Цифровой зеркальный фотоаппарат , DSLR ( англ. Digital single-lens reflex camera ) — цифровой фотоаппарат , построенный на основе принципа однообъективной зеркальной камеры , использовавшегося в плёночной фотографии . Понятие цифрового зеркального фотоаппарата подразумевает однообъективную схему, поскольку двухобъективная в цифровой фотографии широкого применения не нашла.

Историческая справка

Попытки создать портативные электронные устройства для записи неподвижных изображений начались сразу же после изобретения Уиллардом Бойлом и Джорджем Смитом прибора с зарядовой связью в 1969 году . Однако, первые зеркальные видеофотоаппараты ( англ. Still Video Camera ), такие как Sony Mavica 1981 года , Canon RC-701 и Nikon Still Video Camera 1, появившиеся в 1986 году , не были цифровыми , поскольку основаны на аналоговой записи изображения в одном из стандартов цветного телевидения .

Первой зеркальной цифровой фотокамерой можно считать гибридное устройство Electro-Optic Camera, спроектированное электронным подразделением Kodak по заказу правительства США с использованием профессионального фотоаппарата Canon New F-1 . Основой стала созданная «Кодаком» чёрно-белая ПЗС-матрица M1, разрешение которой впервые превысило 1 мегапиксель . Она размещалась в блоке, закрепляемом на съёмной задней крышке фотоаппарата, единственный экземпляр которого выпущен в 1988 году и эксплуатировался военными. В дальнейшем созданы ещё две подобные камеры Tactic Camera для оборонных задач .

Полученные гибриды оказались слишком громоздкими и неудобными, и следующим этапом через год стала разработка проектов IRIS для фотожурналистов и Hawkeye II для военных . Оба прототипа создавались на основе зеркального фотоаппарата Nikon F3 , но чёрно-белый IRIS не нашёл спроса на рынке новостной фотографии. Часть военных приставок комплектовалась новой матрицей М3 с фильтром Байера , ставшей первой цветной матрицей с разрешением более 1 мегапикселя . Она же стала основой для первого коммерчески успешного и серийно выпускавшегося цифрового гибрида Kodak DCS 100 , также собранного вокруг фотоаппарата Nikon F3 HP. Гибрид, выпущенный в 1991 году , состоял из цифрового задника с ПЗС-матрицей, подключённого кабелем к внешнему блоку, носимому на плече . Внешний блок DSU ( англ. Digital Storage Unit ) содержал 3,5-дюймовый жёсткий диск ёмкостью 200 мегабайт , на который записывались снимки, формируемые приставкой к фотоаппарату. При этом задник мог быть отстыкован и фотоаппарат вновь становился пригодным для съёмки на плёнку. Устройство стало первым ориентированным на совместную работу с компьютером , а не видеомагнитофоном , как это было в большинстве предыдущих разработок других производителей .

Перечисленные гибриды создавались гражданским ( англ. Professional Photography Division ) и оборонным ( англ. Federal Systems Division ) подразделениями Kodak независимо от «Никона», выпустившего совместно с NASA цифровой Nikon F4 ESC NASA с задником, оснащённым чёрно-белой матрицей в 1 мегапиксель . Дальнейшие разработки были сосредоточены в компаниях Fujifilm , Sony и гражданском секторе компании Kodak, с 1994 до 1998 года выпустившей более компактные устройства серии DCS, стыкующиеся с фотоаппаратами Nikon F801, Nikon F90 и Canon EOS-1N . Все эти разработки стали промежуточным этапом перед созданием полноценных цифровых зеркальных фотоаппаратов неразъёмной конструкции. К началу 2000-х годов Canon и Nikon создали профессиональные линейки фотоаппаратов Canon EOS-1D и Nikon D1 , основой при проектировании которых послужили предыдущие опыты с гибридными камерами. Возможность замены плёнки цифровым задником с матрицей осталась только в среднеформатных зеркальных фотоаппаратах, предназначенных для студийной съёмки.

Появление цифровых зеркальных фотоаппаратов потребительского уровня можно отнести к концу 2003 года , когда начались массовые продажи камеры Canon EOS 300D , стоимость которой впервые оказалась ниже символической границы в 1000 долларов . Все предыдущие образцы, стоившие первоначально в диапазоне от 5 до 20 тысяч долларов, можно отнести только к профессиональному сегменту рынка. С началом продаж для массовой публики цифровые зеркальные фотоаппараты начали бурно развиваться, повышая разрешающую способность матриц, их размеры и скорость обработки данных. Постепенно качество цифровой фотографии оказалось сопоставимым с классической плёночной, а персональные компьютеры стали доступны массовому покупателю. С середины 2000-х годов цифровая аппаратура практически полностью вытеснила плёночные аналоги, прежде всего в сфере фотожурналистики, традиционно ориентированной на зеркальный видоискатель. В любительской фотографии с начала 2010-х годов зеркальный видоискатель начал вытесняться беззеркальными фотоаппаратами со сменной оптикой, а также камерафонами . Так, если в 2012 году в мире продано более 16 миллионов цифровых зеркальных фотоаппаратов, к 2017-му эта цифра снизилась более, чем вдвое, составив 7,5 миллионов .

Особенности конструкции

Главными достоинствами зеркальных фотоаппаратов по сравнению с другими типами цифровой аппаратуры считается возможность использования сменной оптики, дающей такое же изображение как на плёночных аналогах, и матрица относительно больших размеров, обеспечивающая высокое качество цифрового изображения . Совершенствование электронных технологий визирования сводит к минимуму главное преимущество зеркальной схемы: наличие беспараллаксного оптического видоискателя, дающего изображение, идентичное получаемому в фокальной плоскости .

Фазовый автофокус

Главным преимуществом зеркальных фотоаппаратов, по сравнению с беззеркальными считается возможность использования фазового автофокуса. Это наиболее быстрая и точная технология из всех существующих, однако для её работы необходимо наличие оптического тракта, направляющего свет от объектива на отдельный датчик. Такой принцип легко осуществим в однообъективных зеркальных фотоаппаратах при помощи основного и вспомогательного зеркал, но сопряжён с большими сложностями в беззеркальных конструкциях, производящих автофокусировку непосредственно по изображению, формируемому матрицей . При этом используется сравнение его контраста при разных положениях объектива. Для повышения скорости фокусировки беззеркальных фотоаппаратов некоторые производители интегрируют фазовые датчики непосредственно в светочувствительную матрицу, но быстродействие автофокуса зеркальных фотоаппаратов до сих пор остаётся непревзойдённым .

Использование варианта зеркальной схемы с неподвижным полупрозрачным зеркалом позволяет применять фазовый принцип автофокуса в режиме « Live View », в том числе при видеозаписи, но при этом необходимо тщательное поддержание чистоты дополнительной оптической поверхности, не защищённой, в отличие от матрицы, даже затвором от пыли и загрязнений . Кроме того, наличие полупрозрачного зеркала снижает светосилу всей системы и уменьшает яркость изображения в видоискателе. По такой схеме построена линейка фотоаппаратов Sony Alpha SLT .

В 2015 году Sony предложила ряд технологий, позволяющих реализовать в беззеркальных аппаратах быстрый гибридный автофокус, использующий ряд специальных микролинз и выделенные пиксели по принципу, сходному с фазовым автофокусом .

Размер матрицы

Светочувствительные матрицы , устанавливаемые в цифровых зеркальных камерах, значительно превосходят по физическим размерам сенсоры компактных фотоаппаратов . Большой кадр позволяет использовать элементарные фотодиоды увеличенных размеров при том же их количестве, определяющем разрешение . В результате возрастает качество изображения: снижаются шумы при тех же значениях светочувствительности , и расширяется динамический диапазон . Матрица типичной цифровой зеркальной камеры потребительского класса имеет формат APS-C (22×15 мм), однако наблюдается тенденция увеличения сенсора до полнокадрового ( Canon EOS 6D , Sony A99 ) .

Матрицы профессиональных фотокамер несколько больше — формата APS-H (серия Canon EOS-1D ), но могут достигать размеров «классического» малоформатного кадра размером 24×36 мм ( Canon EOS 5D Mark III , Canon EOS-1D X Mark II , Nikon D5 ) и даже превосходить его ( Leica S2 , Mamiya 645D или Hasselblad HxD -серий), что позволяет добиваться отличной цветопередачи и отношения сигнал/шум . Размер матриц компактных цифровых камер, как правило, не превышает 7,2×5,3 мм (формат 1/1,8″) и в большинстве своём составляет 4,5×3,4 мм (формат 1/3,2″), давая площадь в 56,5 раз меньше, чем малоформатный «полный» кадр (864 и 15,3 квадратных миллиметров соответственно) . Приемлемый уровень шумов и качество изображения такие матрицы могут обеспечить только при минимальных значениях ISO и ярком освещении.

В то же время, небольшие матрицы позволяют конструировать более компактную и лёгкую оптику с большой светосилой . Так, кратность и светосила зум-объективов компактных камер обычно недостижимы для оптики, рассчитанной на малоформатную матрицу или плёночный кадр. Телеобъективы , предназначенные для небольшого размера кадра, также гораздо компактнее и светосильнее крупноформатных аналогов. Это преимущество миниатюрных матриц используется в псевдозеркальных цифровых фотоаппаратах , обычно оснащаемых несъёмным компактным « суперзумом » большой кратности, перекрывающей значительную часть диапазона фокусных расстояний, используемых в повседневной практике съёмки . Такие фотоаппараты, более дешёвые, чем зеркальные, занимают существенную часть рынка аппаратуры для фотолюбителей, вытесняя более сложные в обращении DSLR. Кроме того, несъёмная конструкция объектива исключает попадание пыли и загрязнений на поверхность матрицы, неизбежное в зеркальных фотоаппаратах со сменной оптикой.

Характер изображения

Несмотря на важность физических характеристик матриц большого размера, более существенным преимуществом зеркальной аппаратуры считается характер изображения, создаваемого объективами от малоформатных фотоаппаратов . Фотообъективы обладают относительно большими фокусными расстояниями по сравнению с оптикой видеокамер и компактных фотоаппаратов. В результате, при тех же углах поля зрения и относительных отверстиях , глубина резко изображаемого пространства получаемого изображения значительно меньше, чем в миниатюрных форматах, что предоставляет возможность использования традиционных в профессиональной фотографии приёмов, позволяющих подчеркнуть глубину пространства и отделить основной объект съёмки от фона.

Ещё одним важным обстоятельством считается принципиально более высокое качество оптического изображения , напрямую зависящее от физического размера кадра вследствие дифракционного ограничения любых оптических систем . Другими словами, как и в плёночной фотографии, качество напрямую связано с размером кадра, независимо от разрешения светочувствительного элемента. По этим причинам максимальная детализация достижима в современной цифровой фотографии только при помощи цифровых задников среднего формата или зеркальных фотоаппаратов с полнокадровой матрицей.

В то же время, появление нового класса беззеркальных фотоаппаратов в конце 2000-х годов, разрушило монополию «зеркалок» на матрицу большого размера . Некоторые типы таких фотоаппаратов оснащаются матрицами размера Микро 4:3 и APS-C , а вскоре после них появилась «Sony A7», с полнокадровой матрицей .

Оптический видоискатель

Принципиальным отличием цифровых зеркальных фотоаппаратов от остальных типов цифровых камер является зеркальный видоискатель , который считается наиболее совершенным из всех оптических и обладает такими преимуществами, как полное отсутствие параллакса , возможность визуальной оценки глубины резкости и точное совпадение границ кадра с полем зрения любых сменных объективов, в том числе зумов . Кроме того, это единственный тип оптического визира, пригодный для съёмки через оптические приборы, макросъёмки и использования специальной оптики, в том числе шифт-объективов . В отличие от дальномерных фотоаппаратов , точность ручной и автоматической фокусировки с помощью зеркального видоискателя не зависит от фокусного расстояния объектива . По сравнению с компактными цифровыми фотоаппаратами зеркальные обеспечивают более высокое быстродействие и удобство управления изображением, видимым без электронного преобразования со всеми оптическими нюансами.

К недостаткам зеркального видоискателя можно отнести его громоздкость и сложность, особенно заметные в сравнении с новейшими беззеркальными камерами . Кроме того, наличие подвижного зеркала затрудняет конструирование короткофокусной оптики из-за необходимости удлинения заднего отрезка . Ретрофокусная конструкция широкоугольных объективов для зеркальных камер считается менее совершенной, чем симметричная, используемая во всех остальных типах аппаратуры. Быстрое движение зеркала непосредственно перед съёмкой приводит к вибрациям, недопустимым в момент экспозиции . Сложность фокусировочного тракта и наличие дополнительных оптических элементов высокой точности, таких как пентапризма и фокусировочный экран приводят к удорожанию всей конструкции . Взаимное расположение элементов видоискателя и модуля автофокуса требует точной юстировки , от которой зависит корректность ручной и автоматической фокусировки. Ещё одним недостатком зеркального видоискателя является ограничение максимальной частоты серийной съёмки за счёт инерционности зеркала и его приводов .

В то же время, электронный видоискатель беззеркальных цифровых камер обладает теми же достоинствами, что и зеркальный, отображая будущий снимок на жидкокристаллическом дисплее . Традиционные недостатки такого видоискателя — перегрев фотоматрицы с ухудшением изображения, невысокое разрешение дисплея и его возможная засветка ярким освещением — к началу 2010-х годов преодолены за счёт многократно улучшившихся характеристик фотоматриц, TFT-экранов и их удешевления. А использование электронного видоискателя окулярного типа предотвращает засветку и приближает технологию съёмки к традиционной «зеркальной». Запаздывание электронного изображения, заметное на первых моделях компактной аппаратуры, с повышением быстродействия процессоров сведено практически к нулю . В то же время, задержка срабатывания затвора современных беззеркальных фотоаппаратов сопоставима с зеркальными, у которых этот параметр также превышает показатели дальномерных и шкальных камер из-за наличия подвижного зеркала. Такое достоинство оптического видоискателя, как энергонезависимость, в цифровых устройствах второстепенно, однако значительно снижает энергопотребление, особенно в режиме ожидания.

Режим Live View

Использование электронного видоискателя в цифровых зеркальных фотоаппаратах классической конструкции невозможно из-за того, что светочувствительная матрица во время визирования закрыта затвором и зеркалом, обеспечивающим работу оптического визира. В январе 2006 года компания Olympus представила зеркальную камеру E-330 , в которой впервые реализована возможность кадрирования по изображению, получаемому не с дополнительной матрицы, размещённой в оптическом тракте видоискателя, а с основной . Для этого фотоаппарат переводится в режим, получивший торговое название «Live View». В этом режиме визирование осуществляется при поднятом зеркале и открытом затворе так же, как во всех других типах цифровой аппаратуры. Оптический видоискатель в этом случае не работает, поскольку закрыт поднятым зеркалом . Непосредственно перед съёмкой затвор закрывается и затем производит одну или несколько экспозиций, в зависимости от установленного режима протяжки. Зеркало остаётся поднятым до тех пор, пока не выключен режим «Live View».

Наличие такого режима позволяет повысить удобство визирования, в том числе с помощью поворотного дисплея, и делает зеркальный фотоаппарат пригодным для видеосъёмки. Кроме того, становится доступным ещё одно достоинство электронного видоискателя: дистанционное визирование на экране компьютера . Самые современные модели могут выводить изображение на экран внешнего смартфона , подсоединяемого по беспроводным протоколам . Однако, при включении режима резко возрастает энергопотребление и разогрев матрицы, а также теряется большинство преимуществ оптического видоискателя перед электронным, прежде всего — фазовый автофокус. В первых устройствах, например, Canon EOS 5D Mark II , при включении режима автофокусировка была вообще невозможна, поскольку при поднятом зеркале свет не доходит до датчика. В последующих моделях этот недостаток устранён за счёт использования контрастного автофокуса, но его быстродействие значительно ниже, чем фазового, работающего в стандартных режимах съёмки. Кроме того, штатный TTL-экспонометр оказывается неработоспособным из-за того, что его сенсор перекрыт поднятым зеркалом. В этом случае включается альтернативный замер непосредственно матрицей. В настоящее время (2018 год) наличие технологии «Live View» считается обязательным не только в зеркальной аппаратуре потребительского класса, но и в профессиональной .

Сменная оптика

Возможность использовать сменную оптику без ограничений, доступность макросъёмки , а также специальных видов съёмок через оптические приборы, такие как микроскоп , телескоп или эндоскоп — основные факторы, способствующие популярности цифровых однообъективных зеркальных камер, пригодных для любых прикладных задач .

Поскольку конструкция большинства цифровых зеркальных фотоаппаратов основана на плёночных прототипах, используются те же объективы и стандарты их крепления, с учётом кроп-фактора из-за малого размера матрицы . Для компенсации условного «удлинения» фокусного расстояния, основные производители разработали новые стандарты, совместимые с предыдущими: например, Canon запустил новую линейку фотоаппаратов и объективов стандарта EF-S , основанную на плёночном Canon EF . Новый байонет без ограничений принимает оптику старого стандарта, но обратная совместимость ограничена, особенно для короткофокусной оптики из-за её укороченного заднего отрезка . Аналогичным образом устроен стандарт Nikon DX , за исключением заднего отрезка, оставшегося неизменным . Кроме того, новые объективы могут содержать усовершенствованные электронные схемы ( электромагнитная прыгающая диафрагма , оптический стабилизатор и т. д.), которые не работоспособны со старыми камерами. Большая часть такой оптики имеет уменьшенное поле изображения объектива , рассчитанное на маленькую матрицу, и их установка на полнокадровую камеру приводит к виньетированию по углам кадра.

Производители

• Canon
• Fujifilm
• Victor Hasselblad
• Kodak
• Konica Minolta
• Leica
• Mamiya
• Nikon
• Olympus
• Panasonic
• Pentax
• Phase One
• Samsung
• Sony
• Sigma

См. также

• Однообъективный зеркальный фотоаппарат
• Цифровой задник
• Видеофотоаппарат
• Кроп-фактор

Примечания

Источники

Литература

• Фомин А. В. Глава I. Фотоаппараты // / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.,: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 32—41. — 256 с. — 50 000 экз.

• Н. Д. Панфилов, А. А. Фомин. II. Классификация фотоаппаратов // . — М.,: «Искусство», 1985. — С. —82. — 367 с.

Ссылки