Фотоконкурс

А.И. Сенокосов,
г. Екатеринбург

Напомним, что предыдущая статья нашего фотоликбеза заканчивалась обещанием разобраться с такими дорогими для нашего кармана мегапикселями.

Поскольку электронные приборы, вырабатывающие электрические сигналы при попадании света, приходят на смену фотоматериалам на основе соединений серебра, имеет смысл вкратце остановиться на основных принципах получения фотографического изображения на фотопленке.

Эмульсия фотопленки состоит из мельчайших (0,1 ... 1 мкм в диаметре) кристаллов галогенидов серебра (AgCl, AgJ, AgBr), являющихся полупроводниками. Каждый кристалл состоит из ионной решетки, в вершинах которой находятся положительно заряженные ионы серебра и отрицательно заряженные ионы галогена (хлор, бром, йод). Расстояние между атомами строго фиксированно, фиксация ионов в кристаллической решетке осуществляется электростатическими силами.

Не вдаваясь в подробности процессов, происходящих при попадании фотона внутрь такого кристалла (об этом можно прочитать в (1)), а также при последующем проявлении и закреплении, заметим, что в конечном итоге зерна могут принимать только два состояния: они могут быть либо проявлены (восстановлены до металлического серебра), либо нет.

Соответственно, черно-белое полутоновое изображение состоит из огромного количества черных зерен, случайно разбросанных по поверхности, а вероятность экспонирования зерна пропорциональна экспозиции. Чем большее количество света экспонировало фотопленку, тем большее количество зерен окажется проэкспонированным и проявленным.

Цветные фотопленки состоят из трех слоев, каждый из которых поглощает свет только своего диапазона длин волн (красный, зеленый, синий), и, кроме зерен галогенида серебра, содержат пурпурный, желтый и голубой (CMY) красители в соответствующих слоях, которые при цветном проявлении создают вокруг проявленного зерна цветное облако (за счет взаимодействия красителей с продуктами окисления проявляющих веществ, образующимися вокруг проявляемых зерен или конгломератов из зерен), после чего в процессе осветления зерна металлического серебра растворяются, а в процессе фиксирования растворяются и неэкспонированные зерна галогенида серебра. Цветные полутона передаются плотностью, с которой расположены облака красителя, то есть определяются плотностью расположения проявленных зерен серебра в каждом из слоев. Как правило, такие облака красителя образуют кластеры, размеры которых значительно превышают размер отдельных зерен галогенида серебра.

Структура изображения фотопленки более всего напоминает получение изображения при струйной печати тремя красками (CMY). И так же, как и в струйной печати, размер единичного зерна (капли) не может определять разрешающей способности при передаче полутоновых объектов.

Заметим, что сравнивать галогеносеребряную технологию и технологию получения изображения посредством ПЗС-матриц напрямую невозможно, так как их принципы сильно отличаются, и перейдем к описанию последней.

Термин “ПЗС” в отечественной научной терминологии расшифровывается как “прибор с зарядовой связью” — своеобразный перевод английского CCD (Charged Coupled Device).

Впервые принцип работы ПЗС с идеей сохранять и затем считывать электронные заряды был разработан двумя сотрудниками известной телефонной корпорации Bell в конце 60-х годов в ходе поиска возможных новых типов памяти для ЭВМ, способных заменить память на ферритовых кольцах. Эта идея оказалась неперспективной, но способность кремния реагировать на видимый свет привела к мысли попробовать его использовать для получения и обработки изображений светящихся объектов. Астрономы были одними из первых, кто распознал экстраординарные способности ПЗС для регистрации изображений. В 1972 году группа исследователей из JPL (Лаборатория реактивного движения, США) основала программу развития ПЗС для астрономии и космических исследований. Три года спустя, совместно с учеными Аризонского университета, эта команда получила первое астрономическое ПЗС-изображение. На снимке Урана в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью полутораметрового телескопа были обнаружены темные пятна возле Южного полюса планеты, свидетельствующие о наличии там метана...

Отметим, что астрономы перешли на цифровую фотографию как минимум на полтора десятка лет раньше фотографов, и перейдем к принципу действия.

Стандартный ПЗС — это довольно сложная радиоэлектронная микросхема, на поверхности которой вы можете увидеть небольшое окошечко, представляющее собой двумерную матрицу из очень маленьких прямоугольных детекторов света, называемых пикселями. Каждый пиксель работает как копилка для электронов. Электроны возникают в пикселях под действием пришедших от источника световых квантов (фотонов). Во время экспозиции каждый пиксель постепенно заполняется электронами пропорционально количеству попавшего в него света. По окончании съемки накопленные каждым пикселем электронные заряды измеряются и заносятся в память ЭВМ. Вся эта непростая технология может быть наглядно проиллюстрирована с помощью элегантной аналогии, предложенной Джеромом Кристианом (Институт Карнеги в Вашингтоне) (см. рис. 1).

Рис. 1

Предположим, вашей задачей является измерение однородности и количества осадков, выпадающих с дождем на некоторый экспериментальный участок. Для решения задачи можно сконструировать устройство, перекрывающее участок емкостями для воды, типа показанного на рисунке, и после окончания дождя приступать к измерениям. Включение транспортерных лент приведет к тому, что вода из наполненных верхних рядов емкостей начнет переливаться в пустые нижние и далее в измерительную емкость. Измеряя каждый раз количество добавочно поступившей воды, мы сможем рассчитать и нарисовать картину распределения количества осадков, упавших на разные части нашего участка. Практически точно так же работает и ПЗС-матрица, только в этом случае дождевыми каплями являются фотоны...

После экспонирования (засветки от исследуемых источников света) электронная схема обработки сигналов создает внутри кристалла матрицы сложное электрическое поле, которое начинает сдвигать столбцы с накопленными в пикселях электронами к краю матрицы, где находится аналогичный измерительный столбец, заряды которого сдвигаются уже в перпендикулярном направлении и попадают на измерительный элемент, создавая в нем микротоки, пропорциональные этим зарядам. Таким образом, для каждого последующего момента времени мы можем получить значение накопленного заряда и сообразить, какому пикселю на матрице (номер строки и номер столбца) он соответствует. Обычно этим занимается компьютер.

Легко понять, что астрономические ПЗС-матрицы дают черно-белое изображение. А откуда тогда взялись сенсационные, обошедшие весь мир цветные изображения с телескопа Хаббл, подобные приведенному на рис. 2 (в нашей газете, правда, они все равно черно-белые)?

Рис. 2. Цветное изображение с телескопа Хаббл

Видимо, вы уже догадались, что это — объединенные в одно три изображения, снятых через красный, синий и зеленый фильтры.

Точно так же работали и первые тройные видеоматрицы, где свет расщеплялся с помощью призм на три потока, перед каждым из которых ставился соответствующий фильтр.

Рис. 3. Структура Байера

Стандартная для современных ПЗС-матриц структура цветных фильтров с основными цветами, больше известная как структура Байера, или Bayer pattern (по фамилии инженера фирмы Кодак, получившего патент на изобретение этой структуры фильтров), приведена на рис. 3. Здесь черными квадратиками обозначены зеленые фильтры, темно-серыми — красные, светло-серыми — красные. Подобная структура оказалась дешевой и простой альтернативой трехматричным видеокамерам.

Структура Байера, кроме того, учитывает и специфику человеческого зрения, более чувствительного именно к зеленому цвету (таких фильтров на матрице — ровно половина).

Основным недостатком такой структуры является либо резкое падение разрешающей способности (в случае практически точного восстановления сигнала в одной точке, формируемой четырьмя пикселями), либо появление цветных артефактов при попытке выделения яркостного сигнала из всех пикселей (алиасинг) и потеря точности цветопередачи. Поэтому, как правило, с помощью различных алгоритмов цветовой интерполяции полученное изображение существенно обрабатывают, что требует достаточно мощного процессора на фотоаппарате или видеокамере. И чем больше пикселей в структуре и выше быстродействие камеры — тем мощнее должен быть процессор. Доходит до того, что при интенсивной работе фото- или видеокамера весьма ощутимо разогревается.

