Эволюция фотосъёмки: как менялись технологии с течением времени
Попытки создания фотоаппаратов начались ещё в начале XIX века. Самая старая фотография — «Вид из окна в Ле Гра» — датируется 1826 годом, то есть ей скоро исполнится 200 лет. Технологии тех лет были примитивными — для запечатления фотографий использовалось громоздкое оборудование и достаточно опасные реактивы. В первый камерах-обскурах использовались пары нагретой ртути, что явно не шло на пользу фотографу. Последующие модификации были хоть и не такими вредными, но всё ещё представляли опасность для фотографа.
Одна из главных проблем первых фотоаппаратов — это долгое проявление изображения на негативе. Из-за этого качественные изображения получались только при полной неподвижности объектов в течение нескольких секунд. Даже современные камеры смартфонов смазывают изображение при высокой скорости объектов, что уж говорить о фотоаппаратах тех времён. Чтобы получить портрет, людям приходилось стоять в неподвижных позах несколько минут. И это ещё одно объяснение тому, почему на фотографиях XIX века сложно найти улыбающиеся лица: попробуй постоять хотя бы минуту с натянутой улыбкой — поймёшь, насколько это сложно.
Возможно, ты застал времена плёночных фотоаппаратов, в которые вставлялась катушка плёнки на 24 кадра (или более, в зависимости от производителя и вида плёнки). Так вот, такая плёнка появилась только в начале XX века, а до этого использовались стеклянные или целлулоидные подложки. То есть сделать более одного кадра в несколько минут возможности не было.
Двадцатый век
В начале века всё ещё активно использовалась чёрно-белая съёмка. Эксперименты с созданием цветной съёмки велись ещё с середины XIX века, но с переменным успехом, и только в начале XX века получилось создать более-менее нормальное отображение цветов. Более-менее, потому что плёнка тех времён отображала цвета не совсем корректно. Но в 1906 году технология цветной съёмки была доработана, и после этого фотоаппараты смогли снимать фотографии с вполне себе реалистичными цветами. В качестве примера можешь посмотреть работы известного русского фотографа Сергея Прокудина-Горского, который в том же 1906 году сделал множество цветных фотографий Самарканда и Бухары.
Ну и, конечно, как не упомянуть моментальную фотографию, которая, как и плёнка Kodachrome, сделала революцию в искусстве фотографии. Над устройствами, способными делать моментальные снимки без необходимости их проявки, работали ещё до Второй мировой войны, но их массовый выпуск начался в 1948 году, когда компания Polaroid выпустила фотоаппарат Land 95. Как и все первые модели, вначале фотоаппараты для моментальной фотографии были весьма унылыми, так как разрешение фотографий было низким, цвета — не особо реалистичными, да и долговечностью снимки не отличались. Но к восьмидесятым годам такой тип съёмки стал самым популярным. Фотоаппараты для моментальной съёмки выпускали несколько брендов, но на территории бывшего СССР они запомнились именно как «полароиды». Ну и отметим, что моментальная съёмка почти полностью была уделом любителей — профессионалы предпочитали плёнку, которую нужно было проявлять в фотолабораториях, так как там и разрешение выше, и цвета реалистичнее. Ну и долговечность.
Наши дни
Как ни странно, но цифровые фотоаппараты — это не изобретение 2000-х годов. Первые экспериментальные образцы появились ещё в 70-х годах в лабораториях небезызвестной Eastman Kodak. Цифровая камера подразумевает запись на носитель, и тогда это была кассета. Если кто из читателей не в курсе, тогда вместо флешек, SSD и жёстких дисков была обычная плёнка, и даже программы для компьютеров воспроизводились с кассеты. Массовые же цифровые фотоаппараты появились только в конце восьмидесятых, и фотографии записывались уже на съёмную карту SRAM, которая, к слову, была энергозависимой, то есть оперативной памятью. Нет питания — фотографии стёрлись. В конце девяностых появились первые цифровые зеркальные фотоаппараты. Стоимость на тот момент — как у неплохого автомобиля среднего класса.
И только в начале 2000-х годов появился первый цифровой зеркальный фотоаппарат Canon EOS 300D, который не стоил как крыло от боинга. Разрешение этого фотоаппарата составляло 6,3 мегапикселя, устройство имело КМОП-матрицу, интеллектуальную автофокусировку и другие достоинства, которые на тот момент были передовыми технологиями. Съёмка производилась на CompactFlash — флеш-память от SanDisk. В те времена флешки на 128 мегабайт были как сейчас примерно на столько же, но уже гигабайт, но даже этого объёма было достаточно для съёмки нескольких десятков качественных (по тем меркам) изображений. Ну и с этого момента японские компании пнули под известное место американцев и захватили рынок цифровых фотоаппаратов. С середины 2000-х фотоплёнка ушла на заслуженный отдых, и теперь с ней работают только профессиональные фотографы и хипстеры, которые снимают «те самые ламповые кадры».
Постепенная миниатюризация устройств позволила встроить высококачественные камеры в те же смартфоны, и теперь любой владелец флагманского телефона может ощутить себя профессиональным фотографом, делая качественные снимки своими двумя, тремя, четырьмя (и сколько же ещё там вставят?) объективами.
И как же, говоря о фотографиях, не упомянуть о селфи. Думаешь, что селфи изобрели инстаграмщики? Первыми селфи можно считать автопортреты, а потом и фотографии XIX века, где фотографы делали снимки своих лиц и отправляли сии фотокарточки барышням, дабы те оценили их шарм. Помнишь те селфи-камеры из 2000-х? Их качество было номинальным, соответствующим передовым технологиям Викторианской эпохи. Делались они для видеоконференций — там суть была не в качестве, а в видимости собеседника. Постепенно они совершенствовались, и сейчас селфи-камеры ничем не хуже основных. Есть даже устройства для селфи, которые представляют собой дрон, например AirSelfie2 Power Edition с компактными габаритами (как смартфон) и мощной камерой на 12 мегапикселей, снимающей в 1080p. Ну а раз это дрон, то он и летать может, причём до 20 метров в высоту. Кстати, у нас такое устройство есть, и оно поднимается достаточно высоко. Не знаем, как на 20 метров, линейку не ставили, но на уровень головы (что и требуется для селфи) поднимается без проблем. AirSelfie2 Power Edition управляется со смартфона по Wi-Fi. Ну а для зарядки используется зарядный кейс на 10 тысяч мАч. В устройство встроено 16 гигабайт памяти, которой вполне достаточно для тысяч фотографий в FullHD-разрешении. Вот уж точно XXI век — век цифровых технологий. Представляем, какие бы фотографии получались у великих мастеров, вынужденных творить в XIX–XX веках, будь у них в руках такие технологии!
Эволюция цифровой фотографии
Мы в ЛАНИТ любим фотографию. Не какое-то конкретное фото, а сам вид искусства. Так, Inventive Retail Group (часть нашей группы) проводит фотовыставки в рамках проекта re:Store digital art (здесь статья об одной из экспозиций, а здесь информация о действующей выставке), а также мы организуем успевшие стать традиционными фотоконкурсы среди сотрудников.
В этом посте мы расскажем о том, как развитие информационных технологий стало стимулом к дальнейшему развитию фотографии. Конечно, говорить будем только о цифровой фотографии, иначе велик риск докопаться в бездне времен до дагерротипов и камеры-обскуры.
Поэтому за точку отсчета предлагаем взять 1970 г., когда на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС) был создан прототип первого видеофотоаппарата.
ПЗС против КМОП
Итак, в 1969 г. два находчивых гражданина США Джордж Смит и Уиллард Бойл изобретают сам прибор с зарядовой связью, и уже год спустя в 1970 г. они смогли фиксировать изображения при помощи ПЗС-линеек. Логичным продолжением этого стало создание ПЗС-матриц.
Примерно в то же время создаются CMOS-матрицы (они же КМОП, комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, но даже для русского уха, судя по по всему, CMOS оказался милее). Тогда, в конце 1960-х, CMOS уже показывали приемлемый уровень светочувствительности, но у ПЗС этот уровень был куда выше. Как, впрочем, и качество выдаваемого изображения.
На этом этапе в дело вступил самый главный двигатель развития технологий — деньги. Правильный бюджет в правильных руках иногда творит чудеса. Руки принадлежали Кадзуо Ивама, опытному инженеру и главе Sony, а бюджет, как можно догадаться, — Sony. Корпорация тогда делала видеокамеры и заметила хорошую возможность. Она начала вкладываться в ПЗС весьма резво, чтобы вытянуть технологию на новый уровень и поставить в свои видеокамеры такие матрицы, что закачаешься.
Работали японцы активно. Уже через 5 лет, в 1975 г., внедрение ПЗС-матриц в производство стало очень активным. А через 14 лет, в 1989 г., ПЗС-матрицы являлись нутром почти всех видеокамер в мире (97%).
Кадзуо так активно развивал технологию, что после смерти на его надгробной плите установили микросхему ПЗС в память о достижениях.
Норио Ога, президент Sony с 1982 по 1995, установил ПЗС-чип на надгробной плите Кадзуо, чтобы в очередной раз подчеркнуть вклад, который тот внёс в развитие технологии и самой корпорации. Источник — официальный сайт Sony
В этом же 1975 году ребята из Kodak сделали первый в мире бесплёночный фотоаппарат с ПЗС-матрицей на 0,01 Мпикс. (по текущим меркам, так как сам термин «мегапиксель» тогда еще не существовал).
Стиву и его коллегам пришлось решать сразу несколько проблем, как и подобает истинным первопроходцам. И все они связаны с хранением подобных изображений. Решено было использовать новый (по тем временам) процесс, называемый цифровизацией (это когда электронные импульсы преобразуются в числа. Когда с этим разобрались, всплыла вторая задача — как теперь все это нормально сохранять в оперативной памяти, чтобы потом нормально переносить информацию на магнитную ленту. В итоге свет увидела первая цифровая камера, в состав которой входил портативный кассетный магнитофон, аналого-цифровой преобразователь, 16 батареек (никель-кадмиевых) и десятки цепей на 6 платах.
Качество снимков для того времени, учитывая как возможности самой фотокамеры, так и экранов, с которых просматривали снимки, можно оценить как вполне себе неплохое.
В 1981 году в Sony создают видеофотоаппарат Mavica (это штуковина, которая писала статичные изображения на видеокассеты, тогда это было нормальным).
CMOS не отставала, и уже в начале 1990-х был первый скачок технологий, который хорошо помог этому виду матриц: субмикронную фотолитографию прокачали до уровня, который позволил использовать в CMOS-сенсорах более тонкие соединения. Благодаря этому ощутимо подросла светочувствительность (больший процент облучаемой поверхности матрицы).
А потом в дело вступил еще один гигант с таким же гигантским бюджетом, тягой к знаниям и усовершенствованию технологий — NASA.
Именно здесь в 1993 г. создали активно-пиксельный датчик (APS), что и позволило матрицам CMOS стать такими, какими мы их знаем.
Лаборатория реактивного движения прекрасно оправдала свое название даже в этом — после создания APS-матрицы CMOS стали полноценной альтернативой CCD (ПЗС). Свои плюсы и минусы есть у каждой из технологий, но главными преимуществами CMOS считаются более низкое энергопотребление и не такая сильная боязнь точечного света. А тут еще спецы Sony, поняв, что CMOS — тоже штука неплохая, которую можно развивать не хуже, чем ранее CCD, прокачали технологию с помощью Backlight illumination.
Интересующимся — статья CMOS vs CCD (на английском).
Все это делало технологию доступнее для производства, а значит, и сказывалось на цене в сторону, удобную для покупателя. Фотоаппаратов и видеокамер с такими матрицами становилось все больше и больше, а сами они доступнее, что помогало обзавестись неплохим инструментом даже начинающему фотографу. А как только цифровики стали доступнее, они очень резво вытеснили пленочники с рынка.
Мегапиксели и карты памяти
Сам термин «мегапиксель» придумали в Kodak, когда в 1986 г. сделали промышленную монохромную ПЗС-матрицу на 1,4 Мпикс. Это сейчас нормально, что у человека в смартфоне 20 Мпикс. А то и больше.
Например, Huawei mate 20 Pro. Три основных камеры — 40+20+8 MP (прекрасный чехол с Арнольдом можно приобрести тут).
Лет 20 назад все было немного иначе.
1991 г. — Kodak вместе с Nikon делают Kodak DCS100, первую цифровую зеркалку.
Kodak DCS100 с надписью Nikon. Почему так — см. далее
Штука под фотоаппаратом — это то, что раньше использовали вместо SD-карт. Это Digital Storage Unit, на котором зеркалка хранила все сделанные фотографии. Ну ОК, не все, а сколько помещалось на 200 мегабайт 3,5-дюймового харда. Порядка 156 фото без сжатия или 600 со сжатием. Витой шнурок как у проводных телефонов давал возможность поставить storage kit на стол или полку в процессе съемки, или вообще аккуратно положить его в рюкзак за спиной. Экранчик позволял посмотреть, получилось фото или не особо, а еще можно было поставить внешнюю клавиатуру и дописывать к фото полезные описания или хэштег #nofiltres.
Вопрос с корпусами решался довольно просто. Тогда не было промышленных заказов на цифровые фотоаппараты, соответственно, корпуса массово не выпускались, а печать их в качестве прототипов на 3D-принтерах затруднялась из-за отсутствия 3D-принтеров. Поэтому ребята просто брали корпуса от имеющихся пленочных фотокамер, и на их базе творили будущее. В этом случае тушкой стал легендарный пленочный Nikon F3. Оставалось лишь навесить на нее матрицу, аккумулятор и прочее высокотехнологичное добро.
Обратите внимание на самую нижнюю часть фотоаппарата.
В этом черном футлярчике помещалась память, 5 плашек DRAM на 1 мегабайт, что позволяло хранить вне Storage Kit целых 4 (четыре) полноразмерных фотографии.
Кстати, о сжатии. Технологию JPEG-сжатия статических цифровых изображений утвердили в качестве рекомендации Т.81 в 1998. Формат CF (CompactFlash) для хранения этого графического добра создала SanDisk. Эволюция формата касалась главным образом изменений ТТХ в части скорости записи изображения и емкости самого накопителя, а также количества пинов в самой карте.
И хотя сейчас прогресс у этих карт дошел до своего максимума (можно пойти и купить карту на 512 гигабайт с хорошими показателями чтение-запись), но по ряду параметров они все же уступают SD-картам. SD — это такая вещь в себе, которая довольно монолитна и которую сложно испортить, попытавшись вставить в ридер или фотоаппарат не под тем углом, а вот CF в этом случае может пострадать (пины погнутся, например). Ну и, собственно, размер самой карты.
Весила система хранения снимков вместе с аккумуляторами 3,5 кг. Все вместе с фотокамерой — 5 кг. Становится понятно, почему среди тогдашних фотографов было так мало откровенно хилых парней.
Сами снимки подобные фотоаппараты выдавали вполне себе приемлемого качества, если учитывать, что это просто тушка от пленочника, из которой сделали цифровик, просто добавив матрицу и несколько плат.
Сейчас совсем бюджетные китайские смартфоны иногда снимают хуже, чем первые цифровые камеры, которым сейчас больше 30 лет. Все фото — 640*480 пикс., четверть от максимального разрешения фотокамеры (больше фото здесь).
Существовали и вот такие системы хранения снимков — не такая здоровенная, но все равно тяжелая алюминиевая штуковина.
16 мегабайт и возможность хранить 12 полноразмерных фотоснимков или 48 снимков разрешением 640х480 пикс. Полные ТТХ можно посмотреть тут.
Canon EOS DCS 1 (он же — Kodak Professional EOS-DCS 1)
Сейчас более диким является не тот факт, что эта штука стоила порядка 40 000 долларов (2 482 420 рублей на момент публикации статьи), а то, что на одном гаджете стоят шильдики конкурентов.
Так или иначе на фото — рекордсмен по мегапикселям на 1995-й год. Тут их целых 6, матрица формата APS-H.
А в нулевых техника дошла уже до 20 Мпикс. Как до своего рода стандарта для продвинутых фотокамер. Конечно, были и мыльницы с куда меньшим разрешением.
Сравнение размеров матриц, Википедия
Шли годы. Компании продолжали совершенствовать матрицы, принимали новые стандарты (в плане размеров матриц для фотоаппаратов и форматов хранения файлов). Самих фотокамер становилось все больше. Цены на профессиональную технику стали хотя бы частично напоминать доступные.
Мобильная фотография
И уж совсем упростили процесс смартфоны. Начиналось все то же на цифрах, которые сегодняшнему читателю показались бы смешными.
Первый камерофон ожидаемо был японским. Бытует стереотип, что первыми были Nokia. Нет, у них просто был один из первых известных и с неплохой камерой, N8 — 12 Мпикс. в телефоне на момент 2010 г. это было вообще ух. А еще был первый европейский камерофон, 7650, который сразу снимал в jpeg 640х480 и мог передавать только что снятые фото по MMS.
Но если рассматривать историю пошагово, то сначала это был телефон от Kyocera (да, да, не только принтеры).
Википедия. VP-210, 0,1 Мпикс., 1999 г.
Затем свой камерофон сделали в Sharp.
2000 г., почти аналогичная камера. Обратите внимание на зеркальце на задней панели — прошло почти 20 лет, а эту идею снова пытаются поставить на конвейер.
2018, LG и их смартфон с 16 фотокамерами (подробнее).
Дальнейшее развитие не заставило себя ждать — ряд мобилок с одномегапиксельными фотокамерами от разных вендоров, затем прорыв в виде 8 Мпикс. в телефоне от Samsung, G800, а потом и Nokia 808 PureView с сенсором на 41 Мпикс. и Lumia 920 с настоящей оптической стабилизацией.
Сегодня
Сейчас почти у каждого в кармане смартфон, чьи фотографические возможности вполне себе сравнимы с цифровыми мыльницами среднего и верхнего ценового диапазонов. А некоторые топовые модели снимают почти как зеркалки, хоть для боке и используется софт, а не характеристики самой фотокамеры.
Здесь можно долго спорить, что же лучше и для каких задач — фотокамера топового смартфона, зеркалка или беззеркалка. У каждого вида фотоаппарата всегда будет своя целевая аудитория и спектр задач, который можно решить только этим видом техники.
Главное — в другом. Фотография как процесс, как искусство стала более чем доступна. Тысячи людей создают прекрасные фотоснимки благодаря смартфонам (и сотни тысяч других людей снимают на эти же смартфоны так, что снимать им не стоит вообще никогда). Учреждаются вполне профессиональные конкурсы и выставки, посвященные мобилографии (собственно, как и упомянутая в начале поста выставка от Inventive Retail Group).
Фотографии стали занимать больше места в памяти устройств и больше места в нашей жизни. Все это время они эволюционировали вместе с техникой и софтом. Становились больше по разрешению и насыщеннее по цветам, получали добавочные плюшки (Live Photo, быстрое создание панорам, полноценные портретные режимы, целая куча предустановленных режимов для съемки еды, пейзажей, котов, детей).
Тягу к самовыражению через фото стимулируют и социальные сети — тот же Instagram, специально созданный для того, чтобы делиться удачными кадрами своей интересной жизни (или попытками выставить ее такой), множество других фотосервисов. Активный интерес к софту для обработки фото и видео (включая AR/VR) со стороны крупнейших игроков только подчеркивает этот факт.
Что характерно, различные приложения для обработки фото обычно носят хайповый характер. Те же PRISMA, MSQRD, Vinci оказались вполне себе забыты примерно через полгода, как и следовало ожидать. Народ вернулся к классике — обычным фото + все-таки именно к цифровой ретуши, нежели использования программ, полностью преображающих фотографию. Одно дело, когда твое фото превращается в стилизацию картины маслом, это даже занятно первые пару раз, другое дело — FaceTune, с помощью которого милые дамы могут в пару кликов удалить со снимка морщины, которые начинают появляться в самых неожиданных местах.
Не софтом единым — уже не первый год для любителей не просто делать снимки на фотоаппарат, но еще и сразу делиться ими в соцсетях, создаются гибриды вида «фотоаппарат-смартфон», где вроде и сама оптика неплохая (точно лучше, чем в среднем смартфоне), и в качестве софта сразу какой-нибудь Android с возможностью быстро публиковать снимки, делиться ими, выводить на экран телевизоров и прочее. Спорить о качестве таких девайсов можно долго, так как обычно там камера слабее, чем у «чистого» фотоаппарата за те же деньги, да и смартфонная часть обычно урезанная (специальная прошивка, на которую можно поставить далеко не все, к чему привык на смартфоне. В итоге — недосмартфон-недофотик.
Как бы то ни было, спрос на такое есть, и рынок не мог не отреагировать.
Самый известный из таких комбайнов — Samsung GALAXY Camera.
Здесь вам и неплохая (для таких размеров и тех времен) оптика, и Android, и 4G, что делает софтовую часть полезнее не только при наличии wifi.
Были еще Nikon Coolpix S800C и парочка Полароидов — SC1630 и iM1836.
Затем на какое-то время эти устройства впали в заслуженное забытье, потому что флагманские смартфоны стали снимать не хуже (ну разве что оптический зум пока поменьше), а весили в несколько раз меньше.
Осенью 2018 года китайцы решили возродить этот класс техники — умельцы из Yongnuo сделали беззеркалку со сменными объективами на Android.
Выглядит уже посерьезнее аналогов. Сенсор 16 Мпикс. Four tdirds и объективы от Canon EF, сенсорный экран на 5 дюймов, возможность записи видео в 4К, 3 гигабайта оперативки и даже камера для селфи. Камера пока продаётся в Китае с байонетом EF. Официальные продажи по всеми миру должны начаться в 2020 году.
Тренды
За трендами хорошо наблюдать не только на основании мнений большинства потребителей, но и на технологических выставках. Одним из главных посланий Photokina 2018 (в 2019 её решили не проводить) было — активно развитие беззеркалок.
Парни из Canon сделали EOS R с самой скоростной (по их заверениям) системой фокусировки, 0,05 с.
Это полнокадровая камера с такими характеристиками:
| Формат датчика изображения | Полнокадровый |
| Тип цветного светофильтра | Основные цвета |
| Очистка датчика изображения | Встроенная система очистки EOS |
| Эффективные пиксели | 30,3 Мпикс. |
| Тип датчика | 36 x 24 мм CMOS |
| Общее количество пикселей | Прибл. 31,7 Мпикс. |
| Соотношение сторон | 3:2 |
Цена — 220 000 руб (была на старте, сейчас можно взять за 135 000 руб — спасибо guryanov). Вишенкой на торте — новое крепление объективов, несовместимое с предыдущими.
Вечный конкурент не отстает — у Nikon теперь тоже есть полнокадровая беззеркалка с отличными характеристиками.
| Формат матрицы | FX (полнокадровая съемка) |
| Тип матрицы, размер | КМОП: 35,9 мм x 23,9 мм |
| Эффективное число пикселей | 45,7 млн |
| Процессор (АЦП) | EXPEED 6 |
Сам Z 7 + объектив 24-70/4 S обойдутся счастливому владельцу примерно в 304 000 рублей.
Что в итоге? В итоге теперь у каждой уважающей себя марки есть топовые полнокадровые беззеркалки — см. Sony α9 и полный кадр от Sigma. А теперь подтянулись и Nikon c Canon. Судя по всему, компактность становится все более важным фактором при выборе хорошей оптики.
Полный кадр — почти у всех (Fuji, Olympus). Стабилизатор на матрице — почти у всех. В общем, еще вчерашние киллер-фичи становятся чем-то таким же привычным, как запись видео в 4К.
Не меняется только одно, и технологии тут (пока) бессильны. Главное в фотографии — чувство прекрасного и руки из плеч. Потому что иногда даже на бюджетный смартфон на Android можно поймать куда лучший кадр, чем на топовую зеркалку с объективом стоимостью в две таких зеркалки. А вот остальное — дело техники.
О «цифре» и Нобелевской премии
История изобретений подчас весьма причудлива и непредсказуема. Прошло ровно 40 лет с момента изобретения в сфере полупроводниковой оптоэлектроники, приведшего к появлению цифровой фотографии.
10 ноября 2009 года изобретатели Виллард Бойл (родился в Канаде в 1924 году) и Джордж Смит (родился в 1930 году) награждены Нобелевской премией. Работая в Лабораториях Белла, в 1969 году они изобрели прибор с зарядовой связью: ПЗС–сенсор, или CCD (Charge-Coupled Device). В конце 60-х гг. ХХ в. ученые обнаружили, что МОП–структура (соединение типа металл—окисел—полупроводник) обладает светочувствительностью. Принцип действия ПЗС-сенсора, состоящего из отдельных МОП-светочувствительных элементов, основан на считывании электрического потенциала, возникшего под влиянием света. Сдвиг заряда выполняется последовательно от элемента к элементу. ПЗС-матрица, состоящая из отдельных светочувствительных элементов, стала новым прибором для фиксации оптического изображения.
Виллард Бойл (слева) и Джордж Смит. 1974 г. Фото:: Alcatel-Lucent/Bell Labs
ПЗС-сенсор. Фото: Alcatel-Lucent/Bell Labs
Но для создания переносной цифровой фотокамеры на основе нового фотоприемника необходимо было разработать малогабаритные ее составляющие с низким электропотреблением: аналогово-цифровой преобразователь, процессор для обработки электрических сигналов, малый монитор высокого разрешения, энергонезависимый накопитель информации. Проблема создания многоэлементной ПЗС-структуры представлялась не менее актуальной. Интересно проследить некоторые этапы создания цифровой фотографии.
Первая ПЗС матрица, созданная 40 лет назад новоиспеченными Нобелевскими лауреатами, содержала лишь семь светочувствительных элементов. На ее базе в 1970 ученые из Bell Labs создали прототип электронной видеокамеры. Через два года компания Texas Instruments получила патент на «Полностью электронное устройство для записи и последующего воспроизведения неподвижных изображений». И хотя изображения хранились на магнитной ленте, а воспроизводить их можно было на экране телевизора, т.е. устройство, по сути, было аналоговым, в патенте давалось исчерпывающее описание цифровой камеры.
В 1974 году на ПЗС-матрице компании Fairchild (черно-белой, с разрешением 100х100 пикселов) создана астрономическая электронная фотокамера. (Пиксел – аббревиатура английских слов picture (pix-) картина и element (-el)– элемент, т.е. элемент изображения). Используя все те же ПЗС-матрицы, год спустя инженер Kodak Стив Сассон создал первую условно переносную камеру. Снимок размером 100×100 пикселов записывался на магнитную кассету в течение 23 секунд, а весила она почти три килограмма.
1975 г., прототип первой цифровой фотокамеры камеры Kodak в руках у инженера Стива Сассона.
В бывшем СССР также велись подобные разработки. В 1975 г. были проведены испытания телевизионных камер на отечественных ПЗС.
В 1976 году Fairchild запускает в производство первую коммерческую электронную камеру MV-101, использовавшуюся на конвейере для контроля качества продукции. Изображение передавалось на мини-компьютер.
Наконец в 1981 г. корпорация Sony объявила о создании электронной модели фотоаппарата Mavica (аббревиатура Magnetic Video Camera) на базе зеркальной камеры со сменными объективами. Впервые в бытовой фотокамере приемником изображения служила полупроводниковая матрица — ПЗС размером 10х14 мм с разрешением 570х490 пикселов. Так появился первый прототип цифровой фотокамеры (ЦФК). Она записывала отдельные кадры в аналоговой форме на носитель с металлизированной поверхностью — гибкий магнитный диск (эту двухдюймовую дискету назвали Mavipak) в формате NTSC и поэтому официально она называлась «статической видеокамерой» (Still video camera). Технически Mavica была продолжением линейки телевизионных камер Sony на основе ПЗС-матриц. На смену громоздким телекамерам с электронно-лучевыми трубками уже пришло компактное устройство на основе твердотельного ПЗС-сенсора – еще одно направление использования изобретения нынешних Нобелевских лауреатов.
С середины 80–х практически все ведущие фотобренды и ряд электронных гигантов проводят работы по созданию цифровых фотокамер. В 1984 г. компания Canon создает видеофотокамеру Canon D-413 с улучшенной вдвое по сравнению с Mavica разрешающей способностью. Рядом компаний разработаны прототипы цифровых фотокамер: Canon выпустила на рынок Q-PIC (или ION RC-250); Nikon — прототип ЦФК QV1000C с записью данных в аналоговом виде; Pentax продемонстрировала прототип ЦФК под названием PENTAX Nexa с трехкратным зум-объективом. ПЗС-приемник камеры выполнял попутно функции датчика экспозамера. Фирма Fuji представила на выставке Photokina цифровую фотокамеру Digital Still Camera (DSC) DS-IP. Правда, коммерческого продвижения она не получила.
Когда появились цифровые фотоаппараты в россии
Буму продаж цифровых фотокамер в начале 2000х и соответственно вымиранию традиционной пленочной фотографии предшествовали три десятка лет исследований и разработок. Лидером отрасли до конца 90-х годов была компания Kodak. Но не сумев вовремя соориентироваться на рынке и не выдержав конкуренции со стороны японцев, была вынуждена фактически уйти с рынка и пройти процедуру банкротства и реструктуризации.
17 октября 1969 г. — сотрудники Bell Laboratories Джордж Смит (George Smith) и Виллард Бойл (Willard Boyle) представили спроектированную ими матрицу ПЗС, имевшую всего 100х100 пикселей. Принципы, заложенные в это изобретение, стали основой для будущей цифровой фотографии.
1973 г. — компания Fairchild начала выпуск первых ч/б ПЗС матриц (100х100 пикселей).
1975 г. — команда инженеров компании Kodak, под руководством Стива Сассона (Steve Sasson), создала устройство, которое теперь известно как первая цифровая фотокамера. Камера использовала объектив от кинокамеры и экспонировала изображение на ПЗС-матрицу фирмы Fairchild и сохраняла 100-килопиксельное черно-белое изображение на магнитофонной кассете. На запись информации уходило более 20 секунд.
Цифровая фотокамера Стива Сассона, 1975
В этом же году Брюс Байер (Bryce Bayer), инженер Kodak, придумал использовать цветные фильтры, позволяющие получать c монохромной ПЗС или КМОП-матриц цветные изображение. Это изобретение вошло в историю как фильтр Байера, а процесс интерполяции пикселей — дебайеризацией или демозаикой.
1981 г. — Sony представила SLR камеру Mavica (Magnetic Video Camera), записывавшую на флоппи-диск отдельные изображения с разрешением 720 килопикселей. На диск вмещалось около 50 снимков.
1985 г. — Fuji представила SLR камеру ES-1 с разрешением матрицы 640х480.
1986 г. — на Photokina Canon представила SVC (still video camera) камеру RC-701. В отличии от своих предшественников, эта камера продавалась на рынке, однако назвать её цифровой нельзя, поскольку информация на дискете хранилась в виде оцифрованного аналогового сигнала.
Canon Still Video Camera RC-701, 1986
Nikon представила свою Nikon QV-1000C Still Video Camera с 380 килопиксельным сенсором, запись изображений происходила на флоппи-диски.
В этом же году Kodak представил свой 1.4 Мпиксельный сенсор. Сенсор был применен в камере Videk Megaplus, использовавшейся в промышленных и научных целях.
1988 г. — компания Fuji совместо с Toshiba представила на Photokina цифровой фотоаппарат Fuji DS-1P на ПЗС матрице с разрешением всего 0,4 Мп. Эту камеру зачастую называют первой цифровой камерой. При этом камера никогда не продавалась.
фотоаппарат Fuji DS-1P, 1988
В этом же году появился формат сжатия цифровых изображений JPEG, который нашел широкое применение в цифровой фотографии и стал фактически обязательным форматом хранения фотографий как в камерах, так и на компьютерах и в Интернете.
Март 1989 г. — выпущена первая коммерческая версия будущего Photoshop. Программа называлась «Barneyscan XP» и поставлялась со сканерами компании «Barneyscan».
1990 г. — компания Kodak анонсировала на Photokina свою цифровую систему DCS (Digital Camera System), использующую в качестве базы пленочный профессиональный фотоапарат Nikon F3. Запись изображений происходила на жесткий диск, расположенный в отдельном выносном блоке.
1991 г. — 28 мая Kodak начал выпуск Kodak DCS (позже благодаря журналистам версию стали именовать Kodak DCS 100). Сенсор имел разрешение 1.3 мегапикселя. Стоимость аппарата на рынке составляла $20000. В этом же году американская компания Leaf (позже Израиль) выпускает первый цифровой чернобелый задник (4Мп) для среднеформатных зеркальных камер. При помощи светофильтров этим цифрозадником можно было снимать цветные неподвижные изображения.
фотоаппарат Kodak DCS 100, 1991
1992 г. — Kodak выпускает камеру DCS 200 на базе Nikon N8808s.
1994 г. — SanDisk совместно с Kodak выпускают первые CompactFlash карты (первые карты Kodak имели емкость всего в 1 Мбайт). Kodak выпускает камеры NC2000 на базе Nikon N90 и DC 410 на базе Nikon F90, а также первую DSLR на базе камеры Canon EOS 1-N (Kodak EOS-DCS-5). Компания Nikon совместно с Fuji выпускают зеркалки Nikon E2 (Fujix DS-505) и Nikon E2S (Fujix DS-515), имевшие 1.3 Мпиксельные ПЗС сенсоры. Эти устройства стали первыми цифровыми камерами, которые реально можно было использовать в журналистике, где скорость передачи цифровых изображений была важнее качества. Однако цены на эти камеры делали их недоступными широкому кругу потребителей ($12780).
1995 г. — Kodak продолжает выпускать камеры семейства DCS (DCS-460 на базе Nikon F90, среднеформатную DCS-465 на базе Hasselblad 500CM, Mamiya RB-67, EOS-DCS-3 и EOS-DCS-1 на базе Canon EOS 1-N). Minolta совместно с Agfa на базе популярного пленочного фотоаппарата Minolta Maxxum 500si создают псевдополнокадровую цифровую зеркалку Minolta RD-175 (1.7 Мпиксельный снимок формировался при помощи трех ПЗС-матриц и призменного цветоделительного блока).
фотоаппарат Minolta RD-175, 1995
1996 г. — начинается эра цифровой фотографии. Начинают поступать в продажу первые потребительские цифровые фотоаппараты. Kodak запускает серию DC камер (первая DC-20 была OEM-камерой компании Chinon ). Sony запускает свою линейку цифровых фотоаппаратов Cyber-Shot. Olympus представила свои цифровые фотокамеры (D-200L, D-300L). Canon выпускает свою первую цифровую компактную камеру – Canon PowerShot 600, которая позволяла сохранять снимки в RAW-формате CRWDS-300 ($949). Canon выпустила первый в мире объектив со стабилизатором изображения Canon EF 75-300mm f/4-5.6 IS USM. Компания Fuji выпускает первый цифровой минилаб. Позже выпуском цифровых минилабом занялись также компании Noritsu и Konica.
1997 г. — Практически все компании, занимающиеся выпуском какой-либо электроники, выпускают свои цифровые фотоаппараты. Среди них: Agfa, Canon, Casio, Epson, Fuji (DS-300, DX-5, DX-7DX-9), Hewlett-Packard, Hitachi, Kodak, Konica, Kyocera, LG, Minolta, Mitsubishi, Mustek, Nec, Olympus, Panasonic, Phillips, Polaroid, Ricoh, Samsung, Sanyo, Sharp, Sony, Toshiba, Vivitar, Xerox, Yashika и другие (список содержит только самые известные компании). Nikon выпускают свои первые цифровые компакт камеры линейки Coolpix (300 и 100). Leica выпустила свою профессиональную цифровую камеру Leica S1. В этом же году преодолен символический рубеж 1 Мп. Филипп Кан (Philippe Kahn) сконструировал первый камерофон.
1998 г. — Leica выпускает свою первую цифровую компакт-камеру DigiLux ($999). Наблюдается небывалый рост производства цифровых компакт-камер. На рынке профессиональных камер появились лишь только камеры Kodak серии DCS (315, 520, 560), которые по прежнему очень дороги и громоздки.
1999 г. — Nikon выпускает свою первую профессиональную цифровую зеркальную камеру Nikon D1 с кроп-матрицей 2,7 Мп от Sony, на основе своей топовой плёночной репортажной модели Nikon F5 всего за $5000 (это действительно была невысокая цена за достаточно революционную камеру для того времени). Именно в этой камере впервые появился RAW-формат NEF (Nikon Electronic Format). В качестве дополнительной опции за отдельную плату предлагается программный продукт Nikon Capture, позволяющий конвертировать NEF в RGB, редактировать и сохранять форматы JPEG и TIFF. Эту камеры называют первой практической цифровой камерой (www.kenrockwell.com) за её доступность, компактность и удобство. Единственный недостаток — это низкий заряд батареи, которого хватало буквально на сотню кадров. В 1999 году вышло более полусотни новых моделей цифровых компакт камер от разных производителей. Новые цифровые зеркалки выпустили Kodak, Nikon (вместе с Fuji) и Minolta.
фотоаппарат Nikon D1, 1999
2000 г. — компания Bibble Labs, основанная Эриком Хайманом (Eric Hyman), выпускает RAW-конвертер Bibble, как бесплатную альтернативу Nikon Capture для декодирования и редактирования NEF-файлов от камеры Nikon D1. Несмотря на определенные проблемы с цветом, Bibble очень быстро завоевала популярность среди фотографов.
5 мая 2000 г. — Дейв Коффин, фотограф-энтузиаст и специалист в области компьютерной безопасности, а проще говоря хакер, публикует первую публичную версию своего RAW-конвертера командной строки — dcraw (разработка началась еще 23 февраля 1997 года). Эта программа станет в дальнейшем основой для большинства программных продуктов в области RAW-конвертации.
Несмотря на то, что RAW формат в том или ином виде хранился во многих камерах до Nikon D1, например в Canon PowerShot 600 (1996 г.) или Kodak DCS-420 (1995 г), настоящий бум RAW-форматов среди фотографов начался именно после выхода Bibble и dcraw. Эту потребность заметили ведущие производители (Adobe, Phase One, SilkyPix, Dx0 и другие) и приступили к разработке собственных продуктов.
17 мая 2000 г. — Canon выпускает свою первую цифровую зеркалку D30 ($3000) с кроп-матрицей 3,1 Мп, поддерживающую RAW-формат CRW, использовавшийся до этого в компакт-камерах серии PowerShot.
фотоаппарат Canon D30, 2000
В этом же году выпускают свои первые цифрозеркалки Fuji (FinePix S1 Pro) и Contax (N Digital — первая полнокадровая цифровая зеркальная камера с ПЗС-сенсором в 6 Мп, анонсирована в 2000, но выпуск фактически начался только в 2001 году). Kodak выпускает DCS 620x. Nikon новых зеркалок не выпустила. Все производители в погоне за прибылью сфокусированы на рынке компакт-камер, поскольку в мире начинается бум на бытовые любительские цифровые фотоаппараты.
2001 г. — японская компания Panasonic выпускает свою первую фотокамеру Lumix. Эти камеры стали результатом сотрудничества Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. и компании Leica Camera AG. Nikon выпускает модификации D1 (D1H — 3Мп и D1X — 5Мп). В сентябре Canon выпускает свою первую цифровую профессиональную зеркальную камеру Canon EOS-1D (4Мп, кроп 1.3). Kodak продолжает выпускать зеркальки DCS серии (720, 760)
фотоаппарат Canon EOS 1D, 2001
2002 г. — Canon выпускает первую цифровую полнокадровую камеру 1Ds в разрешением 11,1 Мп. Kodak совместно с Nikon выпускает свою профессиональную полнокадровую зеркалку Kodak DCS Pro 14n (14 Мп), но конкурировать с Canon 1Ds она не может. В этом же году выпускают свои зеркальные камеры Fuji (FinePix S2 Pro), Nikon (D100), Sigma (SD9, с фирменным 3 Мп трехслойным сенсором Foveon), а также Canon (D60). Leica выпускает свою 4 Мп компакт-камеру Digilux 1. Вместе с камерой Fuji FinePix S2 Pro поставляется первая версия Fuji FinePix Viewer, в составе которой идет RAW file converter.
28 сентября 2002 г. — на Photokina компания Phase One анонсировала первую версию Capture One для raw-конвертации файлов в первую очередь с камер Canon EOS-1Ds / EOS-1D, а также других производителей. Скачивание на сайте стало доступно ровно через два месяца 28 ноября.
22 августа 2002 г. — Компания Adobe выпускает первую версию плагина Adobe Camera Raw для Photoshop — популярный RAW-конвертер, который потом ляжет в основу популярнейшего продукта для работы с фотографиями Adobe Lightroom.
2003 г. — японские компании Konica и Minolta объединяются в единый бренд Konica-Minolta. Canon выпускает EOS 300D с ценой до 1000$. Благодаря этой модели начинается постепенный переход фотографов с пленки на цифру.
фотоаппарат Canon EOS 300D, 2003
В этом же году выпустили свои зеркалки Nikon (D2H), Canon (10D), Olympus (E-1), Pentax (*ist D), Sigma (SD10).
2004 г. — японская Seiko Epson Corporation начинает выпуск своих фотоаппаратов. Первой в мире беззеркальной камерой (со сменными объективами) стала модель Epson R-D1. Canon выпускает последнюю пленочную зеркалку из серии EOS — 300X.
фотоаппарат Epson R-D1, 2004
На рынке зеркальных камер появляется более десятка новых моделей от различных производителей: Canon (1D Mark II, 1Ds Mark II, 20D), Nikon (D70, D2X), Fujifilm (FinePix S3 Pro), Pentax (*ist DS), Konica-Minolta (Maxxum 7D), Olympus (E-300). Kodak выпустила свои две последние зеркальные камеры (DCS Pro SLR/n, DCS Pro SLR/c).
В этом же году выходит сразу четыре RAW-конвертера: в феврале вышла DxO Optics, в мае увидела свет первая Canon Digital Photo Professional (до этого использовалась Canon Digital Camera File Viewer Utilies), в августе SilkyPix Developer Studio, в октябре Ufraw (GUI-оболочка над dcraw).
2005 г. — Canon выпускает EOS 5D — относительно доступную по цене цифровую полнокадровую камеру с сенсором 12,7 Мп, а также Canon EOS 20Da – первый в мире цифровой зеркальный фотоаппарат с режимом LiveView. Kodak выпустила почти два десятка новых моделей компакт камер из серии EasyShare и ни одной новой зеркалки.
В феврале выходит RAW-конвертер RawShooter от компании Pixmantec (на исходных кодах которого позже будет создан Adobe Lightroom). Также в этом же году вышли первые версии DigiCam, Lightcrafts Light Zone и Apple Aperture.
2006 г. — Kodak прекращает собственное прозводство цифровых камер, передав права сингапурской компании Flextronics. Японская Sony покупает компанию Konica-Minolta и выпускает первую камеру из серии Alpha — Sony Alpha DSLR-A100.
фотоаппарат Sony Alpha DSLR-A100, 2006
Компания Adobe покупает Pixmantec и приступает к созданию на основе Pixmantec RawShooter нового RAW-конвертера полного цикла — Adobe Lightroom. Первые бета-версии появились именно в 2006 году. В этом же году в феврале Nikon (совместно с Nik Software) выпускает новую версию Capture — Capture NX. ACDSee включает в свою программу плагин для работы с RAW-форматами. Выходят первые версии RawTherapee и RawStudio.
В сентябре Leica анонсировала свою первую цифровую дальномерку из серии M — Leica M8 (APS-H, 10Мп).
19 февраля 2007 г. — Adobe выпускает первую версию Lightroom (владельцы Pixmantec RawShooter Premium могли заполучить эту версию бесплатно).
2007 г. — Nikon выпускает свою первую полноформатную профессиональную зеркалку — Nikon D3 (12 Мп). За полгода до этого Canon выпускает полноформатную EOS 1D Mark III (21 Мп). Вместе с камерой Fujifim FinePix S1 в составе Fuji FinePixViewer выходит Fuji RAW Converter powered by SilkyPix.
В мае увидела свет первая версия RPP (RAW Photo Processor) — бесплатного RAW-конвертера, созданного Андреем Твердохлебом совместно с Ильей Боргом.
2008 г. — Nikon выпускает первую зеркалку с сенсором APS-C (D90) с возможностью записи видео. Canon выпускает EOS 5D Mark II с возможностью записи видео в формате FullHD. Sony выпускает свою первую полнокадровую профессиональную камеру Alpha 900. В этом же году Nikon выпускает свою первую High-End (ниже профессионального уровня) полнокадровую зеркальную камеру — D700. Компания Samsung сделала попытку выйти на рынок цифровых зеркалок со своей GX-20.
03 июня 2008 г. — вышла Nikon Capture NX2.
В сентябре Panasonic выпустила камеру Lumix DMC-G1 — первый цифровой фотоаппарат со сменной оптикой по упрощённой недальномерной и «беззеркальной» схеме на стандарте 4/3 Mikro.
фотоаппарат Panasonic Lumix DMC-G1, 2008
В сентябре Leica анонсировала свою среднеформатную зеркалку Leica S2 (38 Мп, стоимость камеры без объектива составила $25000).
2009 г. — Canon выпускает репортажную зеркалку EOS 7D. Leica выпускает первую дальномерную полнокадровую камеру M9 (18 Мп). Выходит первая версия RAW-конвертера Darktable.
2011 г. — Nikon приступает к выпуску беззеркальных камер. LightCrafts прекращает работу над своим RAW-конвертером, LightZone становится бесплатным.
2012 г. — Canon выпускает свою беззеркальную камеру — Canon EOS M. Компания Corel покупает Bibble и выпускает его под новым названием — Corel AfterShot Pro.
В июне 2014 г. — вышла новая обновленная версия Canon DPP 4 (спустя 10 после выхода первой версии).
15 июля 2014 г. — вышла новая версия Nikon Capture NX-D. В связи с тем, что в 2012 году Google купила компанию Nik Software, теперь разработкой программы занимается японская Ichikawa Soft Laboratory Co. Ltd.
В октябре 2014 г. компания Apple объявила о прекращении разработки Aperture.
2016 г. — Дейв Коффин фактически прекратил доработку dcraw. Последняя версия 9.27 датирована 10.05.2016.
2017 г. — Adobe разделила Lightroom на Classic (для десктопов) и Mobile версии. Fujifilm выпустила X Raw Studio. Компания On1 выпустила свою альтернативу Lightroom — RAW-конвертер полного цикла On1 Photo RAW.
Сегодня (2017 год) фактическими лидерами профессиональной цифровой фотографии являются Canon, Nikon и Sony. Среди производителей качественной фототехники также стоит назвать компании Leica, Fuji, Olympus, Ricoh (Pentax) и Panasonic (Lumix). Среди производителей среднеформатных камер выделяются Mamiya, Hasselblad, Phase One и Ricoh (Pentax). Среди производителей объективов можно выделить Canon, Nikon, Sony, Carl Zeiss, Tamron, Sigma.
Сейчас можно наблюдать как постепенно вымирает производство компактных камер (мыльниц), вытесняемых всевозможными смартфонами и планшетами. Многие пользователи зеркалок переходят на беззеркальные камеры, причем многие из беззеркалок могут вполне соревноваться в качестве с полноценными зеркалками.