Автор: Саймон Джойнсон

Введение

Еще несколько лет назад производители цифровых компактных фотокамер признали тот факт, что маленькие сенсоры с большим разрешением страдают от недостатка светочувствительности, поэтому не могут иметь высокие значения ISO, модель с параметром свыше ISO 400 можно было встретить крайне редко. И это совсем не радует, поскольку часто возникают ситуации, когда возможность снимать в условиях плохой освещенности без вспышки крайне необходима или, по крайней мере, очень желательна. Начиная от съемки ночных пейзажей, портретов на открытом воздухе и заканчивая скоростной спортивной съемкой, есть еще множество других ситуаций, когда высокая светочувствительность является большим преимуществом.

Вопрос о возможности применения высоких чувствительностей в цифровых компактных фотокамерах впервые стал актуальным в 2005 с появлением модели Fujifilm FinePix F10, первой камеры с высокими параметрами чувствительности ISO 800 и ISO 1600 (позднее появились усовершенствованные модели FinePix F30 и FinePix F31fd). Высокая чувствительность стала одним из уникальных свойств, отличающих модели разных производителей. В течение следующих полтора года каждая новая компактная камера, которая появлялась на рынке, имела чувствительность ISO 800, ISO 1000, ISO 1600 и выше, а также специальный режим "высокой чувствительности" или "низкой освещенности". Наверное, для многих не будет очень удивительным тот факт, что высокое значение ISO - это не просто число и очень часто могут возникать претензии к работе большинства фотокамер на высоких чувствительностях в условиях плохой освещенности. Поэтому мы решили написать короткую статью о том, что на самом деле кроется за заголовком "Режимы высокой чувствительности".

Эту статью мы решили начать с общей технической информации.

Общая информация

Размер сенсора

ПЗС-сенсоры, которые используются в компактных фотокамерах, имеют очень маленькие размеры. Обычно размер такого сенсора по диагонали составляет от 9 мм до 14 мм (для сравнения, диагональ сенсора в большинстве зеркальных цифровых фотокамер составляет 30 мм, а в полнокадровых "зеркалках" - 43 мм). Сегодня, за некоторыми исключениями, компактные и зеркальные цифровые фотокамеры практически не отличаются друг от друга по количеству пикселей, представленных в их сенсорах, на момент написания статьи максимальное количество пикселей в сенсорах обеих типов камер составляет прибл. 10 миллионов пикселей (хотя уже начинают появляться компакты и с 12-Мп сенсорами).

Не нужно быть ученым, чтобы понять, что если у Вас есть два сенсора с разрешением 10 млн. пикселей и притом один из них в 10 раз меньше другого, размер пикселей должен быть намного-намного меньше, чтобы поместить их на маленьком сенсоре. Так и есть на самом деле. Проблема таких маленьких пикселей заключается в том, что они менее эффективно собирают свет. Такая низкая чувствительность к свету означает, что процессору камеры приходится работать с очень слабым сигналом и это влечет за собой целый новый комплекс проблем.

Прямоугольниками на изображении выше показаны относительные размеры трех типичных сенсоров. Очевидно, для того чтобы поместить одинаковое количество пикселей на каждый из этих сенсоров, нужно уменьшить размер пикселей. Первые два сенсора используются в цифровых зеркальных фотокамерах, а два меньших - в компактных моделях.

Проблема низкой чувствительности

Понятие низкая чувствительность означает, что для того, чтобы сенсор мог создать достаточно сильный сигнал для записи изображения, требуется, чтобы на него попало большое количество света. В яркую солнечную погоду это не является проблемой, но не всегда съемка ведется при ярком освещении. Мы также хотим иметь возможность снимать и в условиях низкой освещенности или использовать очень короткие выдержки, чтобы заморозить движение.

Параметры ISO

В то время, когда существовали только пленочные фотокамеры, Вы бы просто купили пленку высокой чувствительности (с большим показателем ISO или ASA) для использования при слабом освещении или для съемки быстро движущихся объектов. В эру цифровой фотографии Вы можете изменить параметр ISO прямо в камере от ISO 50 (низкий) до ISO 1600 и даже больше.

Однако очень важно помнить, что, таким образом, Вы всего лишь усиливаете сигнал от ПЗС-сенсора и на самом деле не можете увеличить чувствительность самого сенсора.

В наше время очень редко можно получить что-нибудь просто так, поэтому существует ряд серьезных компромиссов, возникающих с увеличением параметра светочувствительности ISO.

Цифровой шум

Как и все электрические схемы, ПЗС-сенсоры не идеальны и порождают некоторые цифровые шумы - нежеланные отклонения сигнала (сравнимо с помехами, которые возникают во время приема сигнала на некачественном телевизоре или радиоприемнике). Шумы на цифровых изображениях проявляются в виде "зернистости" или хаотически распределенных цветных пятен.

Несмотря на то, что шумы увеличиваются на долгих выдержках и при высоких температурах, для обычного снимка определенное количество цифровых шумов, производимое сенсором, является постоянным явлением. На низких чувствительностях цифровой шум совсем небольшой по сравнению с сигналом от ПЗС-сенсора, поэтому он почти не влияет на качество изображения. При использовании высоких параметров ISO процессору камеры приходится усиливать очень слабый сигнал, а поскольку он не знает, что является шумом, а что нет, шумы также увеличиваются, поэтому в результате на изображении шумы будут более заметными. Отношение между относительной силой сигнала (содержащего настоящую информацию об изображении) и шумом (содержащим ненужную ложную информацию) называется соотношением сигнал-шум (чем выше коэффициент сигнал-шум, тем менее "шумным" будет изображение).

Большинство цифровых зеркальных фотокамер обеспечивает получение практически "бесшумного" изображения на самых низких чувствительностях (как правило, ISO 100-200) и, благодаря наличию у них относительно чувствительных ПЗС или КМОП-сенсоров, полученное на таких камерах изображение не очень сильно страдает от шума на высоких чувствительностях (ISO 400-800). Некоторые модели могут даже производить в полной мере достойные результаты на ISO 1600 или даже ISO 3200.

Для сравнения, на компактах с маленькими сенсорами можно получить изображение с низким уровнем шумов, используя только самые низкие параметры чувствительности (обычно ISO 50-100). На любых высших чувствительностях шумы становятся очень заметными и, когда Вы достигнете значения ISO 400 или выше, результат получается очень "шумным" и пригодным только для печати в небольшом формате.

Как уже упоминалось, цифровые зеркальные фотокамеры позволяют получать в полной мере приемлемые результаты на чувствительностях от ISO 800 и выше, а наилучшие модели дают возможность снимать на высоких чувствительностях до ISO 3200, что позволяет вести съемку с рук при свечах.

Все больше и больше производителей компактных фотокамер используют "высокую чувствительность", как уникальное свойство продукции на рынке, оснащая фотокамеры предустановками ISO 800, 1000 или 1600, или же добавляя специальные режимы "слабого освещения", которые позволяют увеличить чувствительность до ISO 3200 (или даже 6400, только в одной модели). Очень важно отметить, что с такими параметрами редко можно достичь хороших результатов, изображение получается "шумным" или размытым, или же (очень часто) и то, и другое.

Производители не могут создать чудо

Основная или оптимальная чувствительность для большинства компактных фотокамер - прибл. ISO 100. Каждый шаг на шкале ISO означает увеличение или уменьшение эквивалентной чувствительности вдвое.

На самом же деле для каждого шага по шкале увеличения чувствительности ISO камера уменьшает экспозицию вдвое и усиливает сигнал для создания снимка с правильной экспозицией. Маленькие размеры пикселей неизбежно ведут к существенному увеличению уровня шумов на изображении. До момента, когда Вы достигнете значения ISO 1600, сигнал с ПЗС-сенсора, который обрабатывает процессор камеры, составит всего лишь 5-10 % от основной чувствительности.

С увеличением параметра ISO количество шумов также увеличивается пропорционально ко всему сигналу (соотношение сигнал-шум уменьшается). Обращаем Ваше внимание, что эта простая диаграмма не является специальной шкалой, а была просто смоделирована, чтобы визуально представить эффект усиления очень слабого сигнала.

Шумоподавление

Во всех камерах есть определенные функции подавления шумов для уменьшения негативного визуального эффекта от шумов на высоких чувствительностях, но только некоторые из них являются действительно эффективными. Сама природа цифрового шума делает его практически невозможным для удаления без потери мелких деталей на изображении.

Очень большое количество мегапикселей в современных маленьких сенсорах приводит к тому, что система подавления шумов работает даже на самых низких параметрах чувствительности, а это в свою очередь негативно влияет на малоконтрастные детали, такие как волосы и листва. Разрушительный эффект подавления шумов еще больше усиливается с увеличением значения ISO, таким образом, к тому времени, когда Вы доберетесь к ISO 400 или выше, полученный результат будет пригодным только для печати изображений в маленьком формате.

Накопление пикселей (Pixel Binning)

Кроме системы шумоподавления многие производители применяют в своих камерах технологию, известную под названием "накопление пикселей" ('pixel binning'), для увеличения чувствительности. Накопление пикселей, попросту говоря, предусматривает получение сигнала от четырех или больше смежных пикселей, объединенных в один "суперпиксель". Основная идея заключается в том, что Вы жертвуете разрешением (меньшее общее число пикселей) взамен на чувствительность (поскольку каждый "суперпиксель" содержит несколько пикселей, объединенных в один).

Опыт говорит, что реальность не настолько радостная. Это частично является следствием по сути низкой чувствительности маленьких сенсоров с большим количеством пикселей (четыре "шумных" пикселя не могут объединиться в один "бесшумный" суперпиксель), а частично из-за того, что камеры многих производителей увеличивают результат, чтобы получить высокую чувствительность в "полное разрешение", что попросту приводит к потере деталей.

Действительно ли режимы высокой чувствительности являются настолько плохими?

Одним словом, да. Правда, конечно, все зависит от того, что Вы собираетесь делать с полученными изображениями и что Вы ожидаете от результатов. Есть также разные модели и сенсоры. Более того, существуют различные системы шумоподавления как в плане эффективности при удалении шумов, так и в зависимости от визуального эффекта, полученного на конечном изображении. Для более серьезного/опытного пользователя лучше использовать низкое шумоподавление (которое оставляет зернистое, но более детальное изображение), поскольку это позволяет Вам применить к изображению нужный уровень подавления шумов в отличие от интенсивной встроенной системы шумоподавления. То же самое можно сказать и о съемке в режиме RAW (очень редкая возможность в компактных фотокамерах).

В компактных цифровых фотокамерах качество изображения ухудшается сразу после того, как Вы изменяете основной (минимальный) параметр чувствительности. До ISO 400, практически без исключений, шумы и артефакти шумоподавления начинают проявлять свой деструктивный эффект на всех малоконтрастных деталях (от волос, травы, листьев на деревьях до текстуры ткани). На еще высших чувствительностях (ISO 800 и больше) потеря деталей и очень заметное увеличение шумов свидетельствует о том, что эти режимы попросту не можно использовать для серьезной фотографии, кроме как Вы готовы пойти на большие компромиссы относительно качества снимка.

Примеры использования режимов высокой чувствительности в компактных фотокамерах

Ниже Вы можете увидеть примеры снимков, сделанных на недавно вышедших компактных камерах с разными параметрами чувствительности. Для сравнения мы включили цифровую "зеркалку" (Canon EOS 30D была выбрана нами только из-за того, что мы сделали на ней несколько студийных снимков на чувствительностях ISO 800-3200). Модель 30D представляет линейку непрофессиональных цифровых зеркальных фотокамер Canon и отличается своей "малошумностью" (модели других производителей практически не отличаются по характеристикам шумообразования, но мы выбрали именно эту камеру, как исходный пункт для сравнения с результатами, полученными на компактных фотокамерах).

Мы также включили Fuji FinePix F30 (компактную камеру с наилучшими показателями на высоких чувствительностях на сегодняшний момент, хотя уже на ISO 3200 модель демонстрирует большое количество шумов). Все примеры ниже показаны в 100% разрешении (реальный размер).

Сравнение результатов на ISO 800

Сравнение результатов на ISO 1000

Сравнение результатов на ISO 1600

Сравнение результатов на ISO 3200

Выводы

Многие компактные фотокамеры почти не уступают цифровым "зеркалкам" по качеству полученного изображения на низких чувствительностях, но что бы не хотели заставить Вас думать маркетинговые отделы производителей, не существует способа получить приемлемые результаты на компактной камере с маленьким сенсором на высоких чувствительностях (некоторые "шумят" уже на ISO 400). Единственным исключением являются камеры Fujifilm FinePix F30 и F31fd, в которых используется технология "больших пикселей" (меньшее количество мегапикселей), хороший сенсор и умная система подавления шумов, что вместе обеспечивает получение достойных результатов на ISO 800 и пригодных для использования изображений на ISO 1600 (на ISO 3200 камеры демонстрируют слишком большое количество шумов).

Для серьезных фотографических целей на высоких чувствительностях с компактными фотокамерами Ваши возможности крайне ограничены. Вы сможете получить безупречный результат только на низких чувствительностях и с помощью штатива, но если Вам понадобится увеличить изображение (в некоторых случаях начиная с формата 10х15 см и больше), Вы уведите, что использование режимов высокой чувствительности имеет свой придел.

Конечно, производители будут аргументировать, что компактные фотокамеры не предназначены для "серьезной" фотосъемки, поэтому для среднего потребителя - типичного пользователя камер класса "навел и снял" - снижение разрешения и потеря деталей не столь важна, как возможность запечатлеть драгоценный момент. На самом деле так оно и есть, но, как показывает наш студийный тест, в некоторых случаях полученный результат по качеству уступает даже изображению с хорошей телефонной камеры. Такой фактор разочарует даже самого нетребовательного пользователя.

Поэтому, если Вы ищите камеру, которая позволит Вам делать непроизвольные снимки Ваших друзей или семьи при слабом освещении без использования вспышки, существуют модели, которые обеспечат получение качественных результатов на высоких чувствительностях, полностью пригодных для печати в небольшом формате или для передачи в уменьшенном виде в формате JPEG по электронной почте. Даже слишком "шумное" изображение, сделанное на 10-Мп камере, буте выглядеть вполне приемлемо на экране, если его уменьшить до размера 1600 x 1200 пикселей и улучшить резкость. То же можно сделать и для отпечатка 10х15 см, хотя даже на снимке такого формата Вы замете потерю деталей по сравнению с изображением, сделанным с меньшим значением чувствительности.

Но если Вы являетесь начинающим фотографом, который ищет карманную фотокамеру, способную делать снимки, наиболее приближенные по качеству к изображениям, полученным на зеркальной фотокамере, Вам придется смириться с некоторыми погрешностями.

Режимы высокой чувствительности в компактных фотокамерах: Подведение итогов

• Разные камеры показывают результаты разного качества на высоких чувствительностях, но у всех них основным недостатком является маленький сенсор (недостаток светочувствительности).
• Не надейтесь получить качественные отпечатки в большом формате, которые были сделаны в режиме высокой чувствительности
• Объект съемки также очень важен: портретная съемка менее требовательна к шумоподавлению, чем пейзажи.
• Когда Вы переступаете значение ISO 400, Вы теряете все преимущество большего количества мегапикселей сенсора камеры.
• На рынке не существует модели, с помощью которой можно получить полноразмерное изображение приемлемого качества на чувствительности ISO 3200, и только очень небольшое количество камер может демонстрировать хорошие результаты на ISO 800 или ISO 1600.
• Даже при просмотре на полный экран на большом мониторе можно увидеть потерю деталей.
• Наличие системы оптической стабилизации изображения не обеспечивает высокую чувствительность камеры, она может только бороться с дрожанием камеры, но не позволяет увеличить выдержку, поэтому не может ничего сделать со "смазом" изображения вследствие движения объекта съемки в условиях низкой освещенности.
• Если Вы намерены купить компактную фотокамеру для использования при слабом освещении, выбирайте модель со "светосильным" объективом (максимально широкой диафрагмой), это поможет Вам намного больше, чем режим ISO 1600.
• Для небольших снимков с вечеринок (напр., с друзьями в баре) использование режимов высокой чувствительности может обеспечить получение вполне приемлемых результатов, если Вы готовы принять некоторые недостатки касательно качества изображения и ограничится печатью только в маленьком формате.

По материалам dpreview.com
Перевод: Попиль Катерина