Изображение реальной фотоматрицы на принципах структуры Байера приведено на рис. 4.

Рис. 4. ПЗС-матрица. Фото с сайта http://photo.mnc.ru

В последние годы в околокомпьютерной (и не только) прессе довольно часто встречаются восторженные обзоры, посвященные очередному “технологическому чуду, призванному революционным образом повлиять на будущее цифровой фотографии”, — это обобщенный вариант фразы, в той или иной форме встречающейся в каждой из подобного рода статей. Но что характерно — спустя всего год первоначальный ажиотаж постепенно сходит на нет, а большинство производителей цифровой фототехники вместо “передовой разработки” предпочитают использовать проверенные решения.

Можно предположить, что причина такого развития событий довольно проста — достаточно обратить внимание на “гениальную простоту” того или иного решения. В самом деле, разрешения матрицы недостаточно? А давайте пиксели не столбцами и строками, а диагональными линиями располагать, а потом “повернем” программным путем “картинку” на 45° — вот у нас разрешение сразу в два раза вырастет! Неважно, что таким образом повышается четкость только строго вертикальных и горизонтальных линий, а наклонные и кривые (из которых и состоит реальное изображение) остаются без изменений. Главное, что эффект наблюдается, значит, и громогласно заявить об этом можно. Или, скажем, чуть изменим половину зеленых фильтров и растрезвоним об “изумрудном цвете”. И неважно, что цветопередача становится слегка ядовитой. Это всегда можно обозвать “особо сочными красками”.

К сожалению, современный пользователь “избалован мегапикселями”. Ему невдомек, что каждый раз при увеличении разрешения разработчикам “классических” ПЗС-матриц приходится решать сложнейшую задачу по обеспечению приемлемого динамического диапазона и чувствительности сенсора. А вот “решения” вроде перехода с прямоугольной на октагональную форму пикселей рядовому фотолюбителю кажутся вполне понятными и обоснованными — ведь об этом так доступно написано в рекламных буклетах…

Итак, чувствительность

Одной из важнейших характеристик регистрирующего устройства, будь то фотопленка или ПЗС-матрица, является чувствительность — способность определенным образом реагировать на оптическое излучение. Чем выше чувствительность, тем меньшее количество света требуется для реакции регистрирующего устройства. Для обозначения чувствительности применялись различные величины (DIN, ASA), однако в конечном итоге прижилась практика обозначать этот параметр в единицах ISO (International Standards Organization — Международная организация стандартов).

Для отдельного ПЗС-элемента под реакцией на свет следует понимать генерацию заряда. Очевидно, что чувствительность ПЗС-матрицы складывается из чувствительности всех ее пикселей и в целом зависит от двух параметров.

Первый параметр — интегральная чувствительность, представляющий собой отношение величины фототока (в миллиамперах) к световому потоку (в люменах) от источника излучения, спектральный состав которого соответствует вольфрамовой лампе накаливания. Этот параметр позволяет оценить чувствительность сенсора в целом.

Второй параметр — монохроматическая чувствительность, то есть отношение величины фототока (в миллиамперах) к величине световой энергии излучения (в миллиэлектронвольтах), соответствующей определенной длине волны. Набор всех значений монохроматической чувствительности для интересующей части спектра составляет спектральную чувствительность — зависимость чувствительности от длины волны света. Таким образом, спектральная чувствительность показывает возможности сенсора по регистрации оттенков определенного цвета.

Понятно, что единицы измерения как интегральной, так и монохромной чувствительности отличаются от популярных в фототехнике обозначений. Именно поэтому производители цифровой фототехники в характеристиках изделия указывают эквивалентную чувствительность ПЗС-матрицы в единицах ISO. А для того, чтобы определить эквивалентную чувствительность, производителю достаточно знать освещенность объекта съемки, диафрагму и выдержку, и использовать пару формул.

Чувствительность матрицы является интегральной величиной, зависящей от чувствительности каждого ПЗС-элемента. Ну а чувствительность пикселя матрицы зависит, во-первых, от “подставленной под дождь фотонов” площади светочувствительной области (fill factor), а во-вторых, от квантовой эффективности (quantum efficiency), то есть отношения числа зарегистрированных электронов к числу упавших на поверхность сенсора фотонов.

В свою очередь, на квантовую эффективность влияет ряд других параметров. Во-первых, это коэффициент отражения — величина, отображающая долю тех фотонов, которые “отрикошетируют” от поверхности сенсора. При возрастании коэффициента отражения доля фотонов, участвующих во внутреннем фотоэффекте, уменьшается.

Не отраженные от поверхности сенсора фотоны поглотятся, образуя носители заряда, однако часть из них “застрянет” у поверхности, а часть проникнет слишком глубоко в материал ПЗС-элемента. Очевидно, что в обоих случаях они не примут никакого участия в процессе формирования фототока. “Проникающая способность” фотонов в полупроводник, именуемая коэффициентом поглощения, зависит как от материала полупроводника, так и от длины волны падающего света — “длинноволновые” частицы проникают гораздо глубже “коротковолновых”. Разрабатывая ПЗС-элемент, необходимо для фотонов с длиной волны, соответствующей видимому излучению, добиться такого коэффициента поглощения, чтобы внутренний фотоэффект происходил вблизи потенциальной ямы, повышая тем самым шанс для электрона попасть в нее.

Важной характеристикой ПЗС-матрицы является порог чувствительности — параметр регистрирующего свет устройства, характеризующий минимальную величину светового сигнала, который может быть зарегистрирован. Чем меньше этот сигнал, тем выше порог чувствительности. Главным фактором, ограничивающим порог чувствительности, является темновой ток (dark current). Он является следствием термоэлектронной эмиссии и возникает в ПЗС-элементе при подаче потенциала на электрод, под которым формируется потенциальная яма. “Темновым” же данный ток называется потому, что складывается из электронов, попавших в яму при полном отсутствии светового потока. Если световой поток слаб, то величина фототока близка, а порой и меньше, чем величина темнового тока.

Существует зависимость темнового тока от температуры сенсора — при нагревании матрицы на 9 градусов по Цельсию ее темновой ток возрастает в два раза. Так что мощный процессор, обслуживающий многомегапиксельную матрицу, отнюдь не безобиден. Для охлаждения матрицы используются различные системы теплоотвода (охлаждения).
В полевых камерах, массогабаритные характеристики которых сильно ограничивают применение систем охлаждения, иногда в качестве теплообменника используется металлический корпус камеры. В студийной технике ограничений по массе и габаритам практически нет, и допускается достаточно высокое энергопотребление охлаждающей системы.

Для переносных камер, ограниченных по весу и габаритам, используется метод, основанный на так называемых черных пикселях (dark reference pixels). Эти пиксели представляют собой покрытые непрозрачным материалом столбцы и строки по краям матрицы. Усредненное значение для всех фототоков черных пикселей считается уровнем темнового тока. Очевидно, что при разных условиях эксплуатации (температура окружающей среды и самой камеры, ток аккумуляторов и т.д.) уровень темнового тока будет разным. При использовании его в качестве “точки отсчета” для каждого пикселя, то есть вычитая его значение из фототока, можно определить, какой именно заряд создан упавшими на ПЗС-элемент фотонами.

Подавляя тем или иным способом темновой ток, следует помнить о другом факторе, ограничивающем порог чувствительности. Им является тепловой шум (thermal noise), создаваемый даже при отсутствии потенциала на электродах одним лишь хаотичным движением электронов по ПЗС-элементу. Выдержки большой длительности ведут к постепенному накапливанию блуждающих электронов в потенциальной яме, что искажает истинное значение фототока. И чем “длиннее” выдержка, тем больше “заблудившихся” в яме электронов.

Технология производства ПЗС-матриц обладает рядом особенностей. В частности, практически в каждом ПЗС-элементе уровни как темнового тока, так и теплового шума не такие, как в соседних пикселях. Поэтому степень искажения фототоков паразитными зарядами распределена по матрице хаотическим образом. Положение усугубляется практически всегда присутствующей несогласованностью в подаче перемещающих потенциалов на электроды переноса. Все это ведет к появлению у каждого отдельного сенсора присущего только ему шума фиксированного распределения (fixed pattern noise), выражающегося в виде раскиданных по всему кадру пикселей постороннего цвета, яркость которых напрямую связана с выдержкой, — чем дольше длится экспонирование, тем резче выделяются на снимке точки с паразитными зарядами. Наиболее заметные пиксели называются горячими (hot pixels).

