Продолжаем наш рассказ о концептуальных отличиях цифровой фотографии и тех новшествах, что принесли нам изобретения компании Kodak во второй половине XX века. Заодно и сам Kodak вспомним.
Прямоугольный глаз
Цифровой мир отличился и в плане фиксации изображения. Тут действуют совсем иные, не пленочные законы. Ведь у пленки нет мегапикселей в привычном нам понимании (хотя есть зернистость). А вот размер пикселя и размер матрицы в цифровом фотоаппарате влияют на многое.
Размер матрицы (сенсора) в камере - это размер пластины с фотоэлементами, которая ловит свет и превращает его в изображение.
Для профессиональных камер стандартом считается размер матрицы 36х24 мм. Это соответствует размеру классического пленочного кадра. Такие камеры (точнее матрицы) называются словом фуллфрейм (full frame - полный кадр).
Однако, такая матрица - дорогое удовольствие. И на многих бюджетных моделях экономят, ставя так называемый кроп. Кроп - это уменьшенный размер матрицы. Во сколько раз уменьшили линейные размеры нам говорит кроп-фактор.
Скрытый текст
Справедливости ради скажу, что иногда кроп - это не от бедности, а от нехватки места. Классический пример - смартфон. Засунуть туда фуллфрейм не так-то просто.
Для примера, кроп-фактор 1,5 - это 23,5х15,6 мм, т.е. по длине и ширине срезали примерно треть.
Люди, с пятеркой по геометрии сразу осознают, что площадь матрицы уменьшилась с 864 до 367 квадратных миллиметров. Более чем в два раза!
Заметьте, мы не говорим про разрешение матрицы, этот параметр пока даже не всплывал. Мы обсуждаем только размер. Почему это так важно?
Представьте, что вы смотрите на сцену через окно. Чем окно больше, тем больше света и деталей вы можете «увидеть» одновременно. Если окно меньше - вы все равно видите ту же сцену, но как будто через вырезанный кусочек, и камере приходится работать чуть иначе. Отсюда и большинство эффектов, вокруг которых столько разговоров.
Самый понятный эффект - угол обзора: сколько сцены помещается в кадр. Берем один и тот же объектив, например 50 мм, и ставим его на камеры с разными матрицами. На большой матрице в кадр влезет больше. На маленькой - меньше, как будто вы приблизили картинку. Важно: объектив физически «не становится длиннее», меняется только то, какую часть его изображения «снимает» матрица. Маленькая матрица просто вырезает центральный фрагмент - как если бы вы после съемки сделали «обрезку» (кроп) в редакторе. Поэтому и говорят «кроп-камера приближает» - хотя на самом деле это эффект кадрирования.
Второй эффект - размытие фона, то самое красивое «боке». Боке - это не просто «размытие», а характер размытия: насколько мягко уходят в кашу огоньки, ветки, фонари. Тут новичкам легко запутаться, потому что звучит много магических фраз. Объясню на пальцах. Размытие зависит от трех вещей:
Насколько вы открыли диафрагму.
Насколько близко вы стоите к объекту.
Какое фокусное расстояние у объектива.
Диафрагма - это отверстие, через которое объектив пропускает свет. Чем меньше число f (например f/1.8), тем отверстие больше и тем сильнее обычно размывается фон. Так вот, матрица влияет косвенно: чтобы получить одинаковый кадр (одинаковый угол обзора и одинаковый размер лица в кадре), на маленькой матрице вам часто приходится брать более короткое фокусное или отходить дальше. А это уменьшает размытие.
Поэтому у большой матрицы качественнее получается «отрыв» объекта от фона - не потому что она дорогая, а потому что с ней проще собрать комбинацию дистанции и фокусного расстояния, которая красиво размывает задний план. При этом маленькая матрица не «хуже»: иногда наоборот приятно, что резкости больше.
Третья тема - шум и съемка в темноте. «Шум» - это зернистость и цветные пятнышки, которые появляются, когда света мало. Усиление в камере называется ISO: чем выше ISO, тем ярче становится кадр при том же свете, но тем больше шумов может появиться. Потому что часть усиления делается аналогово до АЦП. Эта конструкция задирает уровень от каждого пикселя вместе со всеми шумами.
Тут снова работает простая логика: большая матрица обычно собирает больше света. А когда света больше, картинка получается чище, особенно в тенях (в темных участках). Поэтому в сложном свете - вечер, помещение, концерт - большие матрицы часто дают более приятный результат.
Плюс есть понятие «динамический диапазон» - это насколько камера умеет одновременно держать детали и в светах (например, в небе), и в тенях (например, в темной куртке). Чем он шире, тем меньше шанс, что небо превратится в белое пятно или тени - в черную дыру. Большая матрица часто дает больше запаса, хотя современные технологии сильно подтянули и маленькие сенсоры: разница есть, но она не всегда такая драматичная.
Четвертый момент, про который вспоминают куда реже - резкость и закрытая диафрагма. Многие знают совет «для пейзажа закрывай диафрагму до f/11 или f/16, чтобы все было резким». Но тут появляется слово «дифракция». Не пугайтесь, это просто эффект волновой природы света.
Если отверстие (диафрагма) становится слишком маленьким, свет начинает «расползаться», и максимальная резкость падает, даже если фокус идеальный. На матрицах с очень мелкими пикселями (а такое чаще бывает в маленьких форматах с высокой плотностью пикселей) этот эффект может становиться заметнее. То есть закрыли диафрагму, надеясь на супер-резкость, а получили чуть более «мягкую» картинку. Это физика. Практический вывод простой: не всегда стоит гнаться за f/16, иногда f/5.6–f/8 даст более «чистую» детализацию, и лучше чуть иначе решить задачу глубины резкости.
Если собрать все вместе, размер матрицы - это набор компромиссов. Большая матрица обычно дает: шире угол обзора при тех же объективах, легче получить красивое размытие фона, чище картинку в темноте и чуть больше запаса по светам/теням. Но за это часто платят габаритами, ценой и тем, что резкость по фокусу становится более «капризной» (из-за меньшей глубины резкости проще промахнуться).
Маленькая матрица чаще дает компактность, доступность и «больше резкости по умолчанию», что очень удобно в путешествиях и повседневной съемке. Но в сложных условиях она справляется хуже.
Терапиксель!
Вы можете задаться вопросом - если столько проблем связаны с плотностью пикселей на матрице - так ли хорошо, когда у фотоаппарата большое разрешение? Может лучше разрешение поменьше, да пиксели побольше?
Идея правильная, но реальность, как обычно, хитрее.
Начнем с того, что мегапиксели сами по себе не делают фото ни резче, ни красивее. Они дают запас: возможность сильнее кадрировать (обрезать кадр), печатать крупнее и вытаскивать мелкие детали - но только если эти детали вообще были. А вот были ли они зависит уже от всего тракта: от объектива, точности фокуса, дрожания камеры и освещения.
Камера на 50 МП с посредственным объективом и легким смазом легко проиграет 24 МП с хорошей оптикой и аккуратной съемкой. Поэтому первое прави��о простое: лишнее разрешение полезно, когда его умеют использовать. Вкупе со светом, стабильностью и нормальной оптикой.
Теперь про пиксели и шум. Да, большой пиксель (когда их меньше на той же площади) обычно собирает больше света и может выглядеть «чище» при одинаковом ISO, особенно если смотреть изображение при увеличении 100% на экране. Но тут есть ловушка, о которой редко говорят. Дело в том, что мы вряд ли будем сидеть и сравнивать два фото в исходном разрешении.
Нет. Мы напечатаем их определенного размера или выложим в Интернет, где все ужмется до 2–4 мегапикселей. И если вы возьмете снимок с 45 МП и уменьшите его до тех же 20–24 МП, шум частично «усреднится» и картинка станет спокойнее. То есть высокая детализация может работать как запас, который при уменьшении превращается в более чистый результат.
Поэтому тезис «меньше мегапикселей = всегда меньше шумов» не универсален. Часто правильнее так: при одинаковом размере матрицы и одинаковом поколении технологий преимущество больших пикселей заметнее, если смотреть на 100-процентный размер. Или снимать в совсем плохом свете и не уменьшать. Но если итоговый размер одинаковый, разница может оказаться гораздо меньше, чем кажется.
Зато высокая плотность пикселей реально предъявляет повышенные требования к дисциплине съемки. Чем больше деталей камера способна записать, тем заметнее становятся мелкие ошибки: чуть промахнулся фокус - видно, чуть дрогнула рука - видно, объектив по краям слабоват - тоже видно. Высокое разрешение как увеличительное стекло: оно не только показывает достоинства, но и беспощадно подсвечивает недочеты.
Есть еще практическая сторона: большие файлы. 60 МП - это более тяжелые RAW, больше места на карте, быстрее забивается диск, дольше грузится, сложнее обрабатывать на слабом компьютере.
Итого. Высокое разрешение - это полезный запас, который либо раскрывается (при хорошем свете, оптике и аккуратности), либо превращается в проблему (если смотреть фото в небольшом размере и снимать в тяжелых условиях). Поэтому самый логичный вопрос не «сколько мегапикселей лучше», а «какой финальный размер фото нужен и какие условия съемки будут».
Подсвечу еще один момент. Когда качество картинки выходит на первый план, а деньги, габариты и размеры файлов не считаются проблемой, есть среднеформатные матрицы.
Средний малый - это порядка 44х33 мм.
Средний большой - 54х40 мм.
Тут совсем иные глубина резкости, еще больший динамический диапазон, выше мягкость переходов и колоссальный запас по деталям. Но этот мир дорого стоит по всем критериям.
Парадокс маленького смартфона
Вопрос. Профессиональная камера - это фуллфрейм матрица, хорошее разрешение, качественный объектив. Большой вес и серьезная цена. Логично, что он должен снимать просто на порядок лучше, чем какой-то крошечный смартфон, который даже фотоаппаратом-то не является?
Ну все равно что сравнивать серьезные профессиональные пленочные фотоаппараты и мыльницы, которые помимо качества еще бьют вспышкой в лицо? Ведь при таком сравнении трудно перепутать кто где?
А сейчас? Топовый смартфон может снять так, что задумаешься - уж не профессиональная ли техника тут поработала? Детализация, цвета, работа в темноте. При том, что у него одна-три крохотные камерки. Как так? Где технологии обманули физику?
Добро пожаловать в мир вычислительного фото! В этом мире нам понадобятся несколько простеньких объективов, хиленькие матрицы, мощный проц и много-много опыта предыдущих инженеров.
Вычислительная фотография
В 2011 году выходит система Nikon 1 (V1/J1 и далее). Это уже не камера, это действительно система. У нее была функция Smart Photo Selector: камера снимала короткую серию (до 20 кадров с высокой частотой) и сама анализировала, где удачнее фокус, экспозиция и выражение лица, после чего сохраняла несколько «лучших» вариантов. По сути это тот же принцип, что позже станет привычным на телефонах: не доверять одному-единственному снимку, а собирать серию и потом выбирать/склеивать результат. Nikon прямо описывал это как «не пропусти кадр»: камера снимала серию до и еще какое-то время после нажатия.
Но настоящая революция случилась, когда вычислительное фото встроилось в смартфоны и перестало выглядеть как отдельный режим. Долгое время вне конкуренции тут была Apple.
Их подход в том, что вычисления встроены в конвейер обработки. Это максимально маскирует сложность от пользователя: он просто снимает, а система на лету решает, сколько кадров и в каких экспозициях взять, как их совместить и на каком этапе применить «умную» детализацию.
Smart HDR - это идея расширить динамический диапазон (чтобы небо не выбивалось в белое, а тени не проваливались в черное) не одним кадром, а комбинацией нескольких.
Deep Fusion - это уже более «текстурная» история, когда алгоритмы стараются сохранить мелкие фактуры и не превратить все в пластик.
Photonic Engine Apple описывает как перенос вычислительной обработки «раньше» в цепочке формирования изображения, чтобы выиграть в деталях и цвете, особенно в сложном свете.
Это важный сдвиг философии: нет больше цели сделать ТО самое фото. Нужно сделать фото как можно больше на разных выдержках, фокусных расстояниях и ISO, а потом склеить в одно все самое удачное. Иногда это выглядит страшновато. На фото ниже не монтаж. Тут iPhone не справился и склеил фото девушки в разных позах.
У Google, в свою очередь, вычислительное фото долго было почти идеологией: «железо у нас может быть скромнее, зато софт сделает магию». Вспомните эпоху, когда Pixel уверенно конкурировал с многокамерными флагманами, имея один основной модуль, и при этом выдавал снимки, которые выглядели так, будто камера больше и дороже.
HDR+ у Google - это ставка на серию недодержанных кадров (чтобы не “сжечь” света) и умное усреднение, которое снижает шум и вытягивает тени.
Night Sight - тот же подход, возведенный в абсолют в темноте: камера набирает свет не одним длинным кадром (где все смазывается), а несколькими, и затем алгоритмы совмещают их так, чтобы получить резкость и цвет там, где человеческому глазу уже трудно. Google прямо объяснял Night Sight как способ получать яркие, детальные кадры в слабом освещении без вспышки и штатива - то есть опять же решать физическую проблему маленькой оптики и маленькой матрицы вычислениями.
Super Res Zoom - еще одна характерная “гугловская” идея: увеличить детализацию при зуме не только за счет оптики, но и за счет микросдвигов рук и серии кадров, из которых можно восстановить больше информации, чем дает один снимок.
Именно за счет этих хитростей смартфоны научились снимать весьма достойно. Но есть важный момент: контроля за этой съемкой у пользователя остается все меньше.
Вы находитесь здесь
Не успели мы привыкнуть к магии вычислительного фото, как на нас обрушились нейросети. Если раньше телефон мог дорисовать от себя совсем чуток, то сейчас “вытягивание” фотографий превращается в какой-то уж совсем малоконтролируемый процесс. Справедливости ради, производители осознают, что пользователи хотят все-таки фото, а не цифровые шедевры и внедряют нейрофункции аккуратно и пока без лишнего фанатизма.
Однако, новые реалии генеративной фотографии нам только предстоит принять и осмыслить. Строить прогнозов не буду, просто скажу - вы находитесь здесь.
Надеюсь, вам понравилась статья и вы прониклись концептуальными отличиями пленочной фотографии от ее цифровой версии. Кстати, пленка хоть и замкнулась в свой камерный мир, но все же не теряет в этом мире популярности. И магия пленочных фото до сих пор ценится. Кто знает, может скоро будем ценить магию “старой доброй цифры без этих ваших нейронок”.
Кнопка “создать шедевр”
Не могу не затронуть еще одну важнейшую тему. Хотя статья техническая и посвящена технике, в фотографии все же колоссальное значение имеют талант и навыки самого фотографа. Есть известная шутка, про то, что новички мечтают о кнопке “создать шедевр”, нажав на которую этот шедевр можно получить.
В реальности, фотография - это не только техника. Это ракурсы, свет, выражение лица моделей, запечатленные события, контекст. Это примерно как книга. С современными инструментами, вроде проверки орфографии, возможности простой редактуры, компактностью ноутбука и даже нейросетевого помощника писать куда удобнее, чем пером в XIX веке. Но все эти инструменты не гарантируют шедевра.
С другой стороны, талантливый фотограф даже на телефон снимет так, как новичок не сможет на средний формат. Потому учиться, учиться и учиться.
Вместо заключения. А что же с Kodak?
Помните мы начали с того, что Сассон вбил гвоздь в крышку гроба своего работодателя? Почему? Что случилось с Kodak?
На фоне расцвета цифровой фотографии Kodak попал в ловушку собственной бизнес-модели. Десятилетиями компания зарабатывала главным образом на пленке, химии и фотопечати, а цифровая съемка обрушила спрос на эти «расходники». Вместо того чтобы своевременно перестроиться под новую экономику изображения, Kodak сокращал старые направления и пытался монетизировать технологии и патенты. Но долговая нагрузка и падение выручки на ключевых рынках привели к кризису. 19 января 2012 года Kodak подал заявление о защите от банкротства по главе 11 в США.
Уже в феврале 2012-го компания объявила, что прекращает выпуск цифровых камер и других потребительских товаров, фактически уходя из массового фотобизнеса, чтобы сфокусироваться на более прибыльных направлениях. После реструктуризации Kodak вышел из банкротства 3 сентября 2013 года и сделал ставку на коммерческую печать и B2B-имиджинг (включая цифровую печать и решения для упаковки). То есть из компании-производителя массовой пленки и камер превратился в поставщика технологий для бизнеса. Конечно, уже совсем с другим, меньшим, размахом
Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным пр��вайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.
