Приветсвую Вас в клубе цифровой фотографии! Раз дорога привела Вас в этот клуб, значит, Вы счастливый обладатель цифровой камеры. Но знаете ли Вы все ее возможности? Все ли фотографии выходят такими, какими были задуманы, и что нужно сделать, чтобы снимки получались технически грамотными и художественными? Можно ли легко и быстро исправить недостатки при постобработке? И нужна ли эта самая постобработка вообще? Постараюсь со временем ответить на все эти вопросы. Но очень трудно начинать. И ещё труднее, начав, строго придерживаться заранее определенной темы, поскольку придется затраивать очень много смежных вопросов. Поэтому не надо воспринимать эти небольшие заметки в качестве учебника или справочника. Это будут просто беседы о фотографии. И как любые беседы, они должны быть двусторонними, т.е. для того, чтобы наш диалог оказался полезным, мне нужна Ваша реакция, т.е. Ваши вопросы, обсуждения, рассказы о своем опыте.

А в этот раз, чтобы уж с чего-то начать,  давайте начнем разговор о том, что такое цифровая фотография, и чем она принципиально отличается от аналоговой (т.е. той, когда снимают на пленку).

Понятно, что цифровая фотография – это когда в камере фиксация изображения происходит не на пленку, а на матрицу. Почему-то широко распространено мнение, что только в этом и есть различие, поэтому все остальные правила аналоговой фотографии будут работать и на цифре. Это суждение справедливо лишь отчасти. Вероятно, неудачи многих новичков, взявших в руки цифровую камеру,  как раз заключаются в том, что они стараются применить в своей практике правила и подходы аналоговой фотографии (даже, если никогда до этого не держали в руках пленочный аппарат), и очень удивляются, что не получают ожидаемых результатов. Начинаются сетования: «Фотик плохой!» Но не в камере дело, а в том, что к цифровой технике нужно иметь особый подход. И чем сложнее цифровая камера, тем осознанней нужно учитывать особенности «цифры».

Так в чем же разница в подходах к цифровой и аналоговой фотографии?

Для начала рассмотрим, как фиксируется изображение на пленку (для простоты рассмотрим черно-белую пленку). Когда затвор камеры открыт, лучи света, отраженные от фотографируемых объектов, проходят через оптическую систему объектива и попадают на пленку, на которой нанесен специальный химический светочувствительный состав, который темнеет тем сильнее, чем больше света получает (с научной точки зрения, чем больше фотонов света ударится о светочувствительную эмульсию, вызвав в ней химическую реакцию). Тем самым мы получаем негативное изображение. Но один и тот же сюжет можно снять по-разному: один экспонировать в два раза больше, чем другой (т.е. один негатив получит в два раза больше света, чем другой за счет либо более широко раскрытой диафрагмы, либо за счет увеличения времени экпонирования). При этом негатив того кадра, который экспонировался больше, получится темнее. На фотографическом языке принята довольно странная теринология: говоря об увеличении в два раза количества света (количества световых фотонов), упавшего на пленку, говорят о том, что экспозиция увеличилась на один стоп. При этом, если количество упавшего света увеличилось в четыре раза, то экспозиция увеличивается на два стопа, в восемь раз – на три стопа и т.д. Обобщая, имеем: увеличение света в 2N  раз соответствует увеличению экспозиции на N стопов. При этом не имеет никакой разницы, за счет чего произошло увеличение экспозиции: за счет более широко открытой щели в объективе (диафрагме) или за счет более долгого времени экспонирования, или за счет того и другого одновременно.

Зависимость почернения светочувствительного материала D от величины экспозиции Н  (в стопах!) определяется характеристической кривой D(H), свойственной той или иной пленке. Эта кривая именно кривая, а не прямая линия, которая имеет линейный участок, а потом плавно входит в горизонтальное насыщение. Запомним это как следует. С увеличением экспозиции увеличивается почернение пленки, т.е. увеличивается плотность почернения пленки. Эта характеристическая кривая имеет линейный участок, на котором пpиpащение плотности пpямо пpопоpционально пpиpащению экспозиции. Чем круче линейный участок, тем контрастнее получаются снимки. Этот yчасток называется фотогpафической шиpотой светочyвствительного матеpиала. В ноpмальном негативе яpкость yчастков изобpажения воспpоизводится в пpопоpциональном соотношении с почеpнениями. То есть, y ноpмального негатива интеpвал яpкостей pавен фотогpафической шиpоте или меньше ее. Иными словами, если взять норальный негатив, на котором видны все детали в тенях и на ярких участках (в светах), то самый темный участок изображения  будет соответствовать нижней точки линейного участка характеристической кривой, а самый светлый – верхней. Все остальные градации теней (или градаций серого, говоря на фотографическом языке) от темных до светлых распределятся по линейному участку равномерно. Это означает, что достаточно выбрать какой-то средний по освещенности объект и противопоставить ему  «средний» серый на пленке Dср=D(Hср), находящийся в середине линейного участка характеристической кривой пленки, то выбирая экспозизию Hср, мы автоматически получим правильно экспонированный кадр, в котором будут видны детали как в тенях, так и в светах.

Я попыталась на графике изобразить то, о чем рассказывала (не бейте за качество картинки – не умею рисовать в Фотошопе!). На графике по горизонтальной оси отложена величина экспозиции (H) в стопах, а по вертикальной – степень почернения пленки (D), рабочим является только линейный участок характеристической кривой.

Давным давно, Ансел Адамс, который попытался (и небезуспешно!) подвести теорию под правильное экспонирование, разбил линейный участок характеристической кривой на десять зон. Каждый шаг от одной зоне к соседней соответствует увеличению количества падающего света вдвое, или, что то же самое, увеличению экспозиции на один стоп.
По этой теории, любой освещенный объект можно разбить на 10 зон или ступеней от самого яркого до самого темного. Переход от одной ступени к другой соответствует одной ступени экспозиции (т.е. изменению ее в 2 раза) и тона воспроизводятся на обычной пленке пропорционально, т.е. если один из тонов воспроизведен верно, то все остальные   будут располагаться в соответствующем относительно друг друга порядке.  Ниже условно описаны эти ступени:

Как это может нам помочь? Да очень просто. Самое главное – нужно правильно выбрать средне-серый, соответствующий пятой зоне, которая соответствует яркости 18-процентного отраженного света (почему средний серый определяется яркостью объекта в 18-процентной отражательной способностью, очень хорошо объясняется здесь: http://hobbymaker.narod.ru/Articles/grey_card_rus.htm ). Это можно сделать либо по своей собственной руке (тыльной стороне ладони, при условии, что она имеет легкий загар), либо по специальной кодаковской серой карте, имеющей 18-процентную отражательную способность. Та величина экспозиции, которую нам покажет экспонометр, наведенный на объект из пятой зоны, и будет правильной экспозицией для данной сцены. Это именно та экспозиция, на которую запрограммированы все автоматические камеры в режиме Р (программа), определяющая среднюю яркость всей сцены как яркость средне-серого из пятой зоны. Эта экспозиция есть конкретная связка диафрагма-выдержка, которую называют экспопарой. Для какой-то конкретной выбранной экспозиции экспопар может быть несколько, например: 1/100 сек-диафрагма 8, 1/50 сек – диафрагма 16, 1/200 сек – диафрагма 4 и т.д. Принято обозначать стопы экспозиции в единицах EV: 1 EV – один стоп, 1,5 EV – полтора стопа и т.п.,  эти величины обычно используют, когда говорят, на сколько одна экспозиция отстоит от другой.

Если мы правильно задали экспозицию по средне-серому, то на пленке с гарантией получим все градации серого от средне-серого до черного, а также от средне-серого до белого, т.е. по нескольку стопов яркости в каждую сторону. Если же какой-то объект окажется гораздо ярче самой последней десятой зоны, то по яркости он может залезть на нелинейный участок характеристической кривой, но всё ещё не достигнув абсолютно почернения на пленке. Это означает, что за пределами линейного участка с ростом полученного количества света насыщение на пленке наступает очень медленно, по этой причине при правильном экспонировании полные засветы на пленке – вещь весьма редкая.

А что же происходит в цифровой камере? Основное отличие матрицы цифровушки (причем любой – от простенькой мыльницы до навороченной зеркалки) от пленки в том, что характеристическая кривая матрицы абсолютно линейна: чем больше фотонов ударится о сенсор, тем большe заряда в ячейках какопится. Однако накопление заряда не может происходить бесконечно. Когда он достигает критической величины, возникает момент насыщения и пробоя. Поэтому, в отличии от пленки, на характеристической кривой матрицы имеется ограничение в сторону увеличения  экспозиции. Относительно средне-серой точки, по которой выставлена экспозиция, отклонения  яркости сильно освещенных участков сцены не могут достигать величины большей, чем в два-два с половиной стопа, т.к. при дальнейшем росте освещенности матрица входит в состояние насыщения, и ее характеристическая кривая резко обрывается. Иными словами, матрица цифровой камеры в состоянии осилить яркость только до 7-8 зоны, а всё, что в данной сцене ярче этих зон, будет воспроизведено как абсолютно белое. На практике это означает, что все пиксели на участках, которые по яркости отстоят от средне-серой точки (из пятой зоны) более, чем на два с половиной стопа, окажутся убитыми... и мы получим печально-знаменитое белое проваленное небо!

Это очень грустно, но если мы знаем и можем объяснить проблему, то мы можем найти и пути борьбы с ней. Но об этом подробнее поговорим в следующий раз. А пока лишь замечу, что если мы не хотим потерять детали в светах (сильно освещенных участках из старших зон), то мы должны искусственно занижать экспозицию всего кадра, т.е. назначать средне-серым объектом тот, который в реальности принадлежит не пятой зоне, а находится в зоне повыше. При этом снимок получится темнее, чем нужно, но потом его можно подправить в редакторе с помощью уровней и кривых. А про те кадры, которые получились без засветов, можно сказать, что наиболее светлые участки на них по счастливой случайности не отстояли от средней яркости сцены более, чем на 2,5-3 стопа. Если же мы хотим, чтобы на нашем снимке средне-серые по освещенности объекты выглядели, как реальные средне-серые из пятой зоны, тогда придется жертвовать ярко освещенными предметами, которые неминуемо провалятся в невосстановимый засвет. Зная эту особенность, производители многих цифровых камер калибруют встроенные экспонометры аппаратов не на 18-процентный отраженный свет, а на 12,5-процентный, тем самым занижая фиксируемую на матрице яркость сцены на полстопа. В результате мы получаем кадры чуть темнее, чем следовало бы, однако при этом с большей вероятностью спасаем небо и прочие яркие участки от засветов.  Однако занижением экспозиции не стоит увлекаться, поскольку все зоны, которые находятся ниже средне-серой точки, имеют очень плохое соотношение сигнал/шум, а также с уменьшением яркости мы теряем очень много информации о цветах, а, следовательно, о деталях в тенях. Во всяком случае не стоит опускаться более трех стопов  ниже освещенности точки, по которой определяем экспозицию. Таким образом, суммируя наши возможности продвинуться как выше, так и наже по характеристической кривой матрицы относительно средне-серой точки, принятой за начало отсчета, с сожалением резюмируем, что степень свободы, которую нам дает фотографирование на цифровую камеру, равна всего пяти стопам по экспозиции, в этом случае принято говорить, что динамический диапазон (ДД) матрицы равен пяти стопам. И именно на этой крохотной площадке приходится умещать реальную сцену, перепад в освещенности которой (динамический диапазон сцены) порой достигает десяти, а то и двеннадцати стопов. Основной помощник, подсказчик и советчик нам  в этом – экранчик с гистограммой сделанного пробного кадра, который имеется в большинстве цифровых камер, а также колесико экспокоррекции, позволяющей смещать задаваемую средне-серую точку сцены в любом направлении на нужное количество стопов или его долей.

Если же ДД сцены оказывается больше 4-5 стопов, то тогда в качестве рабочей выдержки выбирать значение, отстоящее не более, чем на 2-2,5 стопа от самого короткой, иначе можно потерять детали в светах (однако темные детали уйдут в черноту). Это означает, что, выбрав за начало отсчета (за средне-серую точку) самый яркий участок, мы сознательно аккуратно отодвигаем его вплотную к зоне засвета (+2,5 EV), тем самым гарантируя, что ярко-белые участки выйдут на фотографии ярко-белыми, но при этом не окажутся засвеченными. Тот же прием может пригодиться  при фотографировании неба. Самой яркой точкой здесь обычно оказавается освещенная солнцем верхушка облаков или сияющее вокруг закатного солнца небо. Ориентируясь по ней и добавляя к намеренному камерой значению экспоиции еще два с половиной стопа экспозиции, мы никогда не получим небо с провалами по засвету, но при этом остальной пейзаж может оказаться ушедшим в темноту.
Впрочем, всё зависит от художественного замысла...