От чего зависит светочувствительность отдельно взятого пикселя
Обновлено: 04.07.2024
В мире фотографии используется разнообразное количество матриц, их типоразмеров от разных производителей. Однако, все они подчинены одним и тем же принципам работы.
Начнем мы с самой маленькой частицы, с одного пикселя. Сразу оговоримся, что пиксель это не корректное обозначение в фотографической матрице, правильно –сенсель (сенсель — от sensor element)однако этот вариант не прижился и во всем мире говорят пиксель. Задача каждого пикселя, передать информацию о том, сколько он получил света. Эта информация выражается в количестве тока прошедшего через него. Частица настолько мала, что уже сейчас не далек тот день, когда всего несколько фотонов (мельчайших частиц света) смогут передавать информацию одному пикселю. Чем больше фотонов попало на пиксель, тем более сильный ток регистрирует процессор, «понимая», таким образом, сколько света получил пиксель. Учитывая, что в матрице используется огромное количество пикселей, то работа процессора нагружается с ростом увеличения этого числа. Производители фототехники, увеличивая матрицу или её разрешение (Разрешение–число пикселей на единицу площади), меняют процессор на более производительный или ставят их несколько. Таким образом, каждый пиксель в матрице «видит» мельчайший участок общего изображения в зависимости от расположения его на матрице. Для того чтобы фотография получалась цветная, пиксели закрыли цветными фильтрами, таким образом три рядом стоящих пикселя передают разную информацию о том, сколько света они получили, в соответствии с теми фильтрами, которые на них установлены. Грубо говоря, все изображения черно-белые, но из-за фильтров на пикселях они несколько разные, в дальнейшем три черно-белых изображения накладываются друг на друга и им сообщаются цвета. Это происходит гораздо сложнее, чем мы описали, но данной информация достаточно для понимания работы матрицы. Более глубокое изучение предмета приведет нас уже не к изучению фотографии, а к изучению физики и радиоэлектроники. Наша цель другая, понимать, что маленькому пикселю, просто необходима ваша помощь, для того чтобы количество света упавшего на него было достаточным, оставаясь при этом таким, как вы бы хотели видеть на изображении.
В нашем глазе около 135-140млн. рецепторов, это своего рода маленькие пиксели которые позволяют нам все видеть, при этом учитывая, что у нас два глаза, мозг получает информацию от почти 300Мп источника! В современной матрице пиксели в полном формате перешагнули рубеж в 50 Мпикс. И продолжают увеличивать это количество, прогресс не остановится и после преодоления возможностей человеческого глаза. А по некоторым позициям, современные матрицы обошли возможность человеческого глаза. Безусловно, мы расскажем о технической стороне устройства фотоаппарата, но вы как фотографы, должны понимать, что техническая часть, не будет иметь большого значения, в конечном счете, больше и важнее будет сам момент съемки, творческое начало и ценность момента запечатленного изображения. Сколько же нужно пикселей для фотосъемки? Необходимо понимать и осознавать, что вы в дальнейшем планируете делать с полученным изображением. Огромное количество информации о матрицах, плотности пикселей и т.п. можно прочитать в интернете. Некоторые писатели обзоров пишут верно, но, как правило, следствие и выводы не совсем верны. Нужно понимать, что производители матриц и фотоаппаратов не станут выпускать в рынок технику хуже, чем предыдущие модели, соответственно выводы «умников», что большое количество пикселей, вредит изображению в корне не верно, оно верно только с позиции неизменности факторов. Почему-то свежеиспеченные блогеры или консервативные фотографы, считают себя умнее групп наилучших инженеров трудящихся над созданием новой модели фототехники, понимаете, что это как минимум глупо. Пример: Грузовой автомобиль нагрузили щебнем в 6 тонн, и он продемонстрировал чудесные показания, проехал со скоростью 60 км/ч, 250 км. Через несколько лет выпустили новый грузовик и нагрузили в него по объему столько же но уже свинцовой дроби, весом 12 тонн. И вот, на данном этапе начинается обсуждения, «умников», что он не сможет проехать, что дробь слишком тяжела, рассматривается размер дробин и т.д. и т.п. Однако грузовик проехал со скоростью 80 км/ч. 300 км. Потому что у него новый двигатель, новое шасси и т.п.
Важно понимать, что любая новейшая техника, лучше ранее выпущенной, и это касается не только фотоаппаратов, бывают исключения, которые стоит рассматривать отдельно, почему же они стали вдруг хуже, но это не про фототехнику.
