Изобретение технологии создания цифровых фотографий стало новым витком развития не только для фототехники, но и для бытовых приборов, модернизации систем безопасности, а также поспособствовало популяризации мобильных телефонов. От огромных зеркальных фотокамер, требующих немало пространства и особого, бережного ухода за ними мы пришли к смартфонам и экшн-камерам, позволяющим запечатлеть самые захватывающие моменты нашей жизни. Давайте начнем с самого начала, с 1969 года, когда американским исследователям удалось применить технологию зарядовой связи для фотографирования.
Появление цифровой фотографии
Начало эпохи цифровой фотографии приходится на 1969 год, когда исследователи Уиллард Бойл и Джордж Смит из американской лаборатории Bell (в которой в свое время работали над созданием сотовых сетей, об этом вы можете почитать здесь) создали проект, подробно описывающий идею создания прибора, фиксирующего изображение при помощи принципов зарядовой связи.
То есть, в ходе экспериментов было выяснено, что кремний, используемый в качестве проводника, может выступать приемником света. Более подробно о том, как устроена современная зеркальная фотокамера, мы поговорим в этой главе, но чуть позже.
Спустя год в Bell создали первый прототип видеофотоаппарата на ПЗС-матрице. Эпоху история беспленочной фотографии принято отсчитывать с момента появления экспериментального Sony Mavica в 1981 году. Правда, как сказано в Википедии, данный девайс неправильно относить к поколению цифровых фотоаппаратов, так как методы цифровой обработки визуальных данных здесь еще не использовались.
В 1988 году на потребительский рынок вышел Fuji DS-1P, использующий для записи данных носитель SRAM. В этом же году свет увидела первая версия графического редактора Photoshop.
Далее, производители занимались модернизацией матриц, улучшая качество фотоснимков, а также работали над эргономикой фотоаппаратов, чтобы каждый без каких-либо проблем мог брать их с собой на работу, в путешествие или вовсе носить каждый день, дабы не упустить чего-нибудь интересненького.
В комьюнити любительской фотосъемки примкнуло невероятно много людей в момент появления беззеркальных фотокамер, отличавшихся более компактными размерами, а также ценой. Различие между зеркальными и беззеркальными фотоаппаратами, как можно догадаться из названий их классификации, заключается в отсутствии системы зеркал для улавливания света. В остальном, принципы получения снимков у обоих типов «фотиков» одинаковы.
Как работают цифровые фотоаппараты
Я думаю, что вы наверняка понимаете, что общий принцип работы любой фототехники заключается в улавливании света. Так вот, устройство зеркального фотоаппарата состоит из следующих элементов (по порядку): светочувствительная матрица, затвор, зеркало, диафрагма, система линз, а также видоискатель.
Первым делом свет, отражаемый от поверхности, проходит через систему линз в объективе, после ненужное количество света отсеивается при помощи диафрагмы (кроме экспозиции, изменением диафрагмы также можно регулировать глубину резкости).
Пройдя через диафрагму, свет попадает в зеркало, где отражается в видоискатель.
Далее, по нажатию на кнопку, механизм поднимает зеркало, и свет устремляется к створкам затвора, которые могут открываться на определенное количество времени, от тысячных секунды до нескольких минут.
Изменением количества времени открытия створок затвора можно регулировать выдержку, от которой зависит количество света, попадаемого на матрицу.
Матрица в свою очередь имеет очень плотную структуру, состоящую из миллионов светочувствительных элементов, именуемых пикселями. То есть, фотоаппарат с разрешением десять мегапикселей имеет матрицу, на площади которой размещено десять миллионов фоточувствительных пикселей.
Перед тем как попасть на матрицу, свет проходит через фильтр Байера, который разделяет его на три основных цвета — красный, зеленый и синий (RGB). И только после этого фотоны, ударяемые по поверхности матрицы, вызывают электрические колебания, преобразовываемые впоследствии специальным блоком обработки данных в бинарный код, а после бинарный код одним из алгоритмов сжатия переводится в цифровой формат изображения (JPEG, PNG или RAW) и записывается на носитель.
Пленоптические камеры
Отдельным классом среди большинства фотоаппаратов являются пленоптические камеры, записывающие данные не только о цвете и яркости света, но еще и высчитывающие векторы направления от источников света. Матрица у таких устройств состоит не из одного, а из нескольких сенсоров. Таким образом, благодаря алгоритмам камеры, девайс может записывать в один файл данные сразу обо всем световом потоке. Благодаря этому, после съемки у пользователя есть возможность изменять фокус на изображении, а также изменять перспективу снятого.
Разрешение, например, у фотоаппаратов Lytro, исчисляется не в мегапикселях, а в мегарэйах (количестве световых лучей, улавливаемых сенсором).
Для получения цифрового изображения размером один мегапиксель в таких фотоаппаратах требуется одновременная работа целых десяти матриц общим разрешением более десяти мегапикселей.
Несмотря на кажущуюся революционность подобной технологии, камеры Lytro не обрели особого успеха, у них был определенный пик популярности на момент выхода суперкомпактной Lytro:
И футуристичной Lytro Illum. Последняя была наиболее интересным устройством, так как позволяла делать снимки в высоком качестве (по сравнению с первой Lytro), а также обладала относительно большим дисплеем с диагональю 4 дюйма.
Цена Illum в отличии от своего предшественника (12-15 тыс. рублей) составляла порядка 100 тысяч рублей на старте.
Несмотря на улучшенное качество картинки, фотоаппарат, сканирующий световое поле, за такие деньги не выдавал желаемого качества, из-за чего лишь единицы фотографов были заинтересованы в приобретении такого очень дорогого устройства.
Сегодня Lytro Illum в хорошем состоянии на вторичном рынке можно купить за 10—20 тысяч рублей.
Станет ли это фототехнологией будущего? Возможно, но из-за отсутствия развития и движения в области пленоптических фотоаппаратов ответить на этот вопрос категорично крайне сложно. Определенно с развитием технологий способ пленоптической фотографии сможет обрести вторую жизнь.
Сегодня многие разработчики делают упор на машинное обучение, нейронные сети и прочие программные алгоритмы, которые позволяют добиться невероятной четкости картинки, а визуальных эффектов, например, размытия заднего фона, как у зеркальных фотоаппаратов. Да, именно так плавно мы переходим к заключительное главе нашей истории, к мобильной фотографии.
Появление мобильной фотографии
Понятие «камерафон» появилось в далеком 1999 году, когда японская технологическая компания Kyocera представила первый в мире мобильный телефон, оснащенный цифровой фотокамерой с разрешением 0,1 мегапикселя. Но в силу того, что это было устройство, предназначенное для японского рынка, телефон, как говорится, «не перевернул игру».
За него это сделал финский телефона Nokia 7650, имевший матрицу разрешением всего 640х480 пикселей.
После этого все остальные именитые производители, например, Sony Ericsson, также стали выпускать мобильные аппараты, оснащенные цифровой камерой. В плане качества фото устройства были идентичны Nokia 7650.
Вплоть до 2004 года рынок только и делал, что пополнялся новыми телефонами с камерами все того же разрешения 640х480 пикселей, пока не вышел Nokia 7610 с камерой на 1 Мп (1152х864).
Девайс принято считать смартфоном, так как он работал на базе операционной системы Symbian 7. Устройство настолько полюбилось пользователям, что даже после того, как компания сняла аппарат с производства, под гнетом писем тех, кто не успел купить 7610 в свое время, Nokia пришлось выпускать дополнительную партию смартфонов ограниченным тиражом.
После этого потихоньку стали появляться первые аппараты из серий K и С от Sony Ericsson с камерами 2 и 3,2 Мп.
Прорыв в мобильном фото случился в 2009 году, когда Samsung представили G800 — первый в мире телефон с камерой 12 Мп, что уже являлось хорошей альтернативой разного рода «мыльницам». Samsung, вообще, в течение долгого времени эксплуатировали этот немного фриковатый форм-фактор телефона-фотоаппарата (или фотоаппарата-телефона). О них чуть позже.
В 2011 году известный фотохостинг Flickr заявил, что миллионы опубликованных на сервисе фотографий были сделаны на смартфоны компании Apple, с очень громким лозунгом «iPhone — самая популярная в мире фотокамера».
Эта фраза послужила причиной возникновения множества гэгов про Apple в техносреде.
Вообще, поначалу, iPhone не были передовыми смартфонами по съемке, первое поколение имело камеру 2 Мп, а также не могло снимать видео. Только с появлением iPhone 4 пользователи стали видеть в устройствах Apple не только звонилку, но еще и ультрапортативную замену фотоаппарату.
Через год Nokia выпустили свой первый смартфон в линейке с камерой 12 Мп. По заверениям компании, благодаря увеличенному размеру матрицы устройство было самым передовым в плане качества съемки фото, и это действительно так. В совокупности с оптикой, разработанной совместено с компанией Carl Zeiss, состоящей из пяти линз и оптической схемы Tessar.
Кроме передовой камеры, без сомнения, являвшейся на тот момент самой лучшей на рынке смартфонов, девайс имел поддержку звука Dolby Digital Plus, а также интерфейс HDMI для вывода видео со звуком высокой четкости на внешний дисплей.
Годы шли, вместе с развитием цифровых матриц в смартфонах, потребность в любительских фотокамерах у пользователей практически отпала.
Преемниками легендарного Nokia N8 стали Nokia 808 Pureview (2012 год) и Nokia Lumia 1020 (2015 год) с матрицами на 41 Мп.
Nokia 808 Pureview был одним из последних представителей смартфонов Symbian, а также одним из самых первых аппаратов на Nokia Belle. Но его отличительной чертой, по которой все помнят этот смартфон стала камера с умопомрачительным разрешением 41 Мп.
Думаю, какие-либо комментарии тут излишни, смартфон просто был лучшим камерафоном, равно как и Nokia Lumia 1020. Интересно было бы сравнить пару этих устройств с современными флагманами.
Теперь о Samsung. В пункте про G800 я сказал о том, что южнокорейская компания эксплуатировала идею гибрида камеры и смартфона.
Пробой пера стал девайс, известный всем как Samsung Galaxy Camera, представленный в 2012 году. Устройство имело типичные характеристики для компактной камеры и с технической точкой зрения ничем не выделялось. Но, программной платформой, на которой работал аппарат, стала операционная система Android 4.1.2 Jelly Bean. И это было в новинку.
В устройстве не было поддержки выхода в Интернет через сотовые сети, ровно через год этот недостаток исправили в Samsung Galaxy S4 Zoom. Устройство являлось полной аппаратной и программной копией представленного чуть ранее Samsung Galaxy S4, но в отличие от него девайс имел абсолютно другой формфактор и огромный модуль камеры на 16 Мп.
На этом выпуск таких «франкенштейнов» компания прекратила, сфокусировав все свои силы на разработке программных алгоритмов и способов встраивания более качественных матриц в свои аппараты.
Да и пользователи не видели смысла в таких устройствах, ведь по факту они были очень нишевыми и аутентичными. В них не было прогресса, это были просто немного переосмысленные морально устаревшие «мыльницы». Nokia 808 и 1020 на фоне Samsung выглядели более революционными.
К тому времени смартфоны с поддержкой съемки видео FullHD стали обыденным явлением. А термин «селфи», о котором мало кто тогда слышал, благодаря развитию социальных сетей, а также фотокамер у мобильных устройств стал самым популярным, невиданным ранее жанром автопортретов.
Производители отныне старались удивить потенциальных покупателей не цифрами разрешения матрицы камеры у смартфона, а реальными результатами, которые можно было увидеть и оценить. В 2013 году Apple представили iPhone 5S, который обладал помимо мощного процессора, дактилоскопического сканера еще и невиданной ранее возможностью съемки видео с частотой 120 кадров в секунду. Начиная с этого устройства, пошла мода на реализацию функции ускоренной съемки в смартфонах.
Google Nexus 5 — один из самых лучших смартфонов, созданных компанией Google, стал первым устройством, в котором была качественно реализованная функция HDR+, программно расширяющая динамический диапазон изображения, получаемого с камеры смартфона.
Значительный прирост вычислительных мощностей у мобильных процессоров позволил производителям софтверно реализовать новые функции, благодаря которым класс бытовых фотоаппаратов на сегодняшний день перестал существовать как явление.
iPhone 7 Plus стал первым смартфоном с поддержкой эффекта размытия заднего фона, благодаря программным алгоритмам и нейросетям, а также второму модулю камеры. С помощью этого Apple не только качественным образом смогли дифференцировать свой новый продукт и заставить покупателей стоять за ним в очередях, но еще и сдвинуть прогресс мобильной фотографии с мертвой точки.
Подтверждением этих слов является то, что многие блогеры в своих обзорах отныне стали сравнивать камеры некоторых смартфонов с дорогими зеркальными фотоаппаратами. Как ни странно, но смартфоны (даже недорогие) в таких сравнениях показывали и продолжают показывать себя очень достойно.
Конечно, оптика компактных смартфонов пока не может быть сравнима с большими фотоаппаратами, но тот факт, что фотоаппараты и смартфоны стали сравнивать друг с другом наводит на мысль, что в будущем уровень развития программно-аппаратного комплекса камер в смартфонах позволит стать им заменой либо полноценным аналогом профессиональных фотоаппаратов.
Предыдущие части:
