Тенденции в цифровой фотографии. Часть 2 (Вспышки)

Тенденции в цифровой фотографии: Часть 1. Объективы Часть 2. Вспышки Часть 4. Пиксели Часть 5. Память

"В фотографии много света не бывает". Этим коротким, но ёмким определением выражена основная проблема, подстерегающая любого фотографа: от новичка до профессионала. При съёмке в лучах яркого июньского либо тусклого январского солнца ничего особенного от пользователя (или автоматики его камеры) не требуется.

Необходимо лишь, взяв за основу светочувствительность регистрирующего устройства - плёнки или ПЗС-матрицы - правильно рассчитать экспозицию (требуемое количество световой энергии) и обеспечить её при экспонировании (освещении регистрирующего устройства), оперируя выдержкой и диафрагмой.

Совершенно другая ситуация возникает при съёмке в помещении или в сумерках. Если светочувствительность регистрирующего устройства невелика (что особенно характерно для ПЗС-матриц, эквивалентная чувствительность которых равна примерно ISO 100), то для получения необходимой экспозиции нужна очень "длинная" выдержка. Это, в свою очередь, приводит к двум неприятным последствиям. Во-первых, при выдержках длительностью свыше 1/60 секунды значительно возрастает риск "сдёрнуть" кадр - малейшее шевеление камеры в руках фотографа в процессе экспонирования приводит к "смазыванию" регистрируемого изображения. Во-вторых, в ПЗС-матрицах наблюдается такое неприятное явление, как тепловой шум (thermal noise), вызванный хаотичным движением носителей заряда внутри ПЗС-элемента даже тогда, когда сенсор обесточен.

При съёмке с "длинной" выдержкой блуждающие электроны постепенно накапливаются в ПЗС-элементе, искажая истинное значение его заряда, причём их количество тем больше, чем продолжительнее интервал экспонирования. Именно эти паразитные заряды являются причиной разноцветных точек, раскиданных по всему кадру, снятому с большой выдержкой.

Конечно, при наличии мощных источников света вышеописанные проблемы легко решаемы. Однако такие осветительные приборы очень громоздкие, потребляют уйму энергии и колоссально дорогие. Впрочем, есть способ не прибегать к такого рода технике. Дело в том, что нет никакой необходимости освещать объект съёмки постоянным светом. Вполне достаточно дополнительное освещение, длящееся в промежутке, сравнимом с продолжительностью экспонирования. Фактически, речь идёт о долях секунды, то есть о рабочих интервалах импульсных источников света.

Самым ранним устройством такого типа являлась магниевая вспышка, которая закономерно ассоциируется с крупноформатной камерой - деревянным ящиком, снимающим на фотопластинки размером 18X24 см. Однако со временем этот простейший импульсный осветитель уступил место более совершенным конструкциям.

Вначале появилась лампа-вспышка - одноразовое устройство, представлявшее собой стеклянную колбу, заполненную кислородом и алюминиевым или магниево-циркониевым "фитилём" в виде фольги либо мотка тончайшей проволоки. Когда на "фитиль" подавалось напряжение порядка полутора вольт, фольга или проволока воспламенялась, а благодаря кислородной атмосфере горение сопровождалось яркой вспышкой.

При этом цветовой оттенок светового импульса характеризовался смещением в красную, "тёплую" область спектра. Продолжительность свечения не превышала 1/50 секунды, при этом воспламенение происходило не сразу, а с задержкой от 1/30 до 1/60 секунды. Поэтому в конструкцию фотоаппарата, рассчитанного на применение совместно с лампой-вспышкой, вводится специальный замедлитель, обеспечивающий задержку срабатывания затвора. Иногда колбы объединялись в "кубик", разделённый на четыре части вертикальными светонепроницаемыми перегородками.

При фотографировании перед каждым новым кадром "кубик" последовательно поворачивали на 90 градусов горизонтальной гранью к объекту съёмки - таким образом, его хватало на четыре вспышки. Особенность конструкции этих устройств принципиально не позволяет регулировать длительность свечения и, соответственно, интенсивность освещения. Поэтому импульсные осветители данного типа могли использоваться только в ручном режиме, при котором пользователь должен знать ведущее число вспышки, чувствительность регистрирующего элемента и дистанцию съемки.

Под ведущим числом вспышки подразумевается величина, измеряемая в футах либо метрах. Число это является константой, приводится для некоторой чувствительности (как правило, ISO 100), и равняется произведению диафрагмы на дальность действия. Таким образом, ведущее число определяет эффективную дистанцию светового импульса при разных значениях диафрагменного числа, например, при диафрагме f/2.0 для определения максимальной дальности освещения ведущее число следует разделить пополам. Изменение чувствительности также влияет на расчёты. Рост чувствительности в N раз приводит к увеличению ведущего числа на величину "корень квадратный из N", например, если чувствительность выросла в два раза, то ведущее число станет больше в 1,41 раза.

После того, как нажата кнопка "спуск", импульсный осветитель, работающий в ручном режиме, обеспечивает одинаковое для каждого раза количество световой энергии. Поэтому пользователь ограничивает объём попадающего на регистрирующее устройство света посредством диафрагмы, исходя из ведущего числа, расстояния до объекта съёмки и светочувствительности (ПЗС-матрицы либо плёнки), которые обязательно должны быть ему известны.

Для подключения импульсного осветителя, используемого в ручном режиме, применяются одноконтактные разъёмы - кабельное гнездо, именуемое "синхроконтактом", и специальная колодка на верхней панели фотоаппарата, предназначенная для непосредственной установки вспышки и именуемая "башмак". Для более надёжной фиксации импульсного осветителя к "башмаку" используются зажимы различных конструкций, чаще всего - винтовые.

Синхроконтакт и "башмак"

Очевидны минусы ручного режима - при ошибке в определении дистанции съёмки диафрагма будет раскрыта либо слишком, либо недостаточно широко, а кадр получится передержанным (слишком светлым) либо недодержанным (слишком тёмным). Ошибка также неизбежна, если поверхность объекта обладает сильной светоотражающей или же светопоглощающей способностью, ну а съёмка удаляющегося либо приближающегося объекта практически невозможна. В целом же подготовка к фотографированию в ручном режиме будет занимать массу времени.

Несмотря на определённые плюсы (низковольтные источники тока, простая и дешёвая конструкция), из-за ограничений ручного режима лампы-вспышки в конечном итоге последовали за магниевыми вспышками, а наиболее распространённым типом импульсного осветителя стала газоразрядная лампа высокой мощности, для "поджига" которой используется высоковольтный импульс. Свет газоразрядной лампы отличается смещением в синюю, "холодную" область спектра, а задержки между подачей управляющего сигнала и началом свечения практически нет.

Высоковольтный импульс газоразрядной лампе обеспечивает ёмкий конденсатор (от 2500 микрофарад), и чем выше его ёмкость, тем больше продолжительность свечения вспышки. Наличие конденсатора обуславливает вторую после ведущего числа характеристику импульсного осветителя на основе газоразрядной лампы - время заряда конденсатора, которое задаёт интервал между вспышками. Конденсатор позволяет изменить длительность свечения и, таким образом, регулировать объём световой энергии, попадающей на объект съёмки. Именно поэтому газоразрядная лампа позволяет, помимо ручного, реализовать автоматический режим работы импульсного осветителя, правда, для этого необходим датчик освещённости, наподобие тех, что используются для экспозамера в фотоаппаратах.

В автоматическом режиме пользователь должен знать только чувствительность регистрирующего элемента, а диафрагму он устанавливает "с запасом", исходя из ведущего числа камеры. Затем это значение диафрагмы и чувствительность регистрирующего элемента сообщается автоматике импульсного осветителя с помощью различных органов управления (кнопки, переключатели, система меню). После нажатия кнопки "спуск" конденсатор подаёт напряжение на газоразрядную лампу, которая начинает свечение, установленный на осветителе светочувствительный элемент определяет количество отраженного от объекта съёмки света и по достижении определенного уровня освещенности отключает конденсатор.

Автоматический режим вспышки

Этот режим позволяет значительно сократить время подготовки к съемке, а если пользователь не изменяет значения диафрагмы и чувствительность регистрирующего элемента остаётся постоянной, то подготовка не требуется вообще. Исключаются передержки и недодержки, вызванные ошибками при определении дистанции съёмки, становится возможным вести съёмку удаляющихся и приближающихся объектов. Практически сводится к нулю влияние сильной светоотражающей или же светопоглощающей способности поверхности объекта. Кроме того, за счёт отсутствия лага между подачей управляющего сигнала и началом свечения, существует возможность одновременно включить несколько импульсных осветителей и осветить объект с разных сторон.

Для дистанционного включения импульсных осветителей на основе газоразрядной лампы используется либо достаточно длинный кабель и синхроконтакт, либо световая ловушка -устройство, состоящее из фотоэлемента и "башмака", и замыкающее цепь при попадании на светочувствительный датчик достаточно мощного светового импульса. Ведущий импульсный осветитель, установленный на "башмак" фотоаппарата или подключенный посредством синхроконтакта, при нажатии кнопки "спуск" начинал свечение, а лучи его лампы попадали на световые ловушки, заставляя тех включать установленные на их "башмаки" ведомые осветители. Для удобства установки ведомых осветителей световые ловушки снабжаются штативным гнездом и устанавливаются на штатив.

В целом популярность импульсных осветителей на основе газоразрядных ламп привела к тому, что с определённого момента термин "лампа-вспышка" устойчиво закрепился именно за этой категорией техники.

Несмотря на большую гибкость применения, обеспечиваемую автоматическим режимом вспышки, случаются обстоятельства, когда его возможностей не хватает. В частности, довольно распространённая ситуация, когда разница в освещённости объекта съёмки и его фона очень велика. Усреднённое значение экспозиции, которое при этом рассчитывает автоматика камеры, приводит к недодержке либо передержке объекта съёмки. Поэтому довольно часто применяется точечный экспозамер, при котором матрица светочувствительных элементов, использующаяся для замера освещённости кадра, считывает показания только своих центральных элементов. В результате экспозиция рассчитывается, исходя из освещённости объектов, расположенных в центре кадра.

Если не использовать вспышку, то такая схема работает безукоризненно. Однако в автоматическом режиме светочувствительный датчик импульсного осветителя не в состоянии определить освещённость узкой области в центре кадра - он определяет интегральную интенсивность светового потока. Таким образом, риск передержки либо недодержки сохраняется.

Очевидно, что идеальным вариантом была бы возможность управления вспышкой на основе данных от матрицы экспозамера камеры. Для этого необходимо обеспечить постоянный обмен информацией между импульсным осветителем и фотоаппаратом. Осуществляется данный обмен посредством нескольких контактов, расположенных на башмаке либо кабельном гнезде. При нажатии кнопки "спуск" вспышка начинает свечение, а матрица экспозамера камеры регистрирует попадающий на неё свет, причём в режиме точечного экспозамера могут быть использованы только центральные элементы матрицы. По достижению необходимого уровня экспозиции фотоаппарат выключает вспышку.

TTL-режим вспышки

Поскольку для замера экспозиции используется пройденный через оптику камеры световой поток и светочувствительные элементы камеры, данная схема называется "TTL-режимом" (от английского "trough the lens" -"через линзы"). Соответственно, колодка для вспышки именуется TTL-"башмаком".

Многоконтактное гнездо и TTL-"башмак"

Описанный вариант TTL-режима сильно упрощён, производители используют более изощрённые алгоритмы - например, слабый предварительный световой импульс для приблизительного экспозамера. Однако именно TTL-режим чаще всего используется во встроенных вспышках - то есть импульсных излучателях, выполненных в виде неотъемлемой части фотоаппарата.

Встроенная вспышка

Автоматика современных фотоаппаратов при использовании встроенных вспышек включает в расчёт все параметры - дистанцию до объекта съёмки, его освещённость, допустимые значения диафрагмы и выдержки, чувствительность регистрирующего элемента - и подбирает самое оптимальное их сочетание. Кроме того, импульсные осветители, применяющиеся в фотоаппаратах, снабжённых вариообъективами, обеспечивают изменяемый углом рассеивания, который тем больше, чем "короче" фокусное расстояние. Изменение угла рассеивания обеспечивается перемещением отражателя внутри вспышки, для перемещения используется сервопривод.

Для встроенных вспышек любительских фотоаппаратов в качестве основной характеристики обычно приводится не ведущее число, а максимальная и минимальная дистанция съемки с подсвечивающим импульсом. Вызвано это тем, что пределы возможностей как объектива, так и сенсора, заранее известны, посему и "дальнобойность" импульсного осветителя также можно предварительно рассчитать. Кстати, как правило, при короткофокусной съёмке "дальнобойность" вспышки выше, так как при этом диафрагму объектива можно открыть шире. Значение минимальной дистанции приводится потому, что производитель не может гарантировать своевременное прекращение свечения импульсного осветителя при съёмке близко расположенных объектов.

Как правило, любой цифровой фотоаппарат, снабжённый встроенным импульсным осветителем, будь то самая простая "мыльница", позволяет выбрать один из четырёх режимов работы. Среди них "автомат", "выключено" (если применение вспышки запрещено, например, при съёмке в музее), "принудительное срабатывание" (используется в тех случаях, когда экспозамер упрямо не хочет использовать подсвечивающий импульс) и "подавление эффекта красных глаз".

Последнему режиму стоит уделить особое внимание. Зачастую люди на фотографии выглядят подобно вампирам - их зрачки ярко-красного цвета, появление которого обусловлено отражённым от глазного дна светом вспышки. Риск появления "вампиров" на снимке тем выше, чем меньше расстояние между оптическими осями излучателя вспышки и объектива, с одной стороны, и чем шире отверстие зрачка. Поэтому в большинстве случаев функция подавления "эффекта красных глаз" сводится к тому, чтобы заставить зрачок фотографируемого человека сузиться. Для этого используется либо ярко-красный светодиод, загорающийся на корпусе камеры, либо серия предварительных коротких импульсов вспышки. Однако при использовании красного светодиода зрачок сужается не так уж и сильно, а серия кратковременных световых импульсов зачастую заставляет человека просто зажмуриться.

Однако существует гораздо более эффективный способ "борьбы с вампирами", который основан на разнесении оптических осей излучателя вспышки и объектива. Именно поэтому в фотоаппаратах Nikon Coolpix "переломной" схемы, в которых первоначально излучатель размещался совсем рядом с объективом, в конце концов пришлось применить откидывающуюся на шарнире вспышку. Впрочем, довольно часто откидывающаяся вспышка используется и в фотоаппаратах "монолитной" схемы - главным образом, в тех случаях, когда "хобот" объектива затеняет объекты, располагающиеся в непосредственной близости от фотоаппарата. При этом разработчики камеры убивают сразу двух зайцев - обеспечивают как возможность вести макросъёмку (то есть фотографирование "в упор" мелких объектов) со вспышкой (хотя при этом объект съёмки получается "плоским"), так и снижение риска появления в кадре "вампиров".

Откидывающаяся встроенная вспышка

Среди расширенных функций управления встроенной вспышкой наиболее распространена синхронизация вспышки "по первой" либо "по второй шторке" при "длинной" выдержке. Под этим подразумевается, когда вспышка начнёт свечение - в момент открытия либо закрытия затвора. В первую очередь это влияет на то, как будут выглядеть в кадре движущиеся предметы - "шлейф" отражённого импульса вспышки будет располагаться либо перед объектом, либо за ним.

Практически каждый любительский цифровой фотоаппарат, если только это не самая примитивная "мыльница", позволяет пользователю "подсказывать" автоматике расчёта экспозиции в том случае, когда она ошибается и даёт недодержку или передержку. "Подсказка" эта, именуемая "экспокоррекцией", заставляет камеру "удлинить" либо "укоротить" выдержку, открыть либо прикрыть диафрагму, а чаще всего изменить оба экспопараметра. Цель этого - увеличить или уменьшить "объём света", попадающего на ПЗС-матрицу, и скорректировать тем самым ошибки автоматики. Экспокоррекция задаётся, как правило, в пределах от -2 до +2 EV с шагом 1/2 либо 1/3 EV, где EV - экспозиционное число, единица измерения того самого "объёма света".

Поскольку встроенная вспышка в систему формирования изображения, состоящую, помимо неё, из объектива и ПЗС-матрицы, вписалась настолько органично, что корректирующий световой импульс зачастую стал применяться и при относительно достаточной освещённости, следующим логичным шагом стало появление функции, позволяющей корректировать длительность импульса вспышки. Пользователь при этом вводил поправку так же, как и при экспокоррекции - в долях экспозиционного числа. Фактически, таким образом можно было уменьшить световой импульс до едва заметного блика, а вспышка из чисто утилитарного средства подсветки превращалась в инструмент художника, позволяющий подчеркнуть характерные особенности объекта съёмки - разумеется, при наличии у фотографа хотя бы зачатков художественного восприятия. Кроме того, слабый импульс встроенной вспышки отлично подходил для запуска дополнительных вспышек посредством световых ловушек в тех случаях, когда лобовая засветка фотографируемого предмета была нежелательна.

Впрочем, для этого годился также "башмак" либо кабельное гнездо из числа всех перечисленных выше - разумеется, при их наличии у фотоаппарата. Поскольку любительские цифровые камеры, в отличие от цифровых "зеркалок" и студийной техники, практически всегда оборудованы встроенной вспышкой, дополнительные импульсные осветители именуются "внешними вспышками". Помимо удалённого расположения внешних вспышек и запуска посредством кабеля или световой ловушки, которая также подразумевает установку фотоаппарата на штатив и фактически студийную, то есть стационарную съёмку, дополнительные импульсные осветители весьма полезны и при обычной съёмке с рук.

Внешняя (дополнительная) вспышка

Основных плюсов от использования внешней вспышки несколько. Во-первых, дополнительный импульсный осветитель, как правило, обладает значительно большей мощностью, чем встроенная вспышка фотоаппарата. Во-вторых, он использует собственный источник питания (как правило, элементы типа АА, в просторечии именуемые "пальчиковыми батарейками"), что продлевает длительность автономной работы фотоаппарата. В-третьих, за счёт того, что излучатель дополнительной вспышки расположен гораздо дальше от оптической оси объектива, чем встроенный импульсный осветитель, риск появления "вампиров" на снимке уменьшается в разы.

Есть ещё одно неоценимое преимущество внешней вспышки, которое, однако, требует некоторого усложнения её конструкции. Речь идёт о поворотной головке, позволяющей изменять вертикальный (а в наиболее свершенных вариантах и горизонтальный) "угол наведения на цель". В результате появляется возможность освещать объект съёмки не фронтальным, а отражённым от потолка либо стен световым потоком. Такой способ подсветки обеспечивает хорошую прорисовку теней, придаёт объём изображению и не искажает расположенных слишком близко объектов избыточным освещением. Фактически, поворотная головка позволяет избавиться практически от всех проблем, связанных с применением вспышки, среди которых зажмуренные или красные глаза, "плоское" изображение, абсолютно белые поверхности объектов съёмки и прочие искажающие кадр "атрибуты" направленного "в лоб" импульсного осветителя.

Впрочем, есть эрзац-вариант съёмки рассеянным светом встроенной вспышки, однако он требует пары листов плотного светлого картона и пары свободных рук - то есть напарника. Один лист картона прислоняется к передней панели камеры под вспышку, так, чтобы составлять с осью объектива угол порядка 45 градусов. Второй лист, примерно под тем же углом, устанавливается на расстоянии около 30 см от первого. В целом получившаяся фигура должна напоминать зеркала перископа, при этом как угол наклона, так и расстояние между листами должны подбираться исключительно опытным путём, для чего, возможно, придётся сделать не один десяток кадров - впрочем, для цифровой фотографии это совсем не повод для переживаний. Важно, что таким образом можно с довольно короткого (около метра) расстояния и при плохом освещении довольно прилично снять чересчур тёмный либо слишком светлый объект, так как автоматика камеры в таких случаях зачастую оказывается бессильной и слишком поздно отключает вспышку.

Несмотря на то, что ряд любительских камер для подключения дополнительной вспышки оборудуется не кабельным гнездом, а "башмаком" (TTL и обычным), такой подход не всегда можно считать целесообразным. Если говорить об "электронных зеркалках" (не надо путать этот тип камер с цифровыми "зеркалками" со сменной оптикой), то их массогабаритные характеристики заметно больше, чем у обычных любительских моделей. Поэтому вполне возможно комфортное удержание такого фотоаппарата с установленной на "башмак" довольно массивной внешней вспышкой. А вот обычных размеров любительская цифровая камера, увенчанная дополнительной вспышкой, представляет собой крайне громоздкую конструкцию с отвратительным балансом. "Длинное плечо", представленное головкой излучателя дополнительной вспышки, в сочетании со слабовыраженным (в массе своей) выступом для удержания фотоаппарата так и норовит "вывернуться" из руки фотографа.

Значительно более удобную конструкцию представляет собой вспышка, установленная на специальный кронштейн под названием "флэш-брекет", снабжённый "башмаком", кабельным гнездом для коммутации с камерой и винтом для штативного гнезда, посредством которого флэш-брекет крепится к фотоаппарату. Стойка с "башмаком" иногда снабжается эргономическим выступом, позволяющим надёжно удерживать всю конструкцию двумя руками.

Флэш-брекет

Поскольку съемка с использованием внешней вспышки производится, как правило, в условиях плохой освещенности, некоторые модели вспышек оборудованы инфракрасным прожектором, обеспечивающим подсветку, облегчающую работу автофокуса камеры. В некоторых случаях для подсветки автофокуса используется слабый импульс встроенной вспышки, хотя данное решение более характерно для цифровых зеркалок со сменной оптикой - в любительских камерах с этой целью применяются специальные лампы на передней панели.

При использовании дополнительной вспышки в автоматическом, а не TTL-режиме следует помнить, что иногда разработчики камер и производители вспышек немного по-разному интерпретируют экспопараметры, благодаря чему кадры могут получаться "недодержанными" или "пересвеченными". Впрочем, для решения этой проблемы необходимо лишь указать скорректированное значение чувствительности и диафрагмы.

Сложнее обстоит дело при неправильном балансе белого, который иногда наблюдается при съёмке с внешней вспышкой - при этом кадры, как правило, становятся заметно "холоднее", чем требуется. Для борьбы с этим явлением ряд камер снабжается дополнительным режимом обсчета цветового баланса, который называется "вспышкой" (flash, speedlite). При его использовании "точка белого" смещается в "теплую" сторону. Если же такого режима нет, следует подобрать другую вспышку, или поэкспериментировать с установкой светофильтров на объектив фотоаппарата (правда, в этом случае возможны сильные искажения натуральных оттенков). Однако в таком "охлаждении" могут быть и плюсы - подавляющее число помещений освещается лампами накаливания, смещающими "точку белого" в "тёплый" диапазон. Более того, иногда лишь применение корректирующего "холодного" светового импульса (зачастую достаточно и встроенной вспышки) может привести цветовую гамму снимка в порядок.

Практически никогда не удаётся хорошо отснять со вспышкой объекты, находящиеся за стеклом - будь то аквариумные рыбки или экспонаты музея. Сильные блики от поверхности стекла вынуждают фотографа многократно менять положение осветителя и камеры, чтобы свести к минимуму количество отражённого света. Спасает лишь возможность сразу же увидеть результаты съёмки и удалить неудачные кадры.

Особо сложный режим при съёмке со вспышкой - это макросъёмка. В большинстве случаев у камеры не хватает "реакции" на то, чтобы вовремя остановить свечение вспышки. Если же процессор фотоаппарата для этого достаточно быстр, то может возникнуть другое ограничение - затенение миниатюрного объекта съёмки "хоботом" объектива.

Вспышка с кольцевой лампой

В целом же рекомендуется вести макросъёмку со специальными импульсными осветителями, снабжёнными кольцевыми лампами. Вспышки такого типа охватывают "дульный срез" объектива и обеспечивают бестеневую подсветку объекта съёмки, в ряде случаев это устройство является единственным вариантом решения проблемы.

• Тенденции в цифровой фотографии.Часть 1 (Объективы)