Существует “народное средство”, позволяющее частично нейтрализовать шум фиксированного распределения, — съемка последнего в серии кадра при закрытом крышкой объективе. Полученную “маску” из раскиданных на черном фоне горячих пикселей затем можно использовать для “изъятия” паразитных зарядов из кадра. Метод показался простым и эффективным и потому послужил базой для аппаратного решения в виде системы шумоподавления с помощью темного кадра (dark frame). Большинство современных любительских камер снабжается такой системой — фотоаппарат сначала делает обычный снимок, а затем при закрытом затворе считывает “маску”, полученную с той же выдержкой. Однако если уровень паразитного заряда пикселя слишком велик, то нельзя судить о достоверности “остатков” его фототока, образовавшихся после “вычитания” “маски”. Поэтому в некоторых фотоаппаратах функция шумоподавления “темным кадром” модифицирована, так что при высоком уровне паразитного заряда “дефектный” пиксель в формировании кадра не участвует, вместо него используется интерполированное значение яркости и цвета, основанное на соседних элементах матрицы. Проблема в том, что при избытке горячих пикселей кадр становится слишком “размытым”. Поэтому следует помнить, что любая система шумоподавления — отнюдь не панацея, а вынужденное и не всегда эффективное средство.

Как известно, светочувствительность пленки в пределах одной кассеты остается постоянной, иными словами — не может изменяться от кадра к кадру. А вот цифровая камера позволяет для каждого снимка устанавливать самое оптимальное значение эквивалентной чувствительности. Достигается это посредством усиления видеосигнала, исходящего с матрицы, — в чем-то такая процедура, называемая повышением эквивалентной чувствительности, напоминает вращение регулятора громкости проигрывателя.

В тех случаях, когда диафрагма максимально открыта, а выдержку “удлинять” больше нельзя, только повышение чувствительности может обеспечить нормальную экспозицию кадра. Однако данная функция имеет и негативный эффект. Параллельно с усилением фототока растет и уровень паразитных зарядов, говоря в терминах проигрывателя — чем громче звук, тем слышнее шорох от пылинок на пластинке.

Таким образом, при слабом освещении перед пользователем встает дилемма — либо повышать эквивалентную чувствительность, либо увеличивать выдержку. При этом в обоих случаях не избежать порчи кадра шумом фиксированного распределения. Правда, опыт показывает, что при “длинной” выдержке снимок портится не так сильно, как при усилении сигнала матрицы. Однако большая продолжительность экспонирования грозит другой проблемой — пользователь может получить нерезкий кадр. Поэтому, если мы планируем частую съемку в помещении, то следует выбирать фотоаппарат с высокой светосилой объектива, а также мощной и “интеллектуальной” вспышкой.

Динамический диапазон

От матрицы требуется способность регистрировать свет как при ярком солнце, так и при слабом комнатном освещении. Поэтому потенциальные ямы матрицы должны быть весьма емкими, а также уметь как удерживать минимальное количество электронов при слабой освещенности, так и вмещать большой заряд, получаемый при попадании на сенсор мощного светового потока. Да и изображение, формируемое объективом, зачастую состоит как из ярко освещенных участков, так и из глубоких теней, а сенсор должен уметь регистрировать все их оттенки.

Возможность сенсора формировать хороший снимок при разной освещенности и высокой контрастности определяется параметром динамический диапазон, характеризующим способность матрицы различать в изображении, проецируемом на ее регистрирующую поверхность, самые темные тона от самых светлых. При расширении динамического диапазона количество оттенков снимка будет увеличиваться, а переходы между ними будут максимально соответствовать изображению, формируемому объективом.

Заметим, что ни один серийно выпускаемый сенсор близко не стоит с динамическим диапазоном глаза, который, например, способен без дополнительного освещения воспринимать лица людей на фоне заката.

