Главное о сенсорах

Свет проходит через объектив, затвор открывается, и момент зафиксирован на сенсоре камеры. Этот чип жизненно важен в процессе создания цифровых изображений. Однако вы, возможно, имеете довольно слабое представление о том, как это все работает. Если вы хотите рассеять магию работы вашей цифровой SLR, можете остановить свои поиски на сегодняшней статье о сенсорах фотоаппаратов.

Мегапиксели и разрешение
Если существует вещь, которую среднестатистический пользователь камеры знает о сенсоре, это количество мегапикселей. Так любимое начинающими, число мегапикселей на сенсоре камеры определяет объем данных, которые могут быть ею зафиксированы. Что на самом деле означают мегапиксели? Каждый «мегапиксель» (миллион пикселей) способен фиксировать биты цвета, в результате чего создается изображение. Давайте в качестве примера возьмем файл с моего Nikon D300. Максимальное разрешение, выдаваемое D300 - 4288 x 2848. Большая сторона изображения состоит из 4,288 пикселей, а меньшая – из 2,848 пикселей. Если мы перемножим 4288?2848, в итоге получится 12.2 миллиона. Хотите знать количество мегапикселей в D300? Вы его узнали, 12.2 мегапикселя (Никон считает его как 12.3).
 
Мегапиксели – значимый показатель возможностей сенсора камеры, но больше мегапикселей – не всегда лучше. Одна из причин того, что компании имеют некоторое ограничение в числе мегапикселей, которые они могут поместить в сенсор, это то, что большее количество мегапикселей обычно приводит к более высокому уровню шума. Существует также закон убывающей отдачи. Цифровые фотоаппараты были в состоянии производить отпечатки большого размера в течение многих лет с 6 или меньшим количеством мегапикселей. Эта ситуация не собирается меняться – любая камера, которую вы собираетесь приобрести сегодня, дает возможность получать большие отпечатки.

Однако перед тем как переходить на 18-мегапиксельную камеру, спросите себя, зачем вам нужно такое большое разрешение. В то время как профессионалы могут нуждаться в огромном разрешении для своих целей, если вы только начинаете свой путь в фотографии, не покупайтесь на миф о мегапикселях. Не поймите меня неправильно, дополнительное разрешение замечательно для дальнейшей выкадровки. Просто не покупайте одну камеру за другой только лишь из-за мегапикселей. И наконец, мегапиксели отображают лишь одну из возможностей камеры.

Шум и чувствительность сенсора
Пункт «ISO» в меню камеры служит для настройки чувствительности сенсора к свету. В дни пленочных камер, понятие ISO было связано с пленкой, которую вы заправляете в камеру, и значение это не может быть изменено, пока вы не доснимаете катушку пленки. Цифровые сенсоры имеют преимущество в плане возможности настройки от кадра к кадру. Вы, вероятно, знаете, что когда вы фотографируете в условиях слабого освещения, вам стоит увеличить ISO, чтобы иметь возможность снимать на приемлемой выдержке.  Друг однажды спросил меня, почему, если высокие ISO позволяют фиксировать больше света, мы не снимаем всегда на самом высоком из возможных значений ISO? Не даст ли это тот же эффект, что и супер-быстрый объектив и длинная выдержка?

Он был прав, задав этот вопрос – по факту, увеличение ISO действительно увеличивает гибкость выбора выдержки и диафрагмы. Однако за все надо платить. Сенсор камеры работает лучше всего на самом низком значении ISO. Именно на нем вы сможете получить самые лучшие цвета, самый низкий уровень шума и самое лучшее качество всего изображения. Шум, в целом, это эквивалент пленочного зерна в цифровую эру. Это те маленькие забавные точечки, которые вы видите, в особенности на темных снимках. Я провел тест на моем Nikon D300, чтобы вы могли увидеть разницу между значениями ISO.
 
Когда значение ISO увеличивается, может вырасти также уровень шума и ухудшиться общее качество изображения. Характеристики ISO варьируются от сенсора к сенсору. Одно из самых серьезных достижений современных фото-технологий состоит в обеспечении прекрасных показателей высоких ISO в новых камерах. Вчерашние ISO 400 совпадают по качеству с сегодняшними ISO 800. Границы работы в условиях слабого света продолжают подниматься до уровней, которые ранее были недостижимы.

Размер сенсора
Не все сенсоры камер устроены одинаково. Каждая компания использует свои собственные технологии и спецификации в разработке новейших сенсоров для новейших камер. Используемые спецификации оказывают огромное влияние на общее качество сенсора и, в итоге, на изображения, которые можно получить с его помощью. Один из главных факторов, определяющих качество изображения, это физический размер сенсора. Именно поэтому цифровые зеркальные камеры позволяют получать, в общем случае, лучшие изображения, чем большинство «мыльниц». Размер сенсора в карманной камере – просто часть размера его коллеги в SLR-камере. Обычно большие сенсоры выдают лучшие показатели в ситуациях, требующих высоких ISO – эффект, который может быть подтвержден при сравнении «мыльниц» с DSLR даже начального уровня.

Вы также могли уже слышать об эффекте под названием «кроп-фактор». Этот термин помогает нам описать размер сенсора камеры относительно «стандартного» размера. Что такое стандартный размер? Точкой отсчета принято считать полнокадровый («full frame») сенсор, который имеет тот же размер, что и кадр в 35мм пленке. Любой сенсор меньше полнокадрового – с кроп-фактором. Красная рамка очерчивает область, которая будет зафиксирована полнокадровым сенсором, а синяя - представляет область, видимую камерой с кроп-фактором. Вы, вероятно, знаете что «кропнуть» (от англ. сrop - обрез?ть) значит использовать выбранную часть изображения, или же выделить меньшую область из него. На камере с кроп-фактором поле зрения более узкое, чем на камере с полнокадровым сенсором.

