Фотография. Шаг второй, осмысленный

photo_23_07_2009

Я не искусствовед и не живописец, и не знаю по-настоящему, насколько важно для художника знание того, как устроена кисть, и то, из какого материала она сделана. В то же время, как говорится, и ежу понятно, что от этого зависит техника живописи, то, как лягут мазки, какими они будут. И, тем не менее, насколько бы эти знания ни были важны, совершенно ясно то, что сколько кисти не изучай, а художником от этого не станешь.

То же самое и с фототехникой: знания о ней суть знания об инструменте – они важны, но мастера из вас не сделают. Вероятно, многие из вас держали в руках топор. Задайте себе вопрос: существует ли такой лучший в мире топор, которым бы вы прямо сейчас пошли и создали бы вторые Кижи? С кастрюлями и кухонными плитами уж точно знакомы все… как насчёт чудо-кастрюли, которая сама готовит чудо-суп?

С фототехникой все примерно также. Знание свойств техники поможет вам легче достичь некоторого уровня технического качества — но это имеет очень мало общего с тем, насколько плохи или хороши будут ваши творения, так как в них главным всегда будет содержание, то есть то, что вам следует сначала увидеть, и лишь затем тянуться к камере, которая является лишь своего рода продолжением ваших глаз, и ничем более. Будьте внимательны к технике и ее особенностям, но не придавайте ей слишком большого значения. Это всего лишь топор, а Кижи строить вам.

Прежде чем начать, следует сделать читателям предупреждение: ни одна статья популярно-журнального формата не сможет дать вам полной информации о столь многогранной теме, как фотография. Во-первых, здесь просто не хватит для этого места, а во-вторых, пытливому, заинтересованному читателю этого и не нужно: ему хватит лишь обозначения основных направлений, которые помогут ему найти правильную, прямую дорогу в безбрежном море информации, предоставляемой интернетом и справочной литературой. Помимо фототехники, основным вашим инструментом будет Google — помните об этом.

photo_23_07_2009_1
Современный цифровой фотоаппарат отличается от пленочного в первую очередь тем, что вместо пленки у него имеется специальный светочувствительный элемент — матрица. С этого и начнем.
Матрица фотоаппарата состоит из нескольких миллионов светочувствительных элементов, распределенных по некоторой площади (рис. 1). На эту площадь проецируется изображение, создаваемое объективом фотокамеры. Каждый из элементов матрицы способен измерить интенсивность падающего на него света — и ничего более. Нетрудно догадаться, что если измерять лишь интенсивность света в каждой точке изображения, то мы получим черно-белую картинку. Для того, чтобы изображение было цветным, необходимо заставить фотоэлементы воспринимать цвета, и сделано это особым хитрым способом. Поверх фотоэлементов установлены светофильтры зеленого (50% от общего числа), красного и синего цвета (по 25%). Элементов с зелеными фильтрами в два раза больше, чем остальных, так как человеческий глаз наиболее чувствителен к нему — а значит, и матрице следует вести себя также.
Расположенные в шахматном порядке, они образуют т.н. массив Байера (рис. 2). Именно отдельные элементы матрицы производители фотокамер именуют пикселями, и именно их количество, выраженное в мегапикселях (миллионах пикселей), они преподносят вам как основное мерило качества камеры. Дальше вы поймете, что все на самом деле совсем не так.

Из изложенного выше следует сделать три важных вывода. Во-первых, вполне очевидно, что чем меньше размер матрицы и чем больше на ней элементов, тем меньше размер каждого элемента. Логично предположить, что чем меньше элемент, тем меньше света на него попадает и тем менее точны измерения, сделанные им, — и это первый очень важный урок, ибо так и есть на самом деле. Второй важный вывод состоит в том, что если фотоэлементы измеряют интенсивность света в одной из трех областей спектра, которые определяются светофильтрами на них, то в итоге вся матрица получает лишь 1/3 всей информации, которую несет полноцветное изображение — по одному из трех цветов в каждой точке. Цветное изображение восстанавливается посредством хитрой математики, которая учитывает соотношение показателей яркости соседних одноцветных пикселей и определяет, какой на самом деле цвет должен быть в каждой конкретной точке. Вот вам и третий важный вывод: пиксели, которые миллионами нам пропихивают маркетологи фирм — производителей камер, на самом деле совершенно не те, что мы видим в окончательном изображении.

