Fotografia od A do Z: Aparat cyfrowy

Aparat cyfrowy – rodzaj aparatu fotograficznego, który rejestruje obrazy w postaci binarnych plików cyfrowych zapisywanych na nośniku elektronicznym.

Najważniejszym elementem aparatu cyfrowego, który odróżnia go od urządzeń analogowych, jest cyfrowo sterowany sensor obrazowy. Chociaż stosowane są różne odmiany tego układu (przede wszystkim CCD i CMOS), to w każdym przypadku jest to matryca złożona z komórek światłoczułych, których zadaniem jest przekształcanie padającego na nie światła na impuls elektryczny. Prąd ten następnie jest mierzony i zamieniany na konkretną wartość liczbową, która trafia do procesora obrazowego aparatu. Na koniec oprogramowanie urządzenia zamienia surowe wartości uzyskane z poszczególnych komórek w ostateczny obraz zapisywany na karcie pamięci lub innym nośniku obsługiwanym przez aparat.

Historia aparatów cyfrowych

Początki fotografii cyfrowej związane są z wynalezieniem w 1969 roku matrycy światłoczułej typu CCD. Pierwszy egzemplarz takiego sensora posiadał zaledwie osiem elementów światłoczułych umieszczonych w jednym rzędzie, co nie pozwalało na realne wykorzystane go aparatach fotograficznych, jednak już cztery lata później udało się skonstruować matrycę o rozdzielczości 100 x 100 pikseli. W międzyczasie, w 1972 roku, firma Teksas Instruments jako pierwsza zgłosiła swój patent aparatu cyfrowego. Jednak pierwszy egzemplarz działającego urządzenia tego typu ujrzał światło dzienne w 1975 roku w laboratoriach Kodaka. Aparat ten rejestrował zdjęcia w rozdzielczości 0,01 megapiksela na kasecie magnetycznej, co zajmowało mu 23 sekundy. Fotografie można było odczytywać w oddzielnym, podłączonym do telewizora urządzeniu.

Pierwszy działający prototyp funkcjonalnego aparatu cyfrowego.

Do praktycznego wykorzystania technologii cyfrowej, zarówno w amatorskich, jak i profesjonalnych zastosowaniach, była jednak jeszcze daleka droga. Kolejnym krokiem ku komercyjnemu aparatowi cyfrowemu było nietypowe rozwiązanie, jakie stanowiła Mavica firmy Sony. Ten zaprezentowany w 1981 roku aparat potrafił zarejestrować do 25 zdjęć o rozdzielczości 0,3 megapiksela na specjalnej dyskietce magnetycznej. Nie był to jednak aparat cyfrowy, gdyż sygnały z matrycy rejestrowane były w nieprzetworzonej, analogowej formie w zapisie magnetycznym, podobnym do tego, który stosowano w magnetowidach.

Sony Mavica - analogowy aparat elektroniczny wyposażony w matrycę światłoczułą, prekursor konsumenckich aparatów cyfrowych.

Pierwsze produkowane na większą skalę aparaty cyfrowe zaczęły pojawiać się na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych. Były to m.in. aparat Fuji DS-1P z 1988 roku posiadający 16 MB wbudowanej pamięci, czy też Dycom Model 1 z 1990 roku. Z kolei pierwszym modelem profesjonalnym był Kodak DCS-100 z 1991 roku o wysokiej jak na tamte czasy rozdzielczości 1,3 megapiksela.

Kodak DCS-100 - pierwsza lustrzanka cyfrowa to w istocie ścianka cyfrowa wykorzystująca korpus analogowego Nikona F3.

Ówczesne aparaty cyfrowe oferowały jednak niższą jakość obrazu, a do tego były znacznie droższe od modeli analogowych i dopiero pod koniec lat dziewięćdziesiątych ich udział w sprzedaży sprzętu fotograficznego zaczął być znaczący. Na początku XXI wieku okazało się, że nowa technologia jest znacznie atrakcyjniejsza dla konsumentów od klasycznych aparatów analogowych, co sprawiło, że w ciągu kilku lat te drugie praktycznie odeszły do historii. Dzisiaj stosowane są jedynie przez nielicznych entuzjastów oraz czasem jako tańsza alternatywa w fotografii wymagającej wysokiej rozdzielczości (aparaty średnio i wielkoformatowe).

Strona 1

Strona 2
Typy aparatów cyfrowych

Chociaż cyfrowy sprzęt fotograficzny wciąż jest w stanie dynamicznego rozwoju, można wyróżnić kilka dobrze już wykrystalizowanych typów aparatów, które znajdują się ofercie licznych producentów.

