Новые возможности цифровых фотокамер

Сергей Асмаков

Видеосъемка: VGA/30 fps/MPEG-4

«Большой зум» и стабилизаторы изображения

Автоматическая фокусировка

Системы помощи фотографу

Функции обработки изображений

Проблема пропорций

Снимки на замке

Беспроводные адаптеры

Сенсоры: от ПЗС к КМОП?

SoundPix — фото со звуком

Одной из особенностей нынешнего этапа развития цифровых фотоаппаратов любительского класса является расширение их функциональных возможностей. Это стало возможно благодаря тому, что в последние годы в компактных цифровых фотоаппаратах было реализовано огромное количество разнообразных технологий.

нынешней ситуации, когда спецификации фотоаппаратов, принадлежащих к одному и тому же поколению и ценовому сегменту, похожи как две капли воды, приоритетной задачей производителей становится расширение функциональных возможностей и совершенствование автоматики, управляющей выбором настроек съемки. Сейчас в каждом из классов цифровых фотокамер уже сложились определенные каноны дизайна и эргономики — чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть на витрину любого крупного магазина электронных товаров. В этих условиях одним из наиболее эффективных способов привлечения потенциального покупателя к той или иной модели становится наличие как можно более богатого набора разнообразных функциональных возможностей — пусть даже и не всегда реально используемых.

Видеосъемка: VGA/30 fps/MPEG-4

ункция съемки видео появилась в цифровых фотокамерах уже давно. Правда, лишь немногие пользователи изначально воспринимали ее всерьез: и в самом деле, довольно трудно найти применение видеоролику, записанному с разрешением QVGA (320x240 пикселов) и частотой 15 кадров в секунду. Увы, достичь большего не позволяли технические возможности используемых компонентов, а также относительно малая емкость носителей. Нельзя также забывать о том, что во многих моделях фотоаппаратов в режиме съемки видео блокировалось управление трансфокатором, а автоматическая фокусировка производилась только по первому кадру.

Ситуация начала заметно меняться в прошлом году, когда в продаже одна за другой стали появляться модели цифровых фотокамер, обеспечивающие возможность записи видео с высоким качеством. Благодаря применению более мощных процессоров, светочувствительных сенсоров нового поколения, быстродействующих АЦП и высокоскоростных интерфейсов для подключения карт памяти, удалось реализовать режим записи видео с разрешением 640x480 пикселов при частоте 30 кадров в секунду. Правда, при этом возникла серьезная проблема — видео, записанное с такими параметрами, занимает очень много места. Чтобы снизить ширину видеопотока, сохранив при этом те же разрешение и частоту кадров, производители в настоящее время начинают переходить к использованию новых видеокодеков: распространенные ранее MPEG-1 и QuickTime постепенно уступают свои позиции более компактному MPEG-4. Помимо уменьшения объема видеофайлов, применение формата MPEG-4 значительно удобнее и для конечных пользователей. Сейчас во многих бытовых DVD-плеерах реализована функция воспроизведения видеофайлов формата MPEG-4, что позволяет без какой-либо дополнительной конвертации переписать снятые видеоролики с карты памяти на CD- или DVD-носитель и просматривать их на обычном телевизоре.

Однако, как выяснилось на практике, обеспечение высоких технических характеристик является необходимым, но не достаточным условием. Функция съемки видео высокого разрешения в цифровых фотоаппаратах привычной конструкции оказалась, образно говоря, «чемоданом без ручки»: возможность такая есть, но пользоваться ею крайне неудобно. А чтобы сделать ее еще и удобной, необходимо соответствующим образом адаптировать конструкцию основных узлов (прежде всего объектива), корпуса и органов управления фотоаппарата. Естественно, что внесение столь серьезных изменений в конструкцию цифровых фотокамер потребовало бы значительных вложений — а это, в свою очередь, привело бы к заметному удорожанию устройств. Вполне понятно, что для производителя в условиях жесткой конкуренции подобный шаг равносилен самоубийству. Таким образом, несмотря на имеющийся технический потенциал, съемка видео в цифровых фотоаппаратах традиционной конструкции так и осталась чисто «декоративной» функцией.

Гибридная цифровая камера Casio Exilim Pro EX-P505

Тем не менее заманчивая идея создать универсальную цифровую камеру, которую можно было бы одинаково эффективно использовать как для фото-, так и для видеосъемки, не оставляла умы разработчиков. В результате на рынке цифровых камер появился совершенно новый класс гибридных устройств. Типичными представителями этого класса являются выпущенные в нынешнем году камеры Casio Exilim Pro EX-P505 и Canon PowerShot S2 IS. Хотя внешне они похожи на фотоаппараты, при ближайшем рассмотрении в них можно обнаружить черты, характерные исключительно для видеокамер.

Как правило, у гибридных камер в приводе управления трансфокатором применяются бесшумные электромоторы, что позволяет без проблем изменять коэффициент оптического увеличения в процессе съемки видео. Кроме того, изменяя угол отклонения рычажка относительно нейтрального положения, можно регулировать скорость работы привода трансфокатора.

Существует и целый ряд эргономических особенностей, присущих гибридным камерам. В отличие от фотографирования, при съемке видео часто возникает необходимость в течение продолжительного времени удерживать камеру в одном положении. Именно поэтому форма корпуса гибридных аппаратов (независимо от их физических размеров) рассчитана на то, чтобы ее было удобно держать двумя руками. Как и в большинстве современных видеокамер, в гибридных аппаратах применяются дисплеи, установленные на поворотной платформе.

Вполне возможно, что в ближайшем будущем благодаря своей универсальности гибридные камеры займут определенную рыночную нишу и будут пользоваться пусть и не очень большим, но устойчивым спросом. Но пока подобные устройства (не говоря уже о цифровых фотоаппаратах традиционной конструкции) не способны на равных конкурировать даже с недорогими любительскими видеокамерами. Причин тому несколько.

В видеокамерах, осуществляющих запись видео на магнитную ленту, применяется значительно меньшая степень сжатия цифрового сигнала, что при прочих равных условиях позволяет обеспечить более высокое качество изображения и большую «свободу маневра» в процессе монтажа и мастеринга видеороликов.

Гонка за увеличением количества пикселов в ПЗС-сенсорах, происходящая параллельно с уменьшением их физических размеров, неизбежно приводит к снижению максимальной светочувствительности, а также к повышению уровня цифрового шума и падению четкости изображения. Как следствие — гибридные камеры и фотоаппараты при съемке видео более капризны к условиям освещения, нежели обычные видеокамеры.

Еще один довод не в пользу фотоаппаратов и гибридных камер — использование рабочего разрешения VGA (640x480). Изображения и видео в формате VGA широко используются на ПК, но являются нестандартными для специализированных монтажных программ и бытовых видеоустройств. Дело в том, что для записи полноформатного видеосигнала с соотношением сторон кадра 4:3 в видеокамерах, бытовых проигрывателях и т.п. устройствах используется разрешение 720x576 пикселов. Естественно, что необходимость интерполяции изображения, записанного в формате VGA, на общепринятый видеоформат 720x576 неизбежно приводит к появлению нежелательных артефактов и к снижению четкости.

Пожалуй, одно из немногих преимуществ, которые гибридные камеры и цифровые фотоаппараты имеют перед видеокамерами, осуществляющими запись на магнитную ленту, — это скорость и удобство ввода отснятого материала на ПК. Используя картридер с интерфейсом USB 2.0, можно в течение нескольких минут скопировать с флэш-карты на жесткий диск ПК полуторачасовой видеофрагмент. В случае видеокамеры, записывающей сигнал на кассету с магнитной лентой, ввод видео в ПК осуществляется в реальном масштабе времени — то есть для ввода полутора часов записи потребуется как минимум полтора часа. Кроме того, для подключения видеокамеры к ПК последний должен быть оснащен интерфейсом IEEE-1394 (который, в отличие от USB 2.0, предусмотрен далеко не во всех компьютерах).

Суммируя все вышеизложенное, можно сделать следующий вывод: функция съемки видео в современных цифровых фотоаппаратах вполне пригодна для эпизодической записи небольших видеороликов. Однако для более-менее серьезной съемки собственных видеороликов и фильмов даже недорогая модель видеокамеры значительно удобнее. Что касается гибридных устройств — то они, по большому счету, пока что привлекают лишь любителей электронной экзотики.

«Большой зум» и стабилизаторы изображения

алые физические размеры светочувствительных сенсоров, используемых в любительских моделях цифровых фотоаппаратов, позволили значительно уменьшить габариты элементов оптической системы без ущерба для ее характеристик. Благодаря этому обстоятельству появилась возможность оснастить малогабаритные цифровые камеры мощными зум-объективами.

Со времен компактных пленочных фотоаппаратов фактическим стандартом для зум-объективов было трехкратное оптическое увеличение. Эффектно выдвигающиеся «хоботы» объективов таких камер обычно обеспечивали изменение фокусного расстояния в пределах 35-105 или 38-115 мм — этого вполне достаточно для большинства бытовых сюжетов.

Представители первой волны компактных цифровых фотокамер унаследовали традиции своих пленочных «одноклассников», и на протяжении нескольких лет обозначение «3х» господствовало в характеристиках этих устройств. Однако по мере развития цифровых фотоаппаратов на рынке стали появляться модели с гораздо большим диапазоном фокусных расстояний объектива. В конце 2002 года в линейке цифровых камер Lumix, выпускаемых компанией Panasonic, появилась модель DMC-FZ1, оснащенная объективом с 12-кратным оптическим зумом и встроенным стабилизатором изображения и стоившая менее 600 долл. Это событие вызвало настоящий бум популярности «длиннозумных» цифровых фотоаппаратов: уже в 2003 году многие производители выпустили компактные модели любительского класса, оснащенные объективами с 8-, 10- и 12-кратным зумом.

С появлением в цифровых фотокамерах столь мощных оптических систем возникла настоятельная потребность в использовании систем стабилизации изображения. Проблема заключается в том, что с ростом фокусного расстояния объектива уменьшается максимально допустимое значение выдержки, при котором можно делать снимки без штатива, не опасаясь при этом смазывания изображения. Существует эмпирическое правило, согласно которому при съемке с рук максимально допустимое значение выдержки обратно эквивалентному фокусному расстоянию объектива. Например, при съемке в положении зум-объектива, соответствующем эквивалентному фокусному расстоянию 60 мм, рекомендуется использовать выдержки не длиннее 1/60 с — этого вполне достаточно для нормального экспонирования кадра даже в пасмурную погоду. Однако если применять возможности оптического увеличения «длиннозумного» объектива на 100%, то эквивалентное фокусное расстояние составит уже порядка 400 мм — следовательно, для получения гарантированно четкого изображения значение выдержки необходимо будет уменьшить до 1/400 с. При использовании такой выдержки (даже при максимально открытой диафрагме) для получения приемлемого результата необходимо наличие яркого солнечного света — в противном случае снимок получится недоэкспонированным.

Panasonic Lumix DMC-FZ20 — типичный представитель «длиннозумных» цифровых фотоаппаратов любительского класса.
Объектив с 12-кратным оптическим зумом оснащен встроенным стабилизатором
изображения MEGA O.I.S.

Для решения подобных проблем еще несколько десятилетий тому назад были разработаны системы оптической стабилизации изображений. Работа таких систем основана на использовании специального датчика, фиксирующего малейшие изменения положения корпуса камеры, и подвижной линзы, встраиваемой в оптический тракт объектива. Электронная схема, непрерывно анализирующая показания датчика перемещения, посредством миниатюрных электроприводов изменяет положение подвижной линзы, отклоняя ее таким образом, чтобы компенсировать смещение изображения, проецируемого на светочувствительный сенсор (пленку).

До своего дебюта в цифровой фототехнике системы оптической стабилизации изображений на протяжении длительного времени использовались в ряде устройств профессионального класса — например в телевизионных камерах и длиннофокусных объективах для зеркальных фотоаппаратов. Естественно, что в современных цифровых фотоаппаратах используются значительно более простые по конструкции системы. В настоящее время работающие по описанному принципу системы стабилизации изображений применяются (в различных вариантах исполнения и соответственно под разными названиями) в цифровых фотоаппаратах компаний Canon, Nikon, Olympus, Panasonic и ряда других производителей.

Существует и еще один вариант реализации системы стабилизации изображения, применимый только для цифровых камер. Так, в ряде моделей цифровых фотоаппаратов Konica Minolta используется система стабилизации изображения Anti Shake. В отличие от конструкций с подвижной линзой, система Anti Shake компенсирует смещение изображения за счет изменения положения платформы, на которой установлен светочувствительный сенсор.

Кстати, интересный факт: начиная с 2005 года оптическая система стабилизации изображения MEGA O.I.S. стала неотъемлемым атрибутом всех без исключения цифровых фотокамер линейки Panasonic Lumix. Согласно проведенным компанией Panasonic исследованиям, именно эта функция является наиболее привлекательной для конечных пользователей компактных цифровых фотоаппаратов¹.

В заключение нелишне отметить, что применение систем оптической стабилизации изображений не стоит рассматривать как некое чудодейственное средство. Как и любое другое техническое решение, подобные системы обладают определенными преимуществами, но не лишены и ряда отрицательных свойств.

Сегодня оптические стабилизаторы изображения применяются даже в сверхкомпактных моделях цифровых фотоаппаратов (на фото — Panasonic Lumix DMC-FX2)

Использование встроенного в объектив оптического стабилизатора позволяет увеличить максимальное значение выдержки, при котором можно снимать с рук без риска получить смазанное изображение. Однако даже сами производители камер не скрывают, что оптический стабилизатор не дает 100-процентной гарантии получения четких снимков при длинной выдержке. Так, согласно статистике разработчиков Panasonic, несмазанными получаются лишь примерно 70% снимков, сделанных камерой с включенным стабилизатором изображения. Кроме того, применение встроенного оптического стабилизатора с подвижной линзой неизбежно приводит к снижению светосилы объектива (на одну-две ступени) и к необходимости использовать светочувствительный сенсор минимально возможного размера. В конечном счете все эти факторы снижают эффективность решения в целом.

¹ Здесь необходимо уточнить одну деталь: опрос пользователей проводился в Японии.

Автоматическая фокусировка

омпактные модели цифровых камер вполне справедливо критикуют за недостаточно быструю работу системы автоматической фокусировки. Подобная «задумчивость» камеры в значительной степени затрудняет (а в ряде случаев делает и вовсе невозможной) съемку подвижных объектов. Впрочем, нельзя не отметить, что в течение двух последних лет в этой области произошли заметные положительные сдвиги. Благодаря использованию более мощных процессоров, а также гибридных систем фокусировки, время срабатывания автофокуса современных моделей компактных цифровых фотоаппаратов по сравнению с моделями двух-трехлетней давности удалось сократить в несколько раз. Кроме того, в современных моделях цифровых фотоаппаратов появились и такие возможности, как установка области фокусировки в произвольной точке кадра, следящий автофокус и т.д.

Системы помощи фотографу

отя современные цифровые фотоаппараты снабжены системой автоматического выбора оптимальных параметров съемки, полностью заменить человека они пока не состоянии. И дело здесь даже не в принципиальных недостатках используемых алгоритмов, а в том, что очень многое зависит от специфики стоящей перед фотографом творческой задачи.

Вместе с тем цифровые камеры имеют значительно более развитую (по сравнению с пленочной техникой) систему помощи фотографу. Так, хорошим подспорьем при выборе настроек в ручном режиме оказывается динамически обновляемая гистограмма. Причем в некоторых моделях цифровых камер предусмотрена функция отображения как общей яркостной гистограммы, так и гистограмм по каждому из цветовых каналов RGB. В ряде моделей (например, в Pentax Optio 750Z) на дисплее динамически подсвечиваются переэкспонированные и недоэкспонированные области кадра. А в цифровых фотоаппаратах НР имеется функция HP Image Advice, позволяющая на основе анализа снимка выдать пользователю камеры рекомендации по изменению тех или иных настроек для улучшения получаемых изображений.

