Евгений Сергеев - Вспомогательные (прикладные) дисциплины. Фотодело
Современные фотокамеры – это комбайны-автоматы , которые могут выполнять целый ряд основных операций:
– точная система автоматической фокусировки;
– режим специальных программных операций для автоматической съемки различных объектов и сюжетов с автоматической коррекцией экспозиции, обеспечивающий ночную, спортивную съемку, макросъемку;
– автоматический выбор режима с приоритетными выдержками, позволяющий «остановить» быстродействующий объект;
– автоматический режим медленной синхронизации с лампой-вспышкой.
Такой режим позволяет осуществлять регистрацию одновременного объекта, находящегося на переднем плане, и пейзажа на заднем плане без дополнительных искажений и определенных дефектов от лампы-вспышки;
– автоматический режим ослабления эффекта «красных глаз».
Характеристики цифровых камер позволяют установить любые параметры на входе аппаратуры воспроизведения, обработки и печати изображений.
Конечный результат цифровой фотографии – цифровой файл с изображением. Файл с цифровым изображением можно отправить любому пользователю Интернет, перенести на экран монитора, телевизора или другой цифровой носитель информации.
1.5.2. Первые опыты по созданию цифровых камер
Сведения о жидких кристаллах были получены к 1888 году. Австралийский учёный и ботаник обнаружил эти уникальные структуры, а его немецкий коллега Леманн, дал название этим структурам – «жидкий кристалл». В развитии первых образцов индикаторов на жидких кристаллах, на основании которых появилась технология создания жидкокристаллических матриц необходимо выделить исследователей Д. Фергасона и Р. Вильямса. За годы своего существования жидкокристаллические матрицы претерпели множество изменений и сильно эволюционировали, но применительно к ноубукам вершиной можно считать активную матрицу, которая изготовлена по технологии TFT (Thin Film Transistor – тонкоплёночный транзистор). Многие ведущие корпорации кинофотоиндустрии работают над усовершенствованием технологии изготовления матриц и созданию изображения, которое отвечает требованиям потребителя. В конце 1969 года Вильямом Брйлем и Джорджем Смитом был изобретён прибор с зарядовой связью (ПЗС, CCD – Charge Coupled Device), который позволял получать изображение. А в 1973 году в массовое производство были запущены ПЗС-сенсоры (ПЗС-матрицы).
Работы по созданию цифровой фототехники начались еще в середине 70-х годов прошлого века. Первые действующие образцы появились на свет в 1981 году (знаменитая MAVICA от компании Sony), первой настоящей цифровой камерой по праву считается Dycam Model 1, известная также под именем Logitech FotoMan FM. Много работала над созданием образцов цифровых фотоаппаратов компания Kodak. К 1995 году основные технические проблемы были решены и на рынке появилось большое количество цветных цифровых фотокамер. Выставка Photokina-96 проходившая в Кёльне, послужила стартовым сигналом для начала «мегапиксельной гонки», в которой приняли участие ведущие производители фототехники: Olympus; Nikon; Canon; Minolta; Pentax; Sony; Fuji; Casio; Epson.
Первые крупноформатные матричные ПЗС разработанные в США и Израиле (фирма Shell Case) применяются в кино и видеоаппаратах. Камеры такого типа подходят для съемки подвижных и неподвижных объектов и позволяют получать цифровые цветные изображения среднего разрешения.
Принцип действия цифровых камер может быть различным. В современных камерах в основном используется единая матрица, с микроскопическими фильтрами четырех типов на чувствительных элементах матрицы. Фотосенсор – светочувствительная ма́трица , это специализированная интегральная микросхема, объединяющая упорядоченный массив светочувствительных элементов и электронную схему оцифровки либо развёртки. Матрица преобразует оптическое изображение в электрическое и считывает электрический сигнал. ПЗС матрица характеризуется своими пространственно-частотными характеристиками, которые определяют весь возможный объем получаемой входной информации. Приемник изображения – ПЗС матрица могут работать в любой области спектра от ультрафиолета до теплого диапазона (8-20 мкм) невидимой области спектра (ночью). Оцифрованное изображение передается на компьютер с помощью дифференцированного SCSI интерфейса.
Современные цифровые цветные фото и видеокамеры необходимо подразделить на несколько категорий. Камеры низкого разрешения , имеют встроенные модули памяти, они обеспечивают ограниченное хранение информации.