• Aparaty kompaktowe – ich najważniejszą cechą są niewielkie wymiary, którym podporządkowane zostały możliwości i parametry aparatu. Z reguły wyposażone są w matryce o przekątnych rzędu około 7–10 mm (typy 1/2,7"–1/1,7"), wbudowany obiektyw typu zoom oraz ekran LCD pokazujący na bieżąco obraz rejestrowany przez sensor. Dodatkowo, w obrębie cyfrowych kompaktów można wyróżnić co najmniej cztery podkategorie tych aparatów:
   
• Standardowe aparaty kompaktowe – ich obsługa jest w znacznej mierze uproszczona i pozbawione są wielu zaawansowanych opcji, do których bardzo rzadko sięgają amatorzy. Również osiągi aparatów tej klasy są raczej niewielkie, jednak na ogół cechują się przystępną ceną.

Panasonic Lumix DMC-ZX3 - typowy reprezentant konsumenckich cyfrowych aparatów kompaktowych.

 [kn_advert]

• Aparaty typu slim – pod względem obsługi i dostępnych opcji są zasadniczo zbliżone do standardowych kompaktów, jednak w ich przypadku szczególny nacisk położono na zmniejszenie wymiarów urządzenia. Okupione to zostało nieco wyższą ceną oraz, czasami, również nieco słabszymi parametrami aparatu (np. mniejszy zakres ogniskowych).

Canon IXUS 1000 HS - przykład aparatu typu slim.

• Zaawansowane aparaty kompaktowe – stanowią próbę połączenia niewielkiej matrycy (chociaż na ogół i tak większej niż w standardowych kompaktach) i kieszonkowych rozmiarów urządzenia z zaawansowanymi opcjami aparatu, analogicznymi do tych stosowanych w lustrzankach (np. zapis RAW, czy też manualny dobór ekspozycji i przysłony). Ponadto sprzęt tego typu najczęściej wykorzystuje komponenty znacznie wyższej klasy w porównaniu ze standardowymi aparatami kompaktowymi, co przekłada się na wyższą cenę tych urządzeń.

Nikon Coolpix P7000 - aparat o małych rozmiarach, jednak sporych możliwościach ustawień i kontroli nad parametrami.

• Aparaty typu superzoom – są zdecydowanie największe spośród aparatów kompaktowych, co jest efektem stosowania w nich obiektywów o dużym zakresie ogniskowych – tzw. zoomie, którego wartość sięga często do x20 lub nawet x30 i więcej. Aparaty tego typu konstruowane są zarówno jako uproszczony sprzęt amatorski, jak też w odmianach zaawansowanych, które umożliwiają większą kontrolę nad parametrami fotografowania.

Nikon Coolpix P500 wyposażony w obiektyw o 36-krotnym zakresie ogniskowych (22,5–810 mm w ekwiwalencie dla filmu małoobrazkowego).

Strona 3
 Typy aparatów cyfrowych

• Lustrzanki cyfrowe – są spadkobiercami jednoobiektywowych lustrzanek analogowych, w których film zastąpiono matrycą światłoczułą. O ile jednak w modelach analogowych najpopularniejszym formatem była klatka filmu o wymiarach 36 x 24 mm, to w lustrzankach cyfrowych najczęściej stosuje się matryce APS-C, o rozmiarach około 23 x 15 mm (w zależności od producenta). Aparaty z sensorem małoobrazkowym, który zyskał potoczne określenie "pełnej klatki" są również dostępne, jednak wysoka cena ogranicza skalę ich stosowania. Lustrzanki cyfrowe z założenia przeznaczone są dla fotoamatorów o większych umiejętnościach obsługi aparatu cyfrowego oraz dla profesjonalnych fotografów. Oprócz większych niż w aparatach kompaktowych sensorów obrazowych, do pozostałych zalet lustrzanek cyfrowych należą wygodny wizjer optyczny pokazujący rzeczywisty obraz za pośrednictwem lustra i pryzmatu oraz szybki autofokus oparty na detekcji fazy.
  
  W ofercie rynkowej, od pewnego czasu, uwidocznia się podział na cztery klasy lustrzanek cyfrowych pod względem ich zaawansowania technicznego. Podział ten jest konsekwencją wyznaczenia kategorii, w których prestiżowe stowarzyszenia TIPA (Technical Image Press Association) przyznaje nagrody producentom lustrzanek. Są to zatem:
   

• Lustrzanki amatorskie (ang. entry level) – najbardziej uproszczone, najtańsze i najbardziej przyjazne dla początkującego użytkownika spośród lustrzanek cyfrowych.

Canon EOS 1000D - lustrzanka klasy "entry level".