Хотите верьте, хотите нет, но существуют сенсоры, по размеру большие, чем 35мм «полный  кадр». Цифровой средний формат – развивающаяся область, востребованная предметными и студийными фотографами за огромное разрешение, которое такие сенсоры могут обеспечить. Phase One сейчас предлагает среднеформатную 80-мегапиксельную камеру, и ее конкуренты, такие как Mamiya и Hasselblad, очевидно, не собираются отставать.

Как работает сенсор?
Сегодня сенсоры цифровые. Раньше роль сенсора выполняла пленка. И то, и другое – носители, на которые записываются изображения. Объектив плюс некий тип сенсора – это базовое условие для создания изображения. В камере есть еще множество частей, но два этих элемента – ключевые для создания картинки. Как я упоминал ранее, существует несколько разных технологий работы сенсоров камер. Два самых популярных вида – «CCD» (сокр. от англ. charge-coupled device - прибор с зарядовой связью, ПЗС-матрица) и «CMOS» (сокр. от англ. complementary metal oxide semiconductor - комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник, КМОП-матрица).

CCD-матрицы работают путем передачи электрического заряда и конвертирования его в цифровой сигнал. CMOS-матрицы используют красный, зеленый и синий фильтры и пропускают данные через металлическую проводку на фотодиоды. Большинство современных сенсоров – CMOS. CCD-матрицы, похоже, достигли своих технологических пределов, и в новых камерах встречаются реже. В довесок к распространенным CCD и CMOS сенсорам, Sigma разработала собственный тип матрицы, названный «Foveon», что вызвало определенный ажиотаж. Используя запатентованную технологию, Sigma утверждает, что их новая камера SD1 будет способна создавать 46-мегапиксельные изображения на сенсоре размерности APS-C. Это достигается при помощи трехслойной матрицы, в которой каждый слой отвечает за 15.3 мегапикселя.

Некоторые оспаривают справедливость такого амбициозного утверждения, и пока камера не выпущена, судьи ждут. Но сенсор «Foveon» существует уже несколько лет, и другие камеры (с меньшим разрешением) его используют. Вы можете провести исследование и посмотреть, насколько вам понравятся результаты с этого сенсора. Сенсор «Foveon» от компании Sigma претендует на ультра-высокие показатели разрешения за счет своей уникальной «слоистой» технологии.

Уход за сенсором
Вы заметили черные точки на своих фотографиях? Возможно, во время съемки пейзажей вы отметили небольшие темные области на ясном небе. Вы, конечно, можете легко убрать их при помощи штампа в Photoshop, но то, что вы видите, это пылинки на сенсоре. Точнее, частицы пыли на фильтре на поверхности сенсора. Это, конечно, не большая проблема, но они раздражают, так что вы можете захотеть что-нибудь с ними сделать. Есть пара шагов, которые можно предпринять, чтобы очистить ваш сенсор от пыльных «зайчиков». Первая вещь, которую я бы рекомендовал, это использование воздушной груши типа «Rocket Blower», ей можно просто сдуть пыль с сенсора. Это вообще отличный инструмент, который стоит держать под рукой для очистки любого фотооборудования.

Чтобы использовать Rocket Blower, для начала переведите вашу камеру в режим ручной выдержки (bulb, B). В этом режиме нажатие кнопки спуска открывает затвор для проведения экспонирования и оставляет его в таком положении до повторного нажатия. Это позволяет получить доступ к обычно защищенному сенсору. После того, как зеркало поднято, используйте воздушную грушу, нажав на нее несколько раз и направляя поток воздуха на область сенсора. Если вы при этом будете держать камеру "вверх ногами", это гарантирует вам то, что сила притяжения сыграет свою роль в удалении пылинок.
 
Альтернативный метод состоит в «контактной» очистке, иначе говоря, это метод чистки, при котором вы касаетесь сенсора, чтобы удалить пыль и частички грязи. Этот тип очистки обычно используется, когда загрязнение более серьезное. Есть ряд методик, от работы с кисточками для сенсора до применения жидких растворов. Помните, что серьезные профессионалы могут наругаться на вас за очистку этим способом. Использование ручной выдержки означает, что сенсор работает, а заряженные сенсоры (особенно CCD сенсор) действительно притягивают пыль. Чтобы «правильно» очистить вашу камеру, обратитесь к руководству по эксплуатации. Обычно существует некий режим очистки, который позволяет получить доступ к сенсору, когда он выключен, хотя, возможно, вам понадобится купить специальное устройство. Помня обо всем этом, я очищал мои сенсоры, пользуясь вышеуказанным методом, годами, без заметных негативных эффектов. Когда моя камера нуждается в более серьезной чистке, я просто отправляю ее в сервис. Не стоит рисковать вашей камерой, пытаясь разобрать ее в домашних условиях.

Заключение
Сенсор в цифровых камерах совершил революцию в фотографии. Технология, кажется, улучшается каждый день, и кто знает, что станет возможным в следующие несколько лет? В последние 10 лет, как мы видим, цифровой сенсор стал частью повседневной жизни, а в следующие несколько лет могут быть произведены поразительные улучшения в характеристиках ISO и повышении качества изображения.