photo_23_07_2009_2
Проиллюстрируем процесс работы матрицы. Изображение (1) попадает на матрицу (2), которая в каждой своей точке измеряет интенсивность одного из трех цветов (3). Математический анализ полученной информации позволяет восстановить полноцветное изображение (4) (рис. 3).
Тут же, пока мы еще говорим о матрице, следует обсудить такой параметр, как ее чувствительность. Фотографировать приходится в самых разных условиях — от ярких снежных солнечных пейзажей до сумерек и ночи, под открытым небом и в помещении. Человеческий глаз адаптируется к количеству света, изменяя свою чувствительность к нему. Все хорошо знают, что привыкшие к затененному помещению глаза ненадолго слепнут, если выйти на солнце, а затем адаптируются к более яркому освещению. В условиях плохой освещенности светочувствительные клетки глаза, которые могут распознавать цвет (т.н. «колбочки»), отказывают, и мы начинаем видеть с помощью гораздо более чувствительных клеток, невосприимчивых к цветам («палочки») — отсюда выражение «в темноте все кошки серы».

Матрица фотоаппарата, по сути, является электронным прибором, измеряющим интенсивность света, и мы можем изменять ее чувствительность, регулируя усиление сигнала, который поступает с ее фотоэлементов. Чувствительность измеряется в стандартных единицах ISO, тех же, в которых измеряется чувствительность фотопленки.

photo_23_07_2009_3

О строении матриц мы теперь знаем, пожалуй, все, что нам нужно на данном этапе, осталось лишь обсудить то, какого размера они бывают.

Матрицы почти всех камер, кроме наиболее совершенных и дорогих, уступают в размерах стандартному кадру 35-мм пленки. Справедливости ради следует отметить, что существуют камеры с матрицами гораздо большего размера — но это уже совсем другой формат, другие цены, другое предназначение и другая оптика.

На иллюстрации (рис. 4) оттенками голубого цвета показаны размеры матриц большинства зеркальных фотокамер. Обратите внимание, насколько они велики по сравнению с матрицами компактных камер, представленных в зеленом цвете. Мелкие матрицы позволяют уменьшить размер самой фотокамеры и сделать ее объектив более компактным. В то же время, в наши дни, что компактные, что зеркальные камеры выпускаются примерно с одним и тем же количеством элементов на матрице: 10-15 миллионов, или мегапикселей.

Популярный сайт www.dpreview.com, посвященный обзорам фототехники, с некоторых пор среди параметров камер указывает несколько необычный, но очень полезный: количество мегапикселей (миллионов чувствительных элементов) на квадратный сантиметр матрицы. У зеркальных камер этот показатель не превышает 5, а вот у компактных достигает 40 и более — это означает, что разница в площади отдельных светочувствительных элементов разных матриц может быть более чем восьмикратная. Соответственно, усиление сигнала для таких подслеповатых пикселей требуется большее, и искажения в их показатели вносятся куда более значительные — и все это сказывается на качестве конечного изображения. Кроме того, существенно сужается диапазон, в котором яркость воспринимается сенсорами, как нормальная, то есть не как полная темнота или слепящий свет — так называемый динамический диапазон.

photo_23_07_2009_4

Усиление сигнала с матрицы как по причине малого размера элементов, так и для повышения чувствительности, приводит к искажению данных, выражающемся в так называемом «шуме» — появлению у изображения зернистой структуры.

К проблемам размера матриц, количества пикселей, чувствительности и восстановления полноцветного изображения мы с вами еще вернемся, а пока будем двигаться вперед.

Матрица не создает изображение, она лишь фиксирует его. Изображение создается объективом. Объектив является своего рода кистью фотографа: он играет немалую роль в том, каковы будут характер и фактура изображения — и, точно так же, как и кисть, любой объектив бесполезен в отсутствие у владельца желания и умения смотреть и видеть. Как художник может по-разному использовать одну и ту же кисть, и заменять одну из них на другую, так и фотограф может использовать особенности того или иного объектива в воплощении своего замысла — и все эти инструменты одинаково бесполезны в отсутствие этого самого замысла.

Хотя объективы почти всегда состоят из нескольких линз, упрощенно каждый из них можно воспринимать как одну линзу, но с изменяющимися параметрами. Основных параметров у любой линзы два: фокусное расстояние и светосила.

Если говорить очень упрощенно, то фокусное расстояние есть расстояние от линзы до плоскости, в которой она фокусирует изображение удаленных (в идеале — бесконечно) объектов. В детстве вы, должно быть, пытались что-то поджечь увеличительным стеклом, и помните, что разные линзы фокусировали солнечные лучи на разном расстоянии — вот это и есть ФР. От фокусного расстояния зависит размер объектов в создаваемом линзой изображении — чем ФР больше, тем крупнее изображаются объекты. Можно также сказать наоборот: чем короче ФР объектива, тем больше у него угол охвата: объекты получаются мельче, но попадает их в кадр больше (рис. 5).

photo_23_07_2009_5

Объективы с большим фокусным расстоянием называют телеобъективами — они, словно телескопы, позволяют «приблизить» дальние объекты. Объективы с малым ФР называют широкоугольными за большой угол охвата. Большинство выпускаемых ныне объективов имеют переменное фокусное расстояние — т.н. зум-объективы — и позволяют фотографировать с произвольно выбираемой степенью увеличения. Существуют также объективы с фиксированным, неизменным ФР — так называемые «фиксы».

Понятия светосилы и относительного отверстия также довольно просты. Чем больше диаметр линзы, тем больше света она собирает и тем ярче создаваемое ею изображение — это логично. С другой стороны, вспомним про фокусное расстояние: чем оно больше, тем крупнее создаваемое изображение, то есть собираемый линзой свет распределяется по большей площади, и изображение становится темнее. Таким образом, для яркости создаваемого изображения имеет значение не только диаметр линзы, но и ее фокусное расстояние — вот вам и относительное отверстие: практическое значение имеет отношение диаметра линзы к ее ФР. Линзы стеклянные и не могут изменять свой диаметр, однако, благодаря тому, что объективы на самом деле состоят из нескольких линз, промеж них вставляют специальный механизм, который позволяет регулировать просвет объектива и получать тот же результат. Этот механизм называется диафрагмой и, так как он предназначен для изменения относительного отверстия, сам этот показатель часто именуется так же. По функционалу диафрагма соответствует зрачку глаза человека, который может суживаться и расширяться в зависимости от освещенности (рис. 6).

photo_23_07_2009_6

Обратимся к Википедии, чтобы не изобретать велосипед и не повторяться.

Относительное отверстие объектива уменьшают ирисовой диафрагмой, позволяющей менять ее величину (как правило — ступенчато, однако существуют объективы и с плавной регулировкой). На оправу объектива может быть нанесена шкала из знаменателей относительных отверстий (числа ирисовой диафрагмы), соответствующих различному диафрагмированию, на большинстве современных объективов такая шкала (как и кольцо регулировки диафрагмы) отсутствует и установка диафрагмы производится органами управления на теле камеры. Перевод ирисовой диафрагмы на одно деление изменяет относительное отверстие в разы, что дает увеличение или уменьшение освещенности оптического изображения в два раза, за исключением первых двух чисел ирисовой диафрагмы, у которых такого изменения может и не быть.

Шкала ирисовой диафрагмы стандартизована и образует следующий ряд:
1:0,7; 1:1; 1:1,4; 1:2; 1:2,8; 1:4; 1:5,6; 1:8; 1:11; 1:16; 1:22; 1:32; 1:45; 1:64.

Впрочем, первые диафрагменные числа на объективах могут и не совпадать со стандартными (1:2,5; 1:1,7) (от автора — иногда на объективе могут быть указаны максимальные значения для минимального и максимального фокусного расстояния).

photo_23_07_2009_7

Для удобства пользования на шкалу диафрагм обычно наносят только знаменатели относительных отверстий.

Взгляните на эти фото маркировки объективов: указан диапазон изменения фокусного расстояния в миллиметрах, а затем максимальные значения диафрагмы (рис. 7, 8).

photo_23_07_2009_8После обсуждения фокусного расстояния и относительного отверстия, самое время упомянуть о таком свойстве оптики, как глубина резкости, или ГРИП (глубина резко изображаемого пространства). Все видели кадры, на которых основной объект в фокусе, а объекты перед ним и за ним — нет. Тот отрезок, на котором объекты получаются резкими, и есть ГРИП. Точная ГРИП поддается математическому расчету, однако вам вряд ли когда-либо придется это делать; легче усвоить некоторые закономерности, пользоваться ими и определять нужный эффект на глаз:
Чем больше фокусное расстояние (увеличение объектива, зум), тем ГРИП меньше.
Чем дальше от вас основной объект, на котором вы фокусируетесь, тем ГРИП больше.
Чем больше значение диафрагмы (относительного отверстия), тем ГРИП больше (рис. 9, 10).
Зачем нужны такие подробности? Правильный подбор ГРИП — один из важнейших художественных инструментов в арсенале фотографа, от манеры использования которого зависит содержание и выразительность фотографий… Но об этом мы будем говорить в третьей статье цикла.
Итак, объективом мы можем увеличивать и уменьшать изображение, а также можем уменьшить яркость создаваемого им изображения с помощью диафрагмы. Увеличить яркость изображения можно лишь дополнительно осветив фотографируемую сцену или взяв другой объектив с большей максимальной светосилой.
Обратите внимание на то, что у нас получается: у нас есть изображение некоторой яркости, которая определяется освещением снимаемой сцены и относительным отверстием (диафрагмой) объектива, и есть матрица, которая с некоторой чувствительностью это изображение фиксирует. Остался еще один показатель: время, в течение которого изображение попадает на матрицу, — выдержка.
Вы наверняка видели эффект «смазанного» изображения; справедливости ради следует отметить, что он сам по себе не обязательно однозначно плох — в некоторых случаях он может быть даже желателен. Тем не менее, некоторые из читателей, вероятно, замечали, что при фотографировании в темном помещении без вспышки или в сумерки, кадры получаются иногда немного нерезкие, а иногда очевидно смазанные. Это происходит из-за того, что изображение на матрицу проецировалось достаточно долго, чтобы пострадать от естественной неспособности любого человека, даже в здравии и трезвости, удерживать фотоаппарат абсолютно статично. Выход состоит в сокращении выдержки — чаще всего за счет повышения чувствительности матрицы или использования дополнительного освещения от вспышки.

Теперь нам известны три регулируемых параметра: чувствительность матрицы, диафрагма (относительное отверстие) и выдержка. Читателю, пусть даже и незнакомому с тонкостями фотографии, но сообразительному, уже могла прийти в голову мысль о том, что существует некое соотношение этих трех параметров, идеальное для сцены любой освещенности. Мы можем уменьшить диафрагму, сделав изображение более темным, но при этом повысить чувствительность и скомпенсировать недостаток освещения. Мы можем также увеличить выдержку, чтобы свет на матрицу попадал дольше. Абстрактно это может оказаться вполне понятно и логично, нераскрытым остался лишь вопрос «зачем это все надо»? Пришло время остановиться, как всегда, на самом интересном месте, и сказать сакраментальное «Продолжение следует…»

Orphus system