Характеристика, описывающая способность ПЗС-элемента накопить заряд определенной величины, называется глубиной потенциальной ямы (well depth), и именно от нее зависит динамический диапазон матрицы. Разумеется, при съемке в условиях слабого освещения на динамический диапазон влияет также порог чувствительности, который, в свою очередь, определяется величиной темнового тока.

Размер матрицы по диагонали

Иногда в ряду прочих параметров какой-либо цифровой камеры указывается размер ПЗС-матрицы по диагонали (чаще всего в долях дюйма). В первую очередь эта величина связана с характеристиками объектива — чем больше габариты сенсора, тем крупнее должно быть формируемое оптикой изображение. Чтобы данное изображение полностью накрывало регистрирующую поверхность матрицы, размеры оптических элементов приходится увеличивать. Если этого не делать и созданная объективом “картинка” окажется меньше сенсора, то периферийные области матрицы окажутся невостребованными. Однако в ряде случаев производители фотокамер не стали указывать, что в их моделях определенная доля мегапикселей оказалась “не у дел”.

А вот в цифровых “зеркалках”, созданных на базе 35-милиметровой техники, практически всегда встречается обратная ситуация — изображение, формируемое объективом, перекрывает светочувствительную область матрицы. Вызвано это тем, что сенсоры с габаритами кадра 35-миллиметровой пленки слишком дороги, а приводит к тому, что часть изображения, формируемая объективом, оказывается в буквальном смысле слова “за кадром”. В результате характеристики объектива смещаются в “длиннофокусную” область. Поэтому при выборе сменной оптики для цифровой “зеркалки” 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.

Упомянутый коэффициент обладает как положительным, так и негативным влиянием. В частности, усложняется съемка с большим углом охвата, требующая короткофокусных объективов. Оптика с фокусным расстоянием 18 мм и менее стоит очень дорого, а в цифровой “зеркалке” она превращается в тривиальные 27 мм. Впрочем, длиннофокусные объективы стоят тоже очень дорого, и при большом фокусном расстоянии, как правило, уменьшается относительное отверстие. А вот недорогой 200-миллиметровый объектив при коэффициенте 1,5 превращается в 300-миллиметровый, при этом у “настоящей” 300-миллиметровой оптики диафрагма порядка f/5,6, у 200-миллиметровой светосила выше — f/4,5.

Кроме того, для любого объектива характерны такие аберрации, как кривизна поля и дисторсия, выражающиеся в размытости и искривлении изображения в краевых областях кадра. Если габариты матрицы меньше, чем размер формируемого объективом изображения, “проблемные области” просто не будут зарегистрированы сенсором.

Следует отметить, что чувствительность матрицы связана с габаритами ее регистрирующей области. Чем обширнее светочувствительная площадь каждого элемента, тем больше света попадает на него и тем чаще происходит внутренний фотоэффект, таким образом, возрастает чувствительность всего сенсора. Кроме того, пиксель больших габаритов позволяет создать потенциальную яму “повышенной вместимости”, что положительно сказывается на широте динамического диапазона. Наглядный тому пример — матрицы цифровых “зеркалок”, сравнимые по габаритам с кадром 35-миллиметровой пленки. Эти сенсоры традиционно отличаются чувствительностью порядка ISO 6400 (!), а динамический диапазон требует АЦП с разрядностью 10–12-бит (см. ниже).

В то же время матрицы любительских камер обладают динамическим диапазоном, для которого достаточно 8–10-битного АЦП, а чувствительность редко превышает ISO 800.

Поэтому за каждым “N + 1 мегапикселем” кроется кропотливый труд разработчиков — к сожалению, не всегда успешный.

Аналого-цифровой преобразователь

Видеосигнал, прошедший сквозь усилитель, необходимо перевести в понятный микропроцессору камеры цифровой формат. Для этого используется аналого-цифровой преобразователь, АЦП (analog to digital convertor, ADC) — устройство, преобразующее аналоговый сигнал в последовательность цифр. Его главной характеристикой является разрядность, то есть количество распознаваемых и кодируемых дискретных уровней сигнала. Чтобы вычислить количество уровней, достаточно возвести двойку в степень разрядности. Например, “разрядность 8 бит” обозначает, что преобразователь в состоянии определить 2 в восьмой степени уровней сигнала и отобразить их в виде 256 различных значений.