Что необходимо понимать про матрицу? Количество пикселей – количество информации, чем больше пикселей, тем больше информации о снимке и это всегда хорошо. Из большого количества данных можно выбрать данные необходимые, остальные вырезать, а из меньшего количества, больше уже не сделать. В начале урока мы задали вопрос, как будет использоваться полученный снимок. Например, размер монитора – Full HD 1920×1080 (16:9) 2,07 Мпикс. Размер формата А4 – 2480х3508 при плотности 300dpi (количество точек на дюйм при печати) составляет 8,7Мп. Соответственно 10 на 15 примерно – 2 Мпикс. получается, что 50 Мпикс. матрица и не нужна вовсе? Это не так. Большее количество пикселей позволяет более творчески подходить к работе, вы сможете кадрировать (обрезать) фотографию довольно долго без потери качества для печати. Плакат размером А3- это уже почти 35Мп! Получается, что для работы нужен фотоаппарат с большим разрешением? Нет, достаточно иметь фотоаппарат, который будет отвечать запросам клиента, помните, мы разговаривали о пленке и количество её разрешения определили в 25 Мпикс? Так вот, для практически всех нужд этого будет вполне достаточно. Для печати плаката, вам не нужно 300dpi (Dots per inch — мера разрешения изображения, измеряется числом точек, приходящихся на линейный дюйм поверхности. Например: 300dpi означает, что на один квадратный дюйм нанесли 90000 точек), так как его смотрят на более дальнем расстоянии от глаз, чем фотографию 10 на 15см, поэтому смело можно посчитать плакат А3 в 150 или даже 72 dpi. Давайте посчитаем, какой размер фотографии можно напечатать с матрицы размером 24Мп. Получаем размер изображения 6000 на 4000 пикселей. Если мы используем разрешение 72 dpi то размер фотоотпечатка будет 6000/72 и 4000/72 дюймов , получаем по длинной стороне 83,3 дюйма, по короткой 55,5 дюймов, один дюйм 2,54см. получается 211см на 140 см. или грубо в свободной речи можно произнести фразу: « Два на полтора». Вот такую фотографию можно распечатать, а по правилу просмотра нужно отойти от нее на 1,5 длины диагонали, длина диагонали у нас, по теореме Пифагора =2,5 метра, получается, что просматривать данный формат нужно с дистанции–3,75 м. с такого расстояния, человек не увидит, что разрешение 72 или 300, сможет полноценно насладится вашим творческим замыслом, в галереях рекомендуем выставлять ограждение, чтобы не было возможности подойти ближе, однако если вы распечатаете с разрешением 300dpi, то такой необходимости не будет, можно рассматривать вплотную… Данный пример приведен не для рекомендации в покупке, а пониманию вопроса. Минус матриц с низким разрешением понятен – проигрываем в размере конечного снимка, но есть и плюсы. Нет смысла, снимать на камеру в 36 Мпикс блюда с едой, если вам надо сделать меню или разместить их в интернете, для этих целей может подойти фотоаппарат и с 12 Мпикс. С большим запасом по разрешению. Аналогично и в работе с рекламой авто в интернете. При работе на пляже фотографируя отдыхающих с обезьянками или еще кем либо. Много еще где необязательно, а точнее мы настоятельно рекомендуем НЕ использовать высокое разрешение на камерах, там, где это не требуется. Минусы высокого разрешения заключаются в большей части в мифах, но есть и реальные: 1. Объем информации измеряется в мегабайтах, соответственно нужны более мощные карты памяти и компьютер для обработки старенький уже не подойдет, обязательно надо это понимать. 2.Не все объективы смогут реализовать потенциал матрицы, а те что смогут, очень не дешевы. 3. Производители борются с проблемой «шевеленки» (микросмаз), но все равно про это не стоит забывать. Больше минусов нет.
На этом рисунке указаны размеры матриц, без привязки к мегапикселям. Однако можно понимать, что легкое кадрирование, фотографии может резко сократить количество пикселей вашей фотографии, поэтому старайтесь кадр строить правильно до нажатия на спуск, если есть такая возможность. Помните, что обрезая фотографию вы обрезаете и стоимость вашего фотоаппарата.
Часто люди приобретают цифровые зеркальные камеры в погоне за качеством снимков, но при этом не имеют представления о технических моментах съемки. В основном это касается тех, кто до зеркалки держал в руках исключительно компактные фотоаппараты и пользовался автоматическими режимами (которые, к слову, весьма продвинутые в современных камерах).
В результате у кого-то возникает разочарование в камере и фотографии в целом, а другие проявляют терпение и пытаются освоить премудрости фотографии, чтобы раскрыть весь потенциал камеры с полноценным (или почти полноценным) сенсором.
Изначально я планировал написать одну статью, но по ходу дела понял, что объем получается слишком большой и решил разбить ее на несколько частей. В этой главе рассмотрю такие понятия как выдержка, диафрагма, ГРИП и светочувствительность, как эти параметры влияют на результат съемки. На очереди статья про типы и параметры объективов, работу со вспышками и советы по съемке в различных условиях.
Экспозиция
Экспозиция — это величина засветки светочувствительного сенсора. Она формируется двумя параметрами — выдержкой и диафрагмой, — которые еще называют «экспопарой». Экспозиция должна быть такой величины, чтобы обеспечить необходимое количество света для формирования изображения на сенсоре с заданной светочувствительностью (которая обозначается ISO, например, ISO 100, ISO 800 и т.д.).
Чем больше значение светочувствительности матрицы, тем меньше должна быть экспозиция. В автоматических и полуавтоматических режимах работы, фотокамера производит вычисление экспозиции при помощи специального датчика и других параметров системы.
Для передачи всей световой картины сцены, необходимо, чтобы динамический диапазон (минимальная воспринимаемая яркость и максимальная) сенсора был больше диапазона снимаемой сцены. Если это невозможно, экспозицию выбирают исходя из того, чтобы правильно проработать самую важную часть кадра.
Рис. 1. Слева направо: недоэкспонирование, нормальная экспозиция, переэкспонирование
Выдержка
Выдержка — это время, на которое открывается затвор фотоаппарата для засветки сенсора. Затвор в полноценном его виде имеется не во всех аппаратах, в большинстве компактов и разного рода мобильниках его роль выполняет электроника — так называемый «электронный затвор», выдержка в этом случае определяется временем между обнулением матрицы и считыванием с нее информации. Бывают еще гибридные затворы.
Самый распространенный вид затвора — шторно-щелевой, в нем перемещаются две шторки. Во взведенном состоянии сенсор перекрыт первой шторкой. При спуске затвора, эта шторка открывает путь световому потоку. По окончании необходимого времени, просвет закрывается второй шторкой. Начиная с определенной выдержки, быстродействия затвора перестает хватать и засветка кадра начинает производиться щелью, образованной двумя шторками. Чем короче выдержка, тем меньше щель. Эта особенность порождает две проблемы: искажение быстро движущихся объектов и проблемы при работе со вспышкой.
Поскольку на коротких выдержках экспонирование (засветка) сенсора происходит неравномерно, выдержка при работе со вспышкой может достигать только той величины, при которой происходит полное открытие площади кадра в момент съемки. Эта величина называется выдержкой синхронизации со вспышкой. В принципе, возможна работа и на более короткой выдержке, при этом вспышка формирует серию световых импульсов, но мощность ее падает.
Диафрагма
Вообще говоря, диафрагма не является обязательным элементом фотоаппарата, поэтому в совсем простых мыльницах и мобильных телефонах она просто-напросто отсутствует. Эспопара в них — вовсе и не пара; она формируется одним единственным параметром — выдержкой электронного затвора.
Диафрагма в прямом понимании — это перегородка, ее значение обратно пропорционально количеству пропускаемого света и обозначается в виде дроби 1/k, где k — стандартные коэффициенты. На практике обычно указывают только знаменатель дроби. Например, если на объективе с относительным отверстием 2.8 мы установим диафрагму f/2.8, то это будет означать, что диафрагма на данном объективе будет полностью открыта и не будет участвовать в съемке.
Казалось бы, если оба этих параметра отвечают за одно и то же — количество света, попадающего на матрицу, — нельзя ли использовать один? Можно! Но диафрагма влияет на еще один очень важный параметр: глубину резко изображаемого пространства (или просто ГРИП).
Рис. 2. Работа диафрагмы
Давайте попробуем разобраться, на что влияет увеличение или уменьшение диафрагмы кроме количества пропускаемого света. Чем больше значение диафрагмы (меньше физическое отверстие), тем больше глубина резкости, то есть область точной фокусировки вокруг снимаемого объекта.
При открытой диафрагме происходит размытие заднего фона — этот эффект наиболее полезен в съемке портретов, чтобы акцентировать внимание на лице. С прикрытой же диафрагмой снимают пейзажи, в которых требуется резко отобразить всю площадь кадра.
Я не буду вдаваться в технические детали, приводить графики и формулы, достаточно запомнить несколько условий, влияющих на величину ГРИП:
1. Диафрагма. Чем больше ее значение (меньше физическое отверстие), тем больше ГРИП.
2. Фокусное расстояние объектива. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше ГРИП.
3. Расстояние до объекта съемки. Чем ближе объект, тем меньше ГРИП.
Рис. 3. Диафрагма 2, выдержка 800
Рис. 4. Диафрагма 4, выдержка 200
Рис. 5. Диафрагма 8, выдержка 50
По картинкам ясно видно, что на открытой диафрагме глубина резкости меньше, чем на прикрытой. Еще обратите внимание на то, что для того чтобы значение экспозиции оставалось неизменным, приходится менять и второй параметр экспопары — выдержку (при изменении диафрагмы на два стопа, выдержка меняется в 4 раза).
КРОП-фактор
На хабре есть хорошая статья про кроп-фактор и то, как он влияет на ГРИП, рекомендую прочитать. Вкратце, величина КРОП-фактора означает во сколько раз площадь сенсора меньше стандартного 35-мм кадра.
Именно из-за маленького размера сенсора, у компактных цифровые фотоаппаратов добиться малой ГРИП практически невозможно, разве что при макросъемке. Поэтому фотографии с мыльниц выглядят менее объемными, особенно портреты. При этом на пейзажах порой разницу увидеть невозможно.
Светочувствительность и шумы
Пожалуй, самый горячо обсуждаемый в фотографических кругах вопрос — это шумы матрицы. Сенсор цифровой камеры состоит из множества маленьких датчиков — пикселей. Они преобразуют количество попадающего на них света в электрический сигнал.
Светочувствительность матрицы фотоаппарата можно рассматривать как коэффициент усиления этого электрического сигнала. Поскольку усилению подвергается не только полезный сигнал, но и собственный шум матрицы, увеличение чувствительности матрицы приводит к повышению уровня шумов. Шумы наиболее заметны на темных участках кадра из-за меньшего отношения сигнал/шум слабо освещенных пикселей.
На практике, всегда надо стремиться снимать при наименьшей возможной чувствительности из основного диапазона аппарата. Она будет ограничена освещенностью сцены и максимально возможной длительностью выдержки.
Чем больше площадь каждого отдельного пикселя, тем большее количество света попадает на него за единицу времени, физику не обманешь. Поэтому я не устаю объяснять людям, что они не правы, когда основным критерием выбора фотоаппарата является разрешение сенсора. На деле, увеличение разрешения матрицы при неизменном ее физическом размере скорее вредно! Это не более чем маркетинговый ход производителей фототехники.
Все современные цифровые фотоаппараты производят некоторую обработку изображения перед тем, как оно дойдет до пользователя, в том числе подавление шумов. При разумном использовании этой возможности, результат действительно становится лучше, но в условиях гонки мегапикселей, подобная обработка начинает вносить негативные последствия в результат съемки, что проявляется в «замыливании» картинки, отсутствии достаточной резкости и детализации.
Самый низкий уровень шумов на сегодняшний день обеспечивают камеры с полноразмерным сенсором (35 мм и более), и происходит это именно из-за большой площади пикселя.
Примеры использования выдержки для разных сюжетов
Рассмотрим несколько характерных случаев, при которых используются различные выдержки.
Рис. 6. Короткие выдержки применяются для съемки динамичных сцен, они позволяют как бы «заморозить» движение
Рис. 7. Длинные выдержки, наоборот, «размазывают» движение, что порой позволяет достигнуть интересного результата
В общем случае, если сюжет банален и не требует особых условий, при съемке с рук надо стараться, чтобы выдержка не была длиннее, чем 1/f (фокусное расстояние объектива). Например, для объектива 50 мм надо стараться использовать выдержки короче 1/50 с.
Многие современные объективы (и даже некоторые тушки) оснащаются стабилизаторами изображения, но мне, к сожалению, не приходилось их использовать, поэтому сказать насколько они эффективны не могу. Теоретически, данная возможность позволяет снимать на более длинных выдержках без появления характерного смаза изображения (в народе «шевеленка»).
Рис. 8. Смаз изображения при длинной выдержке
Светочувствительность ISO – один из трёх параметров экспозиции. Она характеризует чувствительность матрицы цифровой камеры к свету: чем выше показатель, тем меньше света нужно для получения правильно экспонированного снимка. При повышении или понижении этого параметра в ручном режиме можно напрямую регулировать яркость изображения.
Светочувствительность выражается в условных единицах ISO, которые использовались ещё в плёночной фотографии. Плёнка ISO 100 была рассчитана на дневную съёмку, а ISO 400 позволяла эффективно снимать в помещении. Чем выше показатель ISO, тем выше чувствительность плёнки к свету. Сменить светочувствительность на плёночном фотоаппарате можно было одним способом: вынуть кассету и вставить другую.
В цифровой фотографии всё проще: ISO регулируется нажатием одной кнопки или выбором в меню. А ещё можно отдать этот параметр под управление автоматики. Технически в цифровой фотографии изменение ISO реализовано совсем по-другому. Чувствительность пикселей сенсора не меняется при повышении параметра. Картинка становится ярче из-за усиления электрических сигналов матрицы и за счёт алгоритмов преобразования аналогового сигнала в цифровой.
Минимальное и базовое ISO
Базовое и минимальное ISO – не всегда одно и то же.
Базовое ISO для конкретного сенсора может быть, например, 200 единиц, а минимальное ISO получается из него ослаблением сигнала – например, ISO 100. Однако фотографам информацию о базовом ISO производитель не сообщает, да и на практике она не очень нужна. Важнее разобраться с минимальной светочувствительностью.
Минимальное числовое значение светочувствительности на вашем фотоаппарате – это то ISO, при котором качество снимка будет наиболее высоким, а уровень цифрового шума низким. Его важно запомнить. В зависимости от модели камеры, минимальное ISO будет различаться: 100, 200 единиц. В тех направлениях съёмки, где требуется длинная выдержка или она неважна, используют минимальное ISO.
Пример показа минимальной ISO в характеристиках камеры
Расширенное ISO
Если регулировать ISO в сторону уменьшения или увеличения, рано или поздно вы наткнётесь на так называемые расширенные значения ISO. На камере они отображаются как Lo (пониженные значения) или Hi (повышенные). Их в фотоаппарате получают программно. К примеру, в случае повышенных значений Hi съёмка на самом деле ведётся на максимальном «числовом» ISO, а далее процессор делает картинку светлее. При этом цифровой шум на фото становится более заметным, ведь яркость снимка повышается.
В случае использования пониженных значений немного теряется информация в светлых участках, что может привести к появлению переэкспонированных зон на снимке или же к снижению запаса информации в светлых участках при обработке RAW.
Что такое цифровой шум
Цифровой шум – это помехи, возникающие при повышении светочувствительности. Они есть в той или иной мере всегда, но на минимальном ISO практически незаметны. Уровень цифрового шума на разных камерах отличается.
Закономерность простая: чем крупнее и современнее матрица, тем меньше цифрового шума. Полнокадровые матрицы и сенсоры формата DX (APS-C) сегодня «шумят» так незначительно, что качественные снимки можно получать и на ISO 1600–3200, тогда как сильно «кропнутые» матрицы компактов, смартфонов и устройств, выпущенных в прошлом десятилетии, выдают уже практически нерабочую картинку. Это связано с тем, что на большой площади матрицы каждый светочувствительный пиксель можно сделать крупнее, и работать он будет лучше. Кстати, по той же причине матрицы с большим разрешением «шумят» несколько сильнее, чем аналогичные матрицы с меньшим числом мегапикселей.