Камеры промежуточного класса, позволяют создавать файлы цветных изображений, содержащие несколько мегабайт информации. Они могут сохранять информацию на смешанных носителях большой емкости или на карточках ФЛЭШ – памяти.
Студийные приборы высокого класса , позволяют получать цветные цифровые изображения особо высокого качества (Dicomed-Fild-Pro). Они характеризуются наибольшим разрешением и наилучшим качеством света.
Учитывая, что цифровые изображения имеют большой массив данных, обычно применяют операцию сжатия. Данную операцию аппаратура записывает на специальные носители – карты памяти.
1.5.3. Назначение цифровых камер
В целом все цифровые камеры разделяются на: любительские, полупрофессиональные, профессиональные. Профессиональные фотокамеры подразделяются на: репортажные, профессиональные камеры сканирующего типа, профессиональные портативные студийные цифровые камеры высшего класса.
Любительские цифровые камеры могут использоваться не только для реализации процесса фотографирования каждым желающим, но и для просмотра отснятых кадров на экране монитора. Полученные кадры после соответствующей обработки можно направлять в Интернет, что полностью соответствует современным требованиям при передаче информации в различные участки мира в реальном масштабе времени. Обычное разрешение этих камер не превышает значения 800000 пикселов. Например, с матрицей, имеющей 1024 х 768 элементов.
В настоящее время наукой разработаны и техникой освоены цифровые методы представления изображений с использованием различных одноэлементных и многоэлементных приемников излучения – Приборов с Зарядовой Связью (ПЗС) или в переводе с английского Charge-Сoupled Device (CCD). Светочувствительная матрица так называется микросхема, которая способна принимать световой поток и преобразовывать его в электрические сигналы-импульсы. Это "сердце" любой цифровой камеры, ведь именно ПЗС непосредственно принимает и обрабатывает изображение.
1.5.4. Параметры ПЗС (CCD) матрицы
В цифровой фотографии для получения изображения используются интегральные микросхемы (датчики). Матрица состоит из миллионов чувствительных элементов (датчиков), которые воспринимают и преобразуют световые переходы (контрасты) изображения в соответствующие перепады электрического сигнала. Эти электрические сигналы на Аналого – Цифровом Преобразователе (АЦП) преобразуются в цифровой вид информации. Такой электрический сигнал представляет определённую последовательность: ноль (нет изображения) единица (есть изображение).
Миллионы элементов для восприятия фильтрованных красного, зеленого и синего цветов или фотоэлементов (photosites) в большой матрице можно сравнить с колбочками в центре сетчатки глаза. Интенсивность освещения преобразуется в электрические сигналы как в глазе, так и в ПЗС. В ПЗС частицы света, называемые фотонами (photons), попадают на кремниевый элемент или на подложку элемента, давая дополнительную энергию, нужную для высвобождения атомами кремния отрицательно заряженных электронов. Каждый элемент имеет присоединенный к нему электрический контакт или элемент. При подводе к этому контакту определенного напряжения участок кремния под ним начнет захватывать свободные электроны, то есть он будет функционировать как емкость или приемник электронов. Общий отрицательный заряд свободных электронов, скопившихся в приемнике, пропорционален интенсивности света, поступающего к элементу
Формирование зарядов в ПЗС имеет линейную зависимость. Чем больше время экспозиции – время интеграции (integration time) – допустимое время накопления центрами формирования деталей фотоизображения до того, как они считываются и преобразуются в цифровые данные тем больше величина зарядов. Полностью заряженный или насыщенный элемент может вместить около 110000 электронов. Дальнейшее увеличение зарядов под действием света регистрироваться не будет, поэтому самые светлые из совещенных участков "выгорят" до белизны. Чтобы исключить такую проблему, заполнение элементов обычно производится до точки насыщения (saturation point). "Безопасно" приемлемый (full well) уровень насыщения установлен равным 90 %, что составляет примерно 100000 электронов. Минимальное значение насыщения, за которое зачастую принимается значение, близкое к стандарту ISO 100, основано на использовании этого приемлемого уровня. Переэкспонирование обычно приводит к образованию расплывчатого изображения (blooming). Этому, как правило, препятствует использование уровней насыщения ПЗС.
