Ликбез: как работает цифровая камера. Устройство фотоаппарата

Убедительно просим не присылать статьи из интернета - их можно найти поисковыми машинами. Напишите свою, интересную и уникальную статью. Сфотографируйте и опишите лабораторную работу по физике, или химии, пришлите фотографии Вашей самоделки....
шлите статьи на адрес [email protected]

Как работают цифровые фотоаппараты

В большинстве цифровых фотоаппаратов есть LCD экран, на котором можно сразу просмотреть получившийся снимок. Это одно из главных преимуществ цифровых камер. Такие фотографии можно просмотреть на компьютере или передать по электронной почте.

Цифровые камеры помимо общей памяти также поддерживают флеш-карты, на которых сохраняются снятые вами снимки. Передавать фотографии с камеры на компьютер или другое устройство можно как через флеш-карты (SmartMedia, CompactFlash и Memory Stick), SCSI, USB, FireWire, так и через дискетки, жесткий диск и CD и DVD диски.

Карта памяти CompactFlash Цифровые фотографии, как правило, занимают очень много места. Самые распространенные форматы - TIFF, в разархивированном виде, сжатый формат JPEG (заархивированный) и формат RAW. При этом данные сохраняются в том виде, в котором они были получены с фоточувствительной матрицы. Поэтому качество RAW-снимков существенно выше качества JPEG-изображений, однако места они занимают гораздо больше. Но тем не менее большинство цифровых фотоаппаратов для хранения снимков используют формат JPEG высокого и среднего качества.

Практически во всех цифровых камерах есть специальные программы сжатия данных, которые позволяют уменьшить размер фотографий и освободить немного места для других снимков. Различают два вида сжатия: сжатие на основе повторяющихся элементов и сжатие на основе «лишних деталей». Например, если 30 процентов фотографии занимает голубое небо, это означает, что на фотографии будет слишком много повторяющихся оттенков голубого цвета. Специальные программы «сжимают» эти повторяющиеся цвета, благодаря чему фотография не теряет своей яркости, а на фотоаппарате остается больше свободного места. Такой способ позволяет уменьшить размер снимка почти на 50 процентов.

Сжатие на основе «лишних деталей» представляет собой более сложный процесс. Как правило, цифровой фотоаппарат улавливает больше цветов, чем воспринимает глаз человека. Поэтому в результате такого сжатия с картинки удаляются некоторые так сказать «излишние детали», за счет чего и уменьшается вес фотографии. Подведение итогов:

Для того чтобы сделать снимок, ПЗС камера выполняет следующие операции:

Вначале необходимо навести камеру на определенный объект и выставить оптический зум, т.е. приблизить или отдалить объект.
Затем слегка нажать на кнопку.
Камера автоматически фокусируется на объекте.
Камера выставляет апертуру и скорость затвора для оптимальной экспозиции.
Затем необходимо вновь нажать кнопку до упора.
Камера выставляет ПЗС и когда свет достигает ПЗС матрицы, он заряжает каждый из элементов – пикселей индивидуально. Эта зарядка в дальнейшем соответствует электрическому импульсу, и таким образом мы получаем в цифровой форме данные об освещенности каждого из пикселей
Аналогово-цифровой преобразователь (ADC) измеряет заряд и создает цифровой сигнал, который представляет значения заряда в каждом отдельном пикселе.
Процессор собирает данные с различных пикселей и создает определенную цветовую гамму. На многих цифровых фотоаппаратах можно сразу посмотреть на экране получившийся снимок.
В некоторых камерах сжатие изображения происходит автоматически.
Информация сохраняется на одном из видов запоминающихся устройств, например, на флеш-карте.

Тема урока: «Цифровые устройства обработки информации : цифровая видеокамера »

Цель урока:

создать условия для формирования у учащихся представления о видах и назначении цифровых устройств для обработки информации;

продолжить развивать навыки обработки информации с помощью различных устройств;

продолжить воспитывать бережное отношение к компьютерной технике , выполнение правил безопасного поведения в кабинете

ХОД УРОКА:

1. Организационный момент.

2. Повторение материала предыдущего урока:
1) о каком устройстве мы говорили на прошлом уроке?

2) Какие основные элементы фотоаппарата вы можете назвать?

3) Каковы достоинства цифровых фотокамер?

4) Где хранятся изображения в фотоаппарате?

5) Как осуществляется передача изображений с фотоаппарата?

3. Изучение нового материала.

К сегодняшнему уроку вы подготовили сообщения о цифровых видеокамерах – устройствах, которое намного расширяет возможности современных компьютеров. Знакомство с этим устройством мы проведем по тому же плану, что и знакомство с цифровым фотоаппаратом, т. е:

1 – основные элементы видеокамеры

2– достоинства цифровых видеокамер

3– устройства для записи информации в видеокамере

4 - передача информации с видеокамеры в компьютер

5– веб-камеры

Предоставим слово представителям групп.

(учащиеся делают сообщения, при необходимости сопровождают рассказ иллюстрациями)

Материал, который может быть предложен учащимся, находится в приложении 1.

4. Практикум по переносу видео в компьютер

Так же как и на прошлом уроке, можно снимать фрагменты выступлений учащихся, их деятельность на уроке . На практике показать, как перенести видео (на крайний случай с фотоаппарата). Форма работы – индивидуальная.

5. Монтаж видеофильма об изучении Цифровых устройств обработки информации

Работа с видеоредактором MoveMaker (фронтально):

2. Загрузить видео изображения – Запись видео - Импорт видео.

3. Загрузить фото – Запись видео - Импорт изображений

4. Расположить видеофрагменты и фотографии на панель раскадровки (перетаскиванием)

5. Добавить переходы: Монтаж фильма – Просмотр видеопереходов – Выбрать видеопереход – перетащить его на панель раскадровки в область между кадрами.

6. Добавит эффекты: Монтаж фильма – Просмотр эффектов – Выбрать эффект – перетащить его на панель раскадровки непосредственно на кадр. Для усиления эфеекта, его можно использовать несколько раз.

7. Добавление тиров и надписей: Монтаж фильма – Создание названий и титров – Выбрать эффект титров или надписи – ввести текст, установить форматирование – нажать кнопку «Готово».

8. Добавление музыки: Запись видео – импорт звука и музыки – перетащить фрагмент на панель раскадровки.

9. Сохранение фильма в формате WMV – Завершение создания фильма – Сохранение фильма на компьютере - Подтверждать запросы мастера сохранения фильма.

Данный алгоритм выдать учащимся как памятку. Работу выполняем все вместе, учитель показывает все тоже самое на экране.

6. Домашнее задание: На следующем уроке учащимися будет выполняться проект по созданию фильма. Для этого им предстоит продумать тематику проекта, какие фрагменты и фотографии они будут использовать. На уроке им предстоит отснять материал и смонтировать небольшой фильм. (Тематика разнообразна: Моя школа, Мой класс, Наш кабинет информатики, Наши учителя и т. д.) Работа предполагается в группах по 2-3 человека.

Приложение 1. Видеокамеры

Видеокамеры в первую очередь делятся на цифровые и аналоговые. Здесь я не буду рассматривать аналоговые камеры (VHS , S -VHS , VHS -C , Video -8, Hi -8) по вполне понятным причинам. Им место в комиссионке, или на верхней полке в кладовке (а вдруг когда-нибудь раритетом станет), но обработка аналогового видео рассмотрена будет обязательно, так как кассет, я думаю, у каждого найдется немало. Итак, современные бытовые видеокамеры различаются по виду носителя видеоинформации, по способу записи (кодировке) видеоинформации, по размеру и количеству матриц, ну и, само собой по оптике.

1.1.1. По виду носителя информации камеры делятся на:

HDV -камеры: новейший и судя по всему основной в будущем формат. Размер кадра до 1920*1080. Представьте себе, каждый кадр – это 2-х мегапиксельная фотография, и вы поймете какое качество видео. Строго говоря, HDV – это формат записи, так как есть камеры HDD , работающие по формату HDV . Но я специально поставил этот формат в этот ряд, так как большинство существующих HDV -камер пишут на кассеты. Если деньги для вас не проблема, эти камеры для вас.

DV -камеры: основной формат бытовых цифровых видеокамер. Размер кадра 720*576 (PAL ) и 720*480 (NTSC ). Качество записи во многом зависит от оптики и качества (и количества) матриц. DV -камеры делятся на собственно DV (mini -DV ) – камеры и камеры Digital -8. Какую именно покупать, зависит от вас, с одной стороны mini -DV – камеры более распространенны, с другой, если до этого у вас была камера Video -8, есть смысл обратить внимание на камеры Digital -8, так как эти камеры свободно записывают на любые кассеты формата 8 (Video -8, Hi -8, Digital -8(могут, конечно, ругаться, мол, слабовата Video -8 для меня, но пишут на них запросто)), кроме того, записывая на кассеты лучшего качества (Hi -8, Digital -8), вы получите более продолжительную запись по сравнению с mini -DV .

DVD -камеры. Я не отношусь к поклонникам данного вида камер. Качество записи у них ниже, чем у DV -камер, да и диска при наилучшем для них качестве хватает минут на 20. Но! Если вы не притязательны к качеству (тем более что на экране обыкновенного телевизора разница не так и заметна) и у вас нет желания заморачиваться с изготовлением фильма, последующей кодировкой в DVD -формат, вы вполне можете пользоваться DVD -камерой. Тем более что собрать полноценный DVD из полученных файлов на DVD 1,4 Гб (используемый в DVD -камерах), можно довольно быстро с помощью специализированных программ (например, CloneDVD и DVD -lab ).

Флэш-камеры. Запись производится на флэш-карточку в форматах MPEG 4 и MPEG 2. Продолжительность зависит от объема карточки, выбранного размера кадра и качества кодировки. MPEG 2 предпочтительней, так как качество выше, но места занимает больше. Но ни тот, ни другой формат при обработке камерой видеоинформации для записи на карточку не смогут обеспечить качество, хоть немного приближенное к DV . Поэтому порекомендовать подобные камеры можно для подарка детям или для съемок в экстремальных условиях, так как неоспоримым преимуществом этих камер является компактность и отсутствие механических частей (исключение – трансфокатор).

HDD -камеры. Запись производится на встроенный жесткий диск. Запись может производится во всех форматах от HDV до MPEG 4 (зависит от модели). Возможно, как и флэш-камеры – это будущее бытовых видеокамер, но в отличие от последних HDD -камеры уже сейчас могут обеспечить великолепное качество HDV , либо до 20-ти часов записи неплохого качества MPEG 2 на 30-ти Gb диск. Но посмотрим на это великолепие с другой стороны, запись 1 часа формата DV занимает на жестком диске 13-14 Gb , и, произведя нехитрые вычисления, скажите что проще переставить кассету или переписывать в компьютер видео через 2,3-3 часа записи (к хорошему качеству привыкаешь быстро).

1.1.2. Любая цифровая видеокамера использует компрессию (сжатие) оцифрованного видео, потому что на данный момент просто не существует носителей способных выдержать некомпрессированное видео (одна минута несжатого видео PAL 720*576 без звука занимает примерно 1,5 Гб на жестком диске, нехитрые подсчеты позволяют увидеть, что на один час уже потребуется 90 Гб). И еще необходимо обработать этот огромный объем информации, даже простая перезапись 90 Гб потребует около пяти часов. Поэтому производителям видеокамер просто необходимо использовать компрессию оцифрованного видео. Современные видеокамеры используют следующие виды компрессии: DV , MPEG 2, MPEG 4 (DivX , XviD ).

DV – основной вид сжатия видео в современных цифровых видеокамерах, его используют HDV , miniDV , Digital 8 и некоторые HDD -камеры. Высокое качество данного вида компрессии, я думаю, еще долго ведущим среди других форматов.

MPEG 2 – формат, используемый для записи DVD . Хотя и имеет несколько худшее качество записи по сравнению с DV , но в зависимости от битрейта (грубо говоря, количество байтов, выделяемых на одну секунду видео) используя данный вид компрессии можно получить видео достаточно высокого качества (вспомните лицензионные DVD ).

MPEG 4 – честно говоря, производители цифровой аппаратуры (фото и видео) серьезно «подмочили» репутацию данного формата. Чтобы «выжать» из этого формата все возможное необходимо использовать достаточно мощный компьютер и потратить приличное количество времени. Поэтому и получается, что конечное видео в формате MPEG 4 на видеокамерах и фотоаппаратах невысокого разрешения и невысокого (мягко говоря) качества. Что используется DivX или XviD не так уж важно, разницу (небольшую), опять же, можно увидеть лишь при обработке видео на компьютере.

1.1.3. Немаловажное, а скорее основное, влияние на конечный результат оказывает качество матрицы, используемой для оцифровки оптического сигнала, проходящего через линзу видеокамеры. Чем она больше, тем лучше. При выборе видеокамеры не поленитесь заглянуть в спецификацию и посмотреть количество эффективно используемых пикселей («точек» на матрице). Например, в спецификации к видеокамере Sony ХХХХХХХ написано, что при размере кадра 720*576 (0,4 Мегапикселей) для видео используется 2 Мегапикселей матрицы. Естественно это самым положительным образом сказывается на конечном результате, так как при любой кодировке (компрессии) жестко действует закон: чем лучше исходный материал, тем лучше результат, а чем больше света попадет на матрицу, тем меньше будет цифровых шумов, тем в более темное время можно будет использовать видеокамеру и т. д. Все вышесказанное в тройном размере относится к трехматричным камерам, кроме всего прочего система трех матриц позволяет существенно уменьшить цветовые шумы за счет того, что разделение света на цветовые составляющие RGB (обязательное условие для получения видеосигнала) производится не электроникой, а оптической призмой, затем каждая матрица обрабатывает свой цвет.

