Главная › Трудовое право › Портал вычислительной техники. Как работает цифровая камера

Портал вычислительной техники. Как работает цифровая камера

> Как работает цифровая камера

Цифровая камера захватывает свет и фокусирует его через объектив на сенсор, сделанный из кремния. Она состоит из сетки мелких фотоэлементов, которые чувствительны к свету. Каждый фотоэлемент называется пикселем, сокращение от «элемент изображения». Миллионы этих отдельных пикселей находятся в датчике цифровой зеркальной фотокамеры.

Цифровая камера отбирает свет нашего мира, или космического пространства пространственно, тонально и по времени. Пространственная выборка означает, что изображение в камере разбивается прямоугольной сеткой пикселей. Тональная выборка означает, что постоянно меняющиеся тоны яркости в природе разбиты на отдельные дискретные шаги тона. Если есть достаточно выборок, как в пространстве, так и тонально, мы воспринимаем их в качестве верного представления исходной сцены. Время выборки означает, что мы делаем экспозицию заданной длительности.

Наши глаза также воспринимают мир на основе нескольких десятых долей секунды, когда количество света такое же, как в дневное время. В условиях низкой освещенности, экспозиция глаза, или время интегрирования может увеличиться до нескольких секунд. Вот почему мы можем увидеть более подробную информацию с помощью телескопа, если будем смотреть на слабый объект в течение долгого времени.

Глаз является относительно чувствительным детектором. Он может обнаружить один фотон, но эта информация не передается мозгу, потому что она не превышает минимального порога соотношения сигнала к шуму в схеме шумовой фильтрации в зрительной системе. Этот порог обуславливает поступление нескольких фотонов для фиксирования их мозгом. Цифровая камера почти также чувствительна, как глаза, и оба являются гораздо более чувствительными, чем фотопленка, которая требует множество фотонов для обнаружения.

Эти временные выборки с длинными экспозициями, которые действительно делают возможным волшебство цифровой астрофотографии. Истинная мощь цифрового датчика возникает от его способности интегрировать, или собирать, фотоны в течение более длительных периодов времени, чем глаза. Вот почему мы можем записать данные в длинных выдержках, которые невидимы для глаза, даже через большой телескоп.

Каждый светочувствительный элемент на CCD или CMOD чипе состоит из светочувствительной области из кристаллического кремния в фотодиоде, которая поглощает фотоны и высвобождает электроны посредством фотоэффекта. Электроны накапливаются в потенциальной яме в качестве электрического заряда, который накапливается в течение всей экспозиции. Заряд, который генерируется, пропорционален числу фотонов, которые попадают в датчик.

Этот электрический заряд передается и преобразуется в аналоговое напряжение, которое усиливается и затем посылается в аналого-цифровой преобразователь, где оно оцифровывается (превращается в число).

CCD и CMOD датчики работают аналогично друг другу в поглощении фотонов, генерации электронов и их хранении, но отличаются тем, как заряд переносится и где он преобразуется в напряжение. И оба имеют цифровой выход.

Весь файл цифрового изображения это набор чисел, которые представляют значения яркости и местоположения для каждого квадрата в массиве. Эти цифры хранятся в файле, с которым могут работать наши компьютеры.

Не все пиксели чувствительны к свету, только фотодиодные. Процент пикселей, которые является светочувствительными, называется коэффициентом заполнения. Для некоторых датчиков, таких как CMOD, коэффициент заполнения может быть только от 30 до 40 процентов всей площади фотоэлементов. Остальная часть области на CMOD -датчике состоит из электронных схем, таких как усилители и схемы шумоподавления.

Поскольку светочувствительная площадь мала по сравнению с размером пикселей, общая чувствительность чипа снижается. Для увеличения коэффициента заполнения, производители используют микро-линзы, чтобы направить фотоны, которые поражают не чувствительные участки и остаются незамеченными, на фотодиод.

Электроны генерируются тех пор, пока фотоны воздействуют на датчик в течение продолжительности воздействия или интеграции. Они хранятся в потенциальной яме до окончания облучения. Размер ямы называют полной емкостью, и это определяет, сколько электронов может быть собрано, прежде чем яма заполнится и зарегистрирует в полном объеме. В некоторых датчиках после заполнения одной ямы, электроны могут перекинуться на прилегающие ямы, вызывая блюминг, который виден в качестве вертикальных пиков на ярких звездах. Некоторые камеры имеют антиюлюминговые возможности для сокращения или предотвращения этого явления. Большинство DSLR-камер контролируют блюминг очень хорошо, и это не является проблемой для астрофотографии.

Количество электронов, которое может накапливаться в яме, определяет динамический диапазон сенсора и также диапазон яркости от черного до белого, где камера может записывать детали как в слабых, так и в ярких областях сцены. После коррекции шума датчик с большей емкостью обычно имеет больший динамический диапазон. Датчик с низким уровнем шума помогает улучшить динамический диапазон и улучшает детализацию в слабо освещенных местах.

Не каждый фотон, попадающий на детектор, будет зарегистрирован. Количество, которое будет зарегистрировано, определяется квантовой эффективностью датчика. Квантовая эффективность измеряется в процентах. Если датчик имеет квантовую эффективность в 40 процентов, это означает, что четыре из каждых десяти фотонов, которые попадают на датчик, будут зарегистрированы и преобразованы в электроны. Согласно Roger N. Clarke, квантовый КПД в современных цифровых зеркальных камерах составляет от 20 до 50 процентов, в зависимости от длины волны. Топовые модели астрономических CCD-камер могут иметь квантовую эффективность до 80 процентов и более, хотя это относится к изображениям в градациях серого цвета.

Число электронов, собирающихся в яме, пропорционально числу фотонов, которые зарегистрированы. Электроны в яме затем преобразуется в напряжение. Этот заряд является аналоговым сигналом (непрерывного изменения) и, как правило, очень мал, и должен быть усилен, прежде чем он может быть оцифрован. Выходной усилитель выполняет эту функцию, приводя в соответствие диапазон выходного напряжения датчика к диапазону входного напряжения АЦ преобразователя. АЦ преобразователь преобразует эти данные к виду двоичного числа.

Когда АЦ преобразователь оцифровывает динамический диапазон, он разбивает его в пошаговом режиме. Общее количество шагов задается битной глубиной преобразователя. Большинство камер DSLR работают с 12 битами (4096 шагов) тональной глубины.

Выходной сигнал датчика технически называется аналого-цифрового единицей (ADU) или цифровой номер (DN). Число электронов в ADU определяется коэффициентом усиления системы. Усиление 4 означает, что АЦ преобразователь оцифровывает сигнал так, что каждый ADU соответствует 4 электронам.

Класс экспозиции ISO соответствует классу скорости пленки. Это общая оценка чувствительности к свету. Цифровые датчики камеры имеют только одну чувствительность, но позволяют использовать различные настройки ISO путем изменения коэффициента усиления камеры. Когда усиление в два раза, то число электронов в ADU понижается в 2 раза.

При увеличении ISO в цифровой камере, меньше электронов преобразуются в один ADU. Повышение ISO уменьшает динамический диапазон. При ISO 1600 может быть использовано всего около 1/16 от полной емкости потенциальной ямы датчика. Это может быть полезно для астрономических изображений тусклых предметов, электроны от которых не могут быть собраны другим способом, чтобы заполнить потенциальную яму. Камера только преобразует небольшое количество электронов из этих редких фотонов и сопоставляет этот ограниченный динамический диапазон полной битовой глубине, при этом становится возможной большая дифференциации между шагами. Это также дает больше шагов, чтобы работать с этими слабыми данными, когда они растягиваются позже при обработке, чтобы увеличить контраст и видимость.

Для каждого пикселя в датчике, данные яркости, представленные числом от 0 до 4095 для 12-разрядного АЦ конвертера, вместе с координатами местоположения пикселя, хранятся в файле. Эти данные могут временно сохраняются во встроенной буферной памяти камеры, прежде чем записываются в съемной карте памяти камеры.

Этот файл из чисел реконструируется в образ, когда он отображается на мониторе компьютера, или распечатывается.

Это те цифры, которые производятся в процессе оцифровки, с которыми мы можем работать на наших компьютерах. Цифры представлены в виде битов, а представлении «двоичных цифр». Биты используют основание 2 в двоичной системе счисления, где есть только цифры один и ноль, а не на основе 10, где есть цифры от 0 до 9, с чем мы, как правило, работаем. Компьютеры используют двоичные числа, потому что транзисторы, из которых они сделаны, имеют только два состояния включено и выключено, которые представляются цифрами один и ноль соответственно. Все числа могут быть представлены таким образом. Это то, что делает компьютеры настолько мощными при работе с числами, транзисторы это делают очень быстро.

Пространственная выборка

Светочувствительный элемент в матрице камеры соответствуют один к одному с пикселями в цифровом изображении, когда он поступает на выход. Многие люди также называют такие элементы в матрице камеры общим термином "пиксели". Эти элементы расположены в прямоугольном массиве. В Canon 20D, массив 3504 х 2336 пикселей, что в общей сложности 8,2 миллиона пикселей. Эту сетку можно представить как шахматную доску, где каждый квадрат очень мал. Квадраты настолько малы, что, если смотреть с расстояния они заставляют глаз и мозг думать, что изображение является непрерывным. Если вы увеличите любое цифровое изображение до достаточно большого размера, вы сможете увидеть отдельные пиксели. Когда это происходит, мы называем изображение "нечетким".

Цветное изображение на самом деле состоит из трех отдельных каналов, по одному для красного, зеленого и синего цвета. Из-за способа ощущения цвета глазом и мозгом, все цвета радуги могут быть созданы из этих трех основных цветов.

Хотя цифровая камера может записывать 12 бит или 4096 шагов яркости информации, почти все выходные устройства могут отображать только 8 бит или 256 шагов в цветовой канал. Изначальные 12-битные (2 в 12 степени = 4096) входные данные должны быть преобразованы в 8 битные (2 в 8 степени = 256) данные для вывода.

В приведенном выше примере, номинальный пиксель имеет уровень яркости 252 в красном канале, 231 в зеленом канале, и 217 в канале сигнала синего цвета. Яркость каждого цвета может варьироваться от 0 до 255, при 256 общего количества шагов в каждом цветовом канале, когда он отображается на мониторе компьютера, или для вывода на настольном принтере. Ноль означает чистый черный цвет, а 255 указывает чистый белый.

256 цветов каждый из красного, зеленого и синего может показаться не много, но на самом деле это огромное количество, потому что 256 х 256 х 256 - это более 16 миллионов отдельных цветов.

Тональная выборка

Свет и тона в мире изменяются непрерывным образом. После захода Солнца в ясный день небо на западе варьируется от яркого вблизи горизонта до темно-голубого цвета над головой. Эти оттенки синего цвета постоянно меняться. Они плавно переходят от светлого к темному.

Цифровые камеры при измерении света разрывают его непрерывно изменяющиеся сигналы в дискретные шаги, которые могут быть представлены числами (цифры). Они оцифровывают изображение.

64 шага

32 шага

16 шагов

Благодаря способу, который использует наша визуальная система, если мы разделим непрерывные сигналы в достаточном количестве малых дискретных шагов мы можем обмануть глаз, думая, что это непрерывный сигнал, даже если это не так.

В приведенных выше примерах, мы можем увидеть эффект от различного числа тонов, когда мы переходим от черного цвета к белому. Мы можем четко дифференцировать небольшое количество тонов как прерывистость. Но когда число увеличивается, где-то около 128 шагов, они, кажутся непрерывными для нашего восприятия.

Компьютеры и цифры

Поскольку компьютер является очень мощным инструментом при манипулировании с цифрами, мы можем выполнять различные операции над этими цифрами быстро и легко.

Например, контраст определяется как разница в яркости между соседними пикселями. Для контрастности, должна быть разница, так чтобы один пиксель был ярче, а другой пиксель был темнее. Мы можем очень легко увеличить контрастность, просто добавив количество шагов по яркости для яркого пикселя и вычитания числа шагов из значения яркости темного пикселя.

Цвет в изображении представлен значением яркости пикселя в каждом из трех цветовых каналов - красным, зеленом и синем - которые составляют информацию о цвете. Мы можем так же легко изменить цвет пикселя, или группу пикселей, просто изменив число.

Мы можем выполнять другие трюки, такие как увеличение кажущейся резкости изображения за счет увеличения контрастности краевых границ объектов на изображении с помощью процесса, называемого нерезким маскированием.

Представление изображение в виде числа позволяет нам всецело управлять им. И, поскольку изображение является набором чисел, оно может быть дублировано любое количество раз без потери качества.

Линейные или нелинейные данные

Реакция записи цифрового датчика пропорциональна числу фотонов, которые попадают в него. Реакция является линейной. В отличие от фотопленки, цифровые датчики увеличивают записанный сигнал в два раза, когда в два раза увеличивается число фотонов попавших на датчик. Цифровые датчики также являются взаимозаместимыми, как и большинство фотопленок.

Данные, полученные с помощью датчика CMOS в цифровой зеркальной фотокамере и записанные в сыром файле, являются линейными. Линейные данные, как правило, выглядят очень темными по сравнению с нормальным фотографиями (см. рисунок ниже).

Линейная кривая

Человеческое визуальное восприятие яркости лучше описывается логарифмической кривой, чем линейной кривой. Другие человеческие чувства, такие как слух, и даже вкус, также логарифмические. Это означает, что мы лучше различаем разницу на нижнем конце шкалы восприятия, чем мы на высоком конце. Например, мы можем очень легко отличить по весу один фунт и два фунта, когда мы их поднимем. Но у нас возникают трудности при попытке отличить вес в 100 фунтов и 101 фунтов. Тем не менее, разница же, один фунт.

Логарифмическая кривая

Нормальные фотографии на пленке также записаны в нелинейной манере, которая похожа на способ человеческого восприятия. Вот почему мы можем держать слайд к свету, и это выглядит как разумное представления исходной сцены без каких-либо дополнительных модификаций.

Из-за того, что человеческая визуальная система восприятия не работает в линейном порядке, нелинейный закон должен быть применен при "растяжке" линейных данных из цифровой зеркальной фотокамеры, чтобы тональность фотографий лучше соответствовала нашему визуальному восприятию. Эти нелинейные поправки делаются с помощью программного обеспечения внутри камеры при записи изображения в файл в формате JPEG. Если сырой файл сохраняется в камере, эти нелинейные корректировки делаются в программном обеспечении позже, когда данные открыты в программе обработки изображений.

В примерах изображений, показанных выше, снимок экрана диалога Curves в Photoshop был включен в изображении, чтобы мы могли увидеть сравнение между линейными данными и теми же данными с нелинейной корректировкой. Кривая в темном изображении является линейной, то есть прямая линия. Кривая в светлом изображении показана при растяжке, которая должна быть применена к данным, чтобы сделать их ближе к нашему зрительному восприятию.

Кривая представляет входные и выходные значения яркости пикселей в изображении. Черные в левом нижнем углу, а белые в правом верхнем углу. Серые тона между ними. Когда линия прямая, входной сигнал, который проходит горизонтально вдоль дна, соответствует выходному сигналу, который проходит вертикально вдоль левой стороны.

На вставке показано, что когда прямую тянут вверх, так что ее наклон увеличивается, контрастность этой части кривой и соответствующих тонов в изображении увеличивается. В изображенном выше примере видно, что тон в указанной точке создается намного легче. Все тона в изображении ниже этой точки на кривой, и соответствующих тонов в изображении, растягиваются друг от друга и их контраст увеличился.

Вот почему важно работать с высоко битной глубиной при работе с необработанными изображениями. Из-за сильного натяжения и увеличения контраста, которые необходимы, тоны растягивают. Если у нас есть много тонов и глубина высокого тона позволяет, то их можно гладко перераспределять. Если у нас мало тонов для работы, мы рискуем получить постеризацию и полосы при растяжке данных.

В последнее время популярность цифровых камер растет не по дням, а по часам. Главными причинами является снижение цен, усовершенствование технологии и возможность печати высококачественных фотографий в домашних условиях. Однако остается несколько факторов, сильно тормозящих процесс популяризации цифровых камер. Мы имеем в виду страх неподготовленного пользователя перед новыми цифровыми технологиями. Большое число кнопок, несколько LCD экранов, какие то карты памяти, все этой является достаточно сложным и пугающим. Ведь насколько проще взять обычную пленочную мыльницу, нажать кнопку и все… Да, именно все, можно забыть о всех возможностях хранения, обработки, переноса и демонстрации фотографий, предоставляемых современными цифровыми камерами.

В этой статье мы попробуем на понятном языке, основные особенности современных цифровых камер, покажем насколько «сложно» работать с такими устройствами.

Что выбрать?

Во-первых, выбирая цифровую камеру необходимо определиться с размером. В большинстве случаев от размера камеры зависит не только удобство использования, но и некоторые характеристики. Сегодня Вы можете выбрать достаточно большую камеру, как, например Olympus E-10, камеру среднего размера или совсем миниатюрную, как Minolta DiMAGE X.

Большая цифровая камера Olympus E-10

Миниатюрные камеры

Говоря о зависимости удобства использования от размера камеры, то надо заметить, что это вопрос индивидуальный и зависит от возможностей и потребностей пользователя. С одной стороны, большие камеры, имеющие увеличенный вес, кажутся более удобными и стабильными во время съемки. Обычно такие камеры имеют выступ с правой стороны камеры, необходимый для уверенного захвата камеры. С другой стороны маленькие камеры кажутся более привычными и удобными для большинства пользователей.

С точки зрения качества съемки, то сегодня размер не имеет большого влияния. Даже самые маленькие камеры имеют ПЗС (прибор, который фиксирует изображение) с большим разрешением. Единственное ограничение маленьких камер – размер объектива. Однако, в большинстве случаев, небольшие объективы полностью обеспечивают потребности большинства пользователей.

Теперь давайте рассмотрим конструктивные особенности. Выше на фотографиях мы показали совершенно разные камеры, однако, если присмотреться внимательнее, они имеют много общего.

Как Вы можете видеть, фронтальная сторона любой камеры очень похожа на обычные пленочные камеры. Здесь размещен объектив, окошко видоискателя и вспышка.

Среди особенностей, необходимо отметить возможность использования дополнительных объективов и фильтров. Например, вот так:

Эта особенность присуща полупрофессиональным камерам. Потребительские, маленькие камеры обычно используют несложный объектив, однако, его возможностей более, чем достаточно для получения высококачественных любительских снимков.

Современные модели цифровых камер оснащаются достаточно ограниченной вспышкой, которой достаточно для любительской съемки, однако, если Вас интересует что-то по серьезнее необходимо приобрести внешнюю вспышку.

Больший интерес вызывает тыльная сторона цифровых камер. Обычно, это подтверждают фотографии разных камер, здесь размещен большой LCD экран, глазок видоискателя, и кнопки настройки параметров съемки и навигации по системе меню.

Говоря о тыльной стороне камеры, мы должны подробнее остановиться на нескольких важных элементах.

Видоискатель

В современных цифровых камерах используется оптический и (или) электронный видоискатель.

Оптический видоискатель полностью соответствует видоискателю большинства пленочных камер. В некоторых моделях зеркальных цифровых камер оптический видоискатель может принимать световой поток непосредственно от ПЗС. Т.е. пользователь будет видеть картину съемки, которая полностью соответствует будущему отпечатку.

Оптический видоискатель может иметь возможность регулировки диоптрии и специальную шторку для исключения обратного потока света в зеркальной камере.

Для простоты использования многие пользователи используют электронный видоискатель, отображающий съемочную сцену на экране LCD. Однако, LCD экраны не всегда удобны при использовании на открытом воздухе при ярком солнечном свете.

Некоторые камеры имеют возможность повернуть LCD экран, что обеспечивает дополнительное удобство съемки.

Кроме более точного наведения, электронный видоискатель может отображать различную рабочую информацию. Кстати, говоря, о точности наведения необходимо учесть факт, что многие LCD экраны отображают менее 100% съемочной сцены. Об ограничениях видимой области необходимо заранее прочитать в руководстве пользователя.

Кроме функций электронного видоискателя, LCD монитор, позволяет просматривать отснятые кадры, а так же отображает меню.

Органы управления

Для упрощения использования большинство современных цифровых камер используют похожий набор кнопок управления. Среди основных кнопок можно выделить переключатель режима работы (съемка, просмотр, выключено), кнопку спуска затвора, кнопок зума, вход в меню и навигация. Кроме того, некоторые модели имеют дополнительные кнопки, такие как автофокусировка, ручной режим и т.д.

Обратите внимание на идентичную интуитивную маркировку кнопок на всех, представленных выше, камерах.

Нижняя сторона

Обязательным атрибутом нижней стороны цифровых камер является крепление штатива. Обычно оно выполняется из метала или, в редких случаях, из пластмассы.

В некоторых моделях здесь же располагается отсек для батареек.

Батарейки

Современные цифровые камеры могут работать как от обычных «пальчиковых» батареек или аккумуляторов типа AA, так и использовать специфические аккумуляторы повышенной емкости.

В первом случае, производитель обычно комплектует камеру одним комплектов батареек. Здесь мы настоятельно рекомендуем приобрести два комплекта аккумуляторов большой емкости. Дело в том, что цифровые камеры достаточно прожорливы и в походных условиях, заряд комплекта батареек заканчивается достаточно быстро.

Носители информации

Для сохранения отснятых кадров цифровые камеры используют встроенную и внешнюю память. Объем встроенной памяти обычно ограничен 8MB, чего хватит только для сохранения нескольких кадров в не очень высоком качестве. Для полноценной работы необходимо иметь карту памяти на 64 или 128MB.

Среди многообразия карт памяти, наиболее популярными считаются SmartMedia, MMC, CompactFlash и MemoryStiс. Главным отличием различных типов носителей, может быть потребляемая энергия и скорость передачи данных, однако, сейчас мы не будем углубляться в эти детали, для этого у нас припасена отдельная статья.

Для установки карты памяти, все цифровые камеры имеют специальный отсек, или правильнее будет сказано слот. Обратите внимание, что для каждого типа носителя существует собственный слот, и Вы не можете использовать любой другой, имеющийся у Вас носитель, кроме того, который поддерживает камера. Это очень важно учитывать во время покупки дополнительной карты памяти. Кроме того, необходимо позаботиться о правильном позиционировании карты памяти в слот. Большинство слотов имеют дизайн, блокирующий неправильную установку карты памяти.

Некоторые камеры имеют комбинированные слоты памяти, позволяющие устанавливать два различных типа карт памяти.

Особенности настройки цифровой камеры

Как только камера включена, и загружена операционная система, Вы имеет возможность настроить параметры камеры. Обычно при первом включении автоматически устанавливаются заводские настройки, так называемый базовый или автоматический режим. Хотя Вы можете немедленно приступить к съемке, Вы можете настроить несколько важных параметров, что бы оптимизировать качество получаемых кадров.

Настройки большинства параметров съемки производятся в меню, отображаемом на LCD мониторе. Современные камеры имеют похожую систему меню, отличающуюся включением дополнительных опций и функций, присущих конкретной модели, и внешним оформлением. В основном сегодня встречаются текстовые и графические меню. Ниже на фотографиях показаны оба варианта дизайна меню. Как Вы можете видеть, оба варианта достаточно понятны и интуитивны.

Баланс белого

Учитывая факт, что различные источники света могут изменять температуру цвета, необходимо, что бы цифровая камера имела возможность менять т.н. баланс белого. Цифровые камеры обычно имеют несколько предустановленных значений температуры цвета (Символ солнца означает установку температуры 5500° приемлемую для съемки при ярком солнечном свете, символ «лампа» означает установку температуры цвета в 3200° приемлемое для съемки при освещении лампой накаливания) или Вы можете выбрать режим AUTO, который позволит камере самостоятельно определить оптимальный уровень цветовой температуры.

Параметр ISO (или ASA или чувствительность) используется для определения скорости или чувствительности фотопленки. Чем больше значение ISO, тем большую чувствительность имеет пленка. Большая чувствительность позволяет делать лучшую экспозицию при низком освещении. В цифровых камерах этот термин означает то же самое, что и в обычных камерах, только он определяет чувствительность ПЗС. В этом случае увеличение чувствительности ПЗС ведет к увеличению шума, на снятых кадрах. Поэтому Вам необходимо определить максимально удачное значение ISO для текущих условий съемки.

В большинстве случаев мы рекомендуем использовать ISO равное 100, поскольку в этом случае получается лучшее качество отпечатка. Для изменения значения ISO, Вы должны активизировать меню на экране LCD, и с помощью клавиш джойстика выбрать желаемое значение(100, 200, 400 или AUTO).

Разрешение

Разрешающая способность определяет качество и размер снимка. Для получения самого высокого качества мы рекомендуем использовать формат TIFF. В этом формате изображение передается без сжатия и соответственно без потерь качества. Однако размер получаемых снимков довольно велик. Для записи большого числа кадров на одной карте памяти, можно использовать формат JPEG с изменяемым коэффициентом компрессии.

Для определения возможного числа сохраненных кадров необходимо учитывать три фактора: объем карты памяти, размер чипа ПЗС (число мегапиксеолей), и установленное разрешение. Ниже в таблице представлены примерное число сохраненных кадров в зависимости от комбинации этих трех переменных.

Выбор разрешения зависит от конкретных потребностей. Так, если Вы снимаете для публикации в Internet или для просмотра на экране проектора, то можно выбрать не высокое разрешение. Если для полиграфии или для фотопечати, то необходимо выбрать максимальное разрешение. Выбор разрешения осуществляется через меню на LCD экране.

Что делать с полученными снимками?

После того, как Вы сделали необходимые кадры, Вы можете перенести их на компьютер, просмотреть их на TV или проекторе, или отнести их в фото студию.

Скопировать кадры с карты памяти можно несколькими способами. Во-первых, можно подключить камеру к компьютеру по USB или последовательному порту.

Или подключить карту памяти к специальной читалке, которые теперь продаются в огромных количествах, разных форм и цветов. Например, такие:

Заключение

В этой статье мы попробовали, на примере различных цифровых камер, показать насколько проста работа с подобными устройствами. Отметим, что в отличие от профессиональных пленочных камер, профессиональными цифровыми камерами может пользоваться даже неподготовленный пользователь. Интуитивная система меню, позволит максимально просто настроить основные параметры съемки. Кроме того, некоторые специфические характеристики цифровых камер делают их очень удобными во время отдыха. Вы можете забыть о пленке. Каждый отснятый кадр, может быть просмотрен сразу после съемки, в случае если, Вы стали свидетелями какого-либо интересного события, практически любая цифровая камера позволяет снять короткое видео.

Что такое цифровая камера? Цифровая камера – устройство для фотосъемки, в котором изображение регистрируется на систему ПЗС-матриц и сохраняется в цифровом виде. Цифровая камера может не только фиксировать и преобразовывать в цифровую форму изображение, но и записывать звук, параметры съемки. В зависимости от конструктивного исполнения различают следующие цифровые камеры: с задней разверткой; трех кадровые; однокадровые с одной матрицей; однокадровые с тремя матрицами.

Характеристики цифровой камеры К числу важнейших характеристик цифровых камер можно отнести следующие: разрешение; поддержка интерфейсов SCSI, WireFire, USB; объем носителя информации. Цифровые камеры удобны в использовании, поскольку имеют жидкокристаллический экран, позволяют вести запись как отдельных кадров, так и их последовательности, имеют возможность непосредственного подключения к принтеру. Носителем информации в цифровых камерах обычно служат карты флэш-памяти.

Студийные камеры Названия фирм, производящих эту технику, не скажут ничего не только обычному пользователю, но и профессиональному фотографу - Leaf, Phase One, Dicomed. Студийные камеры предназначены для стационарной съемки в специально отведенном для этого помещения - фотостудии. Для студийных камер не существует ограничений ни на время экспонирования, ни (теоретически) на габариты устройства. В связи с этим данные приборы в основном представляют собой приставку к среднеформатной или крупноформатной камере, устанавливаемую вместо задней стенки аппарата. Конструктивно эти устройства можно разделить на два основных типа - сканирующие и полнокадровые. Поскольку в студийной технике применяются дорогостоящие ПЗС-матрицы высокого разрешения, поток информации в таких системах очень интенсивный. назад

Полевые камеры Гораздо более распространенной категорией являются полевые камеры. Так как данные модели предназначены для эксплуатации в различных условиях освещения, а объекты съемки могут быть самым разнообразными, крайне необходим широкий диапазон выдержки и диафрагмы, а также встроенная вспышка. Фотоаппараты этого класса работают автономно, поэтому должны обладать большими объемами памяти и низким уровнем энергопотребления. Ввиду того, что полевые камеры постоянно находятся в руках своих владельцев, в крайнем случае, в сумке на плече, к этому типу техники предъявляются очень жесткие требования по массе и габаритами. В 2002 году появилась технология, которую можно назвать революционной - многослойные матрицы, в которых каждый элемент (пиксел) регистрирует полную информацию о цветовом диапазоне. Достигается это за счет того, что свет с разной длиной волны проникает в материал ЭОП на разную глубину. Применение сменной оптики и цена - вот что разделяет многочисленное семейство полевых фотокамер на две большие категории: профессиональные и любительские. назад

Профессиональные камеры К началу 2003 года основной из критериев - цена составляет от 2000 долларов для профессиональных камер. Тому виной два обстоятельства. Во-первых, категория покупателей профессиональной техники относительно немногочисленна и согласна с высокой ценой за хорошее качество. Кроме того, сменные объективы, используемые в камерах этого класса, зачастую стоят не намного дешевле самих фотоаппаратов. Вторая причина повышенной стоимости - конструкция этих устройств. Фактически профессиональная камера представляет собой корпус "зеркального" пленочного фотоаппарата высокого класса (и высокой стоимости), доработанного с учетом установки электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и устройства хранения кадров. Большинство моделей снабжаются цветным ЖК - дисплеем расположенным на задней панели, - он используется для просмотра и удаления отснятых кадров, настройки камеры и т. д. Главное же конструктивное отличие данной категории: наличие байонетного разъема для сменной оптики, причем стоимость качественного объектива может в несколько раз превосходить стоимость камеры. Использование стандартной оптики накладывает также ограничение на минимальный размер ЭОП, по габаритам он должен быть максимально приближен к размерам кадра 35-мм пленки. Так как в качестве ЭОП в основном используются дорогостоящие крупногабаритные ПЗС-матрицы, общую цену камеры низкой назвать нельзя. Однако в последнее время наметилась тенденция использовать в качестве базы фотоаппараты среднего класса: Возможно, в недалеком будущем стоимость цифровой "зеркалки" опустится ниже планки в 2000 долларов. назад

Любительские камеры Поскольку фотолюбителей, готовых купить камеру за 2000 долларов и выше (это без учета стоимости оптики), не так уж и много, вскоре после профессиональных моделей появились и любительские, которым и будет уделено основное внимание на страницах данной книги. В англоязычной литературе часто встречаются определения consumer camera (буквальный перевод - потребительские камеры), а также prosumer camers - этот термин появился сравнительно недавно и образован за счет слияния слов ргоfеввiопа 1 и сопвитег. Им обозначаются недавно появившиеся модели с высоким разрешением, большим количеством ручных настроек и сервисных функций, с возможностью установки оптических насадок и подключения внешней вспышки - в общем, со всем тем, что до недавнего времени встречалось только в профессиональных моделях. Любительская цифровая камера в отличие от профессиональной разрабатывается, что называется, "с нуля", без использования корпуса и оптики пленочных камер. Есть, правда, модели, внешним видом напоминающие широко известные 35-мм любительские камеры. => ">

Любительские камеры. Продолжение Как и следует ожидать, на внешнем виде сходство заканчивается даже такая, на первый взгляд, легко поддающаяся копированию часть пленочной камеры, как объектив, не годится для цифровой модели. Дело в том, что используемые в любительских цифровых фотоаппаратах ПЗС-матрицы значительно меньше тех, что применяются в профессиональных. Их размер не превышает 2/3 дюйма по диагонали, а наиболее часто встречаются матрицы с диагональю 1/2 дюйма. При этом оптика, перенесенная один в один с 35-мм камеры, дает изображение, значительно превосходящее по размерам ПЗС-матрицу. Кроме того, ЭОП обладают меньшей по сравнению с пленкой светочувствительностью, а с другой стороны, продолжительное воздействие яркого света губительно для них, что накладывает дополнительные ограничения на конструкцию затвора и светосильные характеристики оптики. Как ни прискорбно, до сих пор встречаются конструкции камер, оптика которых вызывает нехорошие воспоминания о дешевых китайских "мыльницах" с пластмассовыми линзами. Естественно, что никакие "мегапиксели" не помогут сформировать качественное изображение при эксплуатации таких моделей. В то же время появившиеся в 1998 году камеры с ЭОП на полтора миллиона элементов и хорошей светосильной оптикой до сих пор с успехом используются в достаточно сложных для съемки условиях, например при съемке в помещениях с плохой освещенностью. назад

Принцип работы издательских комплексов с использованием цифровой фотографии Для многих студийных камер необходимо специальное студийное освещение, и их нельзя синхронизировать со вспышкой или стробоскопом. В некоторых моделях отсутствует необходимый объем встроенной памяти для хранения цифровых изображений; такие камеры привязаны к компьютеру. Часто имеется возможность вместо объектива камеры использовать для предварительного просмотра изображения экран компьютера и видеомонитор. Полевые цифровые фотокамеры, напротив, имеют довольно короткую выдержку, что позволяет использовать их при ручной съемке движущихся объектов, в том числе людей; они обладают встроенной памятью, достаточной для хранения значительного количества цифровых фотографий, что делает подобные аппараты практически идеальными инструментами для фотожурналистов. Но приемлемое для ручной съемки время выдержки в полевых камерах обычно достигается за счет более низкого качества получаемых изображений, которые не годятся для высококачественных журналов и каталогов. Тем не менее деление на студийные и полевые камеры достаточно условно, и ряд моделей можно с равным основанием отнести к обеим категориям.
Шлем виртуальной реальности Шлем виртуальной реальности устройство, позволяющее частично погрузиться в мир виртуальной реальности, создающее зрительный и акустический эффект присутствия в заданном управляющим устройством (компьютером) пространстве. Представляет собой устройство, надеваемое на голову, снабженное видеоэкраном и стерео- или квадрофонической акустической системой. Название «шлем» достаточно условное: современные модели гораздо больше похожи на очки, чем на шлем. Шлем создаёт объёмное изображение, подавая две разные картинки каждому глазу. Кроме того, шлем может содержать гироскопический или инфракрасный датчик положения головы.

Шлем виртуальной реальности На данный момент шлемы виртуальной реальности сильно дешевеют и в скором времени возможно превратятся в такой же необходимый атрибут компьютерных игр, как джойстик или мышь. На рынке уже представлено несколько доступных моделей видеоочков по цене, не превышающей стоимость хорошего руля для гоночных компьютерных игр. В основных недостатках бюджетных моделей отсутствие встроенного трекера для отслеживания позиции головы, небольшое разрешение видеоэкранов. Некоторые видео очки имеют только один видеоэкран и не способны создавать трехмерное изображение. Оператор в шлеме и перчатках виртуальной реальности.

Что выбрать?

Большая цифровая камера Olympus E-10

Миниатюрные камеры

С точки зрения качества съемки, то сегодня размер не имеет большого влияния. Даже самые маленькие камеры имеют ПЗС (прибор, который фиксирует изображение) с большим разрешением. Единственное ограничение маленьких камер - размер объектива. Однако, в большинстве случаев, небольшие объективы полностью обеспечивают потребности большинства пользователей.

Говоря о тыльной стороне камеры, мы должны подробнее остановиться на нескольких важных элементах.

Видоискатель

В современных цифровых камерах используется оптический и (или) электронный видоискатель.

Некоторые камеры имеют возможность повернуть LCD экран, что обеспечивает дополнительное удобство съемки.

Органы управления

Обратите внимание на идентичную интуитивную маркировку кнопок на всех, представленных выше, камерах.

Нижняя сторона

В некоторых моделях здесь же располагается отсек для батареек.

Батарейки

Носители информации

Особенности настройки цифровой камеры

Баланс белого

Разрешение

Что делать с полученными снимками?

December 30th, 2014

Сейчас цифровые фотоаппараты настолько вошли в нашу жизнь, что ни у кого уже не вызывают удивления. И мало кто задумывается о том, с чего все начиналось. Первая цифровая камера фирмы «Kodak»
Модель 1975 года.

Первая цифровая камера Eastman Kodak весила 3.6 кг. Она состояла из нескольких десятков плат и кассетного проигрывателя прикрепленного сбоку. Все это работало от 16 никель-кадмиевых батарей.

Давайте вспомним про это подробнее …

В декабре 1975 года инженер фирмы Kodak Стив Сассон (Steve Sasson) изобрел устройство, которое через несколько десятилетий приведет к революции в фотографии - первую цифровую фотокамеру.

Разрешение видеокамеры составляло всего 0.01 Мегапикселя (10 тыс пикселей, или приблизительно 125 х 80 пикселей). На создание одной черно-белой фотографии, цветные камера делать не умела, уходило 23 секунды, и они хранились на магнитной кассете.

Один из руководителей того проекта, инженер Стив Сассон (Steve Sasson) вспоминает о нем с теплотой - пускай устройство и не было доведено «до ума», оно стало интересным во многих смыслах - и вскоре благодаря нему Стив официально будет включен в «Зал славы потребительской электроники» (Consumer Electronics Hall of Fame), престижный список людей, внесших наиболее значительный вклад в эволюцию (а может - и революцию), произошедшую в последние годы в этой области.

Устройство собрано на основе элементов камеры Kodak Super 8, с использованием экспериментального прототипа ПЗС-матрицы, которой в наше время оснащаются все цифровые фотоаппараты. Носителем в нем служили, конечно, не флэш-карты, а обычные кассеты с магнитной лентой. Разумеется, ни скоростью работы, ни качеством снимков этот раритет похвастаться не мог: изображение с разверткой в 100 линий записывалось на пленку 23 секунды. Да и удобства оказалось немного - чтобы просмотреть картинку, кассету нужно было поместить в магнитофон, подключенный к компьютеру, который был, в свою очередь, подсоединен к телевизору. Неудивительно, что маркетологи Kodak, опробовавшие новинку на всевозможных фокус-группах, не решились финансировать продолжение проекта.

Для воспроизведения фотографий они считывались с пленки и выводились на обычный черно-белый телевизор.

Но это неважно, ведь даже это несовершенное устройство обладало главным преимуществом цифрового фотоаппарата - оно не нуждалось ни в фотопленке, ни в фотобумаге. Тогда даже это преимущество казалось странным. По словам Сассона, ему задавали вопросы: «Кому вообще может понадобиться смотреть фотографии в телевизоре? Где он будет их хранить? Как ты себе представляешь электронный фотоальбом? Возможно ли сделать технологию удобной и доступной массовому потребителю?»

Увы, тогда изобретатель не нашелся, что ответить скептикам. За него это сделало время.

Камера не предназначалась для продаж, да и не представляла интереса для фотографов в таком виде. Не удивительно что первые по-настоящему переносные цифровые камеры появились лишь практически 15 лет спустя в конце 80-х.

Этапы развития цифровой фотографии

1908 Шотландец Алан Арчибальд Кэмпбел Свинтон (Alan Archibald Campbell Swinton) печатает в журнале Nature статью, в которой описывает электронное устройство для регистрации изображения на электронно-лучевой трубке. В дальнейшем эта технология легла в основу телевидения.
1969 Исследователи из Bell Laboratories — Уиллард Бойл (Willard Boyle) и Джордж Смит (George Smith) сформулировали идею прибора с зарядовой связью (ПЗС) для регистрации изображений.
1970 Ученые из Bell Labs создали прототип электронной видеокамеры на основе ПЗС. Первый ПЗС содержал всего семь МОП-элементов.
1972 Компания Texas Instruments запатентовала устройство под названием «Полностью электронное устройство для записи и последующего воспроизведения неподвижных изображений». В качестве чувствительного элемента в нем использовалась ПЗС-матрица, изображения хранились на магнитной ленте, а воспроизведение происходило через телевизор. Данный патент практически полностью описывал структуру цифровой камеры, несмотря на то, что сама камера фактически была аналоговой.
1973 Компания Fairchild (одна из легенд полупроводниковой индустрии) начала промышленный выпуск ПЗС-матриц. Они были чёрно-белыми и имели разрешение всего 100х100 пикселей. В 1974 при помощи такой ПЗС-матрицы и телескопа была получена первая астрономическая электронная фотография. В том же году Гил Амелио (Gil Amelio), также работавший в Bell Labs, разработал техпроцесс производства ПЗС-матриц на стандартном полупроводниковом оборудовании. После этого их распространение пошло намного быстрее.
1975 Инженер Стив Сассон (Steve J. Sasson) работавший в компании Kodak сделал первую работающую камеру на ПЗС-матрице производства Fairchild. Камера весила почти три килограмма и позволяла записывать снимки размером 100×100 пикселей на магнитную кассету (один кадр записывался 23 секунды).
1976 Fairchild выпускает первую коммерческую электронную камеру MV-101, которая была использована на конвейере Procter&Gamble для контроля качества продукции. Это уже была первая, полностью цифровая камера, передававшая изображение в миникомпьютер DEC PDP-8/E по специальному параллельному интерфейсу
1980 Sony представила на рынок первую цветную видеокамеру на основе ПЗС-матрицы (до этого все камеры были чёрно-белыми).
1981 Sony выпускает камеру Mavica (сокращение от Magnetic Video Camera), с которой и принято отсчитывать историю современной цифровой фотографии. Mavica была полноценной зеркальной камерой со сменными объективами и имела разрешение 570×490 пикселей (0,28 Мп) Она записывала отдельные кадры 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. Во многом, появление Mavica было переворотом, аналогичным изобретению химического фотопроцесса в начале 19-го века. На смену громоздким телекамерам с электронно-лучевыми трубками пришло компактное устройство на основе твердотельного ПЗС-сенсора. Полученные на ПЗС-матрице изображения сохранялись на специальном гибком магнитном диске в аналоговом видеоформате NTSC. Диск был похож на современную дискету, но имел размер 2 дюйма. На него можно было записать до 50 кадров, а также звуковые комментарии. Диск был перезаписываемый и назывался Video Floppy и Mavipak. Примерно в то же время в канадском университете Калгари была разработана первая полностью цифровая камера под названием All-Sky camera. Она предназначалась для научной фотосъемки, была сделана на основе ПЗС-матрицы Fairchild и выдавала данные в цифровом формате.
1984-1986 По примеру Sony, компании Canon, Nikon, Asahi также начали выпуск электронных видео- и фотокамер. Камеры были аналоговыми, стоили очень дорого и имели разрешение 0,3–0,5 мегапикселей. Картинки в формате видеосигнала писались на магнитные носители (как правило, дискеты). В этом же году Kodak ввёл в обиход термин «мегапиксель», создав промышленный образец CCD-сенсора с разрешением 1,4 Мп.
1988 Компания Fuji, которой и принадлежит право первенства в производстве полноценной цифровой видео-фотокамеры, совместно с Toshiba выпустила камеру Fuji DS-1P, основанную на ПЗС-матрице с разрешением в 0,4 Мп. DS-1P также стала первой камерой, записывавшей изображение в формате NTSC не на магнитный диск, а на сменную карту памяти статического ОЗУ (Static RAM) со встроенной для поддержания целостности данных батарейкой. В том же году Apple совместно с Kodak выпускает первую программу для обработки фотоизображений на компьютере - PhotoMac.
1990 Появилась уже полностью цифровая, коммерческая камера – Dycam Model 1, более известная под как Logitech FotoMan FM-1. Камера была чёрно-белая (256 градаций серого), имела разрешение 376×240 пикселов и 1 мегабайт встроенной оперативной памяти для хранения 32 снимков, встроенную вспышку и возможность подключить камеру к компьютеру.
1991 Kodak, совместно с Nikon, выпускает профессиональный зеркальный цифровой фотоаппарат Kodak DSC100 на основе камеры Nikon F3. Запись происходила на жесткий диск, находящийся в отдельном блоке, весившем около 5 кг.
1994 Apple совершает настоящий маркетинговый прорыв, выпустив Apple QuickTake 100. Фотокамера была выпущена в корпусе, напоминавшем бинокль (популярная в те годы форма для видео-фотокамер) и позволяла хранить во внутренней Flash-памяти восемь снимков размером 640×480 (0,3 Мп) или тридцать два снимка с половинным разрешением 320×200. Подключалась камера к компьютеру с помощью последовательного порта, питалась от трёх батареек формата AA и стоила меньше восьмисот долларов.
1994 На рынке появились первые Flash-карты форматов Compact Flash и SmartMedia, объёмом от 2 до 24 Мбайт.
1995 Выпущены первые потребительские фотоаппараты Apple QuickTake 150, Kodak DC40, Casio QV-11 (первая цифровая фотокамера с LCD-дисплеем и первая же - с поворотным объективом), Sony Cyber-Shot. Началась гонка за снижение цены и приближение качества цифровой фотографии к качеству плёнки.
1996 Приход на рынок компании Olympus, не только с новыми моделями, но и с концепцией комплексного подхода к цифровому фото, основанной на создании локальной пользовательской инфраструктуры: камера + принтер + сканер + персональное хранилище фотоинформации.
1996 Fuji представила первый цифровой минилаб. Технология нового устройства была гибридной – она сочетала в себе лазерные, цифровые и химические процессы. В дальнейшем к производству цифровых минилабов подключились и другие компании, в частности, Noritsu и Konica.
1997 Преодолён символический рубеж в 1 мегапиксель: в начале года выходит камера FujiFilm DS-300 c 1,2-мегапиксельной матрицей, в середине - зеркальная (на основе светоразделяющей призмы) однообъективная камера Olympus C-1400 XL (1,4 мегапиксела).
2000 Выпуск камеры Contax N Digital первой полнокадровой (24х36 мм) камеры с разрешением 6 Мп.
2000-2002 Цифровые камеры становятся доступными для массового потребителя.
2002 Sigma выпускает камеру SD9 c трехслойной матрицей Foveon.
2003 Начало выпуска Canon EOS 300D – первой доступной по цене широкому кругу фотографов зеркальной цифровой фотокамеры со сменными объективами. Благодаря этому факту, а также выпуску аналогичных камер другими производителями, произошло массовое вытеснение плёнки не только из среды непритязательных любителей и профессионалов, но и среди «продвинутых» любителей, до этого относившихся к цифровой фотографии довольно прохладно.
2003 Компаниями Olympus, Kodak и FujiFilm представлен стандарт 4:3, направленный на стандартизацию цифровых зеркальных камер и выпущена фотокамера Olympus Е-1 под этот стандарт.
2005 Начало выпуска Canon EOS 5D – первой доступной по цене (цена менее $3000) камеры с полнокадровым сенсором с разрешением 12.7 Мп

Вследствие совершившейся цифровой миниреволюции особенно выиграли японские компании, в отличие от осторожных «американцев». В частности, Sony и Canon сегодня считаются признанными лидерами рынка, а компания Kodak, являясь одним из ведущих разработчиков технологий для цифровой фотографии, рынок любительской цифровой фототехники практически потеряла. История эта не завершена, она активно продолжается в настоящее время.