В любую современную камеру встроены инструменты шумоподавления, и оно производится на всех этапах создания снимка. Мы можем управлять им во время внутрикамерной обработки и сохранения кадра. Процессор фотоаппарата размывает «зернистую» структуру цифрового шума, сглаживая картинку. Такое шумоподавление активируется в меню, оно работает только для JPEG. Но это может привести к потере мелких деталей, однако если вы снимаете в JPEG и хотите сразу получать качественные кадры, включите эту полезную функцию. При съёмке в RAW шумоподавление можно осуществить инструментами RAW-конвертера.
Зачем повышают ISO
Светочувствительность поднимают только для сокращения выдержки при съёмке. Но что если нужно запечатлеть динамику при слабом вечернем освещении? Фотографируя на очень низком ISO, выдержку придётся выставить (вам или автоматике) слишком длинную – объект смажется. Поэтому для начала стоит выбрать подходящую для съёмки выдержку – достаточно короткую для динамики. С диафрагмой определиться проще: её настраивают исходя из того, насколько большая нужна глубина резкости, а при слабом освещении её можно открыть пошире в тех же целях, для которых поднимаем ISO – сократить выдержку.
Так что просто поднимем ISO до того значения, при котором мы будем получать нормально экспонированный кадр на подходящей нам выдержке. Вот и всё. В остальных сюжетах это работает так же: отталкиваясь от необходимой выдержки, настраиваем подходящую светочувствительность.
Впрок ISO не повышают, ведь чем оно выше, тем больше цифрового шума. Важно найти баланс между подходящей для нашего сюжета выдержкой и значением светочувствительности.
Значения ISO для разных условий съемки
Не бывает оптимальных значений светочувствительности для тех или иных условий съёмки. Лучше отталкиваться от ваших условий съёмки и смотреть, какая получается выдержка при выбранном ISO.
Авто-ISO
ISO на практике – самый простой и «технический» параметр экспозиции. Судите сами: выдержка отвечает не только за яркость изображения, но и за передачу движения на снимке; диафрагма ответственна как за яркость, так и за глубину резкости, степень размытия фона. А вот ISO само по себе отвечает только за экспозицию снимка и, как следствие, уровень цифрового шума. Поэтому из всех трёх параметров экспозиции ISO – первый претендент на то, чтобы им управляла автоматика. Для этого во всех современных камерах есть функция Авто-ISO. Работает она адекватно и предсказуемо, главное – разобраться в нескольких простых пунктах настройки.
Авто-ISO – полезнейший инструмент, отключать который стоит, пожалуй, только в двух случаях: при съёмке со штатива (там фотограф сам вдумчиво может настроить экспозицию) и при работе в студии с импульсным светом, где любая автоматика мешает съёмке.
Резюме
ISO – самый простой из трёх параметров экспозиции, но следует потренироваться в работе с ним. Ведь экспозиция – это как весы с тремя чашами. Для грамотной съёмки необходимо уравновесить все три параметра: выдержку, диафрагму и светочувствительность.
ISO или уровень светочувствительности – это значение, определяющее чувствительность фотоплёнки или сенсора цифровой камеры к свету. Его обозначение можно найти на катушке фотоплёнки или же в настройках цифровой камеры.
Чувствительность ISO
Значение ISO, которое колеблется в районе от 25 до 6400 (и более), указывает на конкретную светочувствительность. Чем ниже значение – тем менее чувствительна к свету плёнка или сенсор камеры. И наоборот: более высокое значение ISO указывает на высокую чувствительность к свету, что свидетельствует о том, что данная плёнка или камера пригодна для съёмки в условиях низкой освещённости.
Чувствительность ISO и шумы изображения
Во времена фотоплёнки, низкие значения ISO также означали, что концентрация светочувствительных кристаллов соли на поверхности плёнки очень высока, что позволяло получать более гладкое и чистое изображение. Чем выше было значение ISO, тем крупнее били кристаллы соли на пленке, что приводило к получению более грубых, зернистых изображений.
В современной цифровой фотографии действует тот же принцип: чем ниже значение ISO, тем меньше чувствительность сенсора камеры и, следовательно, плавнее получаемое изображение, поскольку уровень цифрового шума ниже.
Чем выше значение ISO (выше светочувствительность) тем больше усилий должен приложить сенсор для получения качественного изображения, поскольку ему будет необходимо бороться с большим количеством цифрового шума (всем известные разноцветные крапинки в тенях и полутонах).
Так что же такое цифровой шум? Это любой световой сигнал, порождённый не объектом съёмки и, следовательно, создающий на изображении случайный цвет.
Конструкторы современных цифровых камер разработали сенсоры, позволяющие получать отличные изображения на самых низких значениях ISO. На большинстве цифровых камер минимальный порог чувствительности ISO составляет 100, хотя некоторые топовые и профессиональные камеры способны снимать с чувствительностью ISO 50 и даже ISO 25.
Есть еще одна вещь, которую вам будет полезно узнать о зернистости изображения. В нецифровой фотографии многие фотографы нашли творческий способ использования зернистости изображения для придания изображению своеобразного тона и настроения. К сожалению, цифровой шум имеет иную природу – он проявляется в виде хаотичных скоплений цветных точек – и его художественное использование маловероятно. Тем не менее, некоторые фотографы нашли оригинальные творческие решения для использования цифрового шума.