Косвенно о размере и качестве матрицы можно судить по встроенному в видеокамеру цифровому фотоаппарату, чем больше у него разрешение, тем лучше.

1.1.4. С оптикой видеокамеры все просто: чем больше, тем лучше. Чем больше диаметр объектива, тем больше света попадет на матрицу. Чем больше оптическое увеличение объектива…Впрочем, на этом стоит остановиться поподробнее. Первое что хочется сказать: НИКОГДА не смотрите на гордые надписи на боку видеокамеры (Х120, Х200, Х400 и т. д.). Смотреть нужно только на оптическое увеличение объектива (либо на камере (optical zoom ), либо на самом объективе). Конечно, цифровое увеличение использовать можно, но не стоит забывать, что цифровое увеличение - это ограничение количества эффективно используемых пикселей матрицы (см. рисунок). А всего лишь 2-х кратное цифровое увеличение (например, при 10-ти кратном объективе, это будет 20-ти кратное общее увеличение) приведет к уменьшению эффективно используемых пикселей на матрице в 4 раза!

Ну и неплохо бы иметь оптический стабилизатор, так как в камерах с цифровым стабилизатором используется не вся площадь матрицы.

Веб-камеры

Веб-камеры – это недорогие сетевые стационарные устройства, передающие информацию, обычно видеозапись, по беспроводным или кросскоммутируемым каналам Internet и Ithernet. Основное назначение «комнатных» веб-камер заключается в использовании их для работы с видеопочтой и проведения телеконференций. Широкое применение такие камеры нашли в «беби-ситинге» - они отлично справляются с ролью видеонянь, передавая изображение предоставленного самому себе ребенка. «Уличные» антивандальные веб-камеры выполняют роль охранных видеонаблюдателей. Возможность захвата изображения в режиме видеокамеры или фотоаппарата - это дополнительные возможности веб-камер. Ожидать высокого качества от записываемых видеороликов или цифрового фото в данном случае не стоит. Потому что нет смысла оснащать веб-камеры качественной оптикой и дорогой электроникой - передача видеоданных в режиме реального времени требует невероятно высокой компрессии, неизбежно приводящей к потере качества изображения. Хотя получение шикарной картинки с помощью веб-камер принципиально невозможно, именно качество получаемого изображения является основной характеристикой, позволяющей субъективно сравнивать и выбирать камеры этого типа. Впрочем, на предпочтение также могут повлиять интересный дизайн, программная комплектация и различные опции вроде поддержки скинов и дополнительных коммуникационных интерфейсов. Все веб-камеры оснащены функцией детектора движения и аудиовходом, позволяющим передавать звуковую информацию, их также часто оборудуют разъёмами для подключения различных внешних датчиков и устройств вроде осветительных приборов и сигнализации. Мировая практика показывает, что основными производителя веб-камер становятся компании, изготавливающие компьютерную периферию (Genius , Logitech, SavitMicro) или сетевое оборудование (D-Link , SavitMicro ), а не видео - или фототехнику, что еще раз подчеркивает различие применяемых технологий.

Форматы сжатия видео изображения

В качестве начального шага обработки изображения форматы сжатия MPEG 1 и MPEG 2 разбивают опорные кадры на несколько равных блоков, над которыми затем производится дискетное косинусное преобразование (DCT). По сравнению с MPEG 1, формат сжатия MPEG 2 обеспечивает лучшее разрешение изображения при более высокой скорости передачи видео данных за счет использования новых алгоритмов сжатия и удаления избыточной информации, а также кодирования выходного потока данных. Также формат сжатия MPEG 2 дает возможность выбора уровня сжатия за счет точности квантования. Для видео с разрешением 352х288 пикселей формат сжатия MPEG 1 обеспечивает скорость передачи 1,2 – 3 Мбит/с, а MPEG 2 – до 4 Мбит/с.

По сравнению с MPEG 1, формат сжатия MPEG 2 обладает следующими преимуществами:

Как и JPEG2000, формат сжатия MPEG 2 обеспечивает масштабируемость различных уровней качества изображения в одном видеопотоке.

В формате сжатия MPEG 2 точность векторов движения увеличена до 1/2 пикселя.

Пользователь может выбрать произвольную точность дискретного косинусного преобразования.

В формат сжатия MPEG 2 включены дополнительные режимы прогнозирования.

Формат сжатия MPEG 2 использовал снятый сейчас с производства видеосервер AXIS 250S компании AXIS Communications, 16-канальный видеонакопитель VR-716 компании JVC Professional, видеорегистраторы компании FAST Video Security и многие другие устройства системы видеонаблюдения.

Формат сжатия MPEG 4

MPEG4 использует технологию так называемого фрактального сжатия изображений. Фрактальное (контурно-основанное) сжатие подразумевает выделение из изображения контуров и текстур объектов. Контуры представляются в виде т. н. сплайнов (полиномиальных функций) и кодируются опорными точками. Текстуры могут быть представлены в качестве коэффициентов пространственного частотного преобразования (например, дискретного косинусного или вейвлет-преобразования).

Диапазон скоростей передачи данных, который поддерживает формат сжатия видео изображений MPEG 4, гораздо шире, чем в MPEG 1 и MPEG 2. Дальнейшие разработки специалистов направлены на полную замену методов обработки, используемых форматом MPEG 2. Формат сжатия видео изображений MPEG 4 поддерживает широкий набор стандартов и значений скорости передачи данных. MPEG 4 включает в себя методы прогрессивного и чересстрочного сканирования и поддерживает произвольные значения пространственного разрешения и скорости передачи данных в диапазоне от 5 кбит/с до 10 Мбит/с. В MPEG 4 усовершенствован алгоритм сжатия, качество и эффективность которого повышены при всех поддерживаемых значениях скорости передачи данных. Разработка компании JVC Professional – веб-камера VN-V25U, входящая в линию сетевых устройств works, использует для обработки видео изображений формат сжатия MPEG 4.

Видео форматы

Видео формат определяет структуру видео файла, то как хранится файл на носителе информации(CD, DVD, жестком диске или канале связи). Обычно разные форматы имеют различные расширения файла(*.avi, *. mpg, *.mov и др)

MPG - Видеофайл, в котором содержится видео, закодированное MPEG1 или MPEG2.

Как вы замечали, обычно MPEG-4 фильмы имеют расширение AVI. Формат AVI (Audi o-Video Interleaved) был разработан корпорацией Microsoft для хранения и воспроизведения видеороликов. Представляет собой контейнер, в котором может быть что угодно, начиная от MPEG1 и заканчивая MPEG4. Он может содержать в себе потоки 4 типов - Video, Audio, MIDI, Text. Причем видеопоток может быть только один, тогда как аудио - несколько. В частности, AVI может содержать и только один поток - либо видео, либо аудио. Сам формат AVI не накладывает совершенно никаких ограничений на тип используемого кодека, ни для видео, ни для аудио - они могут быть любыми. Таким образом, в AVI файлах могут совершенно спокойно сочетаться любые видео - и аудиокодеки.

