Введение в мобильную фотографию

Мобильные телефоны и смартфоны прочно вошли в нашу жизнь. Каких-то 15-20 лет назад они были не такими массовыми и доступными, но развитие технологий и их удешевление позволили сегодня практически каждому жителю земли иметь при себе мобильное устройство (конечно там, где это имеет смысл). С простых кнопочных звонилок с маленьким дисплеем и минимальной функциональностью телефоны превратились в сложные многофункциональные устройства – смартфоны. Одной из ключевых функций, которой обзавелись сначала телефоны, а потом и смартфоны, стало появление цифровой камеры. Мой первый телефон в далёком 2005 году был скромным устройством с монохромным дисплеем, что делало невозможным его использование в качестве фотоаппарата. Но уже тогда я знал (и даже видел в рекламе и у друзей) что существуют телефоны с фотокамерами. И уже тогда был абсолютно уверен в том, что в будущем эта технология будет очень востребованной, а качество фото, сделанных на телефоны, приблизится к уровню классических фотоаппаратов. Прошло каких-то 15 лет, телефоны и смартфоны смогли потеснить не только плёночные и бюджетные цифровые фотоаппараты, но и создать проблемы производителям дорогих фотографических устройств. В некоторых аспектах (например, использование нескольких фото модулей для разных целей, развитие технологий искусственного интеллекта при обработке снимка) смартфоны обогнали даже дорогие цифровые фотоаппараты. Более того, наличие мощной аппаратной начинки (позволяющей быстро фотографировать, просматривать и редактировать снимки), большого дисплея, доступа к мобильному интернету и постоянного наличия в кармане позволило сделать смартфоны самыми популярными фотоаппаратами, благо качество фотографий, сделанных ими, достаточно для большинства пользователей. Сегодня каждый владелец смартфона может сделать фотографии в любое время и в любом месте не только для домашней коллекции, но и выставив их на всеобщее обозрение в интернет.

К сожалению, лишь небольшой процент пользователей смартфонов знают все тонкости использования фотоаппарата в своих устройствах. Поэтому автору хотелось бы начать с азов и помочь читателю разобраться в основных понятиях и терминах, связанных с фотографией. В этой статье я попытаюсь максимально просто, но в то же время информативно объяснить ключевые параметры фотосъёмки, а также рассказать о их влиянии на конечный снимок.

Экспозиция

Для любого начинающего фотолюбителя важно знать понятие экспозиции. Давайте посмотрим, что говорит Википедия: «Экспозиция (в фотографии, кинематографе и телевидении) — количество актиничного (видимого) излучения, получаемого светочувствительным элементом». В среде фотографов существует понятие «правильная экспозиция», что означает получение фотографии с нужной яркостью, когда на фото достаточно хорошо видны как яркие объекты (например, светящаяся вывеска магазина или небо на заднем фоне), так и тусклые (например, плохо освещённые или находящиеся в тени объекты).

Примеры снимка с различной экспозицией (слева направо):
слишком малая экспозиция (недодержка), нормальная экспозиция, слишком большая экспозиция (передержка)

В обычной жизни выбор правильной экспозиции часто связан с тем, как фотограф видит объект съёмки своими глазами. То есть, если фото получилось светлее или темнее чем то, что мы видим собственным зрением, то нам будет казаться, что снимок выглядит неестественным. Хотя это и не обязательное условие, ведь в некоторых случаях камеры могут запечатлеть то, что не видно человеческому глазу (например, ночная съемка) или нужно достичь определённого художественного эффекта.

Пример ночного фото, сделанного на смартфон: звёзд на фото гораздо больше, чем наблюдатель видит своим зрением,
а комета Neowise имеет ярко выраженный хвост

Таким образом, подбор правильной экспозиции является одной из ключевых задач фотографа. На практике экспозиция зависит от трёх параметров – диафрагмы объектива, времени выдержки и светочувствительности плёнки или цифровой матрицы. Как минимум два из трёх параметров можно изменять при ручном режиме съёмки на смартфон. Давайте же подробно рассмотрим их.

Диафрагма

В среде профессиональных фотографов хорошо известно понятие диафрагмы. Обычно это механизм, создающий округлое отверстие определённого диаметра, расположенный за линзой объектива фотографического устройства. В большинстве фотоаппаратов диафрагма представляет собой механизм с изменяемым размером отверстия. За счёт изменения параметров диафрагмы можно добиться изменения двух важных эффектов фотосъемки – светочувствительности и глубины резкости.

