Цифровой фотоаппарат: устройство, типы цифровых камер и нюансы выбора

Впервые фотоаппарат, в котором для записи изображения вместо фотохимического принципа был использован фотоэлектрический, представила в 1975 году компания Kodak. Следующим шагом в развитии цифровых фотокамер стали так называемые видеофотоаппараты на основе видеокамеры, способной делать аналоговую запись неподвижного изображения на видеокассету. К сожалению, качество такой записи очень сильно ограничивалось телевизионными стандартами, и к тому же аналоговый способ в процессе обработки и передачи информации давал огромное количество искажений. Только с появлением цифровых технологий новый способ фотографирования обрел реальные перспективы.

Устройство цифрового фотоаппарата

С 1988 года, когда появился первый цифровой аппарат для широкого потребителя, прошло ровно 30 лет. За это время цифровые фотокамеры усовершенствовались и стали настолько популярными, что на сегодня, пожалуй, только истинные фанатики пленочных фотоаппаратов отказываются от их использования. В немалой степени это связано и с распространением цифровых технологий — персональных компьютеров и фотопечати, позволяющих из файлов быстро тиражировать фотографии высочайшего качества без утомительной возни с реактивами в темной комнате. Еще один важный фактор успешности цифровых фотокамер — возможность контроля качества фотоснимка непосредственно на дисплее фотоаппарата в момент съемки, что сводит к минимуму процент испорченных кадров.

И тем не менее главный принцип действия цифровой фотокамеры почти ничем не отличается от классической аналоговой. Основой конструкции все так же является светонепроницаемая камера, с одной стороны которой располагается объектив. После того как фотограф нажимает спусковую кнопку, открывается затвор, свет поступает внутрь камеры и формирует на матрице картинку — происходит фотографирование. Но в отличие от пленочного фотоаппарата в цифровом вместо фотохимического сохранения изображения используется фотоэлектрический способ, суть которого состоит в преобразовании светового потока в электрический сигнал и последующей записи его на носитель информации.

Ключевыми «узлами» цифрового фотоаппарата являются матрица, объектив (оптическая система и диафрагма), видоискатель, затвор и — у зеркальных моделей — пентапризма и зеркала. Именно эти элементы непосредственно участвуют в процессе получения изображения, но не менее важными для полноценного функционирования камеры являются и карта памяти, аккумуляторные батареи, вспышка, датчики, дисплей.

Итак, рассмотрим подробнее важные характеристики основных конструктивных элементов.

Матрица

Это сердце фотокамеры — объединение светочувствительных элементов, отвечающее за преобразование энергии света в электрический заряд, то есть переводящее оптическое изображение в цифровые данные, которые затем последовательно поступают в преобразователь, процессор и на карту памяти.

Основными (и очень важными для пользователя) характеристиками любой матрицы являются:

• Разрешение и площадь — размер и количество в ней светочувствительных элементов, измеряемое в мегапикселях. При одинаковых технологиях и условиях съемки чем больше матрица и при этом чем выше плотность размещения в ней светодиодов, тем точнее и полнее будет полученная информация о сфотографированном объекте.
• Светочувствительность (ISOЭто параметр, который определяет уровень чувствительности матрицы и пленки фотоаппарата к свету.) — ее большие значения позволяют проводить съемку в условиях слабой освещенности: в ночное время или в темном помещении. Однако увеличение чувствительности может сопровождаться и возрастанием шумов на изображении.
• Тип матрицы. Их существует несколько. ПЗС (аббревиатура от «прибор с зарядовой сетью»), или CCD-матрица (от английского charge-coupled device), — достаточно дешевая в производстве матрица на базе аналоговой интегральной микросхемы на светочувствительных кремниевых фотодиодах и использующая технологию ПЗС. Выпускается большинством производителей для бюджетных моделей фотоаппаратов.
  

  КМОП, или CMOS-матрица, имеет в своей основе технологию КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводника; или английская аббревиатура CMOS — complementary metal-oxide-semiconductor) — набор полупроводниковых технологий построения интегральных микросхем и соответствующая ей схемотехника микросхем.

  В каждом пикселе матрицы под его сенсорной поверхностью находится особый усилитель сигнала, несколько ускорителей и преобразователей, которые отвечают за передачу цифрового сигнала в процессор. Важнейшей особенностью КМОП является считывание информации не с каждой ячейки матрицы по очереди, а одновременное прогрессивное полнокадровое. Оно происходит индивидуально, не нуждаясь в накоплении заряда от соседних элементов, что дает возможность зонального шумоподавления и считывания. Вся информация собирается в общую картинку уже непосредственно в процессоре.

  К сведению

  В 2009 году компания Sony выпустила матрицы по технологии Exmor: с задней подсветкой и втрое уменьшенным рабочим отрезком от пиксела до микролинзы. В таких матрицах ничто не препятствует проходу светового луча, а микролинзы плавно переходят одна в другую. За счет того, что аналоговый сигнал немедленно преобразуется в цифровой в каждом пикселе, полностью отсутствует нагрев.

  Live-MOS-матрицы — торговое название CMOS-матриц от корпорации Matsushita Electric, они используются в таких камерах, как Panasonic и Olympus. Путем оптимизации ПЗС были уменьшены потери электронов при регистровой передаче. Это дало возможность прогрессивного сканирования изображения, но при этом сигнал от сенсора в процессор идет аналоговый, а не цифровой. Матрицы этого типа имеют функцию визирования по экрану, в режиме Live View, и поэтому более востребованы для видеосъемки, нежели для фотографии.

К важным параметрам также относится площадь матрицы: чем она больше, тем больше может быть размер каждого пикселя, а значит, тем выше светочувствительность матрицы и ее цветопередача. В бюджетных моделях обычно стоят матрицы формата 4×5,4 мм, в более дорогостоящих моделях — 18×13,5 мм. Самые крупные полнокадровые размера 36×24 мм и среднеформатные размера 60×45 мм используются обычно в дорогих профессиональных фотоаппаратах.

Объектив

Это оптическая система, состоящая из нескольких линз, расположенных внутри оправы. Линзы могут быть стеклянными или даже пластиковыми (в недорогих моделях). Проходящий сквозь линзы световой поток преломляется и формирует на матрице изображение. Чем лучше объектив, тем более четкие и качественные снимки делает фотоаппарат. Главными характеристиками объектива являются:

• Светосила — параметр оптики, показывающий соотношение между освещенностью изображения, получаемого на матрице с помощью оптической системы, и яркостью самого отображаемого объекта.
• Фокусное расстояние — расстояние от оптического центра самого объектива (в мм) до точки фокусировки на матрице. От фокусного расстояния зависит угол обзора фотокамеры и размеры получаемого снимка.
• Зум — способность объектива приближать удаленные объекты; определяется соотношением минимального и максимального фокусного расстояния.

В системных камерах со сменной оптикой одним из значимых параметров также является стандарт байонета — соединения, с помощью которого объективы крепятся к корпусу.

Диафрагма

Это механизм, отвечающий за регулирование потока света, который попадает на матрицу фотокамеры. Находится диафрагма между линзами объектива. Диафрагма объектива — это непрозрачная перегородка с круглым отверстием переменного диаметра, центр которого совпадает с оптической осью. Наиболее распространена так называемая ирисовая («радужная») диафрагма, состоящая из нескольких поворотных ламелей (от 2 до 20), которые приводятся в движение вращающимся кольцом на оправе объектива. Величина сдвига этих лепестков относительно базового положения определяет размер образующегося отверстия, которое может быть круглым при полном открытии и многоугольным при частичном открытии. Благодаря этому изменяется количество поступающего на матрицу света. От диаметра отверстия зависит глубина резкости изображаемого пространства (ГРИП), при этом чем размер отверстия меньше, тем она больше. В профессиональной оптике обычно стоят многолепестковые диафрагмы (7–11 лепестков).

Видоискатель

Это вспомогательное устройство, с помощью которого фотограф наблюдает за объектом съемки и определяет границы будущего кадра. Некоторые типы видоискателей могут быть использованы и для контроля качества изображения, например фокусировки. В современных цифровых камерах используются оптические и электронные видоискатели, в некоторых камерах роль видоискателя выполняет только ЖК-монитор.

Типы цифровых камер

Для рядового потребителя, однако, скорее важен не принцип работы цифрового фотоаппарата, а его тип. Тем более что на рынке их присутствует несколько, каждый со своими преимуществами и недостатками, и очень сложно понять, какая же именно камера идеально подойдет в том или ином случае. Итак, что же нам предлагают производители?

Компактные фотоаппараты

Это давно и хорошо всем известные «мыльницы», имеющие небольшие габариты и вес, несменный объектив и не слишком чувствительный сенсор, а также у них отсутствует видоискатель (в большинстве моделей).

Малый размер — это первое и, пожалуй, главное преимущество компактной фотокамеры. Но именно из-за него страдают другие характеристики компактов. Чаще всего эти фотоаппараты оснащены оптикой, изготовленной из специального оптического пластика, который все же не может конкурировать со стеклянными аналогами, что сказывается на качестве снимков. По-настоящему хорошие фотографии на компакте можно сделать только при ярком дневном свете. Еще один недостаток — это низкая скорость. После включения камеры нужно еще несколько секунд жать ее пробуждения. Среднестатистический компакт способен сделать на одной зарядке только около двухсот снимков.

Но тем не менее для бытового использования компактные фотоаппараты вполне подходят. Более того, из-за отсутствия ручных настроек и долгой фокусировки все снимки делаются буквально одним нажатием кнопки. Производители обычно предусматривают в компактах несколько режимов автоматической съемки с необходимыми характеристиками. Практически во всех популярных моделях есть зум, дающий возможность настроить фокусное расстояние.

Компактные фотоаппараты при этом — тот тип фототехники, который больше всего пострадал от вторжения смартфонов. Конечно, камеры мобильных телефонов не способны сравниться по качеству даже с самыми простыми фотоаппаратами, но для публикации в соцсетях высокое качество фотографий большинству пользователей абсолютно не важно. К тому же мало кто захочет постоянно носить с собой несколько устройств, одно из которых явно проигрывает в скорости подключения к интернету.

Зеркальные цифровые камеры

Цифровой зеркальный фотоаппарат остается весьма популярным среди профессиональных фотографов. Частично это объясняется его универсальностью: он хорош для съемки как подвижных объектов, так и статичных сцен.

Главная особенность зеркальной камеры — наличие у нее зеркального оптического видоискателя, съемного объектива и матрицы с высоким разрешением. В зеркальной камере изображение через сложную систему стеклянной оптики отражается в расположенном под углом 45° к видоискателю зеркале. Фотограф в итоге видит практически ту же картинку, которая получится на готовой фотографии. Перед открытием затвора камеры зеркало поднимается, делая видоискатель черным и позволяя свету падать непосредственно на матрицу, а после экспонирования оно возвращается в прежнее положение. При этом между срабатыванием затвора и нажатием кнопки проходит меньше секунды, что дает возможность снимать движущиеся объекты и делать серийную съемку.

Кроме того, все зеркалки оснащены матрицами с высоким разрешением, а некоторые продвинутые модели имеют и полноразмерные сенсоры. Среди преимуществ зеркальных камер — высочайшее качество изображения, экономное энергопотребление, скорость, возможность контролировать глубину резкости и снимать в формате RAW. Однако для непрофессионалов зеркальная камера может оказаться не слишком удобной. Во-первых, габариты даже у самых простеньких камер весьма внушительные. К тому же к тяжелому корпусу прибавляется и набор объективов, что делает зеркалку еще более громоздкой и вызывает необходимость покупки специального кейса для хранения и переноски аппаратуры. В некоторых случаях его общий вес может составить до 15 кг. Во-вторых, с ручными настройками съемки может справиться далеко не каждый любитель. Без подготовки снимать зеркалкой значительно сложнее, чем компактом. И, в-третьих, цена зеркальных камер намного выше, чем компактных фотоаппаратов.

Беззеркальные фотоаппараты

Движимые стремлением объединить высокое качество изображения зеркалок с малыми габаритами компактных фотоаппаратов, производители представили на суд пользователей беззеркальные полнокадровые фотокамеры. По принципу работы они ближе к зеркальным, но в них отсутствуют подвижное зеркало и пентапризма, что дает возможность значительно уменьшить габариты. Такие камеры весьма компактны, их легко носить с собой. Управление у беззеркальных фотоаппаратов более простое, чем у зеркалок, но при этом они имеют множество встроенных функций, расширяющих возможности.

В беззеркальных камерах разработчики заменили оптический видоискатель на электронный, дополнив его ЖК-дисплеем. Нужно заметить, что качества снимков это никак не снижает, поскольку в большинстве беззеркальных камер стоит матрица с высоким разрешением, а в моделях последних лет — полнокадровая, как у Sony A7.

Производители снабдили беззеркалки сменной оптикой. Как правило, выбор объективов для беззеркальных камер достаточно широк, а кроме того, некоторые объективы для зеркалок также можно установить и на беззеркалки через специальный переходник.

Некоторое неудобство представляет быстрый расход батареи, поскольку и сенсор, и электронный видоискатель в беззеркальной камере работают постоянно. Но, возможно, в будущем появятся более емкие аккумуляторы, что сделает беззеркальные камеры пригодными к длительной работе в полевых условиях.

Какой цифровой фотоаппарат выбрать?

А чем еще нужно руководствоваться при выборе фотоаппарата, кроме его типа и особенностей конструкции?

Для начала стоит понять, для чего именно вам нужна фотокамера: для любительской семейной фотохроники, для отчетов о путешествиях в соцсетях или вы решили стать бердвотчером и посвятить себя фотографированию птиц в естественных условиях их обитания? Для каждого из этих случаев вам, скорее всего, потребуется камера с определенными характеристиками, так что исходить нужно из потребностей и финансовых возможностей. Кстати, специалисты рекомендуют начинающим приобретать устройства попроще, а с повышением навыков и при наличии желания — переходить на более совершенные и сложные модели.

Любителям

Для непрофессионалов, которые делают первые шаги в фотографии и не планируют слишком много времени ей уделять, идеально подойдет компактная камера. Ее будет вполне достаточно для получения отличных снимков с дней рождения, детских праздников, других значимых мероприятий. Для самых первых снимков можно использовать предустановленный автоматический режим, а если со временем захочется большего, всегда можно изучить настройки и обнаружить там еще несколько режимов для разных условий съемки. Из конкретных моделей начинающим можно порекомендовать недорогие Sony Cyber-shot DSC-WX35, Canon PowerShot SX620 HS или более дорогую, но продвинутую модель 2018 года Sony RX100 VI.

Любителям путешествий и фотоблогерам

Тем, кому недостаточно качества компактных фотокамер, идеально подойдет системная беззеркалка, поскольку фотоаппарат для путешествий не должен быть тяжелым и громоздким, ведь, скорее всего, с ним придется много ходить.

Конечно, камеры этой категории несколько дороже, чем компакты, так ведь и качество съемки у них несравнимо выше. Но учтите, что вы должны запастись несколькими аккумуляторами, иначе заряжать беззеркалку при интенсивном использовании придется довольно часто.

Желательно выбирать камеру с видоискателем: на ярком солнце практически невозможно разглядеть изображение на встроенном дисплее. А если вы планируете снимать из окна автомобиля, выбирайте камеру с хорошим стабилизатором изображения. Иначе кадры получатся смазанными. Рекомендации: Sony A6000, Fujifilm X-T100, Olympus PEN E-PL9.

Профессионалам

Большинство профессиональных фотографов предпочитают пользоваться зеркальными фотоаппаратами, поскольку до последнего времени только они были способны обеспечить необходимое качество снимков. Главные козыри зеркалок — большая матрица и возможность замены объектива, но сегодня появились беззеркальные модели, полностью отвечающие потребностям профессионалов. Однако стоит помнить, что такая техника требует немалых финансовых затрат. Рекомендации: беззеркальные полнокадровые камеры Sony A7 III, Sony A9, Canon EOS R, Nikon Z.

Выбор фотокамеры — дело сугубо личное для каждого пользователя. Ведь, увы, пока не существует модели, которая подойдет всем без исключения. Однако производители пытаются если не полностью, то хотя бы в какой-то мере создать камеру, соответствующую чаяниям различных категорий поклонников фотоискусства.