При большой разрядности АЦП можно (теоретически) достигнуть большей глубины цвета (color depth), то есть разрядности обработки цвета, описывающей максимальное количество цветовых оттенков, которое можно воспроизвести. Глубина цвета обычно выражается в битах, а количество оттенков вычисляется так же, как и количество уровней сигнала АЦП. К примеру, при 24-битной глубине цвета можно получить 16 777 216 оттенков цвета.

В действительности же глубина цвета для файлов в форматах JPEG либо TIFF, которые используются компьютером для обработки и хранения изображений, ограничена 24 битами (по 8 бит на каждый цветовой канал — синий, красный и зеленый). Поэтому используемые иногда АЦП с разрядностью 10, 12 и даже 16 бит (то есть глубиной цвета 30, 36 и 48 бит) можно ошибочно посчитать “избыточными”. Однако динамический диапазон матрицы некоторых моделей цифровой фототехники достаточно широкий, и если фотоаппарат оборудован функцией сохранения кадра в нестандартном формате (30–48 бит), то при дальнейшей компьютерной обработке есть возможность использовать “лишние” биты. Как известно, ошибки в расчете экспозиции по частоте проявления уступают лишь неточностям фокусировки. И потому возможность компенсировать такие ошибки с помощью “нижних” (в случае недодержки) либо “верхних” (при передержке) бит оказывается весьма кстати. Ну а если экспозиция рассчитана без ошибок, то “сжать” без искажений 30–48 бит в стандартные 24 не представляет собой особо сложную задачу.

Очевидно, что динамический диапазон ПЗС-матрицы должен являться основанием для повышения разрядности АЦП, так как при узком динамическом диапазоне АЦП с 10–12 битами на канал просто нечего будет распознавать. И зачастую нельзя назвать иначе, чем рекламным трюком упоминания “36-битного” и даже “48-битного” цвета скромной “мыльницы” с матрицей в полдюйма по диагонали, ведь даже 30-битный цвет требует, как минимум, сенсор с диагональю 2/3 дюйма.

Здесь перечислена лишь небольшая часть проблем, связанных с увеличением разрешения матрицы. На самом деле их гораздо больше. Надеемся, теперь понятно, что за каждым “N + 1 мегапикселем” кроется кропотливый труд разработчиков — к сожалению, не всегда успешный.

Ну а под занавес посмотрим, за что же мы боремся.

Считается, что для качественного фотоснимка вполне хватает разрешения 300 пикселей на дюйм. Реально, для любительских фотографий, невозможно различить 240 пикселей на дюйм от 300. Посмотрим на таблицу размеров стандартных фотографий (см. таблицу).

Для сравнения — считается, что разрешение обычной качественной фотопленки составляет примерно 12–14 мегапикселей.

Заметим, что большинство людей покупает фотокамеры “для дома, для семьи”, а реальный опыт показывает, что из пяти-шести мегапикселей можно без особой потери качества сделать фото 30 х 40 см. За что тогда мы переплачиваем, гоняясь за все большим количеством мегапикселей, которое к тому же далеко не всегда эквивалентно качеству?

Вспоминая предыдущую публикацию, вы, разумеется, вспомните о кадрировании. Но не дешевле ли в таком случае приобрести камеру с широким диапазоном трансфокации (грубо говоря, с оптическим зумом х8 или х10) и обеспечить изначально правильную композицию? Тем более что почти наверняка 5–6 мегапикселей современной незеркальной камеры окажутся более качественными, чем 8–9.

1. “TeddyBear”. Разрешающая способность. http://www.fotozoom.ru/news/article/000056.htm.

2. Гурьянов С.Е. Знакомьтесь: ПЗС. http://edu.zelenogorsk.ru/astron/articles/ccdart.htm.

3. Тенденции в цифровой фотографии. ПЗС-матрицы. http://www.techhome.ru/catalog/article.asp?d=1732.