Функции обработки изображений

овременные цифровые фотокамеры позволяют не только делать снимки, но и осуществлять различные операции по обработке полученных изображений. Например, во многих камерах предусмотрена функция кадрирования снимков. Начиная с 2003 года в камерах НР Photosmart появилась функция Adaptive Lighting, позволяющая автоматически компенсировать недостаток освещенности на темных областях снимков и таким образом сохранять детали в тенях. Подобная функция (под названием D-lighting) реализована и в ряде моделей цифровых фотоаппаратов Nikon (в частности, в моделях Coolpix 8400 и Coolpix 8800). Еще одна популярная функция — удаление эффекта красных глаз. Такая возможность, в частности, предусмотрена в камерах НР Photosmart и в ряде моделей Nikon.

В новых моделях цифровых камер Pentax появилась функция съемки стереоизображений («стерео 3D»). В этом режиме можно снять объект с двух различных ракурсов, а программное обеспечение позволит затем объединить их в анимированный gif-файл. Циклическое чередование ракурсов с определенной частотой позволяет создать у зрителя иллюзию объемного изображения².

В ряде моделей компактных цифровых фотоаппаратов Canon имеется функция My Colors, позволяющая выбирать различные цветовые режимы (например, акцентирование красного или зеленого цвета, стилизацию под фотопленку, оптимизацию телесных тонов и т.д.) и даже заменять один выбранный цвет на другой.

Имеющиеся в фотоаппарате функции обработки полученных изображений могут оказаться весьма полезными при печати фотографий
без участия ПК

Наверное, многие фотолюбители относятся к наличию подобных функций с известной долей иронии — ведь все эти операции гораздо удобнее выполнить на ПК при помощи графического редактора. В то же время уже сейчас не все пользователи компактных цифровых камер пользуются компьютером для просмотра, обработки и печати полученных снимков. А при печати снимков напрямую с фотокамеры или со сменной карты памяти возможность отредактировать изображения непосредственно в камере оказывается как нельзя кстати.

² Подробнее о создании «объемных» изображений можно прочитать в цикле статей «Третье измерение в фото- и видеосъемке», опубликованном в № 5-7’2003. Электронные версии этих статей представлены на компакт-диске.

Проблема пропорций

сторически сложилось так, что размеры сторон кадра большинства стандартных фотопленок (в том числе и наиболее распространенного 35-мм формата) соотносятся как 3:2 — соответственно такие же пропорции имеют и стандартные фотокарточки (например, самый популярный сегодня формат — 10x15 см). Между тем цифровые камеры обычно оперируют изображением в «телевизионном» формате, размеры сторон которого соотносятся как 4:3. Такая «нестыковка» порождает определенные проблемы. При печати цифровых снимков на бумагу традиционного фотографического формата (3:2) перед пользователем встает дилемма: либо разместить изображение на бумаге целиком, оставив белые поля вдоль короткой стороны, либо обрезать часть кадра вдоль длинной стороны отпечатка.

Кадр цифровой камеры, имеющий соотношение сторон 4:3 (в центре), на бумаге фотографического формата приходится печатать, обрезая часть изображения по длинной стороне (красная пунктирная рамка, результат внизу), либо оставляя белые поля (синяя пунктирная рамка, результат вверху)

Стоит отметить, что пользователи цифровых фотокамер профессионального класса избавлены от подобных неудобств, поскольку большинство моделей таких устройств сохраняют изображения в формате с традиционной фотографической пропорцией. В настоящее время эта проблема решается и в аппаратах любительского уровня. Во многих моделях недорогих цифровых фотокамер, выпущенных в течение двух последних лет, при съемке с максимальным разрешением предусмотрена возможность установки размеров кадра как с телевизионными (4:3), так и с фотографическими (3:2) пропорциями. В последнем случае аппарат автоматически обрезает поля, позволяя точно скомпоновать кадр по изображению на встроенном дисплее или в электронном видоискателе камеры.

Снимки на замке

озможность получения снимков в цифровом формате открыла невиданные доселе возможности для оперативного распространения фотографий в любом количестве посредством различных общедоступных сервисов — электронной почты, FTP-серверов, веб-сайтов и т.д. Спустя считаные минуты после того, как был сделан снимок, его можно отправить по электронной почте в любой уголок земного шара или опубликовать на новостной ленте. Однако в том случае, если просмотр и распространение снимков по тем или иным соображениям нежелательны, легкость копирования и пересылки графических файлов порождает определенные проблемы.

Защищенная карта Lexar LockTight формфактора CompactFlash

В настоящее время на рынке уже появились первые решения по защите цифровых фотографий от несанкционированного копирования и просмотра. В феврале нынешнего года на выставке PMA 2005 компания Lexar продемонстрировала решение LockTight, предназначенное для защиты цифровых снимков. Реализация данного решения основана на использовании модифицированных (на аппаратном уровне) карт памяти, а также соответствующим образом адаптированного программного обеспечения, управляющего работой цифровой фотокамеры. В процессе записи на защищенную карту памяти файлы с изображениями подвергаются шифрованию по алгоритму SHA-1 (Secure Hash Algorithm) с использованием ключа длиной 160 бит. LockTight позволяет «привязать» защищенную карту памяти к конкретному экземпляру цифрового фотоаппарата, после чего просмотр хранящихся на этом носителе снимков будет возможен только на определенном устройстве. Помимо этого предусмотрена возможность просмотра изображений, загруженных с защищенного носителя, при помощи специального программного обеспечения при вводе заданного пользователем пароля.

Беспроводные адаптеры

о мере развития беспроводных технологий передачи данных все более популярными становятся решения для передачи различных медиаданных по беспроводным каналам. В настоящее время пользователи мобильных телефонов и КПК, оснащенных встроенными цифровыми камерами, могут пересылать снимки и видеоролики другим абонентам посредством MMS и электронной почты. Согласитесь, что подобные возможности выглядят очень заманчиво и для владельцев цифровых фотоаппаратов — особенно когда возникает настоятельная необходимость оперативно передавать снимки с места событий (например, во время спортивных соревнований).

Одной из первых созданием решений для беспроводной передачи снимков непосредственно с цифровой камеры занялась компания Nikon, выпустившая во второй половине 2003 года опциональный беспроводной модуль WT-1. Данный модуль, подсоединяемый к корпусу камеры снизу, позволяет передавать изображения по беспроводным сетям стандарта IEEE 802.11b. Модуль WT-1 можно использовать в режиме соединения с ПК (Ad-hoc) либо переключить в сеть в режиме базовой станции. Максимальная скорость передачи данных составляет у WT-1 11 Мбит/с. Дальность действия WT-1 со встроенной антенной — порядка 30 м, а с дополнительной внешней антенной — до 150 м.

В нынешнем году компания Nikon выпустила усовершенствованную версию беспроводного модуля — WT-2. Из его новых возможностей отметим работу с высокоскоростными сетями стандарта IEEE 802.11g (максимальная скорость передачи данных — 56 Мбит/с), а также функцию дистанционного управления съемкой с удаленного компьютера. Таким образом, фотограф может установить камеру в труднодоступное место (например, на мачту с осветительными приборами или на стрелу специального крана) и управлять съемкой и настройками камеры с находящегося неподалеку ноутбука или настольного ПК, подключенного к беспроводной сети.

Адаптер WFT-E1, рассчитанный на подключение к цифровым зеркальным камерам Canon семейства EOS D, позволяет сразу же
передавать полученные снимки на FTP-сервер по беспроводной сети

В настоящее время компания Canon выпускает адаптер WFT-E1 для передачи изображений по беспроводному каналу. Этот адаптер, рассчитанный на подключение с рядом моделей цифровых зеркальных камер семейства EOS D, позволяет передавать изображения с цифровой камеры на заданный в настройках FTP-сервер как по проводной, так и по беспроводной локальной сети (IEEE 802.11b/g).

Зеркальная цифровая камера с беспроводным адаптером

Судя по всему, в скором времени подобные решения станут доступными не только владельцам довольно дорогих моделей цифровых зеркальных камер, но и значительно более массовой аудитории фотолюбителей. В начале нынешнего года компания Kodak продемонстрировала прототип новой модели цифрового фотоаппарата EasyShare-One, позволяющего подключать в SD-слот не только карту памяти, но и опциональный беспроводной адаптер для подключения к беспроводной сети (IEEE 802.11b), выполненный в формфакторе SDIO.

КомпьютерПресс 8'2005