Пять мифов цифровой фотографии

Мифы и заблуждения живут либо потому, что они удобны, либо потому что никто просто не берет на себя труд развеять их.

В фотографии многие мифы возникли из-за попыток провести неприемлемые аналогии между пленочной и цифровой технологиями получения изображений. Это совсем не удивительно, особенно учитывая сложность процесса получения и обработки цифровых изображений. Но о самых распространенных мифах стоит поговорить подробнее. 

by Talía Téllez

Миф 1: Изменение значения ISO меняет чувствительность

В отличие от фотографических пленок, матрицы цифровых фотоаппаратов имеют всего одну чувствительность. Изменение значения ISO на цифровом фотоаппарате не делает матрицу чувствительнее (т.е. захватывающей большее количества света). Матрица способна отработать один уровень сигнала независимо от выставленного ISO; повышая значение ISO, вы просто заставляете фотоаппарат усиливать сигнал, усиливая одновременно и сопровождающий его шум. Процесс сродни повышению громкости при проигрывании записи музыки низкого качества. Звук становится громче, но качество остается по-прежнему паршивым. 

Развеять этот миф очень просто: нужно солнечным днем снять два кадра – один на низком значении ISO, другой – на высоком.

Фотонов в солнечный день в избытке, но на высоких значениях ISO матрица регистрирует меньше света, давая пикселям обманчивую команду, что они переполнены, когда на самом деле это не так. При увеличении ISO уменьшается динамический диапазон, а шум становится более заметным, что приводит к снижению качества изображения.

Некоторые недавние модели фотоаппаратов оснащены технологией «инвариантного ISO», позволяющей матрице записывать один невысокий уровень шума независимо от выставленного значения ISO. Это позволяет фотографам в сценах с высокой контрастностью сохранять детали в светах и вытягивать тени при постобработке, хотя исходное изображение может выглядеть явно недоэкспонированным.

В итоге: законы физики не изменить и высокие значения ISO приводят к шумному изображению. Новые технологии, такие как инвариантность ISO, обеспечивают фотографам больше возможностей для сохранения динамического диапазона.

Миф 2: Чем выше битность, тем выше качество изображения

Битность изображения зависит от способностей аналого-цифрового конвертера фотоаппарата. Чем выше битовая глубина, тем на большее число мелких единиц может быть разделена информация, что обеспечивает более гладкие тональные переходы. Казалось бы, если современные фотоаппараты имеют 14-битные A/D-конвертеры, обеспечивающие 16384 градаций, то почему бы не построить 16-битные или даже 24-битные конвертеры для еще более плавных переходов? Проблема кроется не только в резко увеличивающемся из-за обилия информации размере файлов: есть еще и порог «убывающей доходности», за которым рост плавности переходов  нивелируется увеличившимся количеством шума.

Ох уж этот шум! Он везде. Он начинается с шума, записываемого матрицей при съемке кадра (кадровый шум). К нему добавляется шум, появляющийся в цепи обработки сигнала (шум считывания, темный шум и т.д.). Если вы попытаетесь нарезать сигнал на мелкие блоки (с большей битовой глубиной), и эти блоки будут меньше шума, то никакого прироста качества не произойдет.

Пусть аналогия не совсем корректна, но вы не задумывались, почему Олимпийские соревнования по плаванию судят с точностью до 1/100 секунды? В заплыве на 50 м вольным стилем пловец за одну тысячную секунды проплывает около 2.39 мм. Но олимпийские правила допускают разницу в длине дорожек бассейна в 3 см. Поэтому, хотя устройства хронометража способны фиксировать много меньшие промежутки, вы не сможете гарантировать, что серебряный медалист не проплыл большее расстояние, чем золотой. Допуски в длине дорожек бассейна сродни шуму. Нет смысла в записи мельчайших нюансов, если вы не можете обойти проблему шума.

В итоге: погоня за битовой глубиной сродни погоне за мегапикселями. Стремление к наивысшему качеству изображения не сводится лишь к одной из переменных.

Миф 3: Для каждого кадра существует идеальная экспозиция

Нет, однако, для каждого существует оптимальное отношение сигнал-шум (SNR).

Снимая в контровом свете можно пожертвовать задним планом, но правильно проэкспонировать объект, а можно оставить только силуэт. И тот, и другой вариант имеет право на жизнь, а выбор между ними зависит от задумки фотографа. Поэтому правильность экспозиции субъективна, но с технической точки зрения всегда нужно стремиться к наилучшему соотношению сигнала и шума (SNR). Звучит занудно, но чем сильнее SNR, тем больше у вас возможностей для последующей обработки изображения. Это особенно актуально для фотографов, которые экспонируют по светам (экспонируют вправо).