Диафрагма обычно расположена внутри объектива за одной из линз. На фото изображена ирисовая диафрагма, размер отверстия которой может регулироваться

Начнём со светочувствительности. Чем она выше, тем светлее будет кадр при прочих равных параметрах. Касательно глубины резкости можно сказать следующее. Многие из вас слышали про такой эффект как боке. Он выражается в том, что при съёмке определённого объекта (например, портрета человека) задний фон размывается, что позволяет выделить объект и добиться определённого визуального эффекта. Таким образом, чем выше глубина резкости, тем менее размытым будет задний фон позади объекта съёмки (то есть боке менее выражен или вовсе отсутствует). И наоборот, чем меньше глубина резкости, тем более размытым будет задний фон.

В современных смартфонах всё гораздо проще. Подавляющее большинство из них имеют фиксированную диафрагму у каждого фото модуля (то есть, у смартфона с несколькими камерами параметры диафрагмы для каждой из них могут отличаться, что чаще всего и бывает). При этом встречаются смартфоны, у которых фото модуль с изменяемой диафрагмой, например Samsung Galaxy S9 и S9 plus, правда в них всего два фиксированных значения диафрагмы – f/1,5 и f/2,4. В новых же моделях линейки Galaxy S20 компания отказалась от изменяемой диафрагмы по неизвестным мне причинам.

На фото видны два варианта открытия диафрагмы для смартфона
Samsung Galaxy S9 plus — f/2,4 (слева) и f/1,5 (справа)

Таким образом, не имея возможности изменять диафрагму смартфона, можно лишь констатировать её наличие и определить её числовое значение. Именно оно даёт определённую информацию для размышления.

Обычно значение диафрагмы отображается следующим обозначением – «f 1/X» или просто «f/X»,  где «X» — число большее единицы. Например – f/1,4; f/1,7; f/2,0; f/2,4 и т.д. Это значение («1/X») обозначает отношение входного зрачка объектива (диаметр отверстия диафрагмы) к фокусному расстоянию для данного объектива. Это не обязательно помнить, достаточно лишь знать одну простую вещь – чем большее значение в знаменателе (тот самый «X» в нашем обозначении) тем меньшее отверстие диафрагмы. Например, отверстие диафрагмы со значением f/1,8 будет больше чем со значением f/2,4. А что нам даёт большее отверстие диафрагмы? В первую очередь, оно позволяет увеличить светочувствительность и соответственно получить более светлые снимки (при прочих равных условиях). Также оно позволяет сделать более выраженным эффект боке (другими словами — сильнее размыть задний фон).

Стандартные значения диафрагмы. Чем большее значение в знаменателе, тем сильнее закрыта диафрагма

В последние годы производители пытались максимально увеличить значение диафрагмы в камерах мобильных устройств. Наряду с другими усовершенствованиями (аппаратными и программными) это позволило улучшить качество вечерних и ночных фото, сделанных на смартфоны. Если в устройствах 2008-2010 годов применялись значения диафрагмы f/2,6 – f/2,8, то в сегодняшних смартфонах это значение увеличилось до f/1,5 – f/1,8. Но даже сегодня можно встретить смартфоны, у которых основная камера имеет значение диафрагмы f/2,0 или даже f/2,2. Правда с каждым днём их становится всё меньше.

Хотелось бы предостеречь читателя от поспешных выводов. Дело в том, что одно лишь значение диафрагмы в смартфонах само по себе ни о чём не говорит. Чтобы сравнивать фотографии с двух устройств в условиях недостаточной освещённости нужно учитывать множество других факторов – технологии и размер матрицы, её разрешение, оптику, наличие оптической стабилизации, алгоритмы обработки снимка и т. д. Тем не менее, при прочих равных параметрах, более светосильная оптика (больший размер отверстия диафрагмы) способна делать более качественные и освещённые снимки в условиях недостаточной освещённости. А усиление эффекта боке для такой оптики является лишь приятным бонусом.

