Цифровые камеры в эпоху смартфонов: как устроены и зачем нужны

Рассказываем о разнице между плёночными и цифровыми камерами и знакомим с устройством последней. Также мы порассуждаем, нужны ли цифровые камеры сейчас, когда есть смартфоны.

В отличие от старомодных плёночных камер, цифровые запечатлевают окружающий нас мир с использованием цифровых технологий. Другими словами, они хранят фотографии не как тёмные и светлые узоры, а как длинные строки чисел. Этот поход имеет много преимуществ: он позволяет фотографировать мгновенно, даёт возможность редактировать фотографии и позволяет нам делиться ими с помощью мобильных телефонов, электронной почты и веб-сайтов.

Как работают плёночные камеры

Если вы обладатель такой камеры, то вы наверняка в курсе, что она бесполезна без одного жизненно необходимого компонента — плёнки. Плёнка представляет собой длинную катушку из гибкого пластика, покрытую специальными химическими веществами на основе соединений серебра, которые чувствительны к свету. Чтобы не дать свету испортить плёнку, её помещают внутрь жёсткого светонепроницаемого пластикового цилиндра, который вы кладёте в камеру.

Нажатие кнопки на плёночной камере запускает механизм, называемый затвором. Он открывает небольшое отверстие (апертуру) в передней части камеры, позволяя свету проникнуть через объектив — толстый кусок стекла или пластика, установленный спереди. Свет вызывает реакции в химических веществах на плёнке, таким образом запечатлевая изображение.

Однако на этом дело не заканчивается. Когда плёнка заполнена, вы должны отвезти её в лабораторию для проявки. Как правило, плёнка помещается в большую автоматизированную машину для проявки. Машина открывает контейнер плёнки, вытаскивает её и окунает в различные химикаты. В результате этого процесса плёнка становится «негативной» и цвета фотографий инвертируются: белое становится чёрным, чёрное — белым, и остальные цвета тоже превращаются в обратные себе. После создания негатива, машина использует их, чтобы сделать готовые версии ваших фотографий.

Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, всё это может быть немного неудобно. Приходится делать ненужные фотографии просто для того, чтобы «закончить плёнку». После этого нужно ждать несколько дней, чтобы вашу плёнку проявили и вы получили свои фотографии. Неудивительно, что цифровая фотография стала очень популярной, поскольку она позволяет избежать всех этих проблем.

Как работают цифровые камеры

Цифровые камеры очень похожи на обычные плёночные камеры, но работают они совершенно по-другому. Когда вы нажимаете кнопку, чтобы сделать фотографию цифровой камерой, спереди открывается апертура, и внутрь объектива проникает свет. На этом всё сходство с плёночной камерой заканчивается. Вместо плёнки в цифровой камере есть электронное оборудование, которое захватывает поступающие лучи света и преобразует их в электрические сигналы. Этим оборудованием, как правило, является либо CCD-матрица, либо CMOS-матрица.

Если вы когда-либо смотрели на экран телевизора вблизи, вы могли заметить, что изображение состоит из миллионов крошечных цветных точек или квадратов, называемых пикселями. В LCD-экранах ноутбуков изображения тоже состоят из пикселей, хотя зачастую они слишком малы, чтобы их можно было увидеть. На экране телевизора или компьютера электронное оборудование очень быстро включает и выключает все эти цветные пиксели. Свет с экрана попадает в глаза, обманывает ваш мозг, и вы видите большую движущуюся картинку.

В цифровой камере происходит всё в точности до наоборот. Свет от того, что вы фотографируете, попадает в объектив камеры. Это входящее «изображение» попадает на датчик изображения, который разбивает его на миллионы пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография фактически представляет собой очень длинную строку чисел, описывающую точные характеристики каждого пикселя, из которых она состоит.

Как цифровые камеры используют цифровую технологию

После сохранения изображения в цифровой форме вы можете загрузить сделанные фотографии на компьютер и отредактировать их в программах вроде Photoshop или загрузить на веб-сайты, отправить друзьям и т.д. Всё это возможно благодаря тому, что ваши фотографии хранятся в цифровом формате и всевозможные цифровые гаджеты: MP3-плееры, мобильные телефоны, компьютеры и фотопринтеры — тоже используют цифровую технологию. Это своего рода язык, на котором гаджеты «разговаривают» сегодня.

Вы можете изменить цифровую фотографию с помощью программ вроде Paint. Подобные программы настраивают числа, ответственные за каждый пиксель. Таким образом, если вы решите сделать изображение на 20 процентов ярче, программа по очереди переберёт все числа для каждого пикселя и увеличит их на 20 процентов. Если хотите отзеркалить изображение, программа поменяет последовательность чисел, чтобы они шли в противоположном направлении. На экране вы видите, как меняется изображение при его редактировании. Но то, как программа меняет все числа в фоновом режиме, вы не увидите.

Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные цифровые камеры. У вас может быть камера с оптическим зумом и цифровым зумом. С оптическим зумом объектив перемещается наружу и внутрь, чтобы сделать входящее изображение больше или меньше, когда оно попадает на CCD-матрицу. С цифровым зумом микрочип внутри камеры меняет входящее изображение без перемещения объектива. Таким образом, как и при приближении к телевизору, изображение ухудшается по качеству. Иными словами, оптический зум увеличивает изображение, сохраняя качество, а с цифровым зумом изображение получается размытым.

А теперь давайте взглянем поближе на устройство обычной цифровой камеры.

1. Батарейный отсек.
2. Конденсатор вспышки, который заряжается в течение нескольких секунд, чтобы накопить достаточно энергии для вспышки.
3. Лампа вспышки.
4. Светодиод, который позволяет следить за автоспуском, чтобы вам было удобнее делать селфи.
5. Объектив.
6. Механизм фокусировки.
7. Датчик изображения. Вообще, здесь вы его не увидите, так как он расположен под объективом.
8. USB-разъём.
9. Слот для SD-карты.
10. Процессор, который контролирует все функции камеры.
11. Разъём для крепёжного ремешка.
12. Крышка, обнажающая всё, что вы тут видите.

Почему цифровые камеры сжимают изображения

Представьте себя на месте CCD или CMOS-матрицы. Посмотрите в окно и попробуйте понять, как вы будете хранить детали того, что видите. Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов. Поэтому вам придётся нарисовать воображаемую сетку поверх окна. Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого пикселя в сетке. Наконец, вам придется записать все эти измерения как цифры. Если бы вы измерили цвет и яркость шести миллионов пикселей и записали всё это в цифровом виде, вы бы получили строку из миллионов цифр — и всё это просто чтобы сохранить одну фотографию! Вот почему высококачественные цифровые изображения часто занимают много места на компьютере. Каждое из них может весить несколько мегабайт.

Чтобы решить эту проблему, цифровые камеры, компьютеры и другие гаджеты используют метод сжатия. Сжатие — это математический трюк, который позволяет уменьшить объём фотографии. Одной из популярных форм сжатия является JPG. JPG известен своими потерями при сжатии, так как при использовании данного метода некоторая информация фотографий теряется и уже не может быть восстановлена. JPG с высоким разрешением потребляет большое количество памяти и выглядит достаточно чётко, а JPG с низким разрешением использует гораздо меньше места, но и выглядит размыто. По такой же логике регулируется разрешение снимков на самой камере. Чем выше разрешение и, соответственно, лучше качество, тем меньше изображений камера может хранить, и наоборот. А ещё изображения с низким разрешением сжимаются сильнее.

Цифровые камеры vs. камеры смартфонов

После всего сказанного, вы понимаете, что цифровые камеры довольно хороши в сравнении с плёночными. Благодаря современным датчикам изображения у вас больше нет причин (кроме ностальгии, разве что) использовать плёнку. Вы могли подумать, что раз цифровые камеры так удобны, то наверняка их продажи зашкаливают. Однако это не совсем так. За последние несколько лет продажи упали в двузначное количество раз на фоне роста популярности смартфонов и планшетов (которые теперь продаются более чем по миллиарду штук в год). Загляните на сайты вроде Flickr и вы увидите, что самые популярные «камеры» на самом деле телефоны: в июне 2017 среди пяти лучших камер Flickr были четыре модели iPhone и один Samsung Galaxy, и все пять из них — смартфоны. Есть ли в таком случае веская причина покупать цифровую камеру, или же можно обойтись телефоном, который может больше?

Датчики и экраны

Ещё лет десять назад телефоны, с их грубыми и неуклюжими камерами, нечего было и сравнивать с даже самыми посредственными компактными цифровыми камерами. В то время как цифровые камеры хвастались всё увеличивающимся количеством мегапикселей, телефоны довольствовались тем, что делали снимки чуть лучше обычной веб-камеры (как правило 1 мегапиксель или меньше). Теперь всё изменилось и смартфоны обгоняют камеры по количеству мегапикселей, что, кажется, подразумевает лучшее качество фотографий.

Однако постойте! «Мегапиксели» — это вводящая в заблуждение маркетинговая уловка: что действительно важно, так это размер и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше датчик, тем лучше снимки. Возьмём, к примеру, камеру Canon Ixus с 7 Мп и какой-нибудь смарфтон LG с 13 Мп. При сравнении характеристик выясняется, что у Canon размер CCD-матрицы составляет 1/2.5″, в то время как у LG стоит CMOS с размером 1/3.06″. Что на самом деле значат все эти числа? Можно было бы долго объяснять всю запутанную математику, но суть в том, что за счёт большего размера датчика Canon, скорее всего, превзойдёт LG, особенно в условиях низкой освещённости.

Canon также имеет гораздо лучшую телескопическую линзу, которая может справиться со всем — от пейзажей до макросъемки крупным планом. Однако, чтобы оценить фотографии, их нужно загрузить на компьютер, потому что у Canon есть только маленький 2.5-дюймовый экран. В то же время у LG размер экрана составляет 5.5 дюймов. У экрана Canon 2300000 пикселей, а у LG QHD экран с 2560х1440 пикселями, что примерно в 16 больше. Возможно, вам не удастся получить лучшие фотографии с LG, но, по крайней мере, вы сможете сразу же оценить их на большом экране.

Имейте в виду, что это сравнение не самое честное. Камера упомянутого LG — одна из лучших среди смартфонов, в то время как данный Canon и близко не находится в числе лучших цифровых камер. Профессиональная цифровая зеркальная камера будет иметь гораздо больший сенсор, чем смартфон — до 3.6х2.4 см, поэтому он сможет захватывать действительно мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности. Он также будет иметь больший и лучший экран и лучшие (заменяемые) линзы.

Так зачем покупать цифровые камеры?

Так как сейчас у многих есть смартфон, встаёт вопрос: а нужна ли тогда цифровая камера? Сложно найти какой-то аргумент для покупки «мыльниц», так как для социальных сетей многие обходятся телефонами.

Если вы хотите делать профессиональные фотографии, то смартфоны и рядом не стояли с «зеркалками». У первоклассной зеркалки более качественный датчик изображения (в 50 раз больше, чем у смартфона) и гораздо лучший объектив, что делает «сырое» изображение из такой камеры на порядок лучше. Добавьте к этому множество неудобных настроек камеры и вы сможете ещё больше. Если вам действительно важно качество фотографий, то мгновенная загрузка на сайты для вас будет не так важна: вы захотите просмотреть свои фотографии на большом мониторе, отредактировать их и поделиться ими только тогда, когда всё будет идеально. И, конечно, ничто не мешает вам носить и смартфон и зеркалку, чтобы взять лучшее от обоих устройств!