Основи цифрової фотографії. Частина 1-3
Частина 1. Вступ
Частина 2. Основні терміни і поняття
Частина 3. Про зображення
Частина 1. Введення
Стрімкий розвиток комп'ютерних технологій, прогрес в області цифрового запису зображення зумовили величезний інтерес до пристроїв які дозволяють отримати фотографічне зображення без хімічної обробки. Відсутність втрат в якості при тривалому зберіганні і копіюванні, необмежені можливості комп'ютерної обробки зображення привертають художників, фотографів, .компьютерщиків., як фахівців, так і аматорів. Багато хто з них вперше стикається з комп'ютером, звичайно ж, виключаючи тих для кого комп'ютер професія або захоплення. Але і для них корисно порівняти цифру. з традиційною фотографією і остаточно зробити вибір, або використовуючи достоїнства обох одержувати несподівані, а часто і чудові результати. Давайте, разом порівняємо і розберемося, що необхідне для занять цифровою фотографією кожній групі користувачів, і в яку суму, на сьогоднішній день, обійдеться улюблене хобі. Про професіоналів поговоримо окремо, оскільки у них, від якості результату залежить гонорар і, що важливіше, думку клієнтів і колег.
Цифрова фотографія явище молоде і не припускає повну відмову від традиційних методів. Щоб отримати кращий результат і не переплачувати за непотрібну апаратуру покупець, який прийшов у магазин повинен чітко уявляти собі, чим він збирається займатися і який результат має намір отримати. Для цього необхідно, хоча б небагато, орієнтуватися в термінах і поняттях, інакше потрапивши в руки несумлінного продавця, клієнт може переплатити не одну сотню (а то і тисячу) чесно зароблених долари.
Поняття про цифрову фотографію.
При використанні звичайних фотоапаратів зображення фокусується на фотографічній плівці з світлочутливим покриттям, що містить кристали галоїдного срібла. Під час прояву плівка занурюється в хімічні реактиви, які проявляють і закріплюють зображення. Аналогічно, в цифрових фотоапаратах і сканерах зображення фокусується на світлочутливий напівпровідниковий кристал . прилад із зарядним зв'язком ПЗЗ (charged-coupled device, CCD) . те, що часто називають матрицею. Записується і зберігається зображення на змінних картах пам'яті (іноді зустрічаються фотокамери з вбудованою пам'яттю).
З карт пам'яті, за допомогою адаптерів або кабелів інформація поступає в комп'ютер, де відбувається остаточна доводка картинки: ретуш, при необхідності монтаж або інші творчі методи обробки зображення. Після чого зображення роздруковується на принтері сублімації, струменевої, лазерної або іншої. Зберігаються зображення у вигляді файлу на компакт-дисках або інших носіях, звідки вони можуть бути у будь-який момент витягнуті. Нижче ми докладніше зупинимося на пристроях, що беруть участь у формуванні цифрового зображення, їх типах і характеристиках, які пов'язані з ними.
Поняття про сканування.
Сканер . цей пристрій, що дозволяє переводити текстові і графічні матеріали, взагалі будь-які зображення об'єктів на папері, фотоплівці або інших оригіналах в цифрові вигляд, що істотно здешевлює і спрощує зберігання і процес подальшої роботи з ними. Тут йдеться про сканери для роботи з фотоплівкою (слайд-сканери) і надалі саме вони називатимуться сканер. Настільні кольорові сканери мають джерело світла (люмінесцентну або галогенову лампу, або светлодіодну матрицю), яке переміщається поряд із зображенням, або зображення переміщається поряд із джерелом світла. Світло, яке випромінює лампа, проходить крізь зображення пакет із червоного, синього і зеленого світлофільтрів, потрапляє на CCD-датчик (матрицю, ПЗЗ), яка реєструює цю інформацію. Пристрій, який сприймає зображення в однопрохідних сканерах, містить три лінійки світлочутливих CCD-датчиків з окремим покриттям для сприйняття червоного, синього, зеленого світла.