RealVideo формат, созданный компанией RealNetworks. RealVideo используется для живой телевизионной трансляции в Интернете. Например, телекомпания CNN одной из первых стала вещать в Сети. Обладает небольшим размером файла и самым низким качеством, зато вы, не особенно загружая свой канал связи, сможете посмотреть последний выпуск теленовостей на сайте выбранной вами телекомпании. Расширения RM, RA, RAM.

ASF - Потоковый формат от Microsoft.

WMV - Видеофайл, записанный в формате Windows Media.

DAT - Файл, скопированный с VCD(VideoCD)\SVCD диска. Содержит в себе MPEG1\2 видеопоток.

MOV - Формат Apple Quicktime.

Подключение к ПК или телевизору

Самый простой разъем - AV-выход RCA - попросту говоря "тюльпаны" - имеется в любой видеокамере, приспособлен для подключения к любой телевидеотехнике, и обеспечивает передачу аналогового видео с наибольшими потерями в качестве. Гораздо ценнее наличие в цифровых видеокамерах таких аналоговых входов - это позволяет оцифровывать Ваши архивы аналоговых записей, если у Вас прежде цифровой имелась аналоговая видеокамера. В "цифре" продлится срок их хранения, а также появится возможность редактирования их на компьютере. Видеокамеры форматов Hi8, Super VHS (-С), mini-DV (DV) и Digital8 оснащены S-video-разъемом, который, в отличие от RCA, передает раздельно сигналы цветности и яркости, что значительно уменьшает потери, заметно улучшает качество изображения. Наличие S-video-входа в цифровых моделях дает те же преимущества обладателям архивов записей Hi 8 или Super VHS. Встроенный инфракрасный передатчик LaserLink в видеокамерах Sony, с помощью приемного устройства IFT-R20, позволяет смотреть отснятый материал по телевизору, не подключаясь к нему проводами. Просто поставьте видеокамеру рядом с телевизором на расстоянии до 3 м и включайте "PLAY". Более усовершенствованный передатчик Super LaserLink, которым оснащаются все последние модели работает на большем расстоянии (до 7 м). Наличие в видеокамере монтажных разъемов позволяет осуществлять линейный монтаж, синхронизировав видеокамеру с видеомагнитофонами и монтажной декой. В таком случае на всех скомутированных между собой устройствах контролируются синхронно показания счетчика ленты и все основные режимы: воспроизведение, запись, стоп, пауза и перемотка. В видеокамерах Panasonic для этой цели служит разъем Control-M, в видеокамерах Sony - Control-L (LANC). Спецификации их несовместимы, поэтому рекомендуем уточнять соответствие интерфейса у видеомагнитофона и видеокамеры.

Разъем RS-232-C ("цифровой фотовыход")

Разъем для подключения видеокамеры к последовательному порту компьютера для передачи неподвижных кадров в цифровом виде и управления видеокамерой с ПК. В "навороченных" моделях вместо RS-232-C встроен еще более быстрый "фотовыход" - USB-интерфейс. Все видеокамеры mini-DV и Digital8 оснащены DV-выходом (i. LINK или IEEE 1394 или FireWire), обеспечивающим быструю передачу цифрового аудио/видеосигнала без потерь качества. Для этого Вам необходимо иметь другое устройство с поддержкой DV-формата - DV-видеомагнитофон или компьютер с DV-платой. Ценнее конечно же видеокамеры, имеющие, кроме выхода, также DV-вход. Некоторые фирмы производят одну и ту же модель в двух вариантах: т. н. "европейском" (без входов) и "азиатском" (с входами). Это объясняется высокими таможенными пошлинами в Европе на импорт цифровых видеомагнитофонов, к каковым справедливо можно отнести и видеокамеру с DV-входом. IEEE-1394, FireWire и i. LINK - это три названия одного и того же высокоскоростного цифрового последовательного интерфейса, который служит для передачи любых видов цифровой информации. IEEE-1394 (IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers) Обозначение стандарта интерфейса, разработанного корпорацией Apple (под фирменным названием FireWire). Обозначение принято американским Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). Большинство видеокамер mini-DV и Digital8 оборудованы интерфейсом IEEE-1394, с помощью которого видеоинформация, представленная в цифровой форме, пересылается непосредственно на компьютер. Аппаратная часть включает в себя недорогой адаптер и четырехжильный или шестижильный кабель. Позволяет передавать данные со скоростью до 400 Мбит/с.

i. LINK

Цифровой вход/выход на базе стандарта IEEE 1394. Позволяет передавать отснятый видеоматериал на компьютер. Модели видеокамер с i. Link повышают гибкость работы за счет интерактивного монтажа, электронного хранения и рассылки изображений.

FireWire

Зарегистрированный товарный знак фирмы Apple, принимавшей активное участие в разработке стандарта. Название FireWire ("огненный провод") принадлежит фирме Apple и может использоваться только для описания ее изделий, а по отношению к таким устройствам на PC принято употреблять термин IEEE-1394, то есть непосредственно название стандарта;

Карта памяти

На этой карте Вы можете хранить в электронном виде фотографии, видеоролики, музыку. С ее помощью можно передавать изображение на компьютер.

Memory Stick

Карта памяти Memory Stick - фирменная разработка Sony - способна хранить одновременно записи изображения, речи, музыки, графики и текстовые файлы. Весом всего 4 грамма и по размеру не превосходящая пластинки жвачки, карта памяти надежна, имеет защиту от случайного стирания, 10-штырьковое соединение для большей надежности, частоту передачи данных - 20 МГц, скорость записи - 1,5 Мб/сек., скорость чтения - 2,45 Мб/сек. Вместимость цифровых стоп-кадров на карте емкостью 4 Мб (MSA-4A): в формате JPEG 640x480 режим SuperFine - 20 кадров, Fine - 40 кадров, Standard - 60 кадров; в формате JPEG 1152x864 режим SuperFine - 6 кадров, Fine - 12 кадров, Standard - 18 кадров. Вместимость MPEG Movies на карте емкостью 4 Мб (MSA-4A): в режиме Presentation (320x2,6 по 15 секунд; в режиме Video Mail (160x1,6 по 60 секунд.

SD Memory Card

SD-карта - карта памяти нового стандарта размером с почтовую марку позволяет хранить любые виды данных, включая разнообразные фото-, видео - и аудиоформаты. На данный момент доступны SD-карты емкостью 64, 32, 16 и 8 МB. До конца 2001 года в продажу поступят SD-карты емкостью до 256 МB. Одна SD-карта емкостью 64 Mb содержит примерно такое же количество музыки, как один CD-диск. Так как скорость передачи данных на SD-карту - 2 Мб/сек., перезапись с CD-диска займет всего 30 секунд. Поскольку SD Memory Card - это полупроводниковый носитель информации, вибрация не оказывает на нее никакого влияния, то есть здесь невозможен пропуск в звучании, встречающийся у вращающихся носителей типа CD или MD. Максимальное время звуковой записи на SD-карту 64 Mb: 64 минуты высокого качества (128 кбит/сек), 86 минут стандартного (96 кбит/сек) или 129 минут в LP-режиме (64 кбит/сек).

Главное отличие пленочного фотоаппарата от цифрового заключается в способе фиксации света, прошедшего через объектив. Там, где в традиционных пленочных фотоаппаратах располагается пленка, у цифровой камеры находится электронная матрица со светочувствительными элементами. Именно на поверхности электронно-оптического преобразователя (матрицы) создается изображение, которое затем превращается в электрические сигналы, обрабатываемые процессором камеры. От матрицы цифрового фотоаппарата напрямую зависит не только качество получаемых фотографий, но и стоимость самой камеры. Что же собой представляет светочувствительная матрица и каким образом создается цветное изображение в цифровом фотоаппарате?

Матрица: типы и принцип работы

Светочувствительная матрица является ключевым элементом любой современной цифровой камеры. Ее можно назвать «сердцем» цифрового фотоаппарата. Если же сравнивать камеру с человеческим глазом, то матрица – это сетчатка цифрового аппарата, на которой оптический сигнал преобразуется в цифровое изображение. Матрица или сенсор представляет собой сложно структурированную пластинку из полупроводникового материала. На этой микросхеме имеется упорядоченный массив светочувствительных элементов. Миллионы таких светочувствительных элементов или пикселов изолированы друг от друга и формируют только одну точку изображения. Нужно отметить, что, несмотря на высокую точность в изготовлении матриц цифровых фотоаппаратов, каждый сенсор по своему уникален и потому двух совершенно одинаковых камер по своему характеру не существует.

Основная задача матрицы фотоаппарата заключается в том, чтобы обеспечить преобразование оптического изображения в электрическое. При спуске затвора фотоаппарата на миллионы крошечных ячеек попадает свет, на них накапливается заряд, который, естественно, разнится в зависимости от количества света, попавшего на данную ячейку матрицы. Эти заряды передаются на электрическую схему, которая призвана усилить их и преобразовать в цифровой вид. Усиление сигнала выполняется в соответствии с настройками чувствительности ISO, выбираемых камерой автоматически или самостоятельно устанавливаемых пользователем. Чем больше выбираемая чувствительность ISO отличается от реальной светочувствительности матрицы, тем сильнее сигнал. Но усиление сигнала может негативно сказаться на итоговом изображении – появляется так называемый «шум» в виде случайных помех.

На сегодняшний день при производстве светочувствительных матриц для цифровых фотоаппаратов используются, главным образом, две технологии – CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) и CCD (Charge Coupled Device). В русском переводе эти два типа сенсоров известны как КМОП и ПЗС-матрицы.

КМОП-матрицы изготавливаются из комплементарных металлооксидных полупроводниковых материалов. Их ключевая особенность состоит в том, что они умеют считывать и усиливать световой сигнал с любой точки своей поверхности. КМОП-матрица может преобразовывать заряд в напряжение сразу в пикселе. Эта особенность позволяет значительно повысить скорость работы фотоаппарата при обработке информации с матрицы.

Кроме того, подобная технология дает возможность интегрировать матрицы непосредственно с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), что обеспечивает удешевление цифрового фотоаппарата за счет некоторого упрощения его конструкции. Плюс ко всему, КМОП-матрицы отличаются более низким энергопотреблением. Однако у них есть существенный недостаток – для того, чтобы повысить светочувствительность матрицы и улучшить, тем самым, качество изображения производителям приходится существенно увеличивать физические размеры сенсора.

ПЗС-матрицы получили большое распространение в современных цифровых фотоаппаратах любительского и профессионального уровня даже несмотря на то, что они отличаются чуть большей трудоемкостью в производстве. Принцип работы такой матрицы основывается на построчном перемещении накопленных электрических зарядов. В процессе считывания заряда осуществляется перенос зарядов к краю матрицы и в сторону усилителя, который далее передает усиленный сигнал в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Поскольку информация из ячеек считывается последовательно, то сделать следующий снимок можно только после того, как предыдущее изображение сформировано целиком. В то же время преимуществом ПЗС-матриц являются их сравнительно небольшие размеры.

ПЗС-матрицы, используемые в современных цифровых фотоаппаратах, по своей конструкции делятся на полнокадровые, с буферизацией кадра, буферизацией столбцов, с прогрессивной разверткой, чересстрочной разверткой и с обратной засветкой. Например, в чересстрочных ПЗС каждый пиксель обладает как приемником света, так и областью для накапливания заряда. В свою очередь, в полнокадровых матрицах весь пиксель выполняет функцию приема светового потока, а каналы передачи заряда спрятаны под пиксель.

Довольно долгое время считалось, что ПЗС-матрицы обладают большей светочувствительностью, более широким динамическим диапазоном и лучшей устойчивостью к шумам, по сравнению с КМОП-сенсорами. Поэтому цифровые фотоаппараты с ПЗС-матрицами использовались там, где требуется обеспечить высокое качество изображения, а камерам с КМОМ-сенсорами отводилась роль недорогих любительских устройств. Однако за последние годы производителям вследствие улучшения качества кремниевых пластин и схемы усилителя удалось существенно повысить характеристики КМОП-матриц. И теперь по качеству изображения камеры на основе КМОП-матриц практически ни в чем не уступают фотоаппаратам, в которых используются ПЗС-сенсоры.

Новейшие КМОП-сенсоры способны гарантировать профессиональное качество снимков. А потому с точки зрения качества фотоизображения, собственно, тип матрицы уже мало о чем говорит, гораздо более важным фактором являются конкретные характеристики данного сенсора — его физические размеры, разрешающая способность, светочувствительность, соотношение сигнал — шум.

Как мы уже выяснили, матрица цифрового фотоаппарата состоит из огромного количества светочувствительных полупроводниковых элементов прямоугольной формы, называемых пикселями. Каждый такой пиксель собирает электроны, возникающие в нем под действием фотонов, пришедших от источника света. Но как же происходит процесс формирования изображения матрицей фотоаппарата?

В упрощенном виде об этом можно рассказать на примере ПЗС-матрицы. Во время экспозиции кадра, регулируемой с помощью затвора фотоаппарата, каждый пиксель постепенно заполняется электронами пропорционально тому количеству света, которое попало на него. Далее затвор фотоаппарата закрывается, и столбцы с накопленными в пикселях электронами начинают сдвигаться к краю сенсора, где размещается аналогичный измерительный столбец.

В этом столбце заряды сдвигаются уже в перпендикулярном направлении и, в конечном счете, попадают на измерительный элемент. В нем создаются микротоки, пропорциональныепопавшим на него зарядам. Благодаря такой схеме становится возможным определить не только значение накопленного заряда, но и какому пикселю на матрице, то есть номер строки и номер столбца, он соответствует. На основе этого строится картинка, соответствующая сфокусированному на поверхности светочувствительной матрицы изображению. В матрицах, построенных по технологии КМОП, заряд преобразуется в напряжение прямо в пикселе, после чего он может быть считан электрической схемой фотоаппарата.

Формирование цветного изображения

Сенсоры цифровых фотоаппаратов способны реагировать только на силу попадающего на них света. То есть они могут определять исключительно градации интенсивности света — от полностью белого до полностью черного. Чем больше фотонов попало на пиксель, тем, соответственно, выше яркость света. Но как в таком случае цифровой фотоаппарат распознает цветовые оттенки? В традиционных пленочных фотокамерах используется негативная пленка, состоящая из трех слоев, которые позволяет пленке сохранять различные цветовые оттенки света. В цифровых же камерах реализуются иные технические решения для формирования цветного изображения.

Для того, чтобы сенсор цифрового фотоаппарата мог различать цветовые оттенки, над его поверхностью устанавливают блок микроскопических светофильтров. Если в матрице используются микролинзы, служащие для дополнительной фокусировки света на пикселях с целью повышения их чувствительности, то фильтры размещаются между каждой микролинзой и ячейкой.

Как хорошо известно, любой цвет в спектре можно получить путем смешения всего нескольких основных цветов (красного, зеленого и синего). Распределение светофильтров по поверхности сенсора для формирования цветного изображения может быть разным, в зависимости от выбранного алгоритма. В большинстве цифровых фотоаппаратов сегодня применяется цветовая модель Байера (Bayerpattern).

В рамках этой системы цветовые фильтры над поверхностью матрицы располагаются вперемежку между собой, в шахматном порядке. Причем количество зеленых фильтров в два раза больше, чем красных или синих, поскольку человеческий глаз более чувствителен к зеленой части светового спектра. В результате, получается так, что красные и синие фильтры располагаются между зелеными. Шахматный порядок в расположении фильтров необходим для того, чтобы одинаковые по цвету изображения получались вне зависимости от того, как пользователь держит фотокамеру – вертикально или горизонтально.

Таким образом, цвет каждого пикселя определяется прикрывающим его светофильтром. В получении информации о цвете участвуют все экспонированные элементы ячейки. Само же цветное изображение строится электроникой камеры уже после того, как снимаемый с ячеек сенсора камеры электрический сигнал преобразуется в цифровой код аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Впрочем, КМОП-сенсоры могут и самостоятельно обрабатывать цветовую составляющую сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Как мы уже поняли, работа светочувствительной матрицы тесно связана с аналого-цифровым преобразователем камеры (АЦП). После того, как каждый из миллиона светочувствительных элементов матрицы преобразует энергию падающего на него света в электрический заряд, этот накопленный заряд усиливается до необходимого уровня для последующей его обработки аналого-цифровым преобразователем.

Аналогово-цифровой преобразователь – это устройство, отвечающее за преобразование входного аналогового сигнала в цифровой сигнал. АЦП переводит аналоговые величины полученного каждым светочувствительным элементом электрического заряда в цифровые величины, которые далее автоматика камеры, в частности, встроенный микропроцессор, получает уже в двоичном коде.

Главной характеристикой АЦП является его разрядность, то есть количество дискретных уровней сигнала, которые кодируются преобразователем. К примеру, одноразрядный аналогово-цифровой преобразователь может классифицировать сигналы светочувствительных датчиков только как черные (0) или белые (1). А восьмиразрядный АЦП способен построить уже 256 различных значений яркости для каждого датчика. В современных моделях цифровых фотоаппаратов с сенсорами большого размера используются 12-, 14- либо 16-разрядные аналого-цифровые преобразователи. Высокая разрядность установленного в камере АЦП может свидетельствовать о том, что данный цифровой фотоаппарат способен создавать изображения с широким тональным и динамическим диапазонами.

После того, как АЦП выполнит преобразование аналоговых напряжений, полученных с датчиков, в двоичную кодированную метку, состоящую из нулей и единиц, он передает эти оцифрованные данные нацифровой процессор сигналов камеры. В процессоре эти данные уже преобразуются в цветную картинку в соответствии с внесенными производителем алгоритмами, включающими в себя, в частности, определение координат точек изображения и присвоения им определенного цветового оттенка. При построении цветового изображения встроенная электроника камеры обеспечивает регулировку яркости, контрастности и насыщенности картинки. Также она убирает с него различные помехи и «шумы».

Безусловно, сенсор и связанный с ним аналого-цифровой преобразователь – это не единственные составляющие цифровой камеры, которые определяют ее качество. Оптика, электроника и другие элементы также очень важны для обеспечения высокого качества создаваемых фотоизображений. Тем не менее, уровень современного цифрового фотоаппарата принято определять именно исходя из технического совершенства установленной в нем светочувствительной матрицы. Более того, развитие фототехники в целом сегодня во многом определяется скоростью разработки все более совершенных сенсоров.

Начнем с простого. Рассмотрим простейшую камеру (Камера-обскура)

От каждой из точек объекта отражаются лучи света. Отверстие в преграде пропускает только лишь один луч. Если не установить преграду, то на пленке получим бессмысленное изображение.

Отверстие в преграде называется апертурой или диафрагмой. В реальности оно пропускает больше одного луча. При этом точка отображается на пленке пятном.

Если диафрагма слишком большая, то изображение получается размытым. Однако, при чрезмерном уменьшении диафрагмы меньше света проходит на пленку и начинаются дифракционные эффекты. Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий.

Линза позволяет использовать большую диафрагму и увеличить поток света от каждой точки

NN –главная оптическая ось, пересекающая центры сферических поверхностей

Пучок параллельных прямых пересекается в главном фокусе F

f – главное фокусное расстояние,

u,v – сопряженные фокусные расстояния

Луч, проходящий через центр линзы не преломляется!

Система точно как камера-обскура, но собирает больше света!

Фокусное расстояние — это расстояние от задней (или второй) главной точки объектива до его фокуса при вхождении в объектив пучка света, параллельного его оптической оси

Только часть объектов оказываются «в фокусе». Фокусировка камеры обеспечивается смещением матрицы относительно линзы (изменение сопряженного фокуса v), либо изменением степени преломления в линзе (изменение главного фокусного расстояния f)

Резко очерченными будут только те точки изображения, лучи которых образуют небольшое «пятно рассеивания»

Изменяя диафрагму можно изменять размер «пятен рассеивания» и одновременно увеличивать глубину резкости (интервал, на котором объект находится приблизительно в фокусе). При этом маленькая диафрагма уменьшает количество света – приходится увеличивать выдержку (время экспозиции).

Размер матрицы и ее расстояние до линзы определяют угол обзора (field-of-view) камеры

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждая ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Если используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, а чтобы она была цветной, ячейки покрывают цветными фильтрами.

Размер пикселей в камере не должен быть меньше минимального размера точки объектива. Чтобы получить наилучший эффект от использования цифровой камеры с матрицей, содержащей мелкие пиксели, не следует использовать дешевую оптику.

Матрица (сенсор, фотодатчик) это устройство фотокамеры, где получается изображение. Собственно, это аналог фотоплёнки, или плёночного кадра. Как и в нём, лучи света, собранные объективом, «рисуют» картинку. Разница в том, что на плёнке эта картинка хранится, а на датчиках матрицы под действием света возникают электрические сигналы, которые обрабатываются процессором камеры, после чего изображение сохраняется в виде файла на карту памяти. Сама матрица фотоаппарата представляет собой специальную микросхему с фотодатчиками-пикселями (фотодиодами). Именно они при попадании света генерируют сигнал, тем больший, чем больше света попадает на этот датчик-пиксель.

В большинстве матриц каждый пиксел покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!) в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue). Почему именно эти цвета? Одной из гипотез, объясняющих цветовое зрение человека, является трехкомпонентная теория, которая утверждает, что в зрительной системе человека есть три типа светочувствительных элементов. Один тип элементов реагирует на зеленый, другой тип - на красный, а третий тип - на синий цвет.

На матрице фильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному. Так делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету. Световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в ячейку лучи лишь своего цвета.

Итак, полученная картинка состоит только из пикселов красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (несжатый формат). Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселов. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Процессор камеры отвечает за все процессы, в результате которых получается картинка. Процессор определяет параметры экспозиции, решает, какие из них нужно применить в данной ситуации. От процессора и программного обеспечения зависят качество фотографий и скорость работы камеры.

Термин «Экспозиция» означает количество света, попадающего на светочувствительный фотоматериал за определенный промежуток времени. Три основных параметра, влияющие на экспозицию, - это чувствительность, выдержка и диафрагма.

Следует отметить, что в процессе формирования изображения возникают различные искажения. Искажения снимков, сформированные системой оптики при фотосъемке, называют аберрациями. В зависимости от природы происхождения аберрации бывают хроматическими (цветовыми)

и геометрическими (называют дисторсией).

Хроматические (цветовые) аберрации – это оптические искажения, вызванные разными углами преломления световых волн разной длины. У красного цвета – максимальное преломление, у фиолетового – минимальное

Степень искажений зависит от качества объектива и уменьшается с помощью использования специальных линз. Так, например, хроматические аберрации могут быть уменьшены ахроматической линзы, состоящей из двух сортов стекла (крон и флинт).

Дисторсия – геометрическое искажение прямых линий. Дисторсии возникают в результате изменения линейного увеличения, обеспеченного оптикой, по полю изображения. Есть два вида дисторсии – бочкообразная (отрицательная) и подушкообразная (положительная).

Для снижения дисторсий применяется асферическая оптика. В конструкцию объектива включают линзы с эллиптической или параболической поверхностью, за счет чего геометрическое подобие между объектом фотографии и его изображением восстанавливается.

Львиную часть этих искажений можно компенсировать с помощью методов цифровой обработки изображений – калибровки. Сущность метода калибровки заключается в сравнении эталонных и реальных параметров, и в аналитическом учете искажений.

После того, как съемка произведена, остается не менее важная задача – сохранить полученное фото на карте памяти. Желательно сделать это с максимальным качеством, не теряя никакой информации, полученной при съемке. Сегодня большинство фотокамер позволяют сохранять снимки в двух принципиально разных форматах – RAW и JPEG. RAW – это сырая, никак не обработанная информация с матрицы, записанная в файл. Предполагается, что дальше с файлом RAW фотограф будет работать самостоятельно, конвертируя его на компьютере для получения готового фото. JPEG – это уже фактически готовая фотография.

Некоторые, обычно более дорогие, фотоаппараты, предлагают сохранять фотографии в «сыром» (RAW) формате. Для сырого формата, нет каких-то определённых стандартов. они отличаются от производителя к производителю. Сырой формат содержит все данные, полученные непосредственно с фоточувствительного элемента, перед тем, как программное обеспечение фотоаппарата изменит баланс белого или что-то ещё. Сохранение фотографии в сыром формате, позволяет вам более качественно изменять такие настройки, как баланс белого, уже после того как фотография сохранена на ПК. Большинство профессиональных фотографов используют сырой формат, потому что он даёт им максимум гибкости в допечатной подготовке. Обратная сторона гибкости - «сырые» фотографии занимают чрезвычайно много места на карте памяти.

Сжатие изображений - применение методов сжатия данных к цифровому изображению. Благодаря снижению избыточности данных изображения, удаётся повысить эффективность хранения и передачи изображений.

Современные фотоаппараты все делают сами, чтобы получить снимок, пользователю достаточно лишь нажать на одну кнопку. Но ведь все равно интересно: по какому же волшебству картинка попадает в камеру? Мы постараемся объяснить основные принципы работы цифровых камер.

Основные части

В основном устройство цифровой камеры повторяет конструкцию аналоговой. Главное их различие в светочувствительном элементе, на котором формируется изображение: в аналоговых фотоаппаратах это пленка, в цифровых – матрица. Свет через объектив попадает на матрицу, где формируется картинка, которая затем записывается в память. Теперь разберем эти процессы подробнее.

Состоит камера из двух основных частей – корпуса и объектива. В корпусе находятся матрица, затвор (механический или электронный, а иногда и тот и другой сразу), процессор и органы управления. Объектив, съемный или жестковстроенный, состоит из группы линз, размещенных в пластиковом или металлическом корпусе.

Где получается картинка

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждая ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, а чтобы она была цветной, приходится прибегать к разным хитростям. Ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксел покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!), в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue). Почему именно эти цвета? Потому что эти цвета – основные, а все остальные получаются путем их смешения и уменьшения или увеличения их насыщенности.

На матрице фильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному. Так делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету. Световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в ячейку лучи только своего цвета. Полученная картинка состоит только из пикселов красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат). Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселов. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Такое расположение фильтров на ячейках матрицы называется шаблоном Байера
Основных типов матриц два, и они различаются способом считывания информации с сенсора. В матрицах типа CCD (ПЗС) информация считывается с ячеек последовательно, поэтому время обработки файла может занять довольно много времени. Хотя такие сенсоры «задумчивы», они относительно дешевы и к тому же уровень шума на полученных с их помощью снимках меньше.

Матрица типа ПЗС

В матрицах типа CMOS (КМОП) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. Каждый пиксел обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера и автофокусировки.

КМОП-матрица

Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные, где каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн.

Трехслойная матрица

Выше уже был упомянут процессор камеры – он отвечает за все процессы, в результате которых получается картинка. Процессор определяет параметры экспозиции, решает, какие параметры нужно применить в данной ситуации. От процессора и программного обеспечения камеры зависят качество фотографий и скорость работы камеры.

У smart-microcam.ru принцип работы несколько иной, но не будем отходить от нашей статьи.

По щелчку затвора

Затвор отмеряет время, в течение которого свет воздействует на сенсор (выдержку). В подавляющем большинстве случаев это время измеряется долями секунды – что называется, и моргнуть не успеешь. В цифровых зеркальных камерах, как и в пленочных, затвор представляет собой две непрозрачные шторки, закрывающих сенсор. Из-за этих шторок в цифровых зеркалках невозможно визирование по дисплею – ведь матрица закрыта и не может передавать изображение на дисплей.

В компактных камерах матрица не закрыта затвором, и поэтому можно компоновать кадр по дисплею

Когда кнопка спуска нажата, шторки приводятся в движение пружинам или электромагнитами, открывается доступ свету, и на сенсоре формируется изображение – так работает механический затвор. Но в цифровых камерах бывают еще и электронные затворы – они используются в компактных фотоаппаратах. Электронный затвор, в отличие от механического, нельзя пощупать руками, он, в общем-то, виртуален. Матрица компактных камер всегда открыта (именно потому и можно компоновать кадр, глядя на дисплей, а не в видоискатель), когда же нажимается кнопка спуска, кадр экспонируется в течение указанного времени выдержки, а затем записывается в память. Благодаря тому, что у электронных затворов нет шторок, выдержки у них могут быть ультракороткими.

Наведем фокус

Как уже говорилось выше, часто для автофокусировки используется сама матрица. Вообще же, автофокусировка бывает дву типов – активная и пассивная.

Для активной автофокусировки камере нужны передатчик и приемник, работающие в инфракрасной области или с ультразвуком. Ультразвуковая система измеряет расстояние до объекта по методу эхолокации отраженного сигнала. Пассивная фокусировка осуществляется по методу оценки контраста. В некоторых профессиональных камерах сочетаются оба типа фокусировки.

В принципе, для фокусировки может использоваться вся площадь матрицы, и это позволяет производителям размещать на ней десятки фокусировочных зон, а также использовать «плавающую» точку фокуса, которую пользователь сам может разместить где ему угодно.

Борьба с искажениями

Именно объектив формирует на матрице изображение. Объектив состоит из нескольких линз – из трех и более. Одна линза не может создать совершенное изображение – по краям оно будет искажаться (это называется аберрациями). Грубо говоря, пучок света должен идти прямо на сенсор, не рассеиваясь по пути. В какой-то мере этому способствует диафрагма – круглая пластинка с дыркой посередине, состоящая из нескольких лепестков. Но сильно закрывать диафрагму нельзя – из-за этого уменьшается количество света, попадающее на сенсор (что и используется при определении нужной экспозиции). Если же собрать последовательно несколько линз с различными характеристиками, искажения, даваемые ими вместе, будут гораздо меньше, чем аберрации каждой из них по отдельности. Чем больше линз – тем меньше аберрации, и тем меньше света попадает на сенсор. Ведь стекло, каким бы прозрачным оно нам ни казалось, не пропускает весь свет – какая-то часть рассеивается, что-то отражается. Чтобы линзы пропускали как можно больше света, на них наносят специальное просветляющее напыление. Если посмотреть на объектив камеры, будет видно, что поверхность линзы переливается радугой – это и есть просветляющее напыление.

Линзы располагаются внутри объектива примерно таким образом

Одна из характеристик объектива – светосила, значение максимально открытой диафрагмы. Она указывается на объективе, например, так: 28/2, где 28 – фокусное расстояние, а 2 – светосила. Для зум-объектива маркировка выглядит так: 14-45/3,5-5,8. Два значения светосилы указываются для зумов, поскольку в широкоугольном и в телеположении у него разные минимальные значения диафрагмы. То есть, на разных фокусных расстояниях светосила будет разной.

Фокусное расстояние, которое указывают на всех объективах – это расстояние от передней линзы до светоприемника – в данном случае матрицы. От фокусного расстояния зависит угол обзора объектива и его, так сказать, дальнобойность, то есть как далеко он «видит». Широкоугольные объективы отдаляют изображение относительно нашего обычного видения, а телеобъективы – приближают, и у них маленький угол обзора.

Угол обзора объектива зависит не только от его фокусного расстояния, но и от диагонали светоприемника. Для 35 мм пленочных камер нормальным (то есть примерно соответствующим углу обзора человеческого глаза) считается объектив с фокусным расстоянием 50 мм. Объективы с меньшим фокусным расстоянием – широкоугольники, с большим – телевики.

Левая часть нижней надписи на объективе – фокусное расстояние зума, правая часть – светосила

Здесь и кроется проблема, из-за которой рядом с фокусным расстоянием объектива цифровика часто указывают его эквивалент для 35 мм. Диагональ матрицы меньше диагонали 35 мм кадра, и поэтому приходится «переводить» цифры в более привычный эквивалент. Из-за этого же увеличения фокусного расстояния в зеркальных камерах с «пленочными» объективами становится почти невозможна широкоугольная съемка. Объектив с фокусным расстоянием 18 мм для пленочной камеры – суперширокоугольный, но для цифрового фотоаппарата его эквивалентное фокусное расстояние будет около 30 мм, а то и больше. Что касается телеобъективов, то увеличение их «дальнобойности» только на руку фотографам, ведь обычный объектив в фокусным расстоянием, скажем, 400 мм, стоит довольно дорого.

Видоискатель

В пленочных камерах компоновать кадр можно только пользуясь видоискателем. Цифровые же позволяют вовсе забыть о нем, поскольку в большинстве моделей для этого удобнее использовать дисплей. В некоторых очень компактных камерах видоискателя вовсе нет – просто из-за того, что нет для него места.

Самое важное в видоискателе – что через него можно увидеть. Например, зеркальные камеры так называются как раз из-за особенностей конструкции видоискателя. Изображение через объектив посредством системы зеркал передается в видоискатель, и таким образом фотограф видит реальную площадь кадра. Во время съемки, когда открывается затвор, загораживающее его зеркало поднимается и пропускает свет на чувствительный сенсор. Такие конструкции, конечно, отлично справляются со своими задачами, но занимают довольно много места и потому совершенно неприменимы в компактных камерах.

Вот так изображение через систему зеркал попадает в видоискатель зеркальной камеры

В компактных камерах применяют оптические видоискатели реального видения. Это, грубо говоря, сквозное отверстие в корпусе камеры. Такой видоискатель не занимает много места, но обзор его не соответствует тому, что «видит» объектив.

Еще есть псевдозеркальные камеры с электронными видоискателями. В таких видоискателях установлен маленьких дисплей, изображение на который передается непосредственно с матрицы – точно так же, как и на внешний дисплей.

Вспышка

Вспышка, импульсный источник света, используется, как известно, для подсветки там, где основного освещения недостаточно. Встроенные вспышки обычно не очень мощные, но их импульса достаточно, чтобы осветить передний план. На полупрофессиональных и профессиональных камерах есть еще контакт для подключения гораздо более мощной внешней вспышки. Контакт этот называется «горячий башмак».