Чувствительность ISO и Размытие в движении
Съёмка на низких значениях ISO позволяет получить качественные и эстетически привлекательные изображения с точной цветопередачей, однако, она требует идеальных условий освещения.
Тем не менее, существуют вещи, которые вы хотели бы сфотографировать в условиях низкой освещённости. Или же вы можете захотеть запечатлеть быстродвижущийся объект, например, колибри, скачущую лошадь или движущуюся карусель. В обеих ситуациях для захвата подобных предметов с приемлемой экспозицией, вам потребуются более высокие значения ISO.
В отличие от плёночного фотоаппарата, используя цифровую камеру, вы можете изменить чувствительность ISO нажатием всего лишь одной кнопки, эта гибкость позволяет вам гораздо легче получить желаемое изображение.
Так, с высоким ISO вы можете использовать более короткие выдержки, чтобы устранить размытость изображения и/или дрожания фотокамеры. В случае, если вы хотите использовать творческое размытие изображения, то, просто уменьшая чувствительность ISO, вы можете уменьшить выдержку (до значений меньше 1/30 сек), тем самым получить размытое изображение движущихся объектов, при этом сведя количество шумов к минимуму.
Чувствительность ISO и размер сенсора камеры
От размера сенсора цифровой камеры напрямую зависит – насколько низким будет уровень шумов при тех или иных параметрах ISO.
Сенсоры меньшего размера производят гораздо больше шума на высоких значениях ISO (800 и выше), главным образом, потому, что высокое количество пикселей, размещённых на небольшой площади, производят больше зерна на всех значениях ISO, исключая самые низкие.
В настоящее время многие производители цифровых зеркальных камер выпускают сенсоры того же размера, что и размер кадра 35-мм фотопленки (так называемые Full Frame или полнокадровые).
Чем больше размер сенсора, тем большее число пикселей может быть размещено на нём, без ущерба для качества изображения вплоть до ISO 1600 (для некоторых камер). На полнокадровом сенсоре более крупные пиксели индивидуально более чувствительны к свету, так что электрическая энергия, необходимая для имитации ISO 800 не создает такое же количество шума, как в случае сенсоров меньшего размера. Поэтому полнокадровые камеры способны захватывать динамичные и эффектные изображения без большого количества цифрового шума даже в условиях низкой освещенности.
Чувствительность ISO и качество изображения
Важно помнить, что чем ниже значение ISO – тем лучше будет качество изображения.
Увеличение ISO влияет на качество изображения по двум основным направлениям:
- снижается контрастность мелких деталей изображения;
- при увеличении изображения или его печати, или же при конвертации его в JPEG (который имеет большую степень сжатия), высокий уровень цифрового шума может сделать фотографию «грязной» и неэстетичной.
Рекомендуемые настройки
Как мы писали выше, чем ниже значение ISO, тем более качественными, гладкими и эстетически привлекательными будут ваши изображения.
Заключение
При съёмке любого изображения важно учитывать светочувствительность сенсора камеры (ISO), поскольку, чем ниже ISO, тем более гладкое изображение с минимальным количеством шумов вы получите.
Учитывать светочувствительность сенсора важно и при подготовке к съёмке. Например, для того, чтобы снимать на максимально низком значении ISO, вам могут понадобиться дополнительные источники света.
Поэтому, когда вы столкнулись с неблагоприятными условиями освещения (т.е. низкой освещенностью или высокой контрастностью освещения) или вам требуется использовать более короткую выдержку, вам стоит пожертвовать гладкостью изображения, доступной на низких ISO, и сделать снимок с более высоким значением ISO.
Другими словами, лучше увеличить ISO и бороться с последствиями этого, чем не сделать снимок.
Больше полезной информации и новостей в нашем Telegram-канале «Уроки и секреты фотографии». Подписывайся! Читайте нас на Яндекс.Дзен «Секреты и хитрости фотографии».
Светочувствительность — один из трёх параметров экспозиции. Она характеризует чувствительность матрицы камеры или фотоплёнки к свету: чем выше показатель, тем меньше света нужно для получения правильно проэкспонированного снимка. При повышении или понижении этого параметра в ручном режиме (М) можно напрямую регулировать яркость изображения.
Светочувствительность выражается в условных единицах ISO, которые использовались ещё в плёночной фотографии.
Не путайте светочувствительность и светосилу! Светосила — характеристика объектива.
Плёнка ISO 100 была рассчитана на дневную съёмку, а ISO 400 позволяла эффективно снимать в помещении. Чем выше показатель ISO, тем выше чувствительность плёнки к свету. Сменить светочувствительность на плёночном фотоаппарате можно было одним способом: вынуть кассету и вставить другую. В цифровой фотографии всё проще: ISO регулируется нажатием одной кнопки. А ещё можно отдать этот параметр под управление автоматики.
Технически в цифровой фотографии изменение ISO реализовано совсем по-другому. Чувствительность самих пикселей-датчиков не меняется при повышении параметра. Картинка становится ярче из-за усиления электрических сигналов матрицы и за счёт алгоритмов преобразования аналогового сигнала в цифровой.
Минимальное и базовое ISO
Базовое и минимальное ISO — не всегда одно и то же. Базовое для конкретной модели матрицы ISO может быть довольно высоким (например, 800, 1600 единиц), а минимальное ISO получается из него ослаблением сигнала, более высокие значения — усилением. Однако фотографам информацию о базовом ISO производитель не сообщает, да и на практике она не очень нужна. Важнее разобраться с минимальной светочувствительностью.
