации в них использовались обычные дискеты 3,5 дюйма. Поначалу дешевизна и распространенность дискет сулила успех этим фотокамерам, но в дальнейшем выявились неустранимые недостатки данной схемы. Во-первых, габариты и вес дисковода, даже в миниатюризировашгом исполнении фирмы Sony, не позволяли сделать по-настоящему портативный фотоаппарат. Во-вторых, из-за высокого энергопотребления конструкторам пришлось оснастить камеру мощным литиево-ионным аккумулятором, подобным тем, которые используются в видеокамерах. Причем эта конструктивная необходимость была обыграна в рекламных сообщениях как преимущество в комплектации, хотя на самом деле при использовании обычных батареек формата АА (большинство фотоаппаратов использует именно их) Mavica вряд ли смогла бы проработать больше 10 минут. В-третьих, скорость доступа к данным оставляла желать лучшего. В-четвертых, дискеты сами по себе недостаточно надежный хранитель информации, ну а если в процессе записи кадра камеру нечаянно встряхнуть... Но что по-н'астоящему «убило» эту серию, так это стремительно возросшее разрешение ПЗС-мат-риц, повлекшее за собой многократное увеличение размера файлов. В подобных условиях пользователю приходилось носить с собой не одну коробку дискет, что устраивало далеко не всех. А с падением цен на флэш-память камеры Mavica потеряли последнее преимущество — многократную дешевизну каждого мегабайта памяти. Камеры этой серии производятся до сих пор, но последние модели оснащены также отсеком для Memory Stick. Поэтому дисковод в них играет роль своеобразного переходника или же носителя «на самый крайний случай».

Флэшпамять

Флэш-память

Этот тип памяти является промежуточным между ПЗУ (постоянное запоминающее устройство, в англоязычной литературе — ROM, read-only memory), которое хранит информацию без источников питания, но не позволяет ее модифицировать, и ОЗУ, которое допускает информацию модифицировать, но хранить ее не может. Флэш-память использует питание только при считывании данных и их модификации, причем для считывания необходимо менее высокое напряжение, а для записи — повышенное.

Карты PCMCIA

Самыми первыми устройствами, использовавшими этот вид памяти (если исключить военное применение), были портативные компьютеры (ноутбуки). Был принят стандарт PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — Международная ассоциация карт памяти для персональных компьютеров), описывающий форм-фактор и интерфейс подключения карт расширения постоянной памяти для ноутбуков. В отличие от модулей расширения ОЗУ, карты PCMCIA предназначались для хранения данных без дополнительных источников питания, а также переноса данных между портативными компьютерами. Спецификация оказалась настолько удачной, что в этом же стандарте стали выпускаться модемы, сетевые карты и т. д., а сам стандарт приобрел новое название — PC Card. На данный момент существуют три типа карт PCMCIA. Все они характеризуются 85,6 мм длиной и 54 мм шириной, а вот толщина у них разная — у типа I она 3,3 мм, у типа II — 5 мм и у типа III — 10,5 мм. Флэш-память, как правило, выпускалась I и II типа, а в форм-факторе III типа выпускались сменные жесткие диски, о которых будет сказано далее.

Большинство из ранних моделей цифровых фотокамер были оборудованы несменной флэш-памятью, так как небольшие размеры кадров позволяли это. Первыми PCMCIA-слотами обзавелись сравнительно крупные по габаритам и требующие больших объемов памяти профессиональные фотоаппараты. Затем эти разъемы стали появляться и в любительских моделях, но к этому моменту возникло два новых стандарта, позволивших ми-ниатюризировать модули памяти.

CompactFlash

С увеличением плотности записи флэш-памяти выяснилось, что запасы по габаритам карт PCMCIA в ряде случаев избыточны. В то же время в большинство любительских камер PCMCIA-слоты просто не помещаются. В 1994 году компания SanDisk представила флэш-память нового типа — CompactFlash. Фактически
это был модуль PCMCIA, «втиснутый» в новые габариты — 43x36x3,3 мм. Вес составил около 15 г. Разъем PCMCIA имел 68 контактов, CompactFlash — 50, тем не менее между собой они сохранили полную электрическую совместимость. При помощи механического переходника модули CompactFlash легко устанавливались в PCMCIA-слоты, что упрощало коммутацию, по крайней мере, с портативными компьютерами.

Камера Mavica

Рисунок 4.8. Камера Mavica

Развитием серии Mavica было появление моделей серии MVC-CD — в качестве носителя в них используются 3,5-дюймовые CD-R- и CD-RW-диски (емкостью 156 Мбайт). Естественно, что все конструктивные недостатки Mavica перекочевали и в эту камеру, причем энергопотребление и чувствительность к вибрации возросли.

В попытке реанимировать «дискетную» технологию фирма Panasonic представила камеру PV-SD4090, использовавшую в качестве носителей дискеты SuperDisk емкостью 120 Мбайт. Разрешение у этой камеры было 1280x960, она оснащалась трехкратным вариообъективом, помимо SuperDisk поддерживались и обычные дискеты. Основная проблема состояла в том, что компьютер должен тоже был оборудоваться дисководом SuperDisk, а такие встречаются нечасто. Кроме того, цена модели была относительно высокой. Развитием серии стала модель PV-SD5000 с разрешением 2048x1536 и трехкратным вариообъективом. Главными недостатками обеих камер были большие габариты и вес, а также высокое энергопотребление.
Нельзя не упомянуть фотоаппарат Agfa ePhoto CL30 Click!. Дискета Click! является уменьшенным вариантом популярной 100-мегабайтной дискеты Iomega Zip. Несмотря на невысокую емкость (40 Мбайт), миниатюрные габариты дисковода Click! позволили уместить его внутри PCMCIA-карты II типа. Разумеется, вскоре появилась камера, оборудованная данным дисководом. За основу была взята модель Agfa CL30 (1152x864), к названию которой добавилось обозначение нового носителя — Click!. Новая камера была лишена главных недостатков, характерных для этого класса фотоаппаратов, — больших габаритов и массы. Но за все приходится платить — по отзывам экспертов, дисководы Click! отличаются самым низким уровнем надежности по сравнению с другими аналогичными устройствами.

Компаниям» Olympus, Sanyo и Hitachi-Maxwell был разработан новый стандарт магнитооптического дисковода — iD-Photo, который отличался малыми габаритами (59x56x4,8 мм), высокой скоростью доступа (от 10 до 50 Мбайт/с) и большой емкостью — 730 Мбайт.

Модуль CompactFlash

Рисунок 4.2. Модуль CompactFlash

От модулей PCMCIA CompactFlash унаследовал двойное напряжение питания — 3,3 и 5 В, а также размещение контроллера управления памятью прямо на карте. Благодаря этому, какой бы емкости модуль CompactFlash пользователь ни приобрел, он может быть уверен, что его старый фотоаппарат будет работать с новой памятью. Для передачи изображений в компьютер без использования камеры применяются различные переходники. Наиболее распространены вышеупомянутый механический переходник PCMCIA, а также устройство чтения модулей CompactFlash через порт USB.

Чаще всего модули этого типа встречаются в фотоаппаратах Kodak, Canon и Nikon. С появлением CompactFlash тип II (толщина 5 мм) развитие стандарта фирмой IBM приобрело несколько необычное направление, об этом будет рассказано далее.
Широкое применение эти модули получили в среде мини-компьютеров. Электронная совместимость с картами PCMCIA позволила использовать форм-фактор CompactFlash для модемов, сетевых карт и даже миниатюрных и довольно примитивных фотокамер. Но последние — устройства уже совсем другой категории.

SmartMedia

Абсолютно новое устройство разработали компании, входящие в консорциум SSFDC — Solid State Floppy Disk Card (среди них Olympus, Toshiba и Fuji). Как следует из названия (приблизительный перевод — карты твердотельных флоппи-дисков), разрабатываемые устройства SmartMedia должны были быть дешевыми, легкими и компактными, контроллер управления памятью планировалось размещать в фотоаппарате. Среди отрицательных сторон такого подхода стоит отметить невозможность установки новых модулей большой емкости в старые модели камер. Тем не менее удалось в минимальные (45x37x0,76 мм) габариты легкого (всего 2 г) пластикового корпуса уместить сначала 2 и 4, а затем 8, 16, 32 и даже 64 Мбайт. Поначалу стоимость мегабайта SmartMedia оказалась даже чуть дороже мегабайта CompactFlash. Теперь же, если взять модули одной емкости разных типов, то SmartMedia окажется дешевле на 30 %. Различают модули на 3,3 В и на 5 В (в последнее время не применяются). Для того чтобы не перепутать, у модулей на 5 В срезан левый верхний угол, у 3,3-вольтовых — правый верхний. Кроме того, наклеив круглый кусочек фольги (в комплекте с каждым модулем поставляются 4 таких наклейки) на определенную область модуля, пользователь может закрыть данные от записи/стирания.

Модуль Memory Stick

Рисунок 4.5. Модуль Memory Stick

xD-Picture Card

Двое участников консорциума SSFDC, Fuji и Olympus, решили ответить на вызов, брошенный MultiMedia Card Association. Новый стандарт, разработанный в середине 2002 года, назывался xD-Picture Card и описывал самые миниатюрные карты, их габариты составляли 20x25x1,7 мм. Особый акцент делался также на большую емкость носителей (максимум 8 Гбайт) и высокую скорость обмена данными.
Выигрышной стороной xD-Picture Card было то, что все новые фотоаппараты Fuji и Olympus, совместимые с новыми картами, позволяли использовать также устаревшие модули SmartMedia. При этом дополнительного объема в корпусе фотоаппарата не требовалось, так как в один и тот же слот можно было устанавливать как старые, так и новые носители, только контактные группы у них располагались с разных сторон.
Одновременно с картой были представлены переходники. Два из них были привычными (PCMCIA и USB), а вот третий вызвал особенный интерес. Он выполнялся в виде карты CompactFlash и был совместим со всеми устройствами данного типа. Таким образом, Fuji и Olympus удалось создать носитель, совместимый с двумя из существующих типов — SmartMedia и CompactFlash.

Модуль SmartMedia

Рисунок 4.3. Модуль SmartMedia

Для передачи данных в портативный компьютер используется адаптер стандарта CMCIA. В отличие от аналогичного устройства для CompactFlash, данный переходник содержит контроллер работы с памятью, поэтому он дороже, а старые модели адаптеров не всегда могут работать с новыми модулями памяти. Так же как и для CompactFlash, существуют переходники для связи через порт USB. Кроме того, благодаря миниатюрности модулей SmartMedia был разработан уникальный переходник FlashPath. По внешнему виду он напоминает обычный гибкий диск 3,5 дюйма. В него помещается модуль SmartMedia, после чего FlashPath вставляется в 3,5-дюймовый дисковод и информация считывается с него, как с обычного гибкого диска. Для работы этот адаптер использует две «часовых» батарейки (так называемые «таблетки»). Многие специалисты в области цифровой фотографии подозревают, что переходник этот был разработан в ответ на серию камер Sony Mavica (о них будет рассказано далее).

MultiMedia Card

Вдохновленные успехом SmartMedia, в 1998 году фирмы Ericsson, Hitachi, Motorola, Nokia и Siemens объединились в MultiMedia Card Association (MMCA) — Ассоциацию карт мультимедиа. Новые карты памяти должны были стать самыми компактными и обладать минимальным энергопотреблением. Сфера применения — мини-компьютеры и сотовые телефоны (обратите внимание на список фирм-участниц ассоциации!), диктофоны и плейеры (в формате МРЗ), устройства GPS и, как ни странно, цифровые фотоаппараты. Габариты карт— 24x32x1,4 мм. На данный момент существует большое количество мини-компьютеров с разъемами под ММС, есть и сотовые телефоны с поддержкой этого стандарта. А вот фотокамер в течение первых трех лет было выпущено не так много — не более десятка моделей.

В основном модули ММС прижились в цифровых видеокамерах, добавляя к возможности видеосъемки функцию фотографирования. В качестве примера можно назвать цифровую видеокамеру Panasonic NV-C7 MiniDV, оборудованную слотом для ММС. Эта модель позволяет снимать кадры с разрешением 1200x900 или 640x480. Естественно, поскольку оптика видеокамеры отличается (и довольно существенно) от оптики фотоаппарата, качество фотографии в большинстве случаев оставляет желать лучшего.

Благодаря применению в цифровых видеокамерах модули ММС получили довольно широкое распространение. Поэтому в последнее время часть разработчиков цифровой фототехники стала все больше использовать память этого стандарта в своих камерах. В основном это те производители, модели которых не были долгое время «привязаны» к стандартам SmartMedia или CompactFlash. Для передачи данных в компьютер для модулей ММС разработаны как PCMCIA- и USB-, так и FlashPath-переходники.

Модуль xDPicture Card

Рисунок 4.6. Модуль xD-Picture Card

На декабрь 2002 года на рынке имелись модули с максимальной емкостью 128 Мбайт. К началу 2003 года должны появиться карты на 256 Мбайт.

Модули ММС

Рисунок 4.4. Модули ММС

Memory Stick

Фирма Sony, как всегда, «пошла другим путем». Ее модули Memory Stick отличаются внешним видом (размер 50x21,5x2,8 мм, вес около 4 г, визуально больше всего напоминают пластинку жевательной резинки), фиолетовым цветом и наличием переключателя защиты записи/стирания. Естественно, что модули эти распространены в основном в пределах техники Sony — начиная от органайзеров и заканчивая видеокамерами. Был разработан также уменьшенный вариант Memory Stick Duo (20x31x1,6 мм), для совместимости со стандартными слотами Memory Stick в комплект поставки входит расширительная планка. В последнее время Sony лицензирует использование Memory Stick в устройствах других фирм, а также по примеру CompactFlash создает периферийные устройства в этом форм-факторе. На данный момент разрабатываются: устройство GPS (31x112x11,5 мм; 29 г; приемник на 16 каналов), фотокамера (4x77x15 мм; 12,5 г; ЭОП — 100 000-пиксельная КМОП-матрица разрешением 332x288), а также распознаватель отпечатков пальцев (21,5x50x2,8 мм; 4 г).

Устройства долговременного хранения

К устройствам долговременного хранения предъявляется ряд жестких требований. Во-первых, необходима возможность продолжительного хранения без источников питания. Во-вторых, требуется минимальное энергопотребление при операциях записи/считывания/стирания. В-третьих, время записи/считывания/стирания должно быть как можно меньше. В-четвертых, габариты должны быть минимальными. И наконец, самое главное — устройство обязано быть стопроцентно надежным. Перечисленным требованиям в наиболее полной мере удовлетворяют конструкции, использующие так называемую флэш-память.

Устройства хранения информации

Итак, световой поток прошел через оптическую подсистему, попав на электронно-оптический преобразователь. Полученное аналоговое изображение посредством преобразователей стало цифровым. Как было сказано ранее, подавляющее большинство фотоаппаратов использует схему с чередованием элементов, которая требует дополнительной рбработки встроенным программным обеспечением для получения полноценного кадра. Также требуется обработка изображения с целью его сжатия (об этом будет рассказано далее). Кроме того, скорость считывания кадра с ПЗС-матрицы значительно выше скорости записи на устройство долговременного хранения информации, какого бы типа оно ни было. Для промежуточного хранения и обработки изображения используется буферная память.

Автоматический режим дополнительной вспышки

Рисунок 5.8. Автоматический режим дополнительной вспышки

При подключении используется как синхроконтакт, так и центральный контакт многоконтактного «башмака», при этом вариант с «башмаком» таит некоторую опасность для фотоаппарата, если вспышка старого образца и не имеет защитной цепи подключения. Этот режим позволяет значительно сократить время
подготовки к съемке, а если пользователь не изменяет значение диафрагмы камеры, то подготовка не требуется вообще.

TTL-режим называется так, потому что при определении освещенности объекта используются пройденный через оптику камеры световой ноток и светочувствительные элементы камеры (от английского «trough the lens» —«через линзы»).

Дополнительные устройства

В предшествующих разделах были рассмотрены три основные части фотоаппарата: оптика, системы регистрации и хранения изображения. Разумеется, что электронно-механическая «начинка» камеры содержит и другие детали, назначение большинства из них понятно и интересно только для узких специалистов. Но есть ряд устройств, которые.выполняют понятные для обычного пользователя задачи. Среди них можно выделить систему питания, лампу-вспышку, жидкокристаллический дисплей и интерфейсы подключения.

Лампавспышка

Лампа-вспышка

Порой условия съемки таковы, что оптическая система не в состоянии обеспечить приемлемую экспозицию (с разумным значением выдержки), а чувствительности ПЗС-матрицы не хватает. В таких случаях используется лампа-вспышка (в англоязычной терминологии flash — не путать с памятью аналогичного названия), которой оборудованы практически все современные цифровые фотокамеры. Данное устройство согласовано с аппаратурой экспозамера камеры и обеспечивает импульс света в момент срабатывания затвора камеры. Основная из характеристик встроенной вспышки — ведущее число (guide number), измеряемое в футах либо метрах. Число это приводится для некоторой чувствительности (как правило, ISO 100) и вычисляется умножением диафрагмы на дальность действия. Таким образом, ведущее число определяет дистанцию импульса при разных значениях диафрагменного числа. Изменение чувствительности также влияет на «дальнобойность» вспышки. Среди остальных параметров стоит выделить интервал заряда вспышки.

Из режимов работы данного устройства чаще всего встречаются четыре — автоматический, принудительное срабатывание (используется, если автоматика камеры по каким-то причинам не включает вспышку, а она необходима), выключено (когда вспышка неприменима), а также подавление «эффекта красных глаз», о котором будет рассказано далее. При большой выдержке вспышка может быть синхронизирована «по первой» либо «по второй шторке». Этот термин обозначает, что вспышка выдает импульс в момент открытия либо закрытия затвора, в зависимости от выбора движущиеся объекты будут иметь разный вид на фотографии.

Следует помнить, что использование вспышки приводит к определенной потере глубины кадра, изображение становится более плоским, теряются полутона. Поэтому автоматика камеры должна минимизировать время импульса вспышки и добиваться качественного кадра тщательным подсчетом экспозиции. Автоматика вспышек последнего поколения учитывает не только экспозицию, но также и дистанцию съемки. Если данная функция отсутствует, то при слабой освещенности близкорасположенного объекта есть риск получить «засвеченный» кадр.

Помимо встроенных, существуют также внешние вспышки. Как правило, эти устройства применяются при недостаточной мощности вспышки камеры, а также при необходимости освещения объекта съемки «не в лицо» (то есть сбоку, сверху, отраженным и рассеянным светом и т. д.). В качестве источников питания используются элементы АА — как батареи, так и аккумуляторы.

Питание от специальных аккумуляторов

Рисунок 5.2. Питание от специальных аккумуляторов

Другой вариант подразумевает комплектацию камеры аккумулятором, как правило, совместимым с используемыми в портативной бытовой технике литиево-ионными элементами питания. Подобного рода аккумуляторы можно найти в CD-плейерах, видеокамерах и других устройствах. При этом камера оснащается также блоком питания от обычной электросети (если заряд аккумулятора производится внутри фотоаппарата), либо зарядным устройством (это предпочтительнее, так как при этом нет опасности повреждения камеры в случае всплеска напряжения в электросети). Минус такого варианта в сложности поиска сменных элементов питания и их высокой цене.

С развитием аккумуляторной техники появились энергоемкие элементы в формате АА (более 1000 мА/час). Переход с никель-кадмиевой на никель-металл-гидридную технологию позволил значительно уменьшить так называемый «эффект памяти» (частые разряды-заряды малой емкости приводили к тому, что аккумулятор невозможно было зарядить на полную емкость). Кроме того, значительно снизилась стоимость элементов. А в случае когда аккумуляторы разряжены, можно использовать батарейки. Все эти факторы позволяют считать, что ориентация большинства производителей на формат АА оказалась верной.

Стоит ли подключать фотоаппарат к электросети при стационарной работе? Вопрос этот очень важен, так как, в отличие от портативных компьютеров, цифровые камеры не оборудованы фильтрами от скачков напряжения в сети. Поэтому для безопасной эксплуатации необходимо использование качественного сетевого фильтра либо источника бесперебойного питания.

Питание от стандартных элементов АА

Рисунок 5.1. Питание от стандартных элементов АА

Подключение к другой технике

Из других интерфейсов наиболее распространен видеовыход — разъем, обеспечивающий передачу изображения в формате композитного видеосигнала. С его помощью пользователь может просмотреть фотографии на экране телевизионной техники. Используемые кодировки: PAL и NTSC.

На редких моделях фотоаппаратов встречался параллельный порт, он предназначался для прямого, без использования компьютера, подключения фотопринтера. Как ни странно, подключиться к компьютеру посредством этого порта было невозможно. Кроме того, широкое распространение получили фотопринтеры с гнездами для модулей SmartMedia и CompactFlash. Если и принтер, и камера поддерживали спецификацию DPOF (Digital Print Order Format), то при просмотре кадров на фотоаппарате достаточно было выделить для печати интересующие кадры, вынуть карту памяти и поместить ее в принтер, который печатал выбранные фотографии. Разумеется, компьютер в этом случае тоже не нужен, так что не удивительно, что параллельный порт для подключения фотопринтера скоро «вымер».

Некоторые камеры оснащаются ИК-портом, но в отличие от интерфейса IrDA, данное устройство предназначено для управления камерой с помощью пульта дистанционного управления. Этот пульт, как правило, позволяет управлять фокусным расстоянием объектива и кнопкой затвора, а в режиме просмотра через видеовыход переключаться между кадрами и переходить в режимы индексного и масштабированного просмотра. Профессиональные камеры используют для подключения проводные пульты дистанционного управления.

Подключение к компьютеру

Помимо цены и конструктивных особенностей, любительские и профессиональные камеры отличаются размерами файлов. Профессиональные фотоаппараты с самого начала использовали ПЗС-матрицы с высоким разрешением, изображение записывалось без сжатия, в форматах RAW либо TIFF. Данные обстоятельства вызвали применение памяти высокой емкости, а также высокоскоростных интерфейсов связи с компьютером — таких как SCSI и FireWire (известен также под названием IEEE-1394).

Любительские цифровые камеры были лимитированы по цене, поэтому первоначально комплектовались ЛВС-матрицами невысокого разрешения и ограниченным объемом памяти, достаточным для хранения десятка-другого кадров в формате JPEG. Малые объемы передаваемых данных позволили использовать для коммутации последовательный интерфейс (RS-232).

Подключение со стороны компьютера осуществлялось через стандартный девятиконтактный трапецидальный разъем, разъем камеры на ранних моделях исполнялся тоже многоштырьковым, затем его сменил трехконтактный микроджек.

Использовалась также модификация последовательного интерфейса для инфракрасной связи — спецификация IrDA.

Чаще всего данный интерфейс встречается на портативных компьютерах, и теоретически инфракрасный порт должен был избавить владельцев ноутбуков от необходимости носить соединительные провода. Но в основном порт IrDA устанавливался на камерах, использующих модули CompactFlash. PCMICA-nepe-ходник для этого вида памяти стоит очень недорого, поэтому необходимость инфракрасного порта представляется сомнительной.

На раннем этапе встречались также модели с подключением через параллельный порт (оборудованные памятью высокой емкости), но по сравнению с последовательным интерфейсом скорость увеличивалась незначительно, а необходимость постоянного отключения принтера вела к частым поломкам порта компьютера. Кроме того, разъем на камере получался либо слишком большим, либо слишком хрупким.

С появлением порта USB эксперименты с параллельным портом окончательно прекратились. Новый интерфейс обеспечивает высокую скорость обмена (до 4 Мбайт/с), позволяет подключать камеру без выключения питания, а разъем USB состоит всего из 4 контактов. Некоторые из современных моделей камер «потеряли» разъем для подключения через RS-232, так как размеры файлов современных камер в сочетании с модулями памяти высокой емкости делают практически невозможным использование последовательного порта.

Программное обеспечение для передачи изображений в компьютер можно разделить на три основные группы. Первая группа использует так называемый TWAIN-драйвер — стандартизован-'ный набор функций передачи графической информации между сканером и программой. Приложение обработки изображений, использующее интерфейс TWAIN, предлагает пользователю на выбор несколько сканеров, установленных в системе (среди них наша камера), затем вызывается сам TWAIN-драйвер, пользователь видит уменьшенные изображения отснятых кадров и осуществляет выбор, выбранные кадры переносятся в приложение, где они обрабатываются и сохраняются. Главный недостаток такого способа в многократных передачах данных — из камеры в д-райвер, затем из драйвера в приложение и лишь потом — запись на диск, при этом используются значительные объемы ОЗУ.

Более простое подключение обеспечивает вторая группа ПО. Утилита фотоаппарата выполняется не в виде драйвера TWAIN, с которым работают другие приложения, а в виде отдельной программы, задача которой — связь с камерой и сохранение файлов. Естественно, что такой способ лишен некоторой гибкости, характерной для двух вышеперечисленных методов, зато простота реализации обеспечивает надежную работу в большинстве случаев.

Некоторые из производителей для подключения своих фотоаппаратов разработали довольно любопытный метод. Установка драйвера в системе создает виртуальный дисковый накопитель. После подключения камеры пользователь обращается к этому диску, это обращение перехватывает утилита считывания данных с фотоаппарата и в качестве содержимого диска отображает отснятые кадры (как правило, в виде уменьшенных изображений). Пользователь выбирает интересующие его кадры и копирует их в заранее созданный каталог на компьютере. Правда, у него нет возможности обращаться к камере из оболочек типа Norton Commander — камера является виртуальным диском и не «прописывает» себя в системе в качестве накопителя. Данный подход в полной мере был реализован в ОС Windows 98 и ее продолжении, Windows Me — речь идет о системной папке «Сканеры и камеры». По причине широкого распространения высокоскоростного порта USB производители улучшили данный способ коммутации. После подключения камеры драйвер создает логический диск, и пользователь напрямую обращается к нему, в том
числе и с помощью оболочек типа Norton Commander. При этом он может просматривать отснятые кадры, копировать интересующие его и удалять неудачные точно так же, как и при использовании обычного жесткого диска.

Бывают случаи, когда камера оснащена модулем памяти большой емкости (как правило, приобретенным дополнительно), а из интерфейсов имеет только последовательный. Чтобы ускорить передачу данных, используются различные переходники, описанные в предыдущем разделе. Среди них в последнее время наибольшую популярность приобретают именно адаптеры для USB, создающие виртуальный дисковый накопитель. Адаптер PCMCIA -CompactFlash при всей своей дешевизне может использоваться лишь с портативной техникой, a FlashPath по сравнению с последовательным интерфейсом дает не слишком большой прирост в скорости.

Система питания

Поскольку, в отличие от пленочных фотоаппаратов, функционирование цифровых камер невозможно без электрического тока, надежность системы питания является ее главной характеристикой. От используемых элементов питания (батарей либо аккумуляторов) требуется высокая энергоемкость, в то же время эти элементы должны быть компактными и легкими.

В настоящее время обозначились две основные тенденции, практикуемые производителями камер. В первом варианте, наиболее распространенном, питание камеры рассчитано на 2-4 элемента формата АА (так называемые «пальчиковые батарейки»). Такой подход обеспечивает общедоступность используемых элементов питания, одновременно вынуждая пользователя тратить деньги не только на расходные материалы для принтера (если фотографии печатаются), но и на батареи. Кроме того, новые фотоаппараты потребляют энергии в несколько раз больше, чем старые модели.

TTLрежим дополнительной вспышки

Рисунок 5.9. TTL-режим дополнительной вспышки

В этой схеме используется многоконтактный разъем. Через этот разъем камера передает вспышке информацию об экспозиционных параметрах: диафрагме и выдержке, а также значение дистанции съемки. На основе полученных данных вспышка приближенно определяет необходимое значение светового импульса, а при использовании большой выдержки и синхронизации «по второй шторке» — необходимое время задержки включения лампы. В момент съемки светочувствительный элемент камеры определяет освещенность объекта и при достижении необходимого уровня отключает вспышку. TTL-режим полностью избавляет пользователя от необходимости настройки как камеры, так и вспышки.

Большинство вспышек, предназначенные для эксплуатации с камерами, оборудованными вариообъективами, помимо ведущего числа характеризуются также изменяемым углом рассеивания. Для изменения угла рассеивания используется перемещение отражателя внутри вспышки с помощью сервопривода, для
дополнительного эффекта можно поменять рисунок рассеивающего стекла. Данная функция достижима во всех режимах, но наилучшего эффекта можно добиться при использовании многоконтактного разъема и TTL-режима.

Поскольку съемка с использованием внешней вспышки производится, как правило, в условиях плохой освещенности, некоторые модели вспышек оборудованы инфракрасным прожектором. Подсветка с помощью инфракрасного прожектора облегчает работу автофокуса камеры.

Часто при съемке со вспышкой глаза людей (особенно светлые — голубые, серые) приобретают ярко-красный оттенок. Вызывается это отражением света от глазного дна. Для решения проблемы «красных глаз» существует два способа. В первом случае для аккомодации глаза используется предварительное его освещение либо с помощью специальной лампочки, либо посредством серии предварительных световых импульсов низкой мощности, генерируемых самой вспышкой. Минус этого подхода очевиден -человек инстинктивно жмурится, в результате в кадре глаза у него не красные, но просто закрытые. Второе решение заключается в максимальном разнесении оптических осей вспышки и объектива, при этом эффект «красных глаз» значительно уменьшается без дискомфорта для снимаемого человека.

Внешние вспышки а — подключение с помощью кабельного гнезда б — подключение с помощью «башмака»

Рисунок 5.3. Внешние вспышки: а — подключение с помощью кабельного гнезда, б — подключение с помощью «башмака»

Для освещения объекта съемки отраженным светом используется поворачивающаяся головка, при этом она, как правило, направляется в потолок под определенным углом. Для рассеянного света применяется зонт из светоотражающего материала, при этом вспышка направлена в противоположную от объекта съемки сторону — в центр зонта.

Самый простой метод использования внешней вспышки — посредством световой ловушки. Данное устройство срабатывает от светового импульса фотоаппарата и включает присоединенную к ловушке вспышку. Минусы такого подхода очевидны, при малой выдержке данная схема неэффективна, а также сохраняется лицевая засветка объекта съемки вспышкой фотоаппарата.

Гораздо больше возможностей предоставляют различные интерфейсы подключения вспышки к фотоаппарату. При этом автоматика камеры синхронизует срабатывание затвора с отправкой управляющего сигнала на вспышку. Существует два основных типа разъемов — гнездо подключения кабеля и так называемый «башмак» (hot shoe). Второй тип подразумевает крепление вспышки непосредственно на камере. Оба эти интерфейса, в свою очередь, подразделяются на одноконтактные и многоконтактные.
Одноконтактные гнездо подключения кабеля (синхроконтакт) и «башмак» являются наиболее стандартизованными.

Чаще всего на любительской цифровой технике устанавливается синхроконтакт, одноконтактный «башмак» встречается реже.

Многоконтактные разъемы, как кабельные гнезда, так и «башмаки», разрабатывались различными фирмами и поэтому несовместимы между собой (форма разъема и количество контактов также зависит от производителя). Многоконтактным (или как еще его называют TTL) «башмаком» оснащены все профессиональные камеры.

Среди любительских моделей считанные экземпляры оборудованы ТТL-«6ашмаком» - как правило, полупрофессиональные фотоаппараты.

В то же время размеры камер не всегда позволяют разместить на их верхней панели многоконтактный «башмак». Для того чтобы максимально использовать возможности внешних вспышек эти модели оснащаются многоконтактными гнездами и подключаются к вспышкам посредством специальных кабелей.

В зависимости от типа подключения и условий съемки вспышка может работать в ручном, автоматическом либо TTL режимах.

В ручном режиме пользователь самостоятельно устанавливает диафрагму камеры на основании ведущего числа вспышки и дистанции съемки. При этом необходимо, чтобы камера поддерживала ручной либо приоритетный по диафрагме режим установки экспозиции (впрочем, практически все камеры с синхроконтак-том поддерживают эти режимы). Данный способ достаточно прост, вспышки этого класса дешевы, и имеется всего один недостаток — долгое время подготовки к съемке.

В автоматическом режиме пользователь устанавливает только диафрагменное число камеры. Затем это значение диафрагмы сообщается автоматике вспышки с помощью различных органов управления (кнопки, переключатели, система меню). В момент съемки лампа вспышки начинает свечение, установленный на вспышке светочувствительный элемент определяет количество отраженного света и по достижении определенного уровня освещенности выключает лампу.

Жидкокристаллические дисплеи

Монохромные символьные ЖК-индикаторы встречаются и в пленочных камерах и служат в основном для показа экспозиционных параметров, а также для настройки дополнительных функций фотоаппарата. Этим же целям служат аналогичные устройства, используемые в цифровой технике. По своему устройству они более всего сходны с дисплеями электронных часов и обеспечивают качественное отображение символьных данных (букв, цифр и пиктограмм) при минимальном энергопотреблении. Размер ЖК-индикатора и количество выводимой информации зависит от сложности и класса фотоаппарата. В последнее время наметилась тенденция к отказу в любительских фотоаппаратах от символьных индикаторов, с перекладыванием части их функций на цветные ЖК-дисплеи.

Эти устройства более сложные и дорогие, тем не менее они стали неотъемлемыми элементами камер, предназначенными для просмотра отснятых кадров. Их размер колеблется от 3,8 до 5 см по диагонали, а разрешающая способность от 65 000 до 150 000 пикселов. Функционально ЖК-дисплеи повторяют экраны портативных компьютеров и подразделяются на два типа: так называемые дисплеи с активной матрицей (active matrix), называемые также дисплеями на тонкопленочных транзисторах (TFT), и экраны двойного сканирования. Если не вдаваться в технические подробности, то экраны двойного сканирования характеризуются крайне низким качеством отображения графической информации, а из их преимуществ можно назвать лишь низкий уровень энергопотребления. Поэтому неудивительно, что ЖК-дисплеи данного типа исчезли практически из всех современных камер. Дисплеи с активной матрицей, помимо размера и количества пикселов, могут также характеризоваться эффективным углом отображения (область, в пределах которой изображение видимо без потери качества), яркостью и контрастностью. Последние параметры в обзорах обычно указываются описательными терминами, например, «экран этой камеры очень яркий» либо «контрастность матрицы обеспечивает удобный просмотр кадров даже при ярком солнце».

Помимо просмотра изображений (и удаления неудачных фотографий), ЖК-дисплей позволяет управлять настройками фотоаппарата посредством системы меню. Для перемещения по пунктам меню и подтверждения выбора служат специальные кнопки. Это одно из основных отличий от пленочных камер — для настройки основных функций 35-мм камеры используют отдельные кнопки и их сочетания. Впрочем, последние модели полупрофессиональных цифровых фотоаппаратов также обзавелись кнопками быстрого доступа к наиболее часто используемым функциям.

Для удобства просмотра с самого начала в цифровых фотокамерах был реализован индексный режим просмотра. В этом режиме на ЖК-дисплей выводятся в уменьшенном виде сразу несколько изображений (как правило, от 4 до 9), при этом пользователь может быстро переключиться на интересующий его кадр. В последнее время появилась также функция масштабирования кадра, когда часть изображения выводится во весь экран и с помощью кнопок управления пользователь перемещает поле обзора по всему кадру. Такой режим позволяет рассмотреть детали, незаметные при обычном просмотре. Масштабирование кадра, как правило, двух- либо трехкратное.

ЖК-дисплей некоторых камер не вмонтирован в заднюю стенку, а крепится шарниром к верхней либо боковой стенке, позволяя вращать экран относительно оси визирования.

При этом обеспечивается возможность съемки из сложных положений (например, поверх голов).

С этой же целью некоторые камеры имеют поворачивающиеся друг относительно друга оптический блок (в нем смонтирован объектив) и основной блок (в нем смонтированы электроника, отсек модулей памяти, батарейный отсек и ЖК-дисплей).

Использование ЖК-дисплея в солнечный день сильно затруднено, так как блики на поверхности экрана мешают разглядеть изображение. Однако существуют способы решения этой проблемы.

Во-первых, существуют компании, специализирующиеся на выпуске специальных козырьков (hood). Эти козырьки надеваются на камеру таким образом, что закрывают поверхность экрана от попадания прямых солнечных лучей.

Наиболее известны мягкие козырьки от фирмы HoodMan, фиксирующиеся с помощью ленты «велькро».

Фирмами Sony и Epson производились камеры, использовавшие для подсветки экрана прозрачное окошко в его верхней части, наиболее известное название данной схемы — Solar Assist. Хотя при просмотре благодаря этому окошку удавалось сэкономить энергию батареек, при съемке (и использовании ЖК-дисплея в качестве видоискателя) проблему бликов Solar Assist не снимал.

Ближе всего к решению задачи с бликами подошла Sony. Ее модель DCS-F505 не имела оптического видоискателя, соответственно, изображение на ЖК-дисплее должно было быть четким при любых условиях. Разработчики этой камеры применили гибридный (hybrid) экран, оснащенный специальным внутренним отражателем. В достаточно яркий день подсветку можно было отключить и вместо бликов в отраженном солнечном свете видеть нормальное изображение.

Активные системы

В быту примером активного охладителя служит обычный холодильник. Однако его конструкция, хотя и обеспечивающая высокий КПД и хорошее охлаждение, неприемлема для цифровой фототехники, даже студийной — в первую очередь из-за размеров и веса.

Для активного охлаждения студийной цифровой техники используются системы Пельтье. Работа этих полупроводниковых термоэлектрических модулей основана па одноименном эффекте.

Эффект Пельтье проявляется при приложении разности потенциалов к двум проводникам, изготовленным из разных материалов. В зависимости от полярности напряжения на стыке этих проводников будет выделяться либо поглощаться тепловая энергия. Происходит это вследствие ускорения либо замедления электронов за счет внутренней контактной разности потенциалов стыка проводников.

Наилучшего результата можно достичь при использовании комбинации полупроводников га-типа ир-типа, в которых теплопог-лощение производится за счет взаимодействия электронов и «дырок». При каскадном объединении удается добиться сильного охлаждения, но при этом наблюдается как поглощение тепла, так и выделение. Поэтому элементы системы Пельтье комбинируются таким образом, чтобы одна сторона охладителя была «горячей», а другая — «холодной».

Для отвода избыточного тепла с «горячей» стороны используются пассивные компоненты — радиаторы, часто дополняемые вентиляторами.

Активные системы на основе эффекта Пельтье позволяют охлаждать ЭОП студийных фотокамер до температур, близких к нулю.

Тепловой шум матрицы снижается в несколько раз и за счет этого значительно расширяется динамический диапазон сенсора. Однако есть ограничение по нижнему пределу температуры, так как при сильном охлаждении возможна конденсация влаги из окружающей атмосферы, которая может вызвать короткое замыкание компонентов камеры.

Наиболее простым устройством пассивного теплообмена

Пассивные системы

Наиболее простым устройством пассивного теплообмена является радиатор (heatsink). Он представляет собой конструкцию из материала с высокой теплопроводностью, как правило, металла. При этом форма тепловыделяющей поверхности подбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальную площадь рассеивания. Поэтому чаще всего встречаются игольчатые радиаторы, обеспечивающие при равном объеме наибольшую рабочую поверхность.

В некоторых полевых камерах роль радиатора играет массивный металлический корпус фотоаппарата. Специальное устройство обеспечивает теплообмен матрицы и корпуса. При этом конструкция теплообменника должна исключать электрическую проводимость, так как заряд статического электричества может вывести из строя ЭОП.

Для улучшения рассеивания тепла с поверхности радиатора используется принудительный обдув с помощью микровентилятора. Подобные системы применяются в персональных компьютерах для охлаждения процессора и называются кулерами (cooler, от слова cool — охлаждать). На основании того, что при работе вентилятора используется электроэнергия, кулеры ошибочно называют активными устройствами, хотя они не могут «вырабатывать холод» и понижать температуру ниже уровня окружающего воздуха.
В целом пассивные системы охлаждения довольно эффективно применяются для охлаждения до 40° по Цельсию, хотя их производительность сильно зависит от температуры окружающей среды.

Камеры с расщеплением света

Напомним основные принципы схемы с расщеплением света.
Поскольку в пленочной фотографии аналогов данной схемы просто не существует, требуется разрабатывать конструкцию «с нуля». Объектив, как и в большинстве полных камер, заимствуется с 35-мм байонетных фотоаппаратов. После того как объектив сформировал изображение, с помощью специальной призмы оно делится на три части. Затем для регистрации кадра используются три ЭОП, каждый со своим светофильтром. В результате получаются три изображения (как в мультиэкспозиционных приставках). Складывая их, можно получить полноцветное изображение.

Уже упоминались недостатки данной схемы:

необходимо считывать информацию не с одного, а с трех сенсоров, таким образом, требуется очень высокая скорость передачи данных; при прохождении призмы-делителя световой поток ослабляется, что ограничивает доступные значения выдержки и диафрагмы; сигналы со всех трех ЭОП должен быть одинаковыми, в противном случае возможны цветовые искажения.

Для решения этих задач используется ряд технических решений.
Высокая скорость считывания с ЭОП достигается применением буферной памяти большого объема. Кроме того, регулярно разрабатываются более совершенные интерфейсы, обеспечивающие интенсивный обмен информацией.

Для компенсации ослабления светового потока при съемке в студии используется дополнительное осветительное оборудование.

Самой серьезной задачей остается калибровка ПЗС-матриц. Как правило, она производится параллельно с настройкой баланса белого. Для этого используется эталон — матовый плоский объект белого цвета. Если при съемке эталона будут наблюдаться оттенки того или иного цвета, то это значит, что сигнал с соответствующего ЭОП ослаблен либо, наоборот, завышен. Впрочем, поскольку студийный фотоаппарат постоянно подключен к компьютеру, есть возможность соответствующим образом настроить программное обеспечение и компенсировать цветовой баланс.

Основным преимуществом схемы с расщеплением света является возможность съемки живых объектов с неинтерполированным цветом. Широкому распространению этих камер мешает сложность и высокая цена данных устройств, а также отсутствие универсализма — возможности использовать одно и то же оборудование как для цифровой, так и обычной фотосъемки.

Наиболее известные модели

В отличие от фирм, производящих обычные камеры для студийной съемки и сохраняющих статус-кво десятилетиями, в области цифровой техники аналогичного назначения происходили бурные изменения. Некоторые компании, считавшиеся лидерами отрасли 5 лет назад, на сегодняшний день влились в состав других корпораций или же просто исчезли с рынка. Часто революционные новшества, примененные в новой модели, опережали свое время, и рынок не принимал новинку. Однако с прошествием времени наиболее удачные инженерные решения «приживались» и даже становились необходимым компонентом камеры.

Для многих профессиональных фотографов определение «студийная цифровая фотокамера» ассоциируется в первую очередь с продукцией сравнительно небольшой компании Dicomed. И это не случайно, поскольку фотоаппараты этой фирмы во многом опередили свое время, заставляя других производителей форсировать свои разработки.

Dicomed была расположена в городе Бернсвилл, штат Миннеаполис. Ее история началась в 1968 году созданием оборудования для сканирования рентгеновских снимков. В дальнейшем все разработки велись в направлении оцифровки изображения. А в 1993 году англичанину Тревору Хаворту, который был тогда президентом компании, удалось подписать эксклюзивный контракт на лицензионное производство сканирующих приставок BetterLight.

Однако для оперативной съемки требовались сенсоры, регистрирующие кадр целиком, то есть матрицы. Но к тому моменту разрешение устройств данного типа было довольно низким. Решение пришло буквально «с небес».

При эксплуатации разведывательных спутников, фотографирующих вражеские объекты, самым сложным этапом является передача отснятых кадров. Сначала пленка в специальных контейнерах сбрасывалась с орбиты, и имелся риск ее перехвата. Затем разработали автоматические проявочные машины, расположенные прямо на борту спутника, а полученные кадры сканировались и передавались на землю. В конце концов, решено было избавиться и от пленки, а изображение регистрировать с помощью ПЗС-матрицы. Однако для этого необходимо было разработать сенсор с меньшим энергопотреблением и более скромным тепловыделением.

Эту задачу возложили на предприятие Loral-Fairchild — совместное детище одного из крупнейших производителей спутниковых систем (Loral) и гиганта полупроводниковой индустрии Fairchild Semiconductors. После долгих усилий был разработан целый ряд ПЗС-матриц, удовлетворявших заказчиков. Кроме того, качественно новыми стали такие показатели, как разрешение и динамический диапазон.

Однако к концу восьмидесятых «холодная» война пошла на убыль, спутники стали летать реже, а деньги, вложенные в разработку новых ЭОП, надо было как-то возвращать. В итоге часть сенсоров появилась на рынке и довольно быстро нашла покупателей в лице компаний-разработчиков цифрового фотооборудования.

Возникает вопрос — а что же произошло с компанией Loral-Fairchild, благодаря которой произошел столь сильный прогресс в цифровой фотографии? Некоторое время эта компания была частью аэрокосмического концерна Lockheed Martin и называлась Lockheed Martin Fairchild Systems. В 2000 году Fairchild Systems вошла в состав другого аэрокосмического концерна, В АЕ Systems. Среди современных разработок можно назвать 85-мега-пиксельный (9216x9216) сенсор.

Ну а в 1996 году Тревор Хаворт объявил о разработке новой модели Dicomed BigShot. В этой камере планировалось использовать ПЗС-матрицу Loral-Fairchild с разрешением 4096x4096. Предполагалось оснастить камеру ЖК-светофильтром с очень малым циклом смены цвета, что позволило бы снимать живые объекты с неинтерполированным цветом.

Однако разработчики светофильтра не уложились в необходимые сроки. Кроме того, несмотря высокую скорость работы светофильтра, не удалось избежать проблем при съемке со вспышкой — неоднородность цикла свечения давала сильные световые искажения. И уж совсем не представлялось возможным увеличить скорость считывания данных с матрицы, что окончательно ставило крест на перспективе использования BigShot для съемки живых объектов.

В итоге на рынок были представлены не одна, а три модели: монохромный BigShot 1000, мультиэкспозиционный BigShot 3000 (с ЖК-светофильтром, но без буферной памяти и только для съемки неподвижных объектов) и BigShot 4000, самый дорогой (54 тысячи долларов) вариант с интерполяцией цвета.

В процессе эксплуатации вскрылись крупные недочеты конструкции. Напичканная электроникой камера не имела охлаждающей системы, и тепловой шум недопустимо сужал динамический диапазон. Кроме того, высокая стоимость BigShot, обусловленная дороговизной изготовления шестнадцатимегапиксельных сенсоров, отпугивала многих потенциальных клиентов. Dicomed попытался выправить положение выпуском «облегченной» модели Little BigShot, использовавшей шестимегапиксельную матрицу Philips, однако это не спасло компанию от краха, наступившего в 1999 году.

По сравнению с Dicomed, история компании MegaVision не столь продолжительна, она была основана в 1983 году. Однако у обеих фирм есть общее — с самого начала в качестве приоритетного направления были избраны оцифровка и обработка графических изображений. Уже в 1984 году была представлена система обработки графической информации 1024ХМ. Для того чтобы изображение можно было вводить в систему 1024ХМ напрямую, Mega Vision разработала электронную камеру. Однако по своей конструкции она разительно отличалась от современных цифровых фотоаппаратов. Фактически это была телевизионная камера, использующая для регистрации изображения видикон. Единственным отличием было относительно высокое разрешение — 1000 линий.

ПРИМЕЧАНИЕ
Видикон (Vidicon) — передающая телевизионная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). В отличие от обычной ЭЛТ, используемой в телевизорах и мониторах, изображение, проецируемое системой линз на фоточувствительный слой видикона, вызывает изменение потенциалов на поверхности этого слоя. Затем это изменение считывается при проходе луча из электронов, формируемого схемой развертки. В настоящее время в теле- и видеокамерах видикон заменяется ПЗС-матрицами.

В 1986 году разрешение было удвоено и составляло 2000 линий. Камера использовалась совместно с 1024ХМ, вся система называлась Tessera и была первым цифровым фотоаппаратом, применяемым для коммерческой съемки. Однако качество «картинки» было довольно посредственным, мешал узкий динамический диапазон.
Поэтому в 1992 году была создана мультиэкспозиционная сис-. тема Т2, в которой использовалась ставшая ныне традиционной ПЗС-матрица. Разрешение сенсора CCD442A производства Loral-Fairchild составляло 2048x2048. Из других особенностей Т2 следует упомянуть разработанное в 1991 году инженерами MegaVision встроенное в корпус приставки цветовое колесо.

В 1997 году появилась приставка S2, построенная по схеме с интерполяцией цвета. В ней использовалась та же четырехмегапик-сельная ПЗС-матрица, что и в Т2. В 1998 году для S2 был создан комплект портативной съемки BatPac, состоявший из АЦП, цифрового экспонометра, буферной памяти, слота PCMCIA и аккумулятора.

1999 год ознаменовался появлением сразу двух моделей — S3 с интерполяцией цвета и мультиэкспозиционной Т32, базировавшихся на ПЗС-матрице производства Philips (3072x2048). В 2000 году появилась улучшенная версия S3 — S3Pro, чувствительность которой могла достигать 400 единиц ISO.

В дальнейшем разрабатывались только модели с интерполяцией цвета. В 2001 году появилась S4, использующая шестнадцатиме-гапиксельную (4000x4000) ПЗС-матрицу Kodak, а в самом конце 2002 года — S427, сенсором которой служит одиннадцатиме-гапиксельная (4008x2672) матрица Philips.

Еще одной легендой цифровой фотографии по праву считается американская фирма Leaf. В 1992 году ее основатель Боб Каспе представил мультиэкспозиционную приставку Digital Camera Back (DCB), оснащенную четырехмегапиксельной матрицей Loral-Fairchild. Основной «изюминкой» приставки была система охлаждения сенсора, значительно расширявшая динамический диапазон.

Затем появилась модель DCB-II, использовавшая для охлаждения элементы Пельтье, понижавшие температуру ПЗС-матри-цы до 0° по Цельсию. Предыдущая модель не могла охлаждать сенсор ниже температуры воздуха в студии.

В 1994 году Leaf обратила свое внимание на рынок недорогой техники, выпустив полную камеру Lumina своеобразной конструкции. В ней использовались объективы Nikon серии F, а в роли ЭОП выступала не полнокадровая матрица, а сканирующая линейка, обеспечивавшая захват изображения из 2700x3400 точек. Оптимизированная для монтажа на микроскоп модель получила наименование Micro Lumina.

В 1995 году появилась приставка с интерполяцией цвета Catch-Light. Она оснащалась той же матрицей, как и в DCB-II, но ее разрешение составляло 1950x1950. Чтобы улучшить цветопередачу, разработчики заменили в каждой группе из четырех пикселов один из двух зеленых элементов сине-зеленым (teal), в результате увеличилась чувствительность в синей области спектра.

В 1997 году компания Leaf вошла в состав израильского консорциума Scitex. Боб-Каспе покинул фирму, основав собственное предприятие по производству цифровой фототехники Sound Vision, впрочем, без видимого успеха.

В 1998 году Scitex представила первую полностью израильскую разработку — мультиэкспозиционную приставку Leaf Volare, оснащенную шестимегапиксельной матрицей Philips и «визитной карточкой» Leaf — системой охлаждения сенсора с элементами Пельтье.

В 1999 году появилась Leaf Cantare — шестимегапиксельная модель с интерполяцией цвета. В отличие от CatchLight новая приставка использовала классическую Байеровскую схему. В 2000 году произошло слияние концернов Сгео и Scitex. В том же году появилась шестимегапиксельная многофункциональная модификация CantareXY. Для съемки в полевых условиях был разработан комплект On-Location, включавший в себя аккумулятор и интерфейсную карту с АЦП, выполненную в формате PCMCIA.

Последние разработки Сгео используют достижения в области КМОП-матриц. В альянсе с бельгийской фирмой FillFactory удалось разработать шестимегапиксельный (3150x2100) сенсор, чувствительность и динамический диапазон которого являлись пригодными для студийной техники. На базе этой матрицы в 2001 году была создана приставка с интерполяцией цвета C-Most. Осенью 2002 года появилась улучшенная (с большей чувствительностью) версия Valeo 6, а также одиннадцатимегапиксель-ная (4056x2684) Valeo 11. Для просмотра кадров приставки Valeo комплектуются карманным компьютером Leaf DP-67.

Крупнейший европейский производитель студийной техники, датская фирма Phase One, была основана в 1993 году разработчиком барабанных сканеров для полиграфической индустрии. Наряду с BetterLight небольшая скандинавская компания долгие годы является одним из лидеров рынка сканирующих приставок.

Первая модель — сканирующая приставка для крупноформатных камер PhotoPhase FC 70 с разрешением 2500x3600 — вышла в 1994 году. Годом позднее была разработана модификация PhotoPhase vll с вдвое большим разрешением — 5000x7200. В 1996 году Phase One выпустила версию FC 70 с вдвое меньшим временем захвата, назвав ее StudioKit. Одновременно была анонсирована высокопроизводительная серия PovverPhase, предназначенная для использования со среднеформатными камерами и генерировавшая кадры размером 7000x7000 пикселов.

На следующий год StudioKit была адаптирована для использования со среднеформатными камерами, в таком варианте ее разрешение составляло 3500x3500. В свою очередь, PowerPhase была модифицирована для эксплуатации с крупноформатной техникой и обеспечивала разрешение 6000x8400. В 1999 году появилась самая мощная сканирующая приставка Phase One — PowerPhase FX. Разрешение этой модели — 10500x12600. В 2002 году приставка была усовершенствована (в частности, увеличена глубина цвета) и получила обозначение PowerPhase FX+.

В 1998 году Phase One на базе шестимегапикселыюй матрицы Philips создала свою первую полнокадровую приставку с интерполяцией цвета LightPhase. Для уменьшения нагрева сенсора использовался несложный прием — камера включалась только при экспонировании и «засыпала» сразу же после передачи изображения в компьютер. В 2001 году появилась модель Н20, оснащенная шестнадцатимегапиксельной матрицей Kodak.

В 2002 году были анонсированы четыре новых приставки. Н5 представляла собой многофункциональную версию LightPhase — разрешение при трех экспозициях достигало 5300x3056. НЮ базировалась на новой одиннадцатимегапиксельной матрице Philips. Ее модификация Н101 была оптимизирована для использования со средиеформатной камерой Hasselblad HI, спроектированной специально для эксплуатации с цифровыми приставками. Флагманом должна стать Н25, оснащенная ПЗС-матрицей Kodak с разрешением 3992x5312 (при двух экспозициях разрешение кадра 5312x7784). Правда, появится она только в июне 2003 года.

Еще одна датская компания, ColorCrisp, прославилась благодаря тому, что одной из первых оценила перспективность многофункциональных приставок. ColorCrisp A/S была основана в 1994 году одним из крупнейших датских производителей барабанных сканеров, корпорацией Scan View A/S.

Первым изделием стала многофункциональная приставка для крупно- и среднеформатных камер Carnival 2000. В ней использовалась ПЗС-матрица (2000x2000) с чередованием «полосчатых» элементов. Неинтерполированный цвет достигался при четырех экспозициях. В 1998 году появилась модификация Carnival 2020, матрица которой имела чуть большее разрешение - 2048x2048.

В 2000 году была анонсирована Carnival 3020, оснащенная шестимегапиксельной матрицей Philips. Кроме «живого» и мульти-экспозиционного режимов имелась функция микросканирования, при которой после 16 экспозиций разрешение достигало 6144x4096. Охлаждение осуществлялось вентилятором, плюс к этому использовалось автоматическое отключение питания. В том же году ColorCrisp перешла в состав другого крупного датского концерна, Imacon.

В 2001 году появилась модификация Carnival 3020, FlexFrame 3020. В ней сенсор помещался в гибкую рамку для компенсации посторонних вибраций (flex — гибкий, frame — рамка). Кроме того, сервоприводы оснащались двумя пъезоэлементами вместо одного, и шаг смещения матрицы уменьшился с 12 микрон до 6. В том же году была создана FlexFrame 4040, оснащенная шестнадца-тимегапиксельной матрицей Kodak (максимальное разрешение 8192x8192). Новейшей разработкой Imacon является многофункциональная приставка Ixpress, представляющая собой модернизированную для полевой съемки версию FlexFrame 4040.

Немецкая фирма Kontron Elektronik GmbH достаточно давно производила цифровые камеры для разнообразного оборудования. Тем не менее лишь в 1994 году она решила выйти на рынок со своей новинкой, многофункциональной полной камерой ProgRes 3012. Поскольку сенсор был низкого разрешения (512x387), приходилось использовать функцию микросканирования, благодаря этому разрешение достигало 4608x3480.

В 1997 году была представлена новая модель — eyelike DCS, используемая как полная камера либо как приставка к крупноформатной технике. Оснащалась она четырехмегапиксельной матрицей Loral-Fairchild и при микросканировании с 36 экспозициями обеспечивала разрешение 6144x6144.

В том же году Kontron вошла в состав концерна Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH. До воссоединения Германий под этим названием концерн был известен лишь в США. Во всех остальных странах он назывался Karl Zeiss Jena. После объединения страны марка Karl Zeiss досталась западногерманской фирме, а восточногерманский филиал стал называться Jenoptik.

В 1999 году появилась версия eyelike для среднеформатных камер — eyelike MF (Medium Format — средний формат). Она комплектовалась шестимегапиксельной матрицей Philips и при 16 экспозициях обеспечивала разрешение 6144x4096.

В 2002 году были созданы модели eyelike Precision Мб, МП и М16 с охлаждением матриц элементами Пельтье. Характеристики модификации Мб аналогичны eyelike MF. Модель МИ оборудована одиннадцатимегапиксельным сенсором Philips, при микросканировании разрешение составляет 8000x5344. Самый высокопроизводительный вариант, M16, использует шестнадцатимегапиксельную матрицу Kodak, в режиме микросканирования получается кадр 8160x8160.

Как известно, полевая цифровая фотография появилась благодаря многолетним исследованиям фирмы Kodak в области ПЗС-матриц. И именно разработчики Kodak создали сенсоры с наибольшим разрешением. Впрочем, Kodak производит не только сенсоры, но приставки, их использующие. В частности, на базе шестнадцатимегапиксельной матрицы КАР-16801 СЕ была создана серия DCS Pro Back. Приставки этой серии использовали интерполяцию цветов и в принципе не отличались какими-либо особенными техническими изюминками. Однако у DCS Pro Back имелась другая интересная особенность — они были оборудованы двумя слотами для модулей CompactFlash и цветным ЖК-дисплеем, позволявшим тщательно рассмотреть отснятый материал и при необходимости удалить неудачные кадры. Питание обеспечивал внешний аккумулятор.

Таким образом, разработчикам Kodak удалось наконец совместить в одном изделии качество студийного фотоаппарата и портативность полевой камеры, создав технику нового поколения. Следом появилась DCS Pro Back Plus, которая могла также стыковаться с крупноформатными фотоаппаратами. Последней разработкой является серия DCS Pro Back 645M/645C/645H, предназначенная для эксплуатации с автофокусными среднефор-матными камерами Mamiya, Contax и Hasselblad. Правда, остался только один слот для модулей CompactFlash, зато размеры и вес заметно уменьшились по сравнению с DCS Pro Back/DCS Pro Back Plus. Более того, в габариты приставки удалось даже «втиснуть» аккумулятор, в результате в руках пользователя оказывалась самая натуральная полевая камера.

Общие сведения

Среднеформатные (6x4,5; 6x6; 6x7 и 6x9 см) и крупноформатные (9x12; 13x18 и 18x24 см) фотокамеры отличаются, во-первых, крайним консерватизмом конструкции, а во-вторых, очень высоким качеством изготовления. Поэтому до сих пор можно обнаружить интенсивно эксплуатируемый аппарат, сделанный в семидесятых годах. Фотографы, использующие эту технику, тоже настороженно относятся ко всем новшествам. Тем интереснее тот факт, что первыми цифровую «начинку» обрели как раз студийные камеры.

Основными предпосылками появления цифровых технологий в студийной фотографии являются трудоемкость и дороговизна процесса постановочной съемки. Во-первых, при составлении композиции фотохудожнику приходится истратить не одну кассету для моментальной камеры Polaroid — эти снимки служат для согласования общей концепции кадра с заказчиком. Затем производится съемка на средне- или полноформатную камеру и проявка пленки, в ходе которой выясняется, что цветовые оттенки переданы неверно, угол съемки неудачный и вообще необходима повторная съемка. При этом если реквизит для фотографирования брался в аренду, требуется снова его заказывать.

При использовании студийной цифровой камеры фотограф избавляется от тестовых съемок моментальной камерой, кроме того, нет необходимости тратиться на проявление пленки. Однако не так важна экономия на расходных материалах, как возможность пригласить в студию представителя заказчика и продемонстрировать ему на экране ПК готовый кадр. При этом в отличие от снимка, сделанного аппаратом Polaroid, цветопередача и композиция будут полностью соответствовать окончательному варианту. Если какой-то из параметров кадра не устраивает заказчика, достаточно внести необходимые изменения (переместить объекты, изменить освещение и т. д.) и произвести повторную съемку. В зависимости от типа камеры это может занять от 20 минут до нескольких секунд, разумеется, без учета пересылки изображения в компьютер.

Вместе с тем приобретением цифровой камеры ограничиться невозможно — требуется также как минимум компьютер, сублимационный цветной принтер и прочие периферийные устройства. Все это оборудование стоит достаточно больших денег, за исключением разве что компьютеров, дешевеющих с каждым годом. Тем не менее вложенные средства с лихвой окупаются, так как заказчик всегда готов платить за срочность изготовления и высокое качество.

Как уже было сказано во вступительной части, подавляющее большинство цифровых студийных камер представляют собой приставки к средне- и крупноформатным камерам, устанавливаемые в среднеформатной камере вместо кассеты с пленкой, а в крупноформатной вместо фотопластины. Правда, встречаются и так называемые полные камеры — законченные устройства, включающие в себя как цифровую, так и оптическую подсистемы.

Основные типы

В процессе развития данного направления некоторые производители предлагали на рынке законченные решения — полные камеры, сочетавшие в себе как электронную начинку, так и объектив с затвором. Большинство разработчиков при проектировании устройств использовали байонетную оптику 35-мм камер. Такое решение обусловливалось, с одной стороны, распространенностью объективов, а с другой — малыми габаритами ранних ПЗС-матриц. Использование оптики средне- и крупноформатных камер было бы излишней роскошью.

Такие устройства пользовались довольно устойчивым спросом благодаря невысокой цене. Более того, ряд технических решений (например, схема со смещением матрицы) впервые появился именно на этих типах камер.

Правда, с увеличением разрешения ЭОП появилась потребность применять для формирования изображения оптику «более высокого разбора». А конструкция как среднеформатных, так и крупноформатных камер идеально подходила для использования в сочетании с ними приставок. И, разумеется, любой профессиональный фотограф использует для съемки на пленку именно такую технику. В этих условиях создание полных камер теряло всякий смысл. Впрочем, в большинстве случаев разработчики этих устройств либо уходили с рынка, либо, используя многочисленные наработки, переключались на выпуск приставок.
Однако в некоторых случаях полные камеры нельзя заменить приставками. Например, в случае использования проектировщиками схемы с разделением светового потока.

Перспективы

Сложившася на текущий момент ситуация на рынке выявила несколько закономерностей.

Во-первых, сохраняется устойчивый спрос на сканирующие приставки, обусловленный отработанной конструкцией, огромным разрешением и приемлемой ценой. Скорее всего, развитие этого класса будет исключительно экстенсивным.
Во-вторых, полнокадровые приставки с интерполяцией цвета с подачи Kodak начинают все интенсивнее применяться для полевой съемки. Причем портативный компьютер, неотъемлемый ранее атрибут такого рода работы, все чаще оказывается «лишней деталью».

И, наконец, в-третьих, несмотря на все возрастающую популярность КМОП-матриц среди профессиональных камер, из производителей студийной техники на такой шаг решилась лишь Сrео. Вполне возможно, что в конечном итоге студийные приставки превратятся в своеобразный «заповедник ПЗС-матриц».

Полнокадровые приставки

Полнокадровые приставки для регистрации изображения используют не линейку, а матрицу ПЗС, поэтому они способны зафиксировать кадр целиком.

Однако, как уже упоминалось ранее, элементы ПЗС-матрицы не могут передать цветовую составляющую, поэтому в полевых камерах используется схема с интерполяцией цвета. Подобное решение иногда можно обнаружить и в студийных камерах, правда, с некоторыми доработками. Кроме того, используются и другие подходы.

Приставки со сменными светофильтрами

Наряду со сканирующими устройствами большой популярностью для съемки неподвижных объектов пользуются приставки со сменными светофильтрами. В роли последних используется цветовое колесо, при этом осуществляется троекратное экспонирование (мулътиэкспозиция) с зеленым, синим и красным светофильтром.

Получив значение каждого из основных цветов в данной точке, можно рассчитать точное значение цветового оттенка. Поскольку время при такой схеме съемки расходуется не только на экспонирование каждым из светофильтров, но и на их смену, понятие времени захвата присутствует и для такого типа устройств, при этом полнокадровые приставки «укладываются» в интервал от 5 до 40 секунд максимум, в зависимости от модели. Впрочем, для съемки живых объектов этого тоже недостаточно. Однако для каждой экспозиции можно задействовать импульсный источник света (вспышку), таким образом, фотограф избавляется от необходимости использовать мощное осветительное оборудование.

В отличие от сканирующих устройств, мультиэкспозиционные приставки чаще выпускаются для среднеформатных камер. Размеры наиболее распространенных ПЗС-матриц пока что не достигли значений, пригодных для применения в крупноформатной технике. В некоторых случаях размер ЭОП даже меньше размера среднеформатного кадра, поэтому для определения истинного фокусного расстояния используется специальный увеличивающий коэффициент. Более подробно он будет рассмотрен в главе, посвященной профессиональным полевым камерам.

По внешнему виду полнокадровые приставки похожи на увеличенную в размерах кассету с пленкой, используемую в средне-форматных камерах. Приставка крепится к задней стенке камеры, и ПЗС-матрица располагается там, где в обычных условиях находится кадр пленки. Цветовое колесо может размещаться как перед объективом, так и за ним, в корпусе самой приставки.

Одним из наиболее перспективных путей является замена цветового колеса светофильтрами на основе жидкокристаллических элементов (liquid crystal tunable filter, LCTF). Принцип работы данных устройств основан на взаимной интерференции световых волн в слоях жидкокристаллических элементов, в результате которой включенный фильтр пропускает лучи только определенной длины волн (то есть одного цвета). Используя элементы с разной пропускающей способностью в многослойной структуре, управляемой электрическими сигналами, можно добиться разделения светового потока на три основных цветовых диапазона: синий, зеленый и красный. Данная схема отличается простотой и надежностью, так как отсутствуют механические компоненты. Скорость переключения ЖК-светофильтра также очень высокая — 50 миллисекунд. Несмотря на такие впечатляющие характеристики, для съемки с импульсными источниками света (при однократном световом выплеске) эта схема малопригодна. Интенсивность свечения вспышки непостоянна, поэтому экспозиции разных цветовых каналов не будут совпадать. Кроме того, слабым звеном является время считывания информации с ПЗС-матрицы. При доведении данного параметра до характеристик, сходных со скоростью переключения ЖК-светофильтра, муль-тиэкспозиционные приставки можно будет использовать для съемки живых объектов при постоянном освещении.

Приставки с интерполяцией цвета

Некоторые из приставок к студийным камерам оснащаются ПЗС-матрицами с чередованием элементов, каждый из которых снабжен своим светофильтром. Это позволяет получать изображение за одно экспонирование и производить съемку живых объектов. Данная схема использует интерполяцию (восстановление) цвета и довольно подробно рассмотрена в главе «Электронно-оптические преобразователи». Тем не менее в студийных камерах имеется определенная специфика.

Первые камеры имели не мозаичную, а полосчатую схему окраски элементов, то есть чередовались столбцы зеленого, синего и красного цвета. Это значительно упрощало обсчет полноцветного изображения, однако наблюдались сильные искажения вертикальных линий в кадре.

Поэтому довольно скоро большое распространение получила схема с мозаичным расположением элементов. Как и в полевых камерах, на два зеленых элемента приходилось по одному синему и красному. Расчет полноцветного изображения производился на компьютере, поэтому отличался более тщательной проработкой деталей, чем в полевых камерах.

Другим способом избежать такого неприятного явления, как муар, является нерегулярное, псевдослучайное расположение элементов матрицы. Разумеется, что для корректного расчета цвета программное обеспечение камеры хранит информацию о размещении каждого элемента. Данное решение требует не только больших вычислительных мощностей, но и значительных объемов как оперативной, так и постоянной памяти.

Как и мультиэкспозиционные приставки, устройства с интерполяцией цвета применяются совместно со среднеформатными камерами. По способу крепления к камере эти два типа аналогичны. Что касается сравнительных габаритов, то основной отличительной деталью моделей со сменными светофильтрами является цветовое колесо (кроме моделей с ЖК-светофильтра-ми), значительно увеличивающее размеры либо всей системы в сборе, либо самой приставки.

Приставки со смещением матрицы

Схема с интерполяцией цвета получила развитие в многофункциональных (multipurpose) приставках, использующих для съемки живых объектов одно экспонирование, а для высококачественной съемки неподвижных объектов — мультиэкепозицию. При этом во время съемки матрица несколько раз (от двух до четырех) смещается по вертикали и горизонтали на небольшое расстояние, равное шагу размещения элементов.

В результате в каждой точке кадра определяются все три основных цвета и отпадает необходимость в интерполяции. Общее время захвата при этом удается уменьшить до нескольких секунд, хотя для фотографирования «с рук» эта система все-таки не годится. Как и приставки со сменными светофильтрами, многофункциональные устройства позволяют использовать вспышку в мультиэкспозиционном режиме.

Для перемещения матрицы используются прецизионные пъезо-приводы, обеспечивающие микронную точность. Высокая эффективность и надежность данных устройств позволили расширить возможности некоторых приставок функцией микросканирования. При использовании данного режима осуществляется до 36 экспозиций, между которыми матрица совершает циркулирующее перемещение. Результирующий кадр имеет в три раза большее разрешение, как по вертикали, так и по горизонтали.

Практически все приставки со смещением матрицы проектировались на базе моделей с интерполяцией цвета. Поэтому внешний вид этих устройств практически идентичен, так как пъезоприво-ды очень компактны и практически не занимают места.

Из всех приставок только устройства со смещением матрицы обеспечивают и возможность съемки живых объектов с интерполяцией цвета, и функцию фотографирования неподвижных композиций с высоким разрешением и неинтерполированным цветом. Такая гибкость применения привела к большой популярности данной техники среди фотографов, занятых разноплановой съемкой, но не имеющих средств на приобретение двух разных устройств — для фотографирования живых и неподвижных объектов.

Приставки к средне и крупноформатным камерам

Приставки к средне- и крупноформатным камерам

По принципу съемки приставки подразделяются на сканирующие и полнокадровые.

Системы охлаждения

Одним из путей повышения динамического диапазона ПЗС-мат-рицы является подавление теплового шума. С этой целью применяются разнообразные схемы отвода тепла от сенсора.

В отличие от полевых камер, массогабаритные характеристики которых сильно ограничивают применение систем охлаждения, студийная фототехника позволяет использовать довольно тяжелые и объемные устройства. Кроме того, при стационарной эксплуатации энергопотребление теплообменник конструкций теоретически не лимитировано.

Системы охлаждения делятся на пассивные и активные.

Пассивные системы охлаждения обеспечивают исключительно отвод избыточного тепла от прибора в охлаждающую среду (атмосферу), при этом охлаждающий элемент служит только передаточным звеном между прибором и воздухом. Поэтому охлаждаемый прибор не может быть холоднее воздуха.

Активные системы за счет потребления энергии (электрической либо химической) понижают температуру своей рабочей области ниже уровня окружающей атмосферы. Данные устройства «вырабатывают холод», при этом в воздух выделяется не только тепло, отводимое от охлаждаемого прибора, но и тепло, создаваемое самой системой охлаждения.

Сканирующие приставки

Процесс съемки с помощью сканирующих приставок очень похож на использование планшетного сканера.

ПЗС-линейка при помощи высокопрецизионного привода (для этого используются, как правило, низкооборотные электродвигатели с редукторами и червячная передача) перемещается в плоскости кадра, передавая строку за строкой формируемого изображения.

ПРИМЕЧАНИЕ
Время захвата (capture time) — промежуток времени, в течение которого происходит полное перемещение ПЗС-линейки сканирующей приставки либо троекратная (для каждого из светофильтров) экспозиция в матричных приставках.

Процесс этот достаточно продолжителен и может достигать 20 минут, поэтому, в отличие от термина время экспонирования, для интервала съемки сканирующей приставкой используется понятие время захвата.

Разумеется, экспонирование при этом тоже происходит. Для этого используется электронный затвор — устройство, рассмотренное в главе «Электронно-оптические преобразователи». Каждый раз, когда линейка останавливается в новой позиции, электронный затвор, используя определенную пользователем выдержку, производит экспонирование. Время экспонирования связано не только с освещенностью объекта, но и с чувствительностью элементов ПЗС-линейки — чем она выше, тем меньшую выдержку может отрабатывать электронный затвор. Интервал между экспонированием зависит не только от скорости перемещения ПЗС-линейки, но и от быстродействия регистра сдвига и аналого-цифрового преобразователя.

Ограничивающим фактором является также максимальная пропускная способность интерфейса связи с устройством хранения информации. В этой роли может выступать как компьютер, так и поставляемый в комплекте с камерой специальный контроллер, к которому подключен жесткий диск, в этом случае скорость считывания данных с АЦП несколько увеличивается. Впрочем, в любом случае необходима буферная память типа RAM, и чем выше разрядность ПЗС-линейки, тем больший размер буфера желателен.

Ранние сканирующие приставки состояли из линейки шириной в один элемент. Таким образом, для получения полноцветного изображения требовалось три прохода. При этом использовалось устройство, переключавшее три светофильтра: синий, красный и зеленый. Конструктивно данное приспособление, называемое цветовым колесом (color wheel), представляло собой диск с тремя вставками из оптического стекла, окрашенного соответствующим цветом. Это колесо размещалось, как правило, перед объективом и поворачивалось необходимым светофильтром к оптике при помощи привода, управляемого сканирующей приставкой.

При использовании цветового колеса время захвата достигало 20 минут. Чтобы уменьшить этот интервал и упростить конструкцию камеры, производители сканирующих приставок повсеместно перешли на трехлинейные матрицы (trilinear arrays), представляющие собой линейку шириной в три элемента. Каждая из строчек была покрыта светофильтром, таким образом, полноцветное изображение получалось за один проход. Разумеется, увеличившееся в три раза количество элементов потребовало двух дополнительных АЦП, а также в три раза более емкий буфер RAM. Зато время захвата для некоторых приставок удалось уменьшить до 41 секунды. Тем не менее для съемки живых объектов такие параметры неприемлемы. Также не подходят импульсные источники света (вспышки), то есть фотограф должен использовать мощные источники постоянного света.

Исторически сложилось так, что сканирующие приставки чаще всего применяются в крупноформатных камерах. Тому есть две причины. Во-первых, размер кадра в этой технике очень большой, поэтому стоимость полнокадровой приставки очень велика даже для аппаратуры такого класса. Во-вторых, крупноформатные фотоаппараты работают только со штатива и потому в основном используются для рекламной постановочной съемки, то есть при переходе на сканирующую приставку область применения данной техники сокращается весьма незначительно.

Однако есть опыт применения данной технологии и в среднефор-матных камерах, как правило, в ранних моделях, для которых важно было сократить общую стоимость устройства. В современных приставках к среднеформатным камерам используются другие технологии.

По внешнему виду сканирующие приставки к крупноформатным камерам напоминают кассету с фотопластиной.

Рабочая зона приставки прозрачная, а за габариты стандартной кассеты выступает блок с приводом ПЗС-линейки и интерфейсная часть с разъемом для подключения довольно объемистого устройства — управляющего модуля. Управляющий модуль, как следует из его названия, координирует работу приставки, кроме того, иногда в нем находится жесткий диск высокой емкости (до 10 Гбайт), служащий для хранения отснятых кадров. Таким образом, фотоаппарат не требует абсолютно никакой доработки и в любой момент может быть использован для съемки на обычные фотопластины.

На данное время сканирующие приставки в состоянии обеспечить кадр с максимальным разрешением за приемлемую цену. Распространенность аксессуаров для крупноформатных камер позволяет вести съемку практически любой сложности. Развитие этого направления возможно за счет увеличения разрешения ПЗС-линеек и скорости сканирования, особых технологических прорывов на этом направлении не предвидится.

Canon

«Зеркалки» Kodak EOS DCS пользовались большим спросом. Поэтому, следуя примеру Nikon, в 2000 году инженеры Canon решили создать цифровой аппарат самостоятельно. Название новой модели, EOS D30, не зря содержало ссылку на знаменитую серию — она разрабатывалась на базе популярной полупрофессиональной камеры EOS-50E.

ПРИМЕЧАНИЕ
Canon — компания основана в 1933 году. Помимо фототехники выпускает широкий ассортимент копировальной техники, принтеров и прочего оборудования.

Отличительной особенностью нового аппарата было использование в качестве ЭОП КМОП-матрпцы. Обычно у таких сенсоров слабая чувствительность и высокий уровень электронного шума, но за счет относительно большого физического размера (15,1x22,7 мм) и технологии «активных пикселов» Canon удалось значительно уменьшить уровень электронного шума и даже усилить сигнал при увеличении чувствительности вплоть до ISO 1600. При разрешении 2160x1440 коэффициент фокусного расстояния составлял 1,6.

Однако для профессиональных пользователей требовалась камера с более высокими характеристиками. Ею стала EOS-ID, разработанная в 2001 году на базе «топ»-модели EOS-IV. В отличие от D30 новый фотоаппарат был оснащен не КМОП-сспсо-ром, а ПЗС-матрицей с разрешением 2496x1662 и коэффициентом фокусного расстояния 1,3. Максимальная чувствительность составляла ISO 3200, минимальная выдержка — 1/16 000 секунды, а «скорострельность» достигала 8 кадров в секунду.

EOS D30 получила развитие в начале 2002 года — это модель D60. Ее сенсор тоже был выполнен по КМОП-технологии и имел такие же габариты, но разрешение было вдвое выше (3072x2048), а вот чувствительность несколько ослабла (ISO 1000).

Canon EOS D60 (разрешение 3072Г2048 коэффициент фокусного расстояния 1 6)

Рисунок 7.8. Canon EOS D60 (разрешение 3072Г2048, коэффициент фокусного
расстояния 1,6)

В конце того же года была модернизирована EOS-ID. Новая камера, EOS-lDs, оборудовалась не ПЗС-матрицей, аодиннадцати-мегапиксельным (4064x2704) КМОП-сенсором. При этом габариты ЭОП полностью совпадали с кадром 35-мм пленки, благодаря чему коэффициентом фокусного расстояния (он был равен 1) можно было пренебречь. Правда, по прочим характеристикам EOS-1 Ds уступала предшественнице. Максимальная чувствительность составляла ISO 1250, минимальная выдержка — 1/8 000 секунды, а скорость непрерывной съемки не превышала трех кадров в секунду.

Contax

Фотоаппараты Contax стали чем-то вроде легенды. Причиной тому имя «Carl Zeiss», красующееся на объективах этих камер.

ПРИМЕЧАНИЕ
Contax — до 1970 года эта торговая марка фотоаппаратов обозначала продукцию Carl Zeiss, точнее, ее филиала Zeiss Ikon Works. Затем, решив сосредоточить все усилия на производстве оптики, Carl Zeiss перепоручила создание фотоаппаратов Contax японской компании Yashica, при этом оставив за собой производство объективов как для камер Contax, так и для продукции Yashica. Первая совместная модель, «зеркалка» высшего класса Contax RTS, вышла на рынок в 1975 году. Изданный момент Contax и Yashica входят в состав концерна Kyocera Optics.

Неудивительно, что для стойких почитателей данной техники был задуман настоящий подарок, имя которому — Contax N Digital.

Базой для этой камеры послужила последняя разработка в области 35-мм техники, Contax N1. Объективы Carl Zeiss обеспечивают высочайшее качество «картинки», а шестимегапиксельная (3040x2008) матрица Philips по своим габаритам совпадает с размером кадра 35-мм пленки, что позволяет полностью раскрыть возможности оптики (коэффициент фокусного расстояния равен 1). При максимальной чувствительности ISO 1600 минимальное значение составляет ISO 25, благодаря этому при ярком освещении можно получать кадры без малейших следов теплового шума.

Fuji

После Nikon к разработке цифровой камеры приступила и Fuji.

ПРИМЕЧАНИЕ
Fuji — как и у компании Kodak, наиболее известна пленка Fuji-Film. Помимо этого широкое распространение получили объективы Fujinon и среднеформатные фотоаппараты.

В качестве базовой модели была избрана недорогая камера Nikon F60. ПЗС-матрица Fuji, выполненная по технологии SuperCCD, согласно рекламным проспектам обеспечивала «шестимегапиксельное качество», хотя реальное разрешение составляло 2304x1536. Коэффициент фокусного расстояния FinePix SI (так называлась новая камера) составлял 1,5, а максимальная чувствительность — ISO 1600. Камера была совместима с оптикой Nikkor, за исключением серий AF-D, AF-G и AF-S.

Зато эти объективы «понимала» появившаяся в начале 2002 года Fuji FinePix S2, так как ее основой был Nikon F80. За исключением разрешения (реально 3024x2016 при декларируемом «две-надцатимегапиксельном качестве» SuperCCD), все остальные характеристики остались прежними.

Kodak

Любой профессиональный фотограф при упоминании о «зеркал-ках» от Kodak лишь недоуменно пожмет плечами.

ПРИМЕЧАНИЕ
Kodak — торговая марка пленки и фотоаппаратов компании Eastman Kodak. Широкую известность приобрела в связи с распространением сети пунктов проявки и печати, известных под названием «ми-нилаб». Разработала ряд стандартов на фото- и кинопленку.

В общем-то, он будет прав — в «Большую Пятерку Производителей Фотоаппаратов», состоящую из Nikon, Canon, Minolta, Olympus и Pentax (продукция Asahi Optical), фирма Kodak никогда не входила. Однако она одной из первой стала разрабатывать устройства для электронной регистрации изображения -ПЗС-матрицы. А в качестве базовых аппаратов было решено использовать камеры извечно конкурирующих между собой Canon и Nikon.

Первая полевая цифровая камера Kodak называлась DCS-100 (Digital Camera System) и была создана в далеком 1991 году на базе Nikon F3, одной из лучших профессиональных моделей того времени. При разрешении 1280x1024 количество зеленых элементов составляло 75 %, красных и синих, расположенных вертикальными полосками — по 12,5 %. Благодаря этому удалось добиться высокой чувствительности (ISO 800), однако при этом возникли проблемы с расчетом цвета вертикальных линий объектов. Размеры сенсора были 20,5x16,4 мм, поэтому коэффициент фокусного расстояния составлял 1,8. Для сохранения кадров использовалось громоздкое устройство DSU (Digital Storage Unit), весившее 5 кг, связанное кабелем с камерой и имевшее емкость 200 Мбайт. Для просмотра отснятых кадров данный агрегат снабжался монохромным ЖК-дисплеем, правда, с относительно большой диагональю в 10 см.

В 1992 году появилась камера DCS-200, она также базировалась на фотоаппарате Nikon — полупрофессиональной модели F801. Матрица имела большее разрешение (1524x1012) и меньшие физические габариты (14x9,3 мм), а коэффициент увеличения фокусного расстояния составил 2,5 — для широкоугольной съемки DCS-200 была, скажем так, мало приспособлена. «Раскраска» сенсора была традиционной (50 % зеленых пикселов и по 25 % синих и красных), что позволило снимать объекты любой формы, однако чувствительность могла достигать только ISO 400. Информация сохранялась на компактном жестком диске емкостью 80 Мбайт, который располагался в блоке, прикрепленном к нижней панели камеры.

DCS-420, созданная в 1994 году, использовала такую же, как и DCS-200, матрицу, но базой для нее послужил Nikon F90. Данные хранились на сменном жестком диске формата PCMCIA тип III — аналогичные применяются в портативных компьютерах. Батарейные отсеки камеры и цифрового блока были объединены. Годом позднее появилась шестимегапиксельная DCS-460 (3020x2036) с коэффициентом фокусного расстояния 1,28.

Поскольку по популярности фототехника Canon не уступает, а в некоторых случаях и превосходит продукцию Nikon, Kodak решила «приобщить» к цифровой технологии многочисленных энтузиастов этой фирмы. В 1994-1995 годах на базе профессиональной «зеркалки» EOS-IN были созданы три новых камеры Kodak- EOS DCS-1, EOS DCS-3 и EOS DCS-5. Разрешение EOS DCS-1 составляло 3060x2036, EOS DCS-3- 1268x1012, EOS DCS-5 — 1524x1012, коэффициент фокусного расстояния был 1,3, 1,5 и 2,6 соответственно. Отличительной особенностью модели EOS DCS-3 стала чрезвычайно высокая чувствительность — вплоть до ISO 1600. Эти камеры выпускались также с логотипом Canon.

В 1998-1999 годах появились четыре модели, две из которых (DCS-520 и DCS-560) были основаны на Canon EOS-IN, а две другие (DCS-620 и DCS-660) изготавливались на базе новой «топ»-модели Nikon F5. При этом «двадцатки» оснащались матрицей с разрешением 1758x1152 и коэффициентом фокусного расстояния 1,5. Разрешение сенсоров «шестидесяток» составляло 3072x2048, а коэффициент фокусного расстояния — 1,3. Несмотря на мало впечатляющее разрешение, DCS-520 и 620 пользовались устойчивым спросом за счет высоких чувствительности (ISO 1600) и «скорострельности» (серия из 12 кадров со скоростью 3,5 кадра в секунду). DCS-520 и 560 с логотипом Canon именовались EOS D2000 и D3000.

В тот же период Kodak совершила попытку «демократизации» цен. Новый стандарт пленочной фотографии, APS (Advanced Photo System), использовал уменьшенную по сравнению с 35-мм пленкой площадь кадра, 30,2x16,7 мм против 35x23,3 мм. Таким образом, подобрав в качестве базы высококлассную «зеркалку» стандарта APS, можно было использовать сенсоры меньших габаритов (и стоимости). При этом коэффициент фокусного расстояния должен был оставаться в приемлемом диапазоне.
Наиболее подходящим для этой цели фотоаппаратом, по мнению Kodak, являлся Nikon Pronea 6i. На его базе в 1998 году были разработаны DCS-315 с разрешением 1520x1008 и DCS-330 с разрешением 2008x1504. Вследствие использования малогабаритных ПЗС-матриц коэффициент увеличения фокусного расстояния был довольно велик (2,6 у DCS-315 и 1,9 у DCS-330), поэтому «APS-направление» не получило развития.

А вот ПЗС-матрица камеры DCS-620 в 2000 году подверглась модернизации — она стала изготавливаться по технологии BluePlus, в результате чувствительность достигала ISO 6400. Улучшенная модель именовалась DCS-620x, в 2001 году ее снова подвергли обновлению (ввели TTL-расчет баланса белого) и назвали DCS-720x.

Примерно тот же процесс происходил и с DCS-660. В начале 2001 года появился фотоаппарат DCS-760, оснащенный сенсором BluePlus с увеличенной вдвое (ISO 400) чувствительностью и TTL-расчетом баланса белого. А в конце того же года появилась черно-белая модификация DCS-760M.

В 2002 году Kodak анонсировала новую модель «зеркалки», DCS-14п, разрешение которой составляет 4536x3024, то есть 14 мегапикселов. Размер нового сенсора, выполненного по КМОП-тех-нологии, полностью совпадает с габаритами кадра 35-мм пленки, поэтому про коэффициент фокусного расстояния можно забыть. Чувствительность составляет ISO 640. DCS-14n представляет собой не просто «крышку с матрицей» для стандартного Nikon F5, а полностью новый корпус, разработанный инженерами Kodak на базе F80 с элементами конструкции F5. Благодаря этому новая камера выглядит не таким уродливым кирпичом, как предыдущие модели серии DCS. Обеспечивается совместимость со всей оптикой Nikon, рассчитанной на байонет F, а также со вспышками Nikon SpeedLight SB-80DX/28DX/50DX.

Некоторые выводы

Рассматривая современные профессиональные камеры, можно сделать несколько выводов.

Прежнее деление моделей на «скорострельные» и «многомегапиксельные», как у Kodak x20/x60 и Nikon D1H/DIX, становится все менее актуальным. На данный момент деление происходит по классу базовой камеры. Например, к камерам высшего класса можно отнести Kodak DCS-760, Nikon D1X и Canon EOS1-D. Модели среднего класса, Canon EOS D30/D60, Fuji FinePix S1/S2, а также Nikon D-100, при чуть менее впечатляющих характеристиках более доступны по цене.

Несмотря на то что новые любительские камеры продолжают «наступать на пятки» классическим «зеркалкам» по всем параметрам, скорого «обвала цен» на профессиональную технику ожидать не приходится. Точно так же вряд ли стоит надеяться на уход «зеркалок» с рынка. Тому причиной несколько обстоятельств.

Практически для любых задач можно подобрать необходимый объектив — либо высококачественный и дорогой, либо попроще и подешевле. Опять-таки, на фоне высокой стоимости высококлассной оптики цена даже цифровой «коробки» уже не кажется «заоблачной».

Разрешение матриц продолжает расти, а вот разрешающей способности оптики любительских камер в некоторых случаях уже не хватает. А у зеркальных камер по этому параметру определенный резерв есть даже у недорогих объективов.

Кроме того, с определенного момента рост разрешения неизбежно будет связан с увеличением линейных размеров сенсоров. А ведь большинство ПЗС-матриц до сих пор не «доросло» до размеров кадра 35-мм пленки кадра, то есть имеется довольно значительный резерв по габаритам ЭОП. Кроме того, разработчики КМОП-матриц кровно заинтересованы в повышении спроса на сенсоры больших габаритов, ведь у КМОП-матриц с увеличением размеров растет и процент светочувствительной площади ЭОП.

Наконец, немаловажным является эргономический фактор. Разработчики любительской техники в своем стремлении миниатюри-зировать камеры доходят порой до абсурда. Насколько удобно будет взрослому мужчине с крупными руками фотографировать аппаратом величиной с колоду карт? А вот дизайн «зеркалок» совершенствовался десятилетиями. И пользователь, подержавший ладно сидящий в руке Canon EOS, уже по-другому будет относиться к угловатому Canon PowerShot.

Nikon

Как уже было упомянуто, первые цифровые фотоаппараты компания Kodak разработала в сотрудничестве с Nikon.

ПРИМЕЧАНИЕ
Nikon —торговая марка фотоаппаратов, выпускаемых фирмой Nippon Kogaku. Фирма основана в 1917 году, известна также объективами, выпускаемыми под торговой маркой Nikkor. Изданный момент Nikon входит в состав концерна Mitsubishi.

Однако в 1995 году, после появления серии Kodak EOS DCS, базировавшейся на фотоаппаратах Canon, фирма Nikon решила самостоятельно создать цифровую фотокамеру. Для этого потребовался партнер с опытом производства ПЗС-матриц, им стала корпорация Fuji.

Несмотря на приличное разрешение (1280x1000), размер матриц Fuji не превышал 6,6x8,8 мм и использовать их в обычной «зеркалке» было просто невозможно. Поэтому Nikon, подключив весь свой научно-технический потенциал, разработала систему ROS (Reduction Optical System). Она представляла собой сочетание линз, на вход которых поступала «картинка» с объектива, рассчитанного на кадр 35-мм пленки. На выходе из системы ROS изображение уменьшалось до размера ПЗС-матрицы.

При использовании системы оптического масштабирования (примерно так переводится с английского ROS) фокусное расстояние, указанное на объективе, полностью соответствовало реальному значению. Кроме того, благодаря высокой концентрации светового потока чувствительность достигала ISO 800-1600. Имелись и недостатки, в частности, нельзя было использовать короткофокусные объективы (те, что меньше 28 мм), а эффективная диафрагма не превышала f/6,7.

Корпус нового фотоаппарата, хотя и имел в своей основе модель Nikon F4, из-за дополнительной оптики ROS сильно вырос «в глубину» и представлял собой практически новую конструкцию. Всего в 1995-96 годах было выпущено четыре модификации - Nikon E2/E2s и E2N/E2Ns (Fujifilm DS-505/DS-515 и DS-505A/DS-515A). Между собой они отличались объемом буферной памяти и максимальной чувствительностью (ISO 3200 у последних моделей). В 1998 году появились модернизированные версии E3/E3s (Fujifilm DS-560/DS-565), в которых эффективная диафрагма достигала f/4,8. Впрочем, данная схема оказалась тупиковой и дальнейшего применения не имела.

В итоге в 1999 году появился Nikon D1, базой для которого послужил Nikon F100 (аппарат, кстати, «ниже рангом», чем F5). ПЗС-матрица с разрешением 2000x1312 обладала чувствительностью до ISO 1600, а ее довольно крупные (23,7x15,6 мм) габариты обусловливали вполне приемлемый коэффициент фокусного расстояния 1,5. Уступая серии Kodak DCS по основным характеристикам, D1 превосходил ее по доступности, так как стоил дешевле. Имелась и техническая «изюминка» — высокая (до 4,5 кадров в секунду) «скорострельность».

В 2001 году были выпущены модернизированные версии этой камеры. D1X оснащалась матрицей из 4028x1324 точек, а соотношение вертикального и горизонтального разрешений было нестандартным — 3x1. Однако физический размер матрицы не изменился и коэффициент фокусного расстояния остался прежним — 1,5. Дело в том, что пикселы были прямоугольной формы и в два раза уже, а поскольку количество строк ЭОП не увеличилось, интервал считывания кадра допускал съемку со скоростью 3 кадра в секунду. Но вследствие прямоугольной формы элементов матрицы изображение оказывалось сильно растянутым по горизонтали, из-за чего после интерполяции по вертикали разрешение составляло 3008x1960. D1H отличалась от предшественницы лишь повышенной (до 5 кадров в секунду) «скорострельностью».

В начале 2002 года появилась D100, основанная на недорогой «зеркалке» F80. В ней использовалась ПЗС-матрица SONY с разрешением 3008x2000, коэффициент фокусного расстояния которой составил 1,5, а чувствительность достигала ISO 1600. Благодаря низкой цене базовой модели и традиционно дешевой матрице удалось добиться довольно «демократической» цены.

Nikon D1H (разрешение 2000X1312 коэффициент фокусного расстояния 1 5)

Рисунок 7.7. Nikon D1H (разрешение 2000X1312, коэффициент фокусного расстояния 1,5)

Кроме того, Nikon анонсировала новую серию объективов DX Nikkor. Они формируют изображение уменьшенной площади, оптимизированное для цифровых «зеркалок», коэффициент фокусного расстояния которых 1,5 и выше. При этом широкоугольный объектив DX 18-35 мм легче и компактнее обычного, а самое главное — стоит дешевле.

Общие черты

В данной главе будут рассматриваться профессиональные камеры — техника дорогая и менее распространенная, чем любительские модели. В то же время если проводить аналогию с автомобилями, то практически все конструктивные находки опробовались вначале на «болидах» «Формулы-1» и лишь затем применялись в массовом производстве. Так же и в случае с профессиональными камерами — после того как новые идеи «приживались» на профессиональных моделях, производители внедряли их в любительскую технику.

В главе, посвященной оптической подсистеме, мы коснулись определения зеркальной камеры (SLR-камеры), то есть фотоаппарата, который позволяет пользователю визуально контролировать кадрирование, фокус и глубину резкости. Эти возможности предопределили интерес профессиональных фотографов к данной технике еще в конце 50-х годов, когда пленочные зеркальные камеры только-только появились.

Развитие электроники позволило оснастить фотоаппараты данного типа разнообразными датчиками как для автоматической фокусировки, так и для расчета экспозиции. Кроме того, повсеместно стали использоваться микропроцессоры, вычисляющие оптимальный режим съемки в сложных условиях. Современные репортажные «зеркалки» обладают настолько высоким «уровнем интеллекта», что для съемки необходимо лишь вставить пленку и нажать кнопку затвора. Этим они напоминают простейшие компакт-камеры, но только этим — качество кадров, получаемых с помощью SLR-камеры, несравненно выше. Неудивительно, что когда встал вопрос о создании полевых цифровых фотоаппаратов, техники дорогой и требующей высококлассной оптики, «умной» электроники и надежной механики, в качестве прототипов были избраны именно зеркальные аппараты.

Основные компоненты зеркальной камеры

Рисунок 7.1. Основные компоненты зеркальной камеры

ПРИМЕЧАНИЕ
Пентапризма — пятиугольная (от латинского penta — пять) в сечении призма, преломляющая отраженное от зеркала фотоаппарата изображение таким образом, что ось видоискателя параллельна оси объектива. Впервые это оптическое устройство появилось в фотоаппаратах фирмы Asahi Optical. Большая популярность камер, оснащенных пентапризмой, привела к переименованию фотографического оборудования компании в Pentax.

Несмотря на относительную простоту схемы с полупрозрачной призмой, делящей световой поток на две части (по направлению в видоискатель и на ЭОП), широкого распространения она не получила. Исторически раньше появилась система с «прыгающим» зеркалом, и в многочисленных поколениях камер она была
доведена до совершенства. При этом, несмотря на большую механическую сложность и громоздкость всего узла, уборка зеркала в момент съемки исключает ослабление светового потока, падающего на ЭОП.

ПРИМЕЧАНИЕ
Байонет — крепежный узел, позволяющий быстро и без усилий (от французского baionnette — штык) подсоединить объектив к фотоаппарату. Представляет собой кольцо с пазами на корпусе камеры и кольцо с соответствующими выступами на оптике. В отличие от резьбового соединения, требующего относительно большого количества оборотов для уверенного крепления, байонет достаточно повернуть на небольшой угол для надежной фиксации. Для защиты от случайной расстыковки камера, как правило, снабжена защелкой. Подпружиненные штырьки, расположенные на объективе, упираются в ответные контакты фотоаппарата и служат для обмена данными между ними.

Именно наличие байонетного разъема для сменной оптики является отличительной чертой профессиональных цифровых фотоаппаратов, обладающих широким ассортиментом объективов для разнообразной работы — от макросъемки до длиннофокусного фотографирования. При этом пользователь со стажем может использовать весь свой оптический арсенал пленочной техники, разумеется, если он совместим с приобретаемой цифровой камерой.

Совместимость определяется, как уже было сказано, базовой моделью. Несмотря на то что многие производители «зеркалок» анонсировали свои разработки в области профессиональной цифровой фототехники, на данный момент основой для камер такого класса чаще всего служат фотоаппараты Canon и Nikon.

При выборе профессиональной камеры следует помнить о том, что в большинстве случаев размер кадра 35-мм пленки больше размера матрицы ЭОП. Это приводит к тому, что часть изображения, формируемая объективом, оказывается в буквальном смысле слова «за кадром».

Это приводит к сдвигу характеристик объектива в «длиннофокусную» область. Поэтому при выборе оптики следует учитывать коэффициент увеличения фокусного расстояния — как правило, он составляет около 1,5. Например, при установке вариообъектива 28-70 мм его рабочий диапазон составит 42-105 мм.

У этого явления есть как положительные, так и отрицательные стороны. Среди минусов — сложность работ, требующих большого угла охвата и, соответственно, короткофокусных объективов.

Поскольку оптика с фокусным расстоянием 18 мм и менее стоит очень дорого, широкоугольную (не больше 27 мм) съемку профессиональной камерой нельзя назвать дешевым удовольствием.

С другой стороны, телеобъективы стоят тоже очень дорого, кроме того, чем «длиннее» фокус, тем меньше относительное отверстие. В то же время недорогой 200-мм объектив с f/4,5 в нашем случае превращается в 300-мм. Кроме того, у 300-мм объектива диафрагма, как правило, — f/5,6, в нашем же случае она остается неизменной — f/4,5.

Следует также помнить, что любой объектив в той или иной степени страдает от кривизны поля, эффект от которой выражен размытостью снимка по краям. При использовании ЭОП с площадью меньшей, чем у кадра 35-мм пленки, наиболее искаженная часть формируемого объективом изображения не попадет на сенсор.
В общем, если учесть общую стоимость оборудования данного класса, расходы па хороший объектив нельзя назвать чрезмерными, кроме того, время жизни этого устройства при правильной эксплуатации достаточно долгое.

В ранних моделях для перевоплощения пленочной «зеркалки» в цифровую камеру достаточно было лишь удалить заднюю стенку базового фотоаппарата и установить дополнительный отсек с ЭОП и блоком хранения информации. При разработке современных образцов проводятся довольно глубокие изменения в конструкции фотоаппарата, поэтому происходит не столько переделка готового изделия, сколько создание новой модели. Разумеется, сохраняется байонет базовой камеры, видоискатель и основные управляющие органы. При этом появляются кнопки, используемые «цифровой» частью камеры, — такие как баланс белого и чувствительность по ISO. Кроме них камера, как правило, снабжается ЖК-дисплеем, интерфейсами ввода-вывода и отсеком для сменных модулей памяти. Все современные пленочные «зеркалки» насыщены электроникой и поэтому имеют батарейный отсек, тем не менее добавляемое оборудование требует дополнительного питания. Вот, в очень общих чертах, процесс создания цифровой «байонетной» камеры.

Sigma

Недорогие и надежные 35-мм «зеркалки» фирмы Sigma пользуются заслуженной популярностью.

ПРИМЕЧАНИЕ
Sigma— организованная в 1961 году, эта японская корпорация в основном специализируется на производстве объективов для камер Canon, Nikon, Minolta и Pentax. Имеет собственное производство оптического стекла SLD с минимальным уровнем рассеивания (Special Low Dispertion). Кроме того, с 1993 года фирмой выпускаются «зеркалки» собственной конструкции с байонетом Sigma, а также фотовспышки.

Скорее всего, именно сочетание невысокой цены и хорошего качества повлияли на решение разработчиков Foveon, когда они выбрали фотоаппарат Sigma SA-9 в качестве базы для создания цифровой камеры нового поколения.

Можно ли считать Sigma SD9 камерой будущего? Такое громкое определение не случайно. Несмотря на довольно скромное по меркам 2002 года разрешение — 2268x1512, Sigma SD9 вызвала интерес, сравнимый со вниманием к самым первым образцам цифровых камер.

Сенсором нового фотоаппарата была трехслойная КМОП-матри-ца Foveon F7-35X3-A25B серии ХЗ, способная регистрировать полный цветовой диапазон в каждом пикселе. Как было описано в главе «Электронно-оптические преобразователи», многослойные матрицы, к которым относится Foveon ХЗ, определяют цвет в каждом из своих элементов за счет разной глубины проникновения в кремний света с разной длиной волны.

Следует отметить, что, несмотря на все дифирамбы в адрес новой технологии, Sigma SD9 подтвердила все скептические комментарии по поводу «слоеных матриц».

Потенциальные ямы каждого из слоев пиксела обладают крайне невысокой емкостью и быстро «переполняются». Поэтому ярко освещенные объекты кадра превращаются в серые пятна. Это усугубляется тем, что антиблюминговые средства Foveon ХЗ весьма неэффективны, и при выдержках «длиннее» 1/15 серые пятна начинают расползаться вширь.

Еще одним неприятным сюрпризом явились хроматические аберрации, особенно сильно проявляющиеся при съемке с полностью открытой диафрагмой, когда попадающие под большим углом фотоны попадают в «чужой» слой и искажают цветопередачу кадра.