 [kn_advert]

• Zaawansowane lustrzanki amatorskie (ang. advanced) – oferujące znacznie większy zakres ustawień oraz poszerzone możliwości, ze szczególnym przeznaczeniem dla ambitnych fotoamatorów.

Nikon D7000 - aparat dla zaawansowanych amatorów fotografii.

• Lustrzanki profesjonalne niższej klasy (półprofesjonalne, ang. expert) – czyli sprzęt wysokiej klasy, przeznaczony do zastosowań profesjonalnych, konstruowany w sposób wyraźnie już odmienny od aparatów amatorskich. Bardzo często jest on odporny na warunki atmosferyczne i posiada zwiększoną odporność mechaniczną.

Canon EOS 7D - reprezentant niższej półki aparatów profesjonalnych tego producenta.

• Lustrzanki profesjonalne najwyższej klasy – stanowiące szczyt aktualnych możliwości technicznych w dziedzinie obrazowania cyfrowego i produkowane tylko przez kilka najbardziej doświadczonych w tej dziedzinie firm (przede wszystkim Canon, Nikon i Sony, chociaż niektórzy uznają również w tej kategorii również Olympusa). Ceny aparatów tej klasy osiągają najczęściej powyżej 10 tys. a czasem nawet powyżej 20 tys. zł.

Nikon D3 - aparat klasy profesjonalnej wyposażony w matrycę 36 x 24 mm.

• Do lustrzanek profesjonalnych zaliczyć można również aparaty średnioformatowe, które z technicznego punktu widzenia również są lustrzankami. Produkują je takie firmy, jak Hasselblad, Mamiya czy Leica. Sprzęt tego rodzaju używany jest właściwie tylko przez wysoko opłacanych specjalistów, którzy często, zamiast kupować, po prostu wynajmują tego typu aparaty na sesje fotograficzne. Oprócz wysokiej jakości uzyskiwanego sygnału oraz różnych atrakcyjnych cech pomocniczych, największą zaletą cyfrowych aparatów średnioformatowych jest ich wysoka rozdzielczość, umożliwiająca wydruk zdjęć w wielkim formacie.

Hasselblad H4D - najnowsza generacja cyfrowych aparatów średniego formatu tej firmy.

• Aparaty kompaktowe z wymienną optyką – zaprezentowane po praz pierwszy w 2008 roku, stanowią nowość na rynku i wciąż dostarczają problemów z ich klasyfikacją i nazewnictwem. Trudno zestawiać je z aparatami kompaktowymi, gdyż o wiele więcej wspólnego mają z cyfrowymi lustrzankami, po których odziedziczyły duży sensor obrazowy w formacie APS-C lub Mikro Cztery Trzecie. Pozbawiono je jednak lustra oraz pryzmatu z wizjerem optycznym, co pozwoliło znacznie zmniejszyć ich rozmiary oraz tłumaczy popularną nazwę "bezlusterkowce". Obecnie aparaty tego typu produkują Samsung, Panasonic, Olympus oraz Sony. Można się spodziewać, że do tego grona wkrótce dołączą kolejni producenci.

Samsung NX100 - przykład aparatu o matrycy takiej wielkości, jak w lustrzance, pozbawionego jednak lustra i pryzmatu.

• Dalmierzowe aparaty cyfrowe – chociaż analogowe dalmierzowce cieszyły się swego czasu sporą popularnością, to ich cyfrowe odpowiedniki stanowią ekskluzywną co prawda, jednak zdecydowanie niszową kategorię. Do reprezentantów należą praktycznie tylko małoobrazkowa Leica M9 oraz wyposażone w nietypową matrycę 27 x 18 mm poprzednie modele tej serii – M8 i M8.2.

Leica M9 - małoobrazkowy, cyfrowy aparat dalmierzowy.

• Wreszcie, do aparatów cyfrowych należy zaliczyć telefony komórkowe wyposażone w funkcję fotografowania. Jest to jedna z najpopularniejszych form aparatu cyfrowego, chociaż jednocześnie oferująca najniższą jakość obrazu. Obiektywy umieszczane w komórkach najczęściej są stałoogniskowe i charakteryzują się niewielkim otworem względnym. Matryce stosowane w tych urządzeniach są jeszcze mniejsze niż w aparatach kompaktowych, co przekłada się na niską rozdzielczość i wysoki poziom szumów. Również oprogramowanie wbudowanego aparatu jest często mało wydajne, co dodatkowo obniża jakość uzyskiwanego obrazu. Jednak największą zaletą fotograficznych telefonów komórkowych jest to, że są zawsze pod ręką, co sprawia, że pomimo wszystkich ich ograniczeń, wykonuje się nimi ogromną ilość zdjęć.