Журнал `Компьютерра` №752

ТЕХНОЛОГИИ: Свет мой зеркальце, скажи...Почему моделей зеркальных камер становится все больше?

Автор: Юрий Ревич

В какой-то момент количество моделей цифровых зеркальных камер (иначе DSLR-камер - digital single-lens reflex[Кроме single-lens, то есть с одним объективом, существовали конструкции зеркальных камер с двумя объективами, в которых второй лишь проецировал изображение через зеркало для визирования; преимущество было в том, что зеркало не требовалось убирать перед съемкой, а также в более точной наводке на резкость (что с появлением автофокусных камер утратило актуальность).]) на рынке превысило разумные пределы. К приобретенной в 2006 году "Конике-Минолте", находящейся тогда в стадии полной стагнации, Sony добавила свое агрессивное умение работать на рынке (и, добавим, матрицы собственного изготовления, которые и без того работали, по слухам, в 80% всех цифровых камер). Отчего, по отзывам некоторых знатоков, за год модели серии "А" сильно прибавили в общем качестве и "юзабилити", и, говорят, уже почти стоят своих денег. Старички, вроде Olympus, обрели второе дыхание, открыв для публики нишу "компактных зеркалок": формат матрицы 4/3” придумывался явно для незеркальных "просьюмерок", зато теперь позволяет выпускать фирме самые маленькие зеркальные камеры в отрасли (секрет в том, что кроп-фактор[О кроп-факторе и размерах матриц см. врезку в конце статьи.]матрицы 4/3 равен 2, в отличие от лидеров рынка, у которых кроп-фактор матрицы APS-C равен примерно 1,6; соответственно и рабочий отрезок, определяющий габариты камеры, на треть меньше). А у возглавляющих гонку Nikon и Canon число моделей уже трудно удержать в памяти, и стандартной ошибкой на форумах становится путаница с постановкой буквы "D" в названии модели в нужном месте.

Е ще пару лет назад для массы продвинутых любителей выбор сводился к двум-трем реально доступным по цене моделям (о профессиональном секторе поговорим как-нибудь в другой раз), а сейчас дешевые зеркальные камеры не выпускает только ленивый, и они как минимум сравнялись по цене с незеркальными камерами достаточно высокого класса ("просьюмерками", как их иногда называют). И уже вовсе не факт, что желающий выглядеть как "настоящий фотолюбитель" обязан выбирать именно зеркалку. Хочется разобраться, что же дает в действительности наличие зеркала и не дурят ли нас в чем-то маркетологи, как не раз бывало в параллельных областях промышленности?

Самый, пожалуй, удивительный факт: во всем этом процессе явно нарушена одна из главных тенденций электронного века, заключающаяся в том, чтобы везде, где можно, заменять движущуюся, грохочущую и ненадежную механику на что-нибудь бесшумно-полупроводниковое, теоретически не имеющее износа. Тем не менее движущееся механически зеркало (заметим в скобках: с механическим же затвором, что есть отдельная тема для разговора) обрело второе дыхание и пока никуда уходить не собирается. Схематическое устройство стандартной SLR-камеры приведено в тысячах пособий (можно его посмотреть, например, в Википедии по запросу "Зеркальный фотоаппарат") и ничем не отличается от такового 30–40-летней давности: поток света из объектива с помощью зеркала разворачивается под углом 90° вверх и через призму специальной формы с зеркальными гранями (пентапризму) попадает в окуляр видоискателя. При съемке зеркало убирается вверх (поэтому во время экспозиции в видоискателе ничего не видно), и свет попадает напрямую на матрицу (или пленку).

Считается, что зеркалки имеют несколько традиционных преимуществ. Для начала это собственно зеркало, которое позволяет работать в режиме "что вижу, то и снимаю". Зато, скажете вы, незеркалки позволяют очень просто вынести изображение на внешний дисплей и снимать хоть из-за угла, хоть из-за спины (что в зеркалках осуществить сложнее, хотя, конечно, паллиативные решения уже найдены). Но в то же время, во-первых, теряется некий "эффект присутствия": все же на дисплее вы видите то, что "видит" матрица со всеми сопутствующими преобразованиями, а не ваши глаза, да еще и с некоторым запаздыванием (попробуйте поймать летящую птицу незеркальной камерой, тогда поговорим, а зеркалкой я ловил их с легкостью, см., например, revich.lib.ru/FOTO/KAFTINO/soroka01.jpg). А во-вторых, из-за отсутствия необходимости все время подпитывать обе матрицы (сенсорную и дисплейную) и прочую электронику зеркалки оказываются намного экономичнее, причем речь идет не о каких-то жалких процентах, а о разнице в десятки раз. Например, мой D50, у которого дисплей используется только изредка - для просмотра и отбрасывания заведомо испорченных кадров, - я заряжаю примерно два раза в год (число снимков на одной зарядке приближается к тысяче в RAW-формате) - это притом, что регулярно забываю его выключать, укладывая в кофр. Ясно, что установка дополнительной матрицы (либо задействование основной) для получения эффекта "электронного видоискателя" сведет это прилемущество практически на нет.

Есть еще некоторые не бросающиеся в глаза преимущества зеркалок: например, в них очень просто разместить датчики самой быстрой в настоящее время системы фазового автофокуса (см. врезку), который будет получать просто часть света от зеркала; в незеркальных же камерах пришлось бы придумывать целую систему установки и уборки этой системы в момент съемки. К некоторым преимуществам зеркалок можно отнести и то, что к моменту съемки выключенная до поры матрица оказывается холодной - а значит, в ней меньше шумы и больше реальный динамический диапазон.

Наконец, зеркалки традиционно имеют большие по размеру матрицы: очевидно, что нет никакого смысла городить зеркальную систему на карманных "мыльницах" толщиной с записную книжку. А это влечет за собой множество последствий: кроме всем известной возможности тонкого управления глубиной резкости, больший размер круга четкого изображения, в частности, заставляет делать объективы для таких камер при одинаковой светосиле (то есть, грубо говоря, при одинаковом количестве световой энергии, попадающей на матрицу) больше диаметром. А разве это хорошо, спросите вы?

Действительно, объективы с большим диаметром как минимум должны быть дороже (тяжелее, крупнее); линзы с большей толщиной (особенно стеклянные, а не пластиковые) труднее изготавливать и контролировать в процессе изготовления. Это одна из причин того, что цифромыльницы карманного формата дают в большинстве случаев изображение (за исключением некоторых, видимых только посвященным нюансов), технически ничуть не худшее, чем "полупрофессиональные" камеры, хоть зеркальные, хоть чисто электронные. Но если говорить о тех самых 5% пользователей-перфекционистов, которые хотят выжать из камеры все, что можно, то тут вступает в действие вот какой момент.

Никакое отверстие не может выдать абсолютно резкое изображение за счет дифракции волн на его краях. Чем больше диаметр отверстия, тем меньше сказывается дифракция, и у больших объективов эффект от нее полностью теряется среди других недостатков оптики, хотя бы связанных с задачей развертки сферического изображения, даваемого линзой, на плоскости (например, объективы для среднеформатной пленки, с кадрами 4x6 см, при более-менее доступной цене имеют на краях разрешение вдвое меньше, чем в центре, плюс еще и яркость к краю падает чуть ли не вдвое).

Но для объективов небольшого диаметра это уже не так. Например, для объектива цифромыльницы с фокусным расстоянием 50 мм (для матрицы типоразмера 1/1,8” это стандартный телевик с ЭФР[Эквивалентное фокусное расстояние; равно реальному фокусному расстоянию, умноженному на кроп-фактор.] около 250 мм), имеющего диаметр при полностью открытой диафрагме 5 мм, предельная разрешающая способность (диаметр так называемого диска Эйри, представляющего изображение бесконечно удаленного точечного источника) равна 6 мкм на длине волны зеленого света 500 нм. Из таблицы во врезке следует, что размеры матрицы 1/1,8” составят примерно 7,2х5,3 мм, то есть на ней уместится всего 1200x880 дифракционных кружков, что соответствует, как легко подсчитать, примерно 1 мегапикселу. В реальности для соответствия такому теоретическому разрешению количество пикселов придется удвоить по каждой стороне (чтобы получить точку с промежутком между нею и следующей), но и 4 мегапиксела - тоже далеко от декларируемых разрешений для современных матриц (матрица 1/1,8” - это довольно-таки "продвинутая" мыльница). Положение будет улучшаться по мере перехода к нормальным объективам от телескопических и ухудшаться по мере диафрагмирования объектива (уменьшения отверстия), а также по мере уменьшения размеров матриц и, соответственно, диаметров объективов.

Системы автофокуса

Если объект находится на "бесконечном" удалении от камеры (в реальности, в зависимости от фокусного расстояния и светосилы объектива, а также размеров матрицы, "бесконечное" удаление может означать расстояние от трех-пяти до нескольких десятков метров и далее), то резкое изображение формируется в фокальной плоскости объектива. Как только объект съемки приближается к камере, плоскость резкого изображения тоже сдвигается, и, чтобы она по-прежнему оказалась на светочувствительном элементе, объектив приходится удалять от него. Такое перемещение называют фокусировкой, и в простейших камерах оно осуществлялось вручную, путем визуального совмещения двоящегося изображения в окулярах видоискателей незеркальных механических аппаратов либо путем достижения максимальной резкости на матовом стекле зеркалок (иногда такие камеры дополнительно снабжались системой оптических клинов, подобно оптическим дальномерам). Сейчас с полной уверенностью можно сказать, что ручная фокусировка, которая иногда все же требуется (в темноте, в случае быстродвижущихся предметов и в ряде других ситуаций; с механическими объективами, наконец), эффективно работает только на зеркальных камерах: на незеркальных фокусировка хоть через окуляр, хоть по основному дисплею получается слишком грубой.

Но большинство фотографов давно привыкли пользоваться автофокусировкой, которая бывает нескольких видов, делящихся прежде всего на активные и пассивные. К активным относятся ультразвуковая (измеряется время между посылкой и возвращением отраженного от объекта ультразвукового импульса) и инфракрасная (то же самое, но для инфракрасного импульса). Обе системы относительно дешевы, потому (по крайней мере инфракрасная) и по сей день применяются в бюджетных компактах. Недостатки их на виду: для редко употребляемой ныне ультразвуковой препятствием будет даже забор из сетки-рабицы, не говоря уж об обычном стекле; инфракрасная работает стабильнее, но может "зависнуть" на объектах с большим поглощением (или, наоборот, отказать на фоне костра или пожара). Кроме того, на системах активного автофокуса практически невозможно создать такую вещь, как следящий автофокус (с непрерывным отслеживанием положения объекта).

Во всех камерах класса выше бюджетного применяются пассивные системы автофокуса. Автофокус по контрасту используется во всех незеркальных камерах. В простейшем случае изображение с матрицы подвергается непрерывному анализу, и, подвигав объектив туда-сюда, программа останавливает его при достижении максимального контраста. В более сложных случаях изображение делят на зоны, которые учитывают по отдельности или каким-то образом комбинируют для более точного выделения объекта. Достоинством автофокуса по контрасту является его чисто софтверная реализация, не требующая специальных датчиков, а недостатком - крайняя медлительность, ведь изначально система "не знает", в фокусе изображение или нет, и обязательно должна сделать несколько попыток-итераций, прежде чем достигнуть оптимума.

Фазовый автофокус самый быстрый и точный из всех, но требует датчика (обычно - целой системы датчиков, бывает и более десятка), установленного на пути светового потока. Датчики устроены наподобие дальномерных визиров старинных незеркальных камер: в них изображение двоится, и при определенном расстоянии между "двойниками", заданном конструктивно, изображение считается сфокусированным. Причем система изначально "знает", в какую сторону надо подкручивать объектив для достижения нужного результата, и в подавляющем большинстве случаев срабатывает за одну итерацию, со скоростью, определяемой быстродействием моторчика объектива. В зеркалках, по понятным причинам, фазовый автофокус реализовать проще всего.

В реальности все, конечно, не так трагично: 4-мегапиксельного разрешения вполне достаточно, чтобы распечатать домашний постер размером А2, и стыдиться перед гостями не придется. Однако, надеюсь, я привел достаточно аргументов в пользу зеркалок для тех, кто любит за свои деньги получать все лучшее. Не забудем еще и аргумент насчет доступности всего парка накопленной с незапамятных времен оптики (ну, почти всего - некоторые камеры не будут работать со старыми механическими объективами, но это не очень большое ограничение), да еще и превратившейся при этом из нормальных объективов в портретники, а из портретников - в телевики (смею утверждать, что широкоугольники, положение с которыми стало похуже, и применяются в любительской практике пореже). И даже тот, кто покупает камеру впервые, получил доступ к вторичному рынку старых объективов, и тем самым возможность задешево приобрести вполне качественный объектив лет этак двадцати-тридцати от рождения (ну, конечно, с автоматикой там не то, что сегодня, но и цена тоже не ломает).

Фанаты незеркальных "просьюмерок" на все мои аргументы найдут (и находят) контраргументы - большая часть перечисленных мною преимуществ сегодняшних зеркалок вполне может быть перенесена теми или иными путями на конструкции без зеркала. Более того, я не рислкую ошибиться, утверждая с уверенностью, что так и будет: механическое зеркало обязательно отомрет, а новые электронные конструкции будут работать еще быстрее и точнее. Наконец, есть области фотосъемки, где миниатюрные цифромыльницы рулят однозначно: это репортажная съемка всяких корпоративных междусобойчиков или встреч "одноклассников" с последующим выкладыванием в Интернет необработанных фоток пачками. Тут альтернативы карманной (а то и встроенной в мобильник) камере просто нет.

Но какое счастье, господа, что в данном случае прогресс не пошел революционным путем, сразу отринув все старое вместе с его мелкими удобствами, как это произошло в некоторых других областях техники. Для примера приведу эволюцию принтеров, в которых мы на каком-то этапе вместе с матричными принтерами безвозвратно потеряли такую мелкую фичу, как печать на бланках. В результате некоторые офисные бабушки держат на шкафу старую добрую пишущую машинку, для печати железнодорожных билетов приходится выпускать специальные (и дорогущие, конечно) матричные принтеры, ну а все остальные вынуждены мучиться - хорошо, если вам дают образец заполненного бланка для печати (который еще нужно аккуратно вырезать, теряя время и отправляя тонны бумаги в мусор), а если просто хочется напечатать адрес на стандартном конверте? Так что нынешнее многообразие старых добрых зеркалок на рынке можно только приветствовать - пусть и как явление неизбежно временное.

О типоразмерах матриц и кроп-факторе

Позволю себе повторить уже публиковавшуюся в "КТ" #618 от 15.12.2005 таблицу соотношений номинальных типоразмеров матриц и их истинных размеров. В той таблице, если не ошибаюсь, были допущены опечатки; кроме того, я дополнил ее несколькими актуальными позициями и, наоборот, исключил некоторые уже редко встречающиеся типоразмеры. Напомню, что собственно дробь в типоразмере (например, 1/2,3”) почти не имеет физического смысла: когда-то это был диаметр (возможно, кажется, даже внешний, а не внутренний) принимающей телевизионной трубки, в которую матрица должна была вписаться.

Несколько моментов следует пояснить. Типоразмер 4/3” был разработан Olympus совместно с Kodak (при поддержке Fuji) около 2001–2002 года, в надежде на то, что он станет стандартом цифровой фотографии, подобно тому, как кадр 36х24 стал стандартом фотографии пленочной. Типоразмер представляет собой компромисс между размером и ценой матрицы: матрица достаточно велика, чтобы избавиться от главной головной боли цифрокомпактов - чересчур большой глубины резкости, и в то же время не слишком крупна, чтобы иметь запредельную стоимость, а также позволяет не раздувать размеры даже зеркальных камер до неприлично больших величин, отпугивающих покупателя. Кроме того, специально разработанная под этот типоразмер оптика тоже обещала прекрасный компромисс между ценой и качеством - ведь объективы для маленьких матриц, с одной стороны, проще изготавливать из-за небольшого диаметра линз; а с другой - они должны иметь очень хорошую резкость из-за большого количества сенсоров на единицу стороны многопиксельной, но маленькой матрицы.

Но инициатива Olympus почти провалилась (почти - потому что, как мы говорили, никто ей не мешает выпускать отличные легкие зеркалки с матрицами 4/3”) - фактическим стандартом в секторе "недопрофи" стали матлрицы Advanced Photo System type-C (APS-C), приблизительно с половину пленочного кадра размером и с более привычным для фотографов соотношением сторон 3:2. Произошло это по очень простой причине: из-за желания обеспечить преемственность всего накопленного парка оптики. Производители, слава богу, вовремя сообразили, где их настоящая выгода: ясно, что камеры, для которых подходят старые (и иногда весьма дорогие) объективы, будут лучше покупаться.

При этом кроп-фактор - величина, которая показывает, насколько меняется масштаб изображения при переходе от одного типоразмера матрицы к другому для одного и того же объектива (она равна отношению диагонали пленочного кадра к диагонали рассматриваемой матрицы и легко рассчитывается из таблицы), - для матриц типа APS-C не так уж велик и составляет 1,6–1,5 для зеркалок Canon и Nikon и всего 1,3 для Canon EOS 1D с матрицей APS-H, потому использование обычной оптики, разработанной еще для пленочных камер, в общем случае почти не составляет проблемы. А двукратное увеличение эквивалентного фокусного расстояния в случае матрицы 4/3” уже заметно сужает поле выбора для потребителя.