Частина 2. Основні терміни і поняття
Матриця - датчик (світлочутливий елемент), частково виконуючий функції фотоплівки; реєструє зображення, перетворюючи світло в електричний сигнал. Матриця (ПЗЗ, CCD) складається з великої кількості осередків. Кожному осередку відповідає елемент зображення, що отримав назву пікселя (pixel від англ. picture element - елемент зображення). В технічних характеристиках фотокамери звичайно вказується кількість пікселів на матриці або розмір матриці в пікселях. Наприклад: для фотокамери Canon Power Shot А5 Zoom загальна кількість елементів зображення 810000, максимальний дозвіл рівно 1024х768, що складає 768432 робочих пікселів (тобто що використовуються при реєстрації зображення). Кількість пікселів на матриці безпосередньо пов'язана з такою характеристикою зображення, як роздільна здатність.
Оптична роздільна здатність (звичайно вказується для сканерів), це характеристика зображення, яка показує на яку кількість елементів (крапок) апаратура дозволяє розбити зображення оригіналу, і виражається в крапках на дюйм dpi (dot реr inch). Наприклад, параметр 300 dpi означає, що кожний квадратний дюйм зображення розбитий на 300 крапок по горизонталі і 300 по вертикалі. Чим більша роздільна здатність, тим більше інформації про оригінал може бути введено в комп'ютер і піддано подальшій обробці.
Існує також поняття інтерполяційної роздільної здатності. При інтерполяції між двома крапками зображення, програмними або апаратними засобами вставлюється одна або декілька додаткових крапок, яким привласнюється середнє значення сусідніх кольорів. Проте, яким би чудовим не був алгоритм інтерполяції, це дані, які створені штучно, а не зняті з оригіналу і звичайно не дають реального виграшу в якості.
Для повноцінного сканування слайдів і негативів надзвичайно важливим є такий параметр, як діапазон оптичної густини (динамічний діапазон). Цей параметр показує діапазон відтінків в оригіналі, які може розрізнити сканер: від найсвітлішого до найтемнішого. Діапазон густини вимірюється по логарифмічній шкалі від 0,0 (світлий) до 4,0 (темний). Типова плівка має мінімальну густину близько 0,3 і максимальну густину до 3,3; різниця значень або діапазон оптичної густини складає близько 3,0, хоча діапазон деяких слайдів досягає значення 3,6. Якщо слайд має максимальну густину (Dmax) 3,3, а сканер оперує значеннями тільки до 3,0, то деталі кольорів густиною вище 3,0 швидше за все виявляться чорними. Тобто на практиці, динамічний діапазон - це здатність слайд-сканера фіксувати малоконтрастні деталі в тінях і "світлах". Чим ширше діапазон, тим більша кількість деталей і відтінків які розрізняє сканер. З вищевикладеного ясно, що в даний час мінімально допустимим значенням для слайд-сканера вважається 3,0, добрим 3,2 - 3,4, а відмінним 3,6. Порівнювати характеристики діапазонів густини слід з обережністю. Не існує стандартних процедур вимірювання і запису діапазону густини. Деякі виробники можуть виконувати тести для вимірювання реального, практичного діапазону. Інші приводять тільки теоретичні межі для своїх сканерів. Не можна ухвалювати рішення тільки на основі заявлених характеристик, краще виконати декілька пробних сканувань.
Глибина кольору відображає розрядність аналого-цифрового перетворювача (АЦП). Це характеристика, що показує, наскільки точна інформація про колір кожної точки зображення яке відскановано. Глибині кольору в 1 bit відповідає чорно-білий режим роботи сканера, кожна крапка може бути тільки чорною або білою. В сірому режимі глибина кольору складає звичайно 8 bit, цьому відповідає 256 градацій сірого. Саме така кількість відтінків можливо для кожної крапки, тобто при роботі з кольором, кожний колір має 256 відтінків (від найсвітлішого до найтемнішого). Отже, кожний піксель матриці чутливий до трьох кольорів: червоному, зеленому і синьому (з яких складається біле світло). У випадку, якщо кожний цвітлочуливий елемент пікселя має глибину 10 bit, датчик здатний розрізнити 1024 градації кожного кольору, і говорять, що АЦП сканера має розрядність 10 bit на колірний канал. Хоча програмне забезпечення, яке поставляється в комплекті зі сканером, в більшості випадків створює файл з 30-розрядним кольором (по 10 розрядів для червоного, зеленого і синього каналів), внутрішнє аналого-цифрове перетворення може задавати значення кольорів 40 і навіть великим числом розрядів. Така реалізація прийнята тому що 1 млрд. кольорів, доступних при 30 розрядах (біт) на піксель, можуть розподілятися в зображенні нерівномірно: особливо часто втрачаються відтінки в тінях і на найсвітліших ділянках. Не можна забувати, що світлочутливі елементи і ланцюги аналого-цифрового перетворення вносять певний шум. Тому, знімаючи з оригіналу інформацію з глибиною кольору більше 30 розрядів для кожного пікселя, сканер відкидає інформацію, яка швидше за все, містить шум, і при цьому в його розпорядженні залишиться достатньо інформації для обробки і отримання на виході зображення з глибиною кольору 30 розрядів.
"Шум" – характеристика, яка сильно пов'язана з динамічним діапазоном і глибиною кольору така, що вказує на наявність дефектів зображення (дрібних вкраплень, відмінних від оточуючого по тону і кольору). Природа шумів різна. Шум, який виник через проблеми в ланцюзі аналого-цифрового перетворення, порушує чистоту і насиченість кольору і виникає частіше всього на ділянках мінімальної і максимальної густини. Ця характеристика не вказується в специфікаціях фотокамери або сканера і може бути оцінена тільки після пробної зйомки або сканування.
Для розуміння технічних характеристик фотоапарата необхідно знати ще декілька тонкощів:
Пріоритет видержки і діафрагми. У деяких моделей цифрових фотокамер функція пріоритету видержки або діафрагми дозволяє виставити два або три значення (звичайно два крайніх і середнє).
Ручне фокусування не завжди означає обертання кільця фокусування на об'єктиві, з контролем по матовому склу. Часто це установка чисельного значення відстані до об'єкту зйомки на ЖКД фотокамери.
Значення цифрового зума полягає в тому, що центральна частина кадру інтерполюється камерою до меж повного кадру. Реальний дозвіл знижується пропорційно кратності цифрового зума. Цифровий зум не виправляє спотворень перспективи, що вносяться ширококутним об'єктивом.
Якість зображення визначає матриця.
Можливо, це дуже сильна заява, але все-таки, для цифрового фотоапарата або сканера значення характеристик матриці переоцінити складно. Від якості матриці залежать всі перераховані параметри і характеристики, а вони в результаті визначають якість зображення. Хочеться виділити особливості пов'язані безпосередньо з параметрами матриці.
Головне (звичайно, після якості зображення), що залежить від CCD-датчика (матриці) - це ціна фотоапарата. Витрати на виробництво матриці часто доходять до 50% від вартості фотоапарата. Не останню роль, у визначенні вартості виробництва матриці грає її розмір.
Фізичний розмір датчика визначається завдовжки його діагоналі, яка у свою чергу визначає фокусну відстань об'єктиву, який використовується. Довжина діагоналі надається в дюймах, і складає, як правило, 1/3 і 2/3 дюйма. В технічних характеристиках приводиться вже перераховане для малоформатного (з шириною плівки 35мм) фотоапарата фокусна відстань. Як відомо фокусна відстань стандартного (штатного) об'єктиву визначається діагоналлю кадру, що для плівки шириною 35мм з розміром кадру 24х36мм складає приблизно 50мм. Таким же чином розраховується фокусна відстань для цифрової камери. Наприклад: фотокамера Canon Power Shot А5 Zoom має матрицю з діагоналлю 1/3". Стандартним, для цього фотоапарата, буде об'єктив з фокусною відстанню біля 8мм. Тобто якщо в характеристиці цифрової фотокамери вказаний фокусна відстань 4,5-11,2 мм треба розуміти, що в перерахунку для 35мм плівки це буде рівно 28-70мм, що є звичним. Розмір матриці звичайно значно менше ніж розмір стандартного кадру 24х36 мм У випадку, якщо Ви працюєте з цифровим SLR (Single Lens Reflex - дзеркальним однооб'єктивним) фотоапаратом і змінною оптикою (розраховану для 35 мм фотоапарата), фокусна відстань об'єктивів збільшується. Наприклад, для роботи з фотоапаратом NIKON D1, фокусна відстань, всієї лінійки оптики NIKON, збільшується в 1,5 рази.