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