Как правило, экспонометр меряет, исходя из 18% серого, что не всегда соответствует экспонированию по светам

Ричард Батлер из DPReview писал: «Невозможно на уже снятом кадре улучшить соотношение сигнал-шум любого тона. Ухудшение возможно, так как добавляется электронный шум, но любая попытка усиления сигнала приводит в конечном итоге к росту шума на равную величину и соотношение остается неизменным. Именно поэтому настолько важно первоначальное экспонирование».

Даже если экспонированное по светам изображение может казаться излишне светлым, на самом деле лучше записать изначально оптимальный сигнал и затем снизить яркость (или скорректировать ее кривыми) при постобработке.

В итоге: хотите добиться наилучшего качества изображения? Снимайте в RAW на базовой для вашего фотоаппарата чувствительности ISO и экспонируйтесь вправо (по светам).

Миф 4: Эквивалентное фокусное расстояние на матрицах разных размеров не эквивалентно

Из-за существования матриц самых разных размеров, фотографы стали одержимы «эквивалентностью» – как этот фотоаппарат и объектив выглядит в сравнении с традиционными 35 мм? Большинство знают, что если матрица имеет кроп-фактор 2  (стандарт Micro4/3), нужно умножить фокусное расстояние объектива на 2, чтобы получить его эквивалент для полного кадра. Менее известно, что для получения эквивалентной глубины резкости нужно умножать и диафрагму. Объясняет Тони Нортрап.

Размер матрицы влияет на глубину резкости: чем больше размер, тем меньше глубина резкости. Поэтому, чтобы добиться глубины резкости, эквивалентной объективу 100 мм f/5.6 на полном кадре, на фотоаппарате микро4\3 нужен объектив 100 мм f/2.8.

В итоге: если важна малая глубина резкости, выбирайте матрицу большего размера и светосильный объектив.

Миф 5: Чем больше размер пикселя, тем выше качество изображения

Это справедливо для съемки в условиях низкой освещенности: более крупные пиксели, как правило, имеют более высокий SNR, так как они способны захватить больше света. Обратной стороной выступает снижение  разрешения (то есть, количества пикселей, отражающих объект съемки). Интересно, но оказывается, что в ярко освещенных сценах меньшие пиксели имеют более высокий SNR и лучшую разрешающую способность.

Хотя датчики изображения, используемые для астрофотографии, имеют крупный пиксель (размер пикселя матрицы Кодак KAI 11002, используемой в фотоаппарате Atik 11000, равен 9μM), у большинства современных полнокадровых зеркальных фотоаппаратов размеры пикселя около 5-6.5μM. В противоположность этому размер пикселя датчиков изображения, используемых в микроскопии, может достигать 24μM, а пиксель 100-мегапиксельного цифрового задника Phase One имеет размер 4.6μM. Производители фотоаппаратов выбирают размер пикселя для конкретных приложений и выбор всегда основан на компромиссах.

Размер пикселя цифрового задника Phase One невелик, но его матрица огромного размера собирает гораздо больше света, что обеспечивает высокое качество изображения

Таблица ниже показывает, что размер пикселя вряд ли является определяющим фактором качества фотографии, если только речь не идет о работе в условиях низкой освещенности

Камера и размер пикселя в µM

Судить о качестве изображения лучше, отталкиваясь от размера матрицы и используемой диафрагмы. Проще говоря, при заданном фокусном расстоянии и значении диафрагмы, фотоаппарат с матрицей большего размера собирает гораздо больше света, чем модель с матрицей меньшего размера. Больше света, сильнее сигнал. Лучше соотношение сигнал-шум – выше качество изображения.

Многие владельцы фотоаппаратов среднего формата утверждают, что крупный пиксель, большая битность и высокое разрешение обеспечивают превосходство в качестве изображения. Вероятнее, причина в том, что на том же фокусном расстоянии и при равной экспозиции большая матрица в сочетании с большим входным зрачком (и объективами, предназначенными для таких матриц) просто захватывает гораздо больше света, чем модели 35 мм.

В итоге: не слишком беспокойтесь о размере пикселей. Гораздо важнее то, как вы их используете.

Аллен Мурабаяши, выпускник Йельского университета, является председателем и одним из основателей ресурса PhotoShelter, на котором регулярно публикуются материалы для фотографов