Минимальное числовое значение светочувствительности на вашем фотоаппарате — это то ISO, при котором качество снимка будет наиболее высоким, а уровень цифрового шума низким. Его важно запомнить. В зависимости от модели камеры, минимальное ISO будет различаться: 64, 100, 200 единиц. В тех направлениях съёмки, где требуется длинная выдержка или она неважна, используют минимальное ISO. Его же для идеального качества картинки применяют в студийной съёмке, предметной, рекламной, пейзажной, интерьерной, архитектурной фотографии. Штатив будет кстати, ведь не всегда условия освещения идеальны, и выдержка может стать слишком длинной для съёмки с рук.
Что такое расширенное ISO
Если регулировать ISO в сторону уменьшения или увеличения, рано или поздно вы наткнётесь на так называемые расширенные значения ISO. На камере они отображаются как Lo (пониженные значения) или Hi (повышенные). Их фотоаппарат получает программно. К примеру, в случае повышенных значений Hi съёмка на самом деле ведётся на максимальном «числовом» ISO, а далее процессор делает картинку светлее. При этом цифровой шум на фото становится более заметным, ведь яркость снимка повышается.
Nikon Z 7: съёмка на пониженном ISO Lo-1.0. Это значение соответствует ISO 32.
В случае использования пониженных значений немного теряется информация в светлых участках, что может привести к появлению переэкспонированных зон на снимке или же к снижению запаса информации в светлых участках при обработке RAW.
Что такое цифровой шум
Цифровой шум — это помехи, возникающие при повышении светочувствительности. Они есть в той или иной мере всегда, но на минимальном ISO практически незаметны.
Уровень цифрового шума на разных камерах отличается.
Фрагмент приведённой выше сцены, снятый на базовом ISO.
Фрагмент приведённой выше сцены, снятый на максимальном ISO. Заметен цифровой шум: как отдельные «зёрна» (яркостный шум), так и искажения цвета (цветовой шум). Шум съел мелкие детали, фактуру на оправе часов. Но для столь высокого ISO такой уровень шума — отличный показатель.
Закономерность простая: чем крупнее и современнее матрица, тем меньше цифрового шума. Полнокадровые матрицы и сенсоры формата DX (APS-C) сегодня «шумят» так незначительно, что качественные снимки можно получать и на ISO 1600–3200, тогда как матрицы компактов, смартфонов и устройств, выпущенных в позапрошлом десятилетии, выдают уже практически нерабочую картинку. Это связано с тем, что на большой площади матрицы каждый светочувствительный пиксель можно сделать крупнее, и работать он будет лучше. Кстати, по той же причине матрицы с большим разрешением «шумят» несколько сильнее, чем аналогичные матрицы с меньшим числом мегапикселей. Nikon D780 как раз из таких: матрица этой камеры не имеет рекордного количества мегапикселей, зато она выполнена по технологии обратной засветки и позволяет на своей площади расположить крупные чувствительные пиксели. Поэтому фотоаппарат отлично работает даже на очень высоких ISO, в чём мы убедились во время тестирования.
В любую современную камеру встроены инструменты шумоподавления, и оно производится на всех этапах создания снимка. Мы можем управлять им во время внутрикамерной обработки и сохранения кадра. Процессор фотоаппарата размывает «зернистую» структуру цифрового шума, сглаживая картинку. Такое шумоподавление активируется в меню, оно работает только для JPEG.
Фрагмент снимка на базовом ISO
Фрагмент снимка на максимальном ISO без шумоподавления
Фрагмент снимка на максимальном ISO с шумоподавлением
Это может привести к потере мелких деталей, однако если вы снимаете в JPEG и хотите сразу получать качественные кадры, включите эту полезную функцию. При съёмке в RAW шумоподавление можно осуществить инструментами RAW-конвертера.
Nikon Z 7. Для этой камеры ISO 1600 является промежуточным значением. Здесь доступны значения вплоть до ISO 25600, а значит можно снимать при очень слабом освещении.
ISO 1600, кадр со смартфона (его максимальная светочувствительность). Алгоритмы шумоподавления размывают «зерно», из-за чего дополнительно снижается детализация, на снимке отсутствуют мелкие фактуры (обратите внимание на книги). Кроме того, из-за узкого динамического диапазона смартфон не справился с проработкой деталей в светлых участках: ракушка превратилась в белое пятно.
Зачем и как повышают ISO
Светочувствительность поднимают только для сокращения выдержки при съёмке.
При съёмке неподвижной сцены от выдержки мы не зависим. Со штативом всегда можно снимать на минимальном ISO.
Но что если нужно запечатлеть динамику при слабом вечернем освещении? Фотографируя на очень низком ISO, выдержку придётся ставить (вам или автоматике) слишком длинную — объект смажется. Поэтому для начала стоит выбрать подходящую для съёмки выдержку — достаточно короткую для динамики. С диафрагмой определиться проще: её настраивают исходя из того, насколько большая нужна глубина резкости, а при слабом освещении её можно открыть пошире в тех же целях, для которых поднимаем ISO — сократить выдержку.
Пришлось поднять ISO, чтобы можно было снимать на достаточно короткой выдержке, иначе птица смазалась бы из-за собственных движений и тряски камеры с телеобъективом в руках.
NIKON D850 / 70.0-300.0 mm f/4.5-5.6 УСТАНОВКИ: ISO 1100, F5.6, 1/200 с, 300.0 мм экв.Так что просто поднимем ISO до того значения, при котором мы будем получать яркий кадр на подходящей нам выдержке. Вот и всё. В остальных сюжетах это работает так же: отталкиваясь от необходимой выдержки, настраиваем подходящую светочувствительность.
Это же правило работает и при съёмке звёздного неба. Звёзды по небу движутся, и мы просто подбираем подходящую выдержку, на которой небо будет достаточно чётким. В нашем случае это 25 секунд. Далее под эту выдержку подбираем диафрагму и ISO.
NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 3200, F3.5, 25 с, 18.0 мм экв.Впрок ISO не повышают, ведь чем оно выше, тем больше цифрового шума. Важно найти баланс между подходящей для нашего сюжета выдержкой и значением светочувствительности.
Итак, алгоритм работы с ISO очень простой. Сначала нужно определиться со значениями выдержки и диафрагмы, а после подобрать под них светочувствительность, чтобы кадр был достаточно ярким.
Съёмка велась со штатива, так что время выдержки определял единственный движущийся объект на снимке — воздушный шар. Сначала я установил выдержку и диафрагму для данного сюжета, а потом подобрал оптимальное ISO.
NIKON D850 / 70-300 mm f/4.5-5.6 УСТАНОВКИ: ISO 200, F6.3, 1/160 с, 165.0 мм экв.Примерные значения для разных условий
Не бывает оптимальных значений светочувствительности для тех или иных условий съёмки. Но чтобы облегчить работу новичкам, приведём небольшую шпаргалку.
Предположим, вы гуляете с фотокамерой без штатива, при этом не снимаете динамику. В руках камера с универсальным «китовым» объективом, и снимаете вы при значении диафрагмы в районе F5.6. Чтобы выдержка была подходящей для съёмки с рук, выбирайте такие значения:
- ISO 100–200 — солнечный день ;
- ISO 200–400 — пасмурный день;
- ISO 400–800 — вечер;
- ISO 800–1600 — съёмка в хорошо освещённом помещении, при свете от окна (за которым день);
- ISO 1600–3200 — ночной город, яркая городская иллюминация;
- ISO 3200-6400 — комнатное освещение.
Но лучше отталкиваться от ваших условий съёмки и смотреть, какая получается выдержка при выбранном ISO. Если выдержка длиннее 1/60, стоит поднять ISO, ведь длинные выдержки — это почти гарантированный смаз на фото.
На зеркальных и беззеркальных камерах Nikon для настройки ISO необходимо нажать соответствующую кнопку и, не отпуская её, покрутить заднее колёсико. На дисплее будет отображаться выбранное значение.
На камерах с двумя колёсиками регулировки параметров очень удобно включается и отключается функция Авто-ISO. Достаточно при нажатой кнопке ISO покрутить переднее колёсико. И не надо каждый раз заходить в меню!
Авто-ISO
ISO на практике — самый простой и «технический» параметр экспозиции. Судите сами: выдержка отвечает не только за яркость изображения, но и за передачу движения на снимке; диафрагма ответственна как за яркость, так и за глубину резкости, степень размытия фона. А вот ISO само по себе отвечает только за экспозицию снимка и… уровень цифрового шума, о котором на современных камерах можно сильно не переживать. Поэтому из всех трёх параметров экспозиции ISO — первый претендент на то, чтобы им управляла автоматика. Для этого во всех современных камерах Nikon есть функция Авто-ISO. Работает она адекватно и предсказуемо, главное — разобраться в нескольких простых пунктах настройки. О работе с Авто-ISO в различных ситуациях у нас есть отдельная статья. Здесь же остановимся на основных моментах.
Мы по-прежнему задаём светочувствительность вручную: на это значение автоматика будет ориентироваться при настройке ISO. Если вы зададите высокое значение в верхнем пункте, камера будет стремиться к нему. Если низкое — камера будет стараться снимать на низких значениях чувствительности.
Ниже мы можем задать максимальное ISO, доступное автоматике. Это нужно для того, чтобы автоматика не могла снимать на слишком высокой чувствительности, и мы не получали кадры, испорченные цифровым шумом. В современных продвинутых камерах появился аналогичный пункт и для работы со вспышками.
Максимальная выдержка задаётся для того, чтобы в режимах, где фотоаппарат одновременно управляет и выдержкой, и чувствительностью (A и P), он находил правильный баланс между ними и не ставил слишком длинную выдержку при низком ISO. Авто-ISO — полезнейший инструмент, отключать который стоит, пожалуй, только в двух случаях: при съёмке со штатива (там фотограф сам вдумчиво может настроить экспозицию) и при работе в студии с импульсным светом, где любая автоматика мешает съёмке.
Да, ISO — самый простой из трёх параметров экспозиции, но следует потренироваться в работе с ним. Ведь экспозиция — это как весы с тремя чашами. Для грамотной съёмки необходимо уравновесить все три параметра: выдержку, диафрагму и светочувствительность. На каких значениях ISO вы обычно снимаете? Расскажите в комментариях и поделитесь своими снимками!
Читайте также: