Цифровые фотоаппараты

Появление первых цифровых фотоаппаратов относится к началу 90-х гг. XX в. Из-за высокой цены приобрести их могли только профессиональные фотостудии.

Производство любительских цифровых компактных фотоаппаратов практически всеми ведущими фирмами-производителями началось в 1996 г. С этого момента цифровая фотография перестает быть исключительной принадлежностью профессионалов. Ее проникновение в сферу массового потребления объясняется тем, что цена цифровых ФА стала сопоставимой со стоимостью зеркального фотоаппарата и резко возросло производство компьютеров.

Имеется две концепции построения цифровых фотоаппаратов. Наиболее простая сводится к тому, что ФА должен только фотографировать, а все дальнейшие операции — просмотр, распечатка и т. д. должны происходить при подключении ФА к компьютеру. Такое решение обеспечивает более низкую цену ФА, но сильно ограничивает функциональные возможности и "привязывает" фотографа к компьютеру. Другая концепция заключается в создании полностью автономного ФА, который использует компьютер только при необходимости записать изображение на жесткий диск. Такая концепция предусматривает наличие у ФА собственных накопителей: жидкокристаллического дисплея, возможности просмотра фотографий и взаимодействия со специальными фотопринтерами без применения компьютера.

Получаемое с помощью цифровых ФА изображение по качеству уступает изображению, получаемому в зеркальных фотоаппаратах, однако 400—500 тыс. пикселей (точек изображения) достаточно для получения фотографий стандартного формата 10x15 см с приемлемым качеством.

Традиционная технологическая цепочка получения фотоснимка выглядит следующим образом: экспонирование фотопленки — химическая обработка негатива — цветокоррекция и экспонирование фотобумаги — химическая обработка позитива.

Компьютерная технология в идеале такова: оцифровка изображения при помощи цифрового фотоаппарата — обработка изображения на персональном компьютере программой фоторедактирования — печать на принтере.

Новый процесс не затрагивает традиционные процессы фотографии. Композиция снимка, освещенность, выбор экспозиционных параметров и т. д., все что предшествует нажатию спусковой кнопки, не зависит от технологии получения снимка. Изменяется только то, что происходит за объективом после нажатия на спусковую кнопку.

Цифровой фотоаппарат — это устройство для фотографической съемки, в которой оптическое изображение объекта съемки формируется в фокальной плоскости точно такой же оптической системой, как и в обычном фотоаппарате, но изображение регистрируется не на фотопленке, а на прямоугольной светочувствительной матрице. Фотоматрица располагается там, где в обычных фотоаппаратах находится фотопленка. Затем изображение преобразуется в цифровой вид.

На матрице по строкам размещено множество мельчайших фотоэлементов. Фотоматрица представляет собой прибор с зарядовой связью (ПЗС), а находящиеся в ней фотоэлементы называются пикселями (от англ. picture element — элемент изображения).

Каждый пиксель генерирует электрические заряды, пропорциональные его освещенности. Эти заряды в заданной последовательности подаются в выходную цепь посредством импульсов управляющего напряжения, и на выходе ПЗС формируется сигнал, содержащий информацию об изображении. Полученный сигнал преобразуется в цифровой вид и подвергается дальнейшей обработке и записи.

При воспроизведении цифрового изображения на экране монитора или при печати на бумаге компьютер, используя

цифровой сигнал, делит экран или печатную страницу на множество отдельных ячеек. Затем, используя параметры изображения, сохраняемые в файле, он определяет яркость и цвет каждой ячейки и вырабатывает необходимые сигналы, подаваемые на монитор или принтер для воспроизведения каждой ячейки изображения.

Качество напечатанного или отображенного на экране цифрового изображения зависит от количества пикселей, которые создают изображение.

Цифровые ФА по конструкции похожи на обычные пленочные. Разница только в способе формирования изображения.

Цифровой ФА представлен на рис...

До фотоматрицы цифровые ФА ничем не отличаются от пленочного ФА — объектив фокусирует изображение, диафрагма ограничивает световой поток, затвор фиксирует время экспонирования (выдержку). Все остальное — фотоматрица, запоминающее устройство, процессор — относится к области электроники и компьютерной техники.

Сигналы с фотоматрицы поступают в управляющий процессор, в функции которого входят:

♦  управление экспозиционной фокусировкой объектива;

♦  преобразование сигналов, поступающих с фотоматрицы, с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП¹;

♦  формирование файла и сжатие изображения;

♦  передача отснятого изображения на съемный накопитель информации (карту памяти).

С помощью фотоматрицы изображение фиксируется, а сохраняется оно на карте памяти, основу которой составля-

ют микросхемы флеш-памяти. Compact Flash (CF) — KapTbi — лидирующий в настоящее время тип носителя, который можно встретить в большинстве новых цифровых ФА. Карты памяти CF представляют собой легкие съемные устройства памяти большой емкости, которые используют технологию флеш-памяти долговременного хранения данных при отсутствии источника питания. Срок хранения информации на карте — около 100 лет.

К фотоаппарату карта памяти присоединяется 50-штырь-ковым разъемом. С карты памяти информация переписывается в компьютер и хранится на жестком диске. Процедура переписывