Fotografia cyfrowa

Przykładowe zdjęcie wykonane lustrzanką cyfrową

Zdjęcie wykonane cyfrowym aparatem kompaktowym

Fotografia wykonana aparatem zamontowanym w telefonie komórkowym Sony Ericsson K800i

Fotografia cyfrowa - polega na utrwaleniu obrazu w postaci cyfrowej, a nie, jak w fotografii tradycyjnej, na chemicznym nośniku światłoczułym. Do wykonywania zdjęć, w odróżnieniu od fotografii tradycyjnej (nazywanej czasem, choć niezbyt poprawnie, jako przeciwieństwo cyfrowej, określeniem analogowa), służy sprzęt o odmiennej konstrukcji: cyfrowy aparat fotograficzny.

Aparaty cyfrowe są od roku 2005 częściej kupowane od analogowych i posiadają cechy niespotykane w aparatach tradycyjnych, takie jak nagrywanie krótkich filmów. Inne urządzenia, na przykład telefony komórkowe, posiadają także często wbudowane małe aparaty cyfrowe.

Utrwalenie obrazu w aparatach cyfrowych odbywa się poprzez pomiar jasności poszczególnych pikseli (punktów) matrycy, na którą pada światło poprzez obiektyw. Różnica pomiędzy fotografią cyfrową, a tradycyjną sprowadza się zasadniczo tylko do sposobu utrwalania – zatrzymania obrazu, gdyż cała optyka właściwie nie uległa znacznym modyfikacjom w stosunku do fotografii tradycyjnej. Charakterystyczne w tej technice jest to, że każde zdjęcie posiada dokładnie określoną rozdzielczość obrazu wyrażoną w pikselach (jednostką rozdzielczości aparatu jest megapiksel – Mpx, trwają pracę nad aparatami o rozdzielczości gigapikselowej), podczas gdy w fotografii tradycyjnej rozdzielczość jest cechą charakterystyczną błony światłoczułej (wielkości kryształów srebra metalicznego). W obu przypadkach rozdzielczość fotografii limitowana jest zdolnością rozdzielczą obiektywu.

W obu technologiach występuje efekt ziarna (szumów), rosnącego wraz ze zwiększaniem czułości sensora lub filmu. W przypadku matrycy, wynika to z większego wzmocnienia sygnału, które to wzmocnienie wpływa także na szumy. W przypadku klisz fotograficznych o wysokiej czułości, używa się większych i co za tym idzie, bardziej widocznych ziaren bromku srebra.

Fotografia cyfrowa ewoluowała wprost od kamer telewizyjnych, lecz długo trzeba było czekać na jej upowszechnienie ze względu na trudną technologicznie miniaturyzację cyfrowych przetworników optycznych o zadowalającej rozdzielczości.

Dzisiejsze aparaty cyfrowe mają rozdzielczość porównywalną z fotografią tradycyjną (np. kompaktowy Canon G10 ma 15 Mpx; pełnoklatkowe lustrzanki Sony DSLR-A900 - 25 Mpx, Canon EOS-1Ds Mark III 21 Mpx; 6 × 6 Hasselblad H3DII-60 60 Mpx; a 6cm × 17cm Seitz ma 160 Mpx).

Przetworniki optyczne

W aparatach cyfrowych występują 2 główne rodzaje przetworników optycznych:

• matryca CCD
• matryca CMOS

W 2002 firma Foveon stworzyła matrycę X3, potrafiącą rejestrować natężenie 3 barw składowych w każdym punkcie matrycy (a nie jak CCD – tylko jednego koloru). Przetworniki tego rodzaju używane są w tej chwili jedynie w produktach firmy Sigma oraz Polaroid (model X530).

Formaty zapisu danych

Ze względu na oszczędność zasobów pamięciowych w aparatach cyfrowych, do zapisu fotografii najczęściej stosuje się format pliku JPEG, który charakteryzuje się kompresją stratną. Oznacza to, że zmniejszenie pliku odbywa się kosztem utraty pewnych szczegółów zdjęcia lub niewielkimi zniekształceniami. Z reguły użytkownik może wybrać, czy zależy mu na silniejszej kompresji (zmieści w pamięci więcej zdjęć) czy lepszej jakości. Droższe aparaty pozwalają także na zapis alternatywny w postaci formatu RAW lub TIFF, co daje większe możliwości manipulacji obrazem. Zdjęcia takie zajmują jednak znacznie więcej miejsca. Format RAW (pojawiający się także pod innymi nazwami, np. w aparatach firmy Nikon jako NEF) zawiera nieprzetworzone dane, pobrane bezpośrednio z sensora aparatu i pozwala na ingerencję w sposób ich przetworzenia już po zrobieniu zdjęcia.

Karty pamięci

W aparatach cyfrowych zdjęcia zapisuje się na kartach pamięci. Są to najczęściej pamięci typu Flash EEPROM, rzadziej miniaturowe dyski twarde. Powstało wiele formatów kart pamięci, najczęściej niekompatybilnych między sobą. Do najpopularniejszych należą:

• Secure Digital Card (SD)
• Compact Flash (CF-I i CF-II)
• Memory Stick
• Multi Media Card (MMC)
• SmartMedia (SM)

Obserwować można stałe zwiększanie rozdzielczości matryc w aparatach cyfrowych, jak też wzrastanie pojemności pamięci w nich stosowanych.

Porównanie z fotografią tradycyjną

Zalety fotografii cyfrowej

• Natychmiastowy podgląd zdjęcia bez czekania na wywołanie filmu.
• Większe możliwości retuszu.
• Małe koszty przechowywania dużej ilości zdjęć (jeśli pozostają w formacie cyfrowym, a nie jako odbitki).
• Zdjęcia mogą być kopiowane bez utraty jakości.
• Nie ma potrzeby skanowania zdjęć przed użyciem ich w komputerze.
• Możliwość wydruku własnych zdjęć na drukarce, czasami nawet bezpośrednio z aparatu (bez użycia komputera).
• Mniejszy rozmiar, niż w fotografii tradycyjnej
• Możliwość dołączania do zdjęć dodatkowych danych (EXIF), takich jak data i czas wykonania zdjęcia, model aparatu, czas naświetlania, użycie lampy błyskowej itp. W nagłówku EXIF można zapisać również współrzędne geograficzne miejsca wykonania zdjęcia (dzięki zastosowaniu przystawek do aparatów z odbiornikiem GPS - dostępne głównie w lustrzankach klasy średniej i wyższej).

Zalety fotografii tradycyjnej

• Większa rozpiętość tonalna.
• Przy rejestrowaniu obszarów o dużej jasności ("wypalonych"), film ze względu na dużą rozpiętość zachowuje pewną dozę detali nawet w tych obszarach. Aparaty cyfrowe zaś "wypalają do bieli", tj. zamieniają obszar jasny na jednolitą biel, w związku z czym informacja jest bezpowrotnie tracona.
• Klisze filmowe oferują znacznie niższy niż sensory CCD poziom szumu przy dużych czułościach ISO. Dotyczy to zwłaszcza klisz o dużej jakości, np. Ilford 3200.

Ponadto ziarno, będące odpowiednikiem analogowym cyfrowego szumu, często jest wykorzystane jako efekt artystyczny. W przeciwieństwie do szumu cyfrowego nie powoduje przebarwień obrazu.

• W fotografii cyfrowej (zwłaszcza sensorach opartych o system Bayera), może wystąpić niepożądany aliasing. Filmy są wolne od takich zniekształceń.
• Zazwyczaj dłuższa żywotność baterii (lub brak konieczności ich użycia w przypadku aparatów wyłącznie mechanicznych).
• Klisze filmowe oferują wciąż nieco większą rozdzielczość. Klatka 35 mm odpowiada mniej więcej 19 megapikselom, średni format (56 mm x 56 mm) – 69 megapikselom, a duży format (8 x 10 cali) – 1135 megapikselom. Współczesne profesjonalne lustrzanki cyfrowe mają matryce CCD o wielkości nawet 160 megapikseli.
• W fotografii tradycyjnej nie występuje tzw. crop. W aparatach cyfrowych ze względu na mniejszą matrycę światłoczułą (z reguły mniejszą niż klatka filmu 35mm) trudno jest uzyskać obiektywy szerokokątne. W przypadku stosowania tego samego obiektywu w lustrzance cyfrowej i tradycyjnej w pierwszym przypadku uzyskamy zdecydowanie mniejszy kąt widzenia przy tej samej ogniskowej. Wyjątek stanowią pełnoklatkowe lustrzanki cyfrowe, w których wielkość matrycy jest równa wielkości klatki filmu 35 mm. Obecnie istnieje tendencja do wykorzystywania przez producentów lustrzanek cyfrowych matryc pełnoklatkowych w aparatach klasy zarówno profesjonalnej jak i średniej-wyższej.
• Pliki graficzne wymagają przy długim archiwizowaniu odnawiania nośników (płyty dvd i cd mogę uleć zjawisku "gnicia" ("disc rot"), dyski twarde mają pewien margines awaryjności, etc.). Należy zatem przenosić je na coraz to nowe media. Tymczasem negatywy - przy odpowiednim archiwizowaniu - mogą być przechowywane przez cały czas życia fotografa bez żadnych dodatkowych kosztów. Znane jest wiele klisz a także płyt światłoczułych, które mają ok. 150 lat i zachowały się w perfekcyjnym stanie. Kwestia, czy fotografie cyfrowe mogą zapewnić porównywalną trwałość, jest otwarta.
• Rozwój technologii wyświetlania obrazu komputerowego postępuje bardzo szybko, np. zwiększa się fizyczna rozdzielczość ekranów komputerowych. Z tego względu fotografie cyfrowe wykonane kilka lat temu oferują zbyt niską jakość ze względu na małą rozdzielczość. Tymczasem fotografia z filmu może być powtórnie zeskanowana nowocześniejszym skanerem - przynajmniej dopóki nie zostanie osiągnięta wartość graniczna (ok 19-20 mpix dla 35 mm).