Выдержка

Одним из ключевых параметров фото съёмки является выдержка. С технической точки зрения, это время, в течение которого свет (до этого прошедший через линзы и отверстие диафрагмы объектива) попадает на плёнку либо светочувствительную матрицу (для плёночных фотоаппаратов или цифровых соответственно). Чем больше это время, тем светлее получается снимок.

В фотографических устройствах время выдержки обычно указывается в секундах или долях секунды. Например, выдержка 1/3 означает время попадания света на матрицу или плёнку равное 1/3 секунды, или примерно 333,3 миллисекунды. Следуя этому примеру, выдержка 1/15,  1/30 или даже 1/1000 обозначает соответственно доли секунды, в течение которых свет попадает на светочувствительный элемент фотоаппарата. Целое числовое значение выдержки указывает время в секундах, в течение которого свет попадает на матрицу или плёнку. Например – 1 с (секунда), 2 с, 4 с, 8 с, 16 с и так далее. Буква «с» для обозначения выдержек от одной секунды и более является обязательной (для долей секунды символ «с» можно использовать по желанию).

Влияние выдержки на смазывание объектов на фото. Обратите внимание как уменьшение времени выдержки

(слева направо) влияет на отображение спиц и протектора покрышки

Каким же образом удаётся достичь определённого времени попадания света на матрицу фотоаппарата? Для этих целей используется затвор. Во всех старых и многих современных фотоаппаратах применяется механический затвор. Обычно он представляет собой шторку, расположенную непосредственно перед плёнкой либо светочувствительной матрицей фотографического устройства. При нажатии кнопки спуска шторка открывается на заданное время (время выдержки, которое мы настроили), что позволяет свету, идущему от объектива камеры, попасть на светочувствительный элемент и сохраниться на нём. Чем большее время выдержки, тем больше света попадает на светочувствительный элемент, соответственно конечное изображение будет более светлым. Кому интересно понаблюдать за принципом работы механического затвора на современных зеркальных фотоаппаратах, смотрите видео с канала «The Slow Mo Guys».

Пример механического затвора современного фотоаппарата

С появлением цифровых фотоаппаратов и других фото устройств с цифровой матрицей (видеокамеры, смартфоны) стало возможным использование электронного затвора. В этом случае никакой механической шторки (или другой преграды) между объективом и светочувствительной матрицей нет. Свет непрерывно попадает на цифровую матрицу устройства. Выдержка определяется временем между обнулением матрицы и моментом считывания с неё информации. В современных смартфонах используется именно такой тип затвора.

Камеры в современных смартфонах обладают лишь электронным затвором

Для обычного пользователя не обязательно знать все тонкости работы механизма затвора. Достаточно лишь понимать одну простую вещь – чем больше время выдержки (его числовое значение) тем светлее будет снимок. В то же время увеличение времени выдержки увеличивает вероятность того, что объекты на изображении окажутся размытыми (особенно актуально при съёмке движущихся объектов). Если пользователь указал большое время выдержки (например, более 1/30 секунды) то съёмка с рук (без использования штатива) становится затруднена, так как дрожание рук будет достаточным для того, чтобы конечное изображение потеряло чёткость. При съёмке подвижных объектов и длинной выдержке даже использование штатива не поможет. Поэтому для съёмки с рук и особенно движущихся объектов рекомендуется использовать малое время выдержки (вплоть до 1/4000 или даже 1/8000 секунды в современных фотоаппаратах).

В то же время, для вечерней и ночной съёмки неподвижных объектов (малое количество света) можно использовать большие значения выдержки (вплоть до 30 секунд и более в современных фотоаппаратах). В этом случае нужно использовать штатив, так как дрожание рук недопустимо и приводит к размытию фотографии.

 

Штатив и длинная выдержка помогут вам создать снимок звёздного неба (f/1,8; ISO-800; выдержка 32 с.)

Выбор времени выдержки всегда является компромиссом между чёткостью полученного кадра и его яркостью. Таким образом, время выдержки является одним из ключевых параметров при настройке экспозиции.

Светочувствительность ISO

Светочувствительный элемент (плёнка или цифровая матрица) фотографического устройства под воздействием света меняет свои физические или химические свойства. Благодаря этому, в конечном итоге, мы можем получить кадр, проявив плёнку или считав показания с цифровой матрицы. Светочувствительность определяет насколько плёнка или матрица чувствительны к падающему на них свету. То есть, чем выше светочувствительность плёнки, тем меньшее количество света необходимо для того, чтобы получить кадр необходимой яркости, или иными словами – правильной экспозиции.

Во времена плёночных фотоаппаратов у каждой марки плёнки была определённая светочувствительность. Параметры этой чувствительности определялись стандартом, которому плёнка соответствовала. В разное время стандартизацией светочувствительности плёнки занимались различные организации. На данный момент наиболее широко распространён стандарт ISO, созданный одноимённой организацией. Чем выше значение стандарта ISO, которому соответствует плёнка, тем более светочувствительна эта плёнка (при тех же условиях кадр будет более светлым).

Пример оформления коробки и кассеты 36 мм. фотоплёнки. Число 200 обозначает светочувствительность плёнки в ISO

Высокая светочувствительность плёнки даёт явные преимущества фотографу — для получения нужной яркости (правильной экспозиции) можно уменьшить время выдержки (что бывает полезно) или уменьшить диафрагму (и тем самым увеличить глубину резкости). Вот только в плёночных фотоаппаратах была одна серьёзная проблема – невозможность заменить плёнку, пока она не будет использована полностью (или же пожертвовать частью старой плёнки ради кадра на новую).

В отличие от плёночных камер, цифровые фотоаппараты и другие устройства с цифровым сенсором (смартфоны, видеокамеры и т.д.) в большинстве случаев обладают изменяемой светочувствительностью. Для удобства и в силу сложившихся традиций для цифровых устройств используют всё тот же стандарт светочувствительности — ISO. Вот только принцип увеличения светочувствительности происходит не так как на плёночных фотоаппаратах. В цифровых камерах свет попадает на светочувствительную матрицу, а не на плёнку, сама же матрица не является сменной (или её замена сильно затруднена).

Матрица основной камеры смартфона Samsung Galaxy S20 Ultra (фото с сайта iFixit)

Матрица имеет определённую величину чувствительности к свету, которая зависит от её технических характеристик (применяемая технология изготовления, физический размер и т.д.), но эта величина не может быть напрямую сопоставлена со светочувствительностью плёнки. Изменение светочувствительности матрицы достигается благодаря разной степени предварительного усиления сигнала с неё, а также изменениям в алгоритмах обработки снимка. Таким образом, одна и та же матрица цифрового фотоаппарата способна делать изображения разной экспозиции благодаря изменению лишь параметра светочувствительности (или иными словами, ISO). При этом нет необходимости изменять два других параметра, а именно – диафрагму и выдержку.

Давайте подытожим написанную выше информацию. Чем выше светочувствительность (ISO), выставленная во время фотографирования на цифровую камеру, тем выше яркость получаемого изображения. Например, кадр, сделанный на одну и ту же камеру с одинаковыми настройками выдержки и диафрагмы, будет ярче при значении ISO 200, чем при значении ISO 100.

Влияние параметра ISO на результат экспозиции снимка

Диафрагма, время выдержки и светочувствительность являются взаимозависимыми параметрами. Например, уменьшенное в два раза время выдержки можно компенсировать увеличением в те же два раза параметра ISO, а уменьшенную диафрагму можно компенсировать увеличением выдержки или ISO. Действительно, на практике изменение параметра светочувствительности позволяет делать менее размытые кадры (за счёт уменьшения выдержки) и кадры с большей глубиной резкости (за счёт закрытия диафрагмы), но с одной оговоркой. При высоких значениях ISO на фотографии начинают появляться цифровые шумы. У каждой матрицы фотоаппарата свои пределы допустимых значений ISO, в пределах которых цифровые шумы будут минимальными.

Влияние высоких значений ISO на появление цифровых шумов и ухудшение картинки. Особенно заметно по надписи

«Ok Google» и по часам в верхней правой части дисплея устройства

На смартфонах допустимый верхний предел ISO обычно ограничивается значением 400. Для зеркальных цифровых камер допустимые значения ISO могут быть 800, 1600, а иногда и 3200. При этом максимальные значения ISO для смартфонов и цифровых камер гораздо выше приведенных допустимых значений. Важно помнить одно простое правило – по возможности выставляйте наиболее низкие значения ISO, позволяющие сделать кадр нужной яркости. Если же такой возможности нет, постарайтесь использовать такое допустимое значение светочувствительности, при котором количество шумов будет минимальным. Максимальные значения ISO, доступные для данного устройства, стоит использовать лишь в самых крайних случаях, потому что неизбежно появление цифровых шумов, которые испортят качество конечного снимка.

Ручной режим съёмки

Большинство пользователей смартфонов используют фотоаппараты своих смартфонов лишь с автоматическими настройками съёмки. Это просто, понятно и оправданно. Но что означает режим ручной съёмки (в некоторых смартфонах это «PRO режим»)? Ведь различных настроек хватает на любом смартфоне. Ручной режим съемки на смартфоне – это как минимум возможность регулировки двух из трёх параметров экспозиции – выдержки и светочувствительности (ISO).

Ручной режим съёмки на смартфонах Motorola

В устройствах с изменяемой диафрагмой (которых среди смартфонов практически нет) в этом режиме будет доступна её регулировка. В ручном режиме также могут быть доступны настройки баланса белого, ручная фокусировка, экспокоррекция и другие настройки, но о них как-нибудь в другой раз. Проблема в том, что далеко не у всех смартфонов такой режим присутствует, хотя намечается тенденция к увеличению количества таких устройств. Поэтому если в вашем смартфоне есть такой режим съёмки, обязательно поэкспериментируйте с ним.

Какие же преимущества может дать ручной режим съёмки? В отличие от автоматических режимов, пользователь сам настраивает устройство во время съемки, каждый параметр индивидуально для каждого кадра. Поначалу это может показаться сложно, требуется некоторый практический опыт. С другой стороны, зная теорию и предназначение основных параметров экспозиции (выдержка, диафрагма, ISO), можно точно настроить каждый из них в соответствии с вашими требованиями. Например, при использовании штатива и съёмке неподвижных объектов, можно увеличить выдержку и уменьшить ISO, что даст вам картинку с правильной экспозицией и минимальным количеством шумов на фото.

Использование штатива в ручном режиме съёмки не обязательно, но крайне рекомендуемо в некоторых случаях

При плохом освещении автоматический режим повышает значения ISO (иногда до максимальных значений) при средней выдержке, ведь подразумевается, что пользователь ведёт съёмку с рук, а не со штатива. А вот ручной режим позволяет настроить каждый параметр индивидуально, добившись наилучшего качества. Например, фотографируя плохо освещённый объект или звёздное небо, можно увеличить выдержку до очень больших значений (от 4 секунд и выше) при этом оставив параметр ISO на приемлемом уровне. Удивитесь, но многие современные смартфоны даже в среднем сегменте могут запечатлеть звёздное небо, при этом звёзд на снимке вы увидите больше, чем своими глазами.

Созвездие Большой и Малой Медведицы. Фото сделано на смартфон, закреплённый на штативе, использовалась длинная выдержка — 32 секунды (фото прошло легкую постобработку)

Хотя в последнее время, особенно во флагманских моделях, появились отдельные режимы для ночной съёмки, но всё же приятно и интересно настроить каждый параметр индивидуально, а не строить догадки о том, как же сработает автоматика.

С чего начать и как получить первый кадр в режиме ручной съёмки? Просто включите этот режим и сделайте первый кадр, оцените правильность его экспозиции. Если яркости недостаточно, увеличьте выдержку или ISO, а вот если изображение слишком яркое – уменьшите данные параметры. Получив изображение с правильной экспозицией, вы достигли необходимого результата. Теперь попробуйте поэкспериментировать с каждым параметром по отдельности. Уменьшайте один параметр (например, выдержку), компенсируя другим параметром (например, увеличив ISO). Сравнивайте полученные снимки, оценивайте какой из них лучше и выявляйте закономерности и зависимости между параметрами. Так, снимок за снимком, вы будете набираться опыта и уже через пару сотен кадров сможете практически с первого раза угадывать настройки параметров для разных условий съёмки.

Конечно, размеры оптики, маленький сенсор камеры и невозможность регулировать диафрагму накладывают серьезные ограничения для любителя фотографировать на смартфон, ведь те же современные фотокамеры обладают гораздо большей гибкостью настройки. С другой стороны, даже тех параметров, которые есть, будет достаточно для многих пользователей, по крайней мере, в начале их пути в фотоискусстве. В конце концов, умения фотографа и его взгляды важнее фото инструмента. Поэтому пробуйте, экспериментируйте и удачных кадров!