Динамический диапазон
При выборе монитора, сканера, фотоаппарата, а также других устройств, работающих с изображением, мы чаще всего обращаем внимание лишь на одну из их характеристик — разрешающую способность этого устройства. Неудивительно — ведь именно её в первую очередь выпячивают в рекламе, как наиболее простую для понимания широкими массами. Однако помимо разрешающей способности существуют другие, не менее важные для качества картинки, характеристики. Таковыми, например, являются фотографическая широта и динамический диапазон. И если с разрешающей способностью всё бывает более-менее понятно, то с упомянутыми характеристиками часто возникают затруднения. Более того, эти два понятия на первый взгляд кажутся настолько похожими, что вносит только дополнительную путаницу. Попробуем внести ясность в этот вопрос на примерах как аналоговых, так и цифровых устройств.
Фотографическая широта — максимально возможный диапазон внешних яркостей, которые может зафиксировать внутри одного кадра фотоустройство.
Динамический диапазон — максимально возможный полезный диапазон оптических плотностей плёнки, фотобумаги и т.п. (или максимально возможный полезный диапазон количеств электронов, могущих помещаться в каждом пикселе электронной матрицы фотоустройства).
Таким образом, термин «фотографическая широта» применяется для оценки запечатлеваемого диапазона внешних яркостей, а динамический диапазон — для оценки физических свойств внутреннего носителя (оптическая плотность плёнки, ёмкость и шумность пикселей матрицы и т.п.). Чувствуете разницу?
В аналоговых устройствах фотографическая широта фотоплёнки не зависит от своего динамического диапазона, поскольку теоретически любой диапазон внешних яркостей может быть закодирован в сколь угодно небольшой диапазон оптических плотностей плёнки. Однако очевидно, что при большом диапазоне оптических плотностей, картинка будет выглядеть лучше и переходы между яркостями будут более качественными, поскольку на микроуровне плёнка всё же дискретна, а информация о градациях должна где-то храниться.
В цифровых же устройствах изначальная дискретность кодирования изображения является причиной чёткой зависимости фотографической широты от динамического диапазона матрицы. Дело в том, что пиксели матрицы во время экспозиции накапливают определённое количество электронов, линейно зависящее от внешней яркости. Количество электронов — конечное, от единиц до десятков тысяч. Больше определённого предела пиксель чисто физически вместить не может. Градация яркостей определяется именно этими количествами электронов. Электроны, когда их счёт идёт на единицы, не могут дать подобие аналоговой, плавно изменяющейся оптической плотности. Без заметной потери градаций, в электроны, число которых и так невелико, большую фотографическую широту не уместить. Вот она и привязана к этому количеству, и линейно от неё зависит. А это количество и есть динамический диапазон.
Из-за такой линейной зависимости понятие фотографической широты часто заменяется понятием динамического диапазона. К счастью, для цифровых фотоустройств это не критично. Однако, сравнивая их характеристики с характеристиками аналоговых фотоустройств, об этой особенности важно помнить.
Если с матрицами всё просто, то отношения между фотографической широтой и динамическим диапазоном плёнки, как вы уже успели заметить, гораздо более сложны. Давайте подробнее рассмотрим их.
Предположим, что фотографическая широта у некоторой плёнки небольшая. Такая плёнка слишком засвечивается в ярких местах кадра и недостаточно — в тёмных. Если мы представим себе, как это происходит, то нам станет очевидно, что в тех местах, которые освещены средне, и не подверглись на плёнке пересвету или недосвету, градации яркости будут проработаны более качественно. Ведь небольшая фотографическая широта плёнки оказывается растянутой на весь её диапазон оптических плотностей (динамический диапазон). Именно поэтому профессиональные плёнки имеют меньшую фотографическую широту, чем любительские. По той же причине у профессиональных плёнок и диапазон оптических плотностей (динамический диапазон) пытаются сделать как можно шире. В любительских же плёнках за счёт большей фотографической широты фотографу прощается возможная ошибка в экспозиции, но в любом случае ухудшается качество световых переходов.
То же самое и с фотобумагой. Контрастная фотобумага имеет меньшую фотографическую широту, поэтому яркие места кадра становятся ещё ярче, а тёмные — ещё темнее. В целом, фотография становится контрастнее. Такая фотобумага применяется для серых, вялых негативов, имеющих небольшой динамический диапазон. Для резких же кадров с большим динамическим диапазоном больше подходит мягкая фотобумага, которая сможет вместить в себя весь динамический диапазон такого негатива.
Для подведения итога этой главы и закрепления материала, давайте рассмотрим определения фотографической широты и динамического диапазона в применении к различным фотоустройствам и фотоматериалам:
Фотографическая широта плёнки (контрастность) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. Приблизительные значения для негативов 2,5-9 EV, для слайдов 2-4 EV, для киноплёнки 14EV.
Динамический диапазон плёнки (диапазон оптических плотностей) — её способность в некотором диапазоне изменять свою прозрачность (оптическую плотность) в зависимости от воздействия внешней яркости. Приблизительные значения для негативов 2-3D, для слайдов 3-4D.
Фотографическая широта фотобумаги (контрастность) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей (от фотоувеличителя). Типичные значения для чёрно-белых бумаг: 0,7 EV (контрастная) — 1,7 EV (мягкая).
Динамический диапазон фотобумаги (диапазон оптических плотностей) — её способность в некотором диапазоне изменять степень отражения (оптическую плотность) в зависимости от внешней яркости (от фотоувеличителя). Типичные значения 1,2-2,5D.
Фотографическая широта матрицы цифрового аппарата — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. У цифрокомпактов 7-8 EV, у зеркалок 10-12 EV.
Динамический диапазон матрицы цифрового фотоаппарата — способность пикселей матрицы в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от уровня внешней яркости. Динамический диапазон цифрокомпактов — 2,1-2,4D, зеркалок — 3-3,6D.
Фотографическая широта графического файла — Поскольку файл — это всего лишь способ хранения информации, то за счёт потери градаций в любой формат файла можно запихнуть любой диапазон внешних яркостей. Стандартные же величины у формата восьмибитного JPEG — это 8 EV, у HDRI (Radiance RGBE) — до 252 EV. От количества бит, выделяемых для хранения каждого пикселя, этот параметр зависит лишь косвенно, поскольку способ упаковки информации в эти биты у разных форматов может быть различен.
Динамический диапазон графического файла — способность файла хранить в себе некоторый диапазон значений каждого пикселя.
Фотографическая широта монитора — Поскольку монитор — это только устройство отображения, то применительно к нему этот параметр не имеет особого смысла. Ближайшим по смыслу параметром будет способность монитора отображать закодированный в графическом файле диапазон значений яркости. Но величина этого параметра зависит в основном от программы отображения и используемого цветового профиля, которые с тем или иным успехом втискивают всю (или не всю) фотографическую широту изображения, содержащуюся в файле, в рамки динамического диапазона монитора. Замечу, что чем большая фотоширота втиснута в динамический диапазон, тем менее контрастно выглядит изображение. Однако существует специальный метод коррекции (тональная компрессия), позволяющий при сохранении фотографической широты увеличить контрастность.
Динамический диапазон монитора (контрастность) — способность пикселя монитора в некотором диапазоне изменять свою яркость в зависимости от напряжения входящего сигнала. Динамический диапазон современных мониторов находится в пределах 2,3-3D (200:1 — 1000:1).
Фотографическая широта матрицы сканера — способность её фиксировать некоторый диапазон яркостей отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Составляет от 6-8 EV у офисных планшетных до 13-16 EV у профессиональных барабанных сканеров.
Динамический диапазон матрицы сканера — аналогично матрице фотоаппарата, способность пикселей матрицы сканера в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от яркости отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Динамический диапазон сканеров может принимать значения от 1,8-2,4D у офисных планшетников до 4-4,9D у профессиональных барабанных сканеров.
Примечание по сканеру: Поскольку лампа сканера создаёт постоянную освещённость сканируемого материала, верхняя граница яркости этого материала (абсолютно белый лист или полностью прозрачная плёнка) оказывается известной. Верхняя граница динамического диапазона матрицы сканера заводской калибровкой подгоняется под эту максимальную яркость. Следовательно, верхние края шкал фотографической широты сканера и динамического диапазона плёнки (с учётом её вуали) будут совпадать.
Принимая во внимание, что у цифрового устройства динамический диапазон равен фотографической широте, можно сказать, что будут совпадать верхние края шкал динамических диапазонов сканера и плёнки+вуаль. А значит, наложив их диапазоны друг на друга, мы сможем их корректно сравнить, и определить, сможет ли тот или иной сканер оцифровать плёнку, не обрубив её диапазон. Для справки: динамический диапазон вуали (максимальной прозрачности) фотоплёнок приблизительно составляет 0,1D, и эту цифру при сравнении следует прибавлять к динамическому диапазону плёнки.
Общее примечание: Не все вышеперечисленные словосочетания реально используются, но они упомянуты для полноты картины, чтобы яснее можно было прочувствовать разницу между фотографической широтой и динамическим диапазоном.
Единицы измерения
Динамический диапазон измеряют по шкале, каждое следующее деление которой соответствует снижению измеряемого параметра в 10 раз, а фотографическую широту — по шкале, каждое следующее деление которой соответствует снижению измеряемого параметра в 2 раза.
Исходя из понятия логарифма (показатель степени, в которую надо возвести одно число, чтобы получить другое), обе эти шкалы являются логарифмическими. В первом случае используется логарифм по основанию 10 (десятичный логарифм — log), во втором — по основанию 2 (двоичный логарифм — lg).
Логарифмическая шкала — это удобный способ уложить огромный диапазон значений измеряемого параметра в компактном виде. Можно предположить, что к концу шкалы теряется её точность. Это так, но дело в том, что и органы чувств человека ведут себя так же. Глаз человека, например, может различить небольшой перепад в свете звёзд, но такой же в абсолютных числах перепад яркости двух ярких ламп глаз уже не зафиксирует. Поэтому десятикратный перепад больших яркостей глазу кажется одинаковым со стократным перепадом средних, и с тысячекратным — малых яркостей.
Поэтому десятичный логарифм используется для соответствия каждого следующего деления шкалы динамического диапазона зрительному ощущению падения яркости в 2 раза при фактическом десятикратном падении величины измеряемого параметра, а двоичный — для соответствия каждого следующего деления шкалы фотографической широты зрительному ощущению равномерного падения яркости при падении вдвое количества света.
Размер динамического диапазона или фотографической широты записываются цифрой, обозначающей количество делений по соответствующей шкале между измеренными точками. При этом, если измерения проходят по шкале динамического диапазона, рядом с цифрой ставят обозначение D (2D, 2,7D, 4D, 4,2D), а если по шкале фотографической широты, то используется обозначение EV (Exposure Value — значение экспозиции) или просто количество ступеней или стопов (делений).
Часто динамический диапазон записывают в виде отношения, показывающего, во сколько раз между крайними точками диапазона происходит перепад измеряемого параметра, например 100:1 (2D) или 1000:1 (3D). Обычно такой способ записи применяется для указания контрастности мониторов.
Формула же для измерения полезного динамического диапазона следующая: динамический диапазон равен десятичному логарифму из отношения максимальной величины измеряемого параметра к минимальному, то есть уровню шума:
D = log(Max/Min)
Формула вычисления фотографической широты аналогична, но вместо десятичного логарифма применяется двоичный.
Динамический диапазон цифровых устройств измеряют ещё и в децибелах. Способ измерения практически аналогичен вышеописанному, поскольку децибел — тоже логарифмическая величина, и тоже вычисляется через десятичный логарифм. Но значение в децибелах будет в 20 раз больше (1D = 20 дБ), и сейчас я объясню, почему.
Измерению в этом случае подвергается разница напряжений, в которые преобразовываются накопленные в каждом пикселе матрицы электроны. Впрочем, это напряжение пропорционально количеству накопленных электронов, но я упомянул напряжение не случайно. Дело в том, что в децибелах измеряют диапазоны только энергетических величин: мощностей, энергий и интенсивностей. И способ их вычисления полностью аналогичен вышеописанному за исключением умножения итогового числа на 10, потому что мы меряем не белы а децибелы, которые в 10 раз меньше.
Однако существует возможность померить в децибелах и амплитудные величины, такие как напряжение, ток, импеданс, напряженности электрического или магнитного полей и размахи любых волновых процессов. Но для этого надо учесть зависимость от них соответствующей им энергетической величины. А зависимость эта всегда квадратичная.
Например, вычислим зависимость мощности от напряжения. Мощность равна квадрату напряжения делённого на сопротивление, то есть она зависит от напряжения квадратично. Увеличивая напряжение в 2 раза мощность увеличивается в 4 раза. Значит, чтобы сохранить мощностную пропорцию, придётся мерить диапазон не напряжений, а квадратов этих напряжений:
log(Umax2/Umin2) = log(Umax/Umin)2 = 2*log(Umax/Umin)
Мы получим значение в белах. Для перевода в децибелы умножаем на 10. В итоге полная формула принимает вид:
Децибелы = 20*log(Umax/Umin)
Таким образом, у нас получается, что динамический диапазон в децибелах равен подсчитанному нами по шкале динамическому диапазону, умноженному на коэффициент 20.
Иногда из-за путаницы в терминологии динамический диапазон измеряют в единицах экспозиции (EV), ступенях или стопах, как фотографическую широту, а фотографическую широту — как динамический диапазон. Чтобы привести параметры к нормальному виду, приходится пересчитывать диапазон из одной шкалы в другую. Для этого необходимо вычислить цену деления одной шкалы в цифрах другой. Например, цену деления шкалы фотографической широты в цифрах шкалы динамического диапазона.
Поскольку деления шкалы представляют собой степени, вычислим, в какую степень надо возвести десятку (размерность шкалы динамического диапазона), чтобы получить двойку (размерность шкалы фотографической широты). Для этого берём десятичный логарифм от двойки и получаем искомый результат — цену одного деления шкалы фотографической широты в единицах шкалы динамического диапазона — приблизительно 0,301. Это число и будет коэффициентом перевода. Теперь, для перевода EV в D, следует EV умножить на 0,3, а для перевода из D в EV, следует D разделить на 0,3.
Замечу, что шкала фотографической широты применяется не только для измерения диапазонов, но и для измерения конкретных величин экспозиции. В этом случае шкала имеет условный ноль, который соответствует яркости света, падающего от объекта, освещённость которого составляет 2,5 люкса (для нормальной экспозиции объекта с таким освещением требуется диафрагма 1.0 и выдержка 1 сек. при чувствительности ISO 100). Таким образом, экспозиция вполне может принимать по этой шкале отрицательные значения в EV. Диапазон же, естественно, всегда положителен.
18.11.2008
Новиков Максим Глебович
Приведу еще одну статью на данную тему
Цифровые информационные войны.
или фотолюбители, будьте бдительны!
В самом начале отмечу, что я не в коем случае не хочу выступать против цифровых фотокамер и сканеров. Нет, нет и еще раз нет. Глупо не замечать, и не признавать того, что "цифра" успешно конкурирует с пленкой. Но нельзя, на мой взгляд, утверждать и о полном и безоговорочном преимуществе одной технологии над другой. Найдутся такие области применения, где бесспорно будет побеждать цифровая фотография, немало и таких, где уникальные свойства традиционных фотоматериалов будут незаменимы.
Но есть и огромная область "пересечения интересов". Вот за эту "спорную зону" и развернулась настоящая информационная война. В качестве оружия - периодические фото издания. С их страниц ведется массированная атака на фотолюбителей, в своем апогее больше похожая на оболванивание, призванное убедить сомневающихся в победе цифровых технологий. Но беда в том, что в войнах, в том числе и информационных, зачастую, в проигравших оказывается тот, чьи интересы так беззаветно отстаивают воюющие стороны. В нашем случае это покупатель. Выпады, ярых сторонников "цифры", бывает, страдают безграмотностью в элементарных технических аспектах фотографии (как галогенсеребряной, так и цифровой), иногда эти ошибки больше напоминают подтасовку фактов, призванную выставить описываемое в более выгодном свете. Непонятно, что заставляет отечественные издания публиковать такого рода материалы и терять авторитет и солидность? Вы не догадываетесь, каков ответ на этот вопрос? Как не пасть жертвой сделав неудачную покупку?
Вспомним, что сначала "цифра" боролась за число элементов светочувствительной матрицы формирующих фотографическое изображение. Сканеры и цифровые аппараты совершенствовались и накапливали "мегапиксельную мощь". Исходя из того, что подавляющее большинство фотографий печатаемых в мире имеет размер 10x15см, требования к количеству пикселов не так уж и велико. После успешного достижения "трехмегапиксельной высоты" сопоставимость с пленочными камерами по воспроизведению мелких деталей изображения была достигнута (во всяком случае, для любительского класса и формата отпечатков 10x15 и 15x21см), на арене появился другой параметр - динамический диапазон. Собственно говоря, он не появляется ниоткуда, просто в погоне "за мегапикселами" производители оборудования старались не заострять внимания на этом вопросе.
В статьях про "цифровой заменитель пленки" динамический диапазон матрицы ПЗС отождествляют с фотографической широтой фотоматериала. Это логично, однако при этом его указывают в единицах
x.xD. Почему выбрана эта буква непонятно (толи от слова Dynamic, то ли от Density), во всем мире для обозначения такого рода величин используется буква B или в русском Б -белы, или чаще децибелы (dB или дБ) - 0,1 бела. Использование буквы D породило путаницу - некоторые принимают за динамический диапазон пленки, интервал ее оптических плотностей, тогда как на самом деле эти две величены мало связаны друг с другом. Понятию динамического диапазона больше соответствует фотографическая широта. Для фотопленки это величина, определяемая по характеристическим кривым (ХК).
"Фотографическую широту l определяют величиной отрезка 'дельта'lgH, соответствующего проекции прямолинейного участка характеристической кривой на ось логарифмов экспозиций. Начальная Dнач и конечная Dкон оптическиие плотности образца соответствуют началу и концу прямолинейного участка характеристической кривой. При этом значения Dнач и Dкон не должны отклоняться от продолжения прямолинейного участка более чем на 0,04 ед. оптической плотности." (К.А. Августинович, Основы фотографической метрологии, М, Легпромбытиздат, 1990г., -стр 207).
Далее, там же: "Общую фотографическую широту негативных и обращаемых пленок определяют интервалом логарифмов световых экспозиций, в пределах которого все три характеристические кривые прямолинейны." стр. 208.
Посмотрим, каким образом определяется тот же параметр для цифровых фотокамер в обзоре "Цифровые зеркалки" (Фото и видео #5 (49) за 2001год.). Там динамический диапазон (ДД) цифровых камер также наглядно определяется по графику.
Процитируем его по журналу. Почему из трех ХК осталась только одна линия? Неужели все производители добились того, что все кривые легли "след в след"? Похоже, что это особенности методики выбранной автором. При таком объединении могут "спрятаться" расхождения трех кривых, которые взаимно компенсируются. Фотографическая широта или ДД по приведенному графику определяется не прямолинейным участком, а всей кривой, хоть как-то отличающейся от максимума и минимума. Попробуем на основе приведенных в статье графиков определить ДД исходя из методики принятой в фотографии. Прямолинейный участок, например, у Canon ограничен точками на оси lg(t) от -1,1 до -2,2, а у Fuji от -0,7 до 1,8 (такая разница говорит о разной "светочувствительности" матриц) таким образом, та самая фотографическая широта у обеих камер 1.1, а совсем не 2,3 и 2,2 соответственно!
Приведем подпись под рисунком: "При последующей корректировке изображения глубокие тени придется "вытягивать" с помощью передаточных кривых..." Диапазон указывается в статье с тем расчетом, что потом в при обработке в графическом редакторе мы выровняем кривую до идеальной прямой - благо низкие шумы это позволяют. Но тогда давайте такую же операцию проведем со слайдом - и всех поставим в равные условия, отсканируем и "вытянем"! Такой динамический диапазон (фотографическая широта) получился у слайда даже шире чем 2,5! А у негатива вообще "убежал" в район 3,5. Наверное, автору статьи было бы небезынтересно узнать, что в фотографии такой параметр тоже используется, только вот называется он не фотографическая широта (динамический диапазон), а полный интервал экспозиций.
Не могу не процитировать рассуждения автора по поводу ДД:
"Невольно напрашивается сравнение с пленкой. Если отталкиваться от диапазона получаемых на пленке оптических плотностей (что является входным параметром при последующем сканировании), то диапазон полезных плотностей негатива (с учетом допусков на передержку) не превысит 2,00, а у хорошей обращаемой пленки он составит приблизительно 3,50. Но вот практическая фотографическая широта (интервал передаваемых яркостей) у слайда, наоборот, невелик, а у негативной может превысить 11-12 ступеней диафрагмы (3,3-3,60). Но на фотоотпечатке с негативной пленки вряд ли воспроизведется диапазон яркостей более 5-6 ступеней диафрагмы (1,5-1,80), если, конечно, речь не идет о ч/б пленке и печати на бумагу с пониженным контрастом.
Так что не так уж и плоха матрица цифровой фотокамеры, позволяющая регистрировать диапазон яркостей снимаемого объекта на уровне 7-8 ступеней диафрагмы, т.е. 2,1-2,40."
Вот яркий пример, того как, навалив цифр и терминов, можно запутать кого угодно. Несколько раз прочитал, но так и не понял, к чему здесь приведен диапазон оптических плотностей пленок и при чем же здесь сканеры. Сразу вспоминается известный алгеброид, "в котором, путем очень сложного умножения и деления, доказывается преимущество советской власти перед всеми другими властями".
Давайте разберем этот абзац поподробнее.
Так, например, возьмем негативную FujiColor New Superia 100 и обращаемую FujiChrome Provia 100F Professional [RDPIII] (их характеристические кривые можно посмотреть на сайте фирмы:
www.fujifilm.com, оттуда и взяты эти кривые). Так вот фотографическая широта негативной пленки около 2,2 'дельта'lgH (это цифры приблизительные и близкие к теории, надо еще и учитывать, что и рассматриваемые материалы информация производителя). Надо сказать, что 'дельта'lgH как логарифмическая и "безразмерная" величина может "оразмерена" белами, но это не имеет отношения к оптической плотности. Другие типы пленок других производителей будут иметь схожие цифры. С диапазоном оптических плотностей тут сложнее из-за маски. Наибольшая оптическая плотность больше 3.0, с учетом плотности маски 0.8, поэтому и диапазон оптических плотностей по свой абсолютной величине, причем для каждого слоя, близок к динамическому диапазону.
С обращаемой пленкой ситуация немного иная. Полный диапазон оптических плотностей составляет действительно достаточно большую величину - около 3.5. Но обратимся к нашему прямолинейному участку. Он оказывается значительно меньше, чем на негативной пленке. Опять же приблизительно фотографическая широта около 1,5'дельта'lgH. При этом она лежит в диапазоне оптических плотностей до 2.8. Больше чем у негативной пленки, но при этом несет информацию о гораздо более узком интервале яркостей объекта. На практике область плотностей слайда более 2.8 действительно не используется для построения изображения. Простой эксперимент может это подтвердить. Возьмите слайд и посмотрите в поле кадра вы не найдете такой же "черноты", которая есть в
меж кадровых промежутках.
Диапазон оптических плотностей получаемых на фотоматериале напрямую не связан с фотографической широтой. Интересен термин "практическая фотографическая широта" использованный в этой статье, это, вероятно, вклад в фотографическую науку. Придется повториться и огорчить автора, эту величину задолго до него назвали полным интервалом экспозиций.
Тем не менее, приведенные в статье графики, своеобразные аналоги ХК кинофотоматериалов говорят о том, что камеры действительно не плохи. С их помощью можно получать фотографии хорошего качества. Более того, как мне кажется, цифровая фототехника ориентирована, в первую очередь, на получение фотографий публикуемых на вебсайтах (или просто предназначенные для демонстрации на экране монитора) и для использования в бумажных СМИ, в основном в газетах (т.е. где качество полиграфии невысокое). В этих вариантах применения большой динамический диапазон камер, как, впрочем, и большая фотографическая широта фотоматериалов, просто оказываются ненужными - ни монитор, ни газета не смогут его полностью передать. Цифровых камер, в том виде, в котором они сейчас существуют, для такого применения хватит с избытком. Зато по оперативности "цифра" вне конкуренции. Изображение готово практически сразу после нажатия спусковой кнопки, причем том самом виде, в котором нужно для вебдизайна и полиграфии: в виде файла. Нет стадии химико-фотографической обработки, которая не только занимает определенное время, но и может превратить в технический брак уникальный кадр. Это достоинство настолько велико, что позволяет просто не замечать все остальные свойства, которые в тех или иных условиях могут быть причислены к недостаткам.
Для высококачественной полиграфии и для художественной фотографии, то есть там, где не столько важна скорость, сколько конечное качество получаемого изображения пока более приемлемыми остаются традиционные фотоматериалы.
Позволю себе маленькое "лирическое отступление". За более чем полутора вековую историю фотографии произошло много изменений, но вся эта история - это история развития галогенсеребряных фотоматериалов. Причем, как ни кощунственно это звучит, каждый шаг в развитии оптики и фотоматериалов приводил к ухудшению качества любительского фотоотпечатка в угоду компактности и удобству использования фотоаппаратуры. Изначально негатив был того же размера что и конечный отпечаток. Позже качественный скачек в технологии фотографических материалов, и оптики позволил уменьшить начальный размер негатива и проводить печать с увеличением. Так достигалась не только значительная экономия негативного материала, но и компактность фотоаппаратуры. Естественно, что экономия и компактность достались не бесплатно. С уменьшением размера негатива началась борьба за уменьшение зернистости, а позже с появлением цветных материалов - гранулярности. Уменьшился размер негатива - уменьшилась его информативность. Но ее изначально было больше чем нужно для "семейного альбома". Появились любительские камеры с негативом 9x12см, они стали более компактны. Начало использования в качестве подложки негатива триацетата целлюлозы привело не только к тому, что появилась ее величество пленка, можно стало не таскать с собой огромное количество тяжелых и хрупких стеклянных фотопластинок. Вторым эффектом этого явления стало уменьшение негатива до размера 6x9см а аппараты в свою очередь еще меньше и отпала необходимость в чемодане с кассетами сопровождающего фотографа во время прогулок с камерой. Один ролик пленки заменял 8 кассет. Необходимость в "черном ящике для перезарядки кассет" тоже отпала.
Фирма Kodak вышла с девизом: "Вы только нажимаете кнопку, остальное делаем мы". Это позволило стать фотографии не увлечением для избранных, а массовым явлением. А для масс большого качества и не надо. Появилась 35мм перфорированная пленка. Собственно, она была "одолжена" у кинематографистов. Количество кадров на пленке увеличилось почти в пять, а камера стала еще в два раза меньше. Пришлось производителям оптики и пленки в очередной раз напрячься, чтобы выжать из полутора квадратных дюймов все, на что они были способны.
Процесс совершенствования 35мм камер и материалов продолжается до сегодняшнего дня. (Это последнее утверждение может быть оспорено: например, фирма Canon заявила, что ее разработка EOS-1v - это последняя пленочная профессиональная камера - дальше только цифровые и даже предъявила такую камеру). И достижения в этом направлении поистине фантастичны. Фотоматериалы стали совершенны настолько, что позволяют фотолюбителю не особо заботится даже о правильности установки экспозиции. Оптика тоже не стояла на месте, появились и успешно прижились объективы с переменным фокусным расстоянием. Изначально их качество сильно уступало "фиксфокалам", но удобство в их использовании позволило смириться с потерей качества. Со временем совершенствование оптических технологий сгладило эту разницу. Можно сказать, что совершенствование исчерпало или почти исчерпало себя - дальнейшие улучшения достаются "большой кровью": затраты на них получаются несопоставимы с достигнутым эффектом. Все шло к тому, что близится качественный переход. И он не заставил себя ждать - это цифровые фотокамеры. За свою десятилетнюю историю они проделали путь, на который галогенсеребряным материалам понадобилось полтора века и продолжают динамично развиваться. Уже сейчас цифровые камеры стали сопоставимы с пленочными по большинству свойств, а по некоторым - по оперативности, например, уже обогнали "старшего брата". Справедливости ради надо заметить, что такое бурное развитие цифровых фото технологий стало возможно благодаря развитию компьютерных технологий и если так можно сказать, то востребованностью цифровых изображений в компьютерном мире.
Родился и успешно развивается целый класс фотоаппаратуры - компактные камеры или "мыльницы". Более того, эти камеры стали наиболее распространенными, и именно при помощи таких камер делается подавляющее большинство фотографий в мире, которые, кстати, имеют тот самый размер
-10x15см. (замечу, что попытка перейти на уменьшенный APS - формат, который сулил фотографу множество сервисных дополнений не удалась) Тем не менее, до сих пор живы и выпускаются профессиональные камеры предназначенные для работы с форматным пленочным материалом. Эти камеры стоят много дороже тех самых мыльниц, но позволяют получать негативы и слайды предназначенные для больших увеличений. Сейчас профессионал может выбрать тот формат негатива или слайда, какой необходимо - 6x9, 9x12, 13x18см. 35мм пленки уже давно отданы на откуп любителей, правда существует и профессиональная техника "узкого формата" - это камеры предназначенные в основном для фоторепортажа. Но и этот последний оплот профессиональных узких пленок терпит поражение. Будущее здесь за "цифрой", рано или поздно это случится.
В конце концов, отказ от использования традиционных фотоматериалов для "семейного альбома" это не плохо. Цифровые технологии позволяют уделять ведению семейного альбома еще меньше времени. К тому же отказ от химико-фотографической обработки позволит не сливать в канализацию многие кубометры обрабатывающих растворов. Да, в подавляющем большинстве лабораторий отходы не утилизируются, а просто выливаются в канализацию. Конечно, производство цифровых аппаратов тоже не безвредно, но в производственных условиях проще контролировать и очищать сточные воды. И семейный альбом на компакт-диске займет меньше места чем обычный, бумажный, из него не выпадет и не потеряется ни одна фотография. Есть и минусы - например то, что для его просмотра необходимо дополнительно оборудование - компьютер. Хочется думать, что со временем он будет в каждом доме. Пока цифровая фотография будет обходиться много дороже обычной, если вы конечно не получаете все оборудование "на тестирование" как господин Е. Козловский, гл. ред. журнала "Компьютерра". Но хочется заметить, что такая дешевизна традиционной фотографии в первую очередь объясняется ее массовостью. Так что "цифре" есть к чему стремиться, пример для подражания очень хороший.
Очень часто со страниц журналов слышаться призывы: "Не пора ли переходить на цифровую фотографию?". Почему переходить, почему я должен забросить на полку пленочную камеру и озадачиться выбором цифровой? Можно прекрасно совмещать эти две технологии и использовать их параллельно. Таким связующим звеном может стать сканер, лучше пленочный. На настоящий момент, это наиболее оптимальный вариант для требовательного фотолюбителя. Он позволяет не пользоваться услугами минилабов при печати фотографий, о качестве которых уже не раз рассказано. С одной стороны достигаются все блага и преимущества цифровой фотографии, с другой стороны, при необходимости, остается качество доступное пленочной. Правда фотолюбителю понадобится еще и компьютер. Но для полноценного "фотолюбительства" с цифровой камерой компьютер также необходим. А про то, что компьютер может быть использован не только для занятия фотографией, я говорить не буду, попробуйте пофантазировать сами. Правда если вы не планируете печатать фотографии размером 20x30 или 30x45см высокого качества, то цифровой камеры хватит и для семейного альбома и для публикаций ваших снимков на вебстраницах. Только если у вас уже есть камера, которая вас устраивает, то менять ее, скорее всего, незачем.
Рекомендации по выбору фильм-сканера часто появляются и на страницах фото изданий. Только после прочтения их остается больше вопросов, чем было сначала. Если вопрос количества элементов ПЗС матрицы более или менее ясен, то вопрос динамического диапазона сканера становится более туманным с каждой новой публикацией. Так же практически не освещается реальная разрешающая способность сканера, которая кроме ПЗС линейки определяется еще и оптической частью сканера, согласитесь, что для сканера "читающего" 4000 точек с дюйма вопрос качества объектива очень актуален.
Однако давайте по порядку. Сканеры с оптическим разрешением 4000dpi могут быть использованы для профессиональной работы в полиграфии. Они позволят "растянуть" ваш негатив или слайд на журнальную страницу или даже на разворот. 2700dpi вполне хватит фотолюбителю с "повышенными" требованиями, для печати своих шедевров на струйном принтере формата А4. Для публикаций фотографий на вебсайтах, или ведения электронного архива своих негативов
такое разрешение сканеров даже избыточно.
Более животрепещущим является вопрос динамического диапазона сканера, то есть интервала оптических плотностей, которые он будет "считывать" с пленки. Для начала попробуем определиться, к чему необходимо стремиться. Посмотрим опять на характеристические кривые пленок приведенные выше. Максимальная оптическая плотность негативной пленки составляет около 3,2Б, слайда соответственно около 3,5Б. В любом случае если сканер будет правильно воспроизводить оптические плотности от 0 до 4Б этого будет с избытком хватать для успешного сканирования всех типов фотопленок. Однако необходимо обратить внимание на то, что если диапазон оптических плотностей слайда для всех слоев 0-3,5Б, то для негатива этот диапазон значительно уже. По слоям:
R (красночувствительный) - 0,2-2,5Б,
G (зеленочувствительный) - 0,5-2,7Б,
B (синечувствительный) - 0,8-3,2Б.
Объяснить это достаточно просто. Для компенсации паразитного поглощения красителей желтого (синечувствительный слой) и пурпурного (зеленочувствительный слой) цветообразующие компоненты имеют окраску соответствующую паразитному поглощению красителя, который получается из этой компоненты в процессе цветного проявления. Называется это принцип внутреннего маскирования. Проявленная пленка имеет красно-коричневую или как еще говорят кирпичную окраску эта та самая маска, которая не несет никакой информации. Это уже было изложено выше. Таким образом, диапазон (разница) оптических плотностей негатива меньше слайда - не более 2,5Б.
Теперь обратимся журналу "Потребитель" "Фото техника & видеокамеры" #11 за 2001г. На страницах 80-97 помещен обзор Т. Федуловой под названием "Слайд-сканер - взгляд насквозь". Наскоро разобравшись с проблемами разрешения слайд сканеров и мимоходом восхитившись прогрессом в этой области, делается вывод, что для работы с прозрачными оригиналами необходимо оптическое разрешение сканера не менее 1200dpi. Оставим бессмысленность этой фразы (говорить о достаточности разрешения сканера вообще, не учитывая то, для каких целей сканируется изображение, на мой взгляд, бессмысленно).
Прочтем дальше: "Согласно принятой логарифмической шкале значение 0,0D соответствует идеально белому (или абсолютно прозрачному) оригиналу, 4,0D - абсолютно черному (или непрозрачному) оригиналу." К сожалению, "принятая" автором логарифмическая шкала отличается от общепринятой, например: "Практически денситометры с ЭФУ обеспечивают измерение черно-белых фотоматериалов на прозрачной основе в диапазоне D=0-6, цветных материалов D=0-4, а в отраженном свете 0-2,5." (В.А. Зернов, Фотографическая сенситометрия, М. Искусство 1980г. с175.).
Максимальная величина оптической плотности ни чем не ограничена. Другое дело, что человеческий глаз не различает разницу в оптических плотностях больших прозрачных оригиналов 4,0Б. К слову сказать для фотографических бумаг максимальная оптическая плотность не превышает 2,0Б и лишь для некоторых типов бумаг может достигать 2,3Б (смею вас заверить в ближайший минилаб такая бумага не попадет даже случайно). Кстати в ГОСТ 2653-80 "Фотографическая сенситометрия. Термины, определения и буквенные обозначения величин" так же отсутствуют ограничения на величину оптической плотности.
После такого фундаментального заявления автора очень забавно выглядит в данном обзоре описание сканера Nikon Super Coolscan 8000 ED, с динамическим диапазоном 4,2. Поистине компании удалось преодолеть теоретический диапазон, установленный автором статьи. Надо заметить, что сами производители указывают завышенный или теоретически возможный диапазон. Поскольку даже цифры 3,6 должно полностью хватить для сканирования любой пленки. Только реальной цифры 3,6 а не "теоретически возможной"!
Cкладывается такое впечатление, что многие из статей написанные о фотографии и для "просвещения" фотолюбителей, писались далеко не самыми "просвещенными" авторами.
При этом "цифроориентированные" статьи иногда насыщены нескрываемыми агрессивностью и пренебрежением к "пленочной" фотографии. Они говорят, что цифровая фотография лучше (качественнее, удобнее и проч.) того, о чем имеют достаточно отдаленное (судя по их же эпистолярам) представление. Много ли стоят выводы таких "специалистов"? О вкусе ананасов хочется слушать тех, кто их ел! А не тех, кому заплатили за рекламу ананасового вкуса и его преимущества над всеми другими.
Особенно меня порадовал новый журнал, посвященный исключительно цифровой фотографии E-PHOTO. В ? 3 за март 2001г. можно прочесть много нового и познавательного.
Так на стр. 16 можно прочесть: "Цифровая фотография обходится без сложнейших химических процессов, связанных с выбиванием атомов серебра фотонами, дальнейшим связыванием этого серебра и визуализацией изображения на пленке, а затем на фотобумаге. Все это стало ненужным по банальной причине отсутствия фотопленки, хранилища изображения в "аналоговой" фотографии". Автора этого высказывания я не могу определить, поскольку тему номера писало несколько человек и чьему перу принадлежит та или иная часть неизвестно. Хотелось бы, что бы автор, перед тем как писать такое, хотя бы посмотрел популярные книжки по фотографии. Мне бы не хотелось держать в руках штуку, в которой, под действием фотонов, выбиваются атомы серебра из кристаллической решетки! На самом деле, фотонами "выбиваются" электроны, причем не из серебра, а из галоген-ионов! Далее эти электроны "блуждают" по кристаллу и если попадают на дефекты кристаллической решетки, называемые центрами светочувствительности, то могут "прилипать" к иону серебра, соседствующего с такими дефектами, и восстанавливать его. Так образуются центры проявления. В своей совокупности их называют скрытым фотографическим изображением. Нехорошо ехидствовать, но хочется спросить у автора, а что, фотоны тоже не нужны для цифровой фотографии?
Приблизительно в том же духе, то есть, придерживаясь своей собственной терминологии и понимания фотопроцессов, написано и про цифровую фотографию. Так на стр. 11 замечательно изложен принцип действия ПЗС-матрицы:
"При попадании света на такой элемент он вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный количеству попавшего света" И далее в следующем абзаце:
"Сейчас наиболее распространены камеры на основе CCD (charge coupled device - устройство с зарядовой связью) - матриц. Называются они так потому, что во время экспозиции в светочувствительных элементах накапливается заряд, пропорциональный интенсивности падающего света. Затем при считывании данных эти заряды сдвигаются из строки в строку, пока не будет считана вся матрица". Так все-таки сигнал вырабатывается или заряд накапливается? И потом, почему автор не использует в дальнейшем введенный им же термин "устройство с зарядовой связью", а предпочитает пользоваться общепринятым -
ПЗС.
На стр. 27, из того же обзора приведена таблица чисел светочувствительности, интересно, где ее раскопал автор. Числа светочувствительности приведенные в ней отменены больше 10 лет назад, и новая шкала ГОСТ полностью соответствует шкале ISO, которая кстати сказать подразумевает двойное обозначение светочувствительности пленки, например 100/21°.
Так же безграмотно приведены значения цветовой температуры различных источников света:
"Значения эти берутся не с потолка, а из специальных таблиц, которые можно найти в хороших учебниках по цветной фотографии. Приведу несколько цифр: дневной свет - 5500К, лампы накаливания - 3200-3500К:" На самом деле цветовая температура ламп накаливания не 3200-3500К. а всего лишь 2400-3000К в зависимости от мощности. Температуры 3200К могут достигать лишь специальные перекальные фотолампы. Цветовая же температура дневного света может меняться от 3800К во время восхода солнца до 5800К в полдень. Эти данные приведены в книге "Практика цветной фотографии" Л. Пренгель, М. Мир, 1992г.стр. 256., возможно автор не относит эту книгу к "хорошему учебнику по цветной фотографии".
Уже в #6 за 2001г. того же журнала в разделе "Переписка" помещен ответ на письмо читателя, который, возмущается содержимым журнала:
"А кто Вам сказал, что содержимое журнала должно быть сплошняком посвящено фото? Для материалов по фотографии уже есть журнал - ФМ. А E-PHOTO - это совсем другой журнал, как Вы совершенно правильно подметили, что он скорее компьютерный, ну а уж если быть более конкретным, то о цифровых (компьютерных если хотите) методах работы с изображением. Ну а теперь по поводу "неточностей и глупостей" в терминологии. Как показывает мой большой журналистский опыт, нет более глупой и бесполезной вещи, чем спорить о терминах. Поверьте, в таких спорах всегда тот, у кого лучше подвешен язык".
Это точно, о терминах обычно не спорят, о них договариваются перед тем, как спорить. А вот использовать их нужно правильно вне зависимости от того, как "подвешен язык".
Повторюсь и скажу еще раз: я лично за то, что бы сторонники бита не впивались в глотку поклонникам дефектных кристаллов галогенида серебра. Я за мирное существование и здоровую конкуренцию. Она всех рассудит и все расставит по своим местам.
Просто, когда вы решите заняться фотографией (или обновить свою фотокамеру, сканер), то чтобы не ошибиться в выборе решите почитать журналы. Знайте, что все написанное там нельзя принимать за чистую монету. Далеко не все, написанное там, вышло из под пера специалистов. Грустно, но это факт. Будьте бдительны!
А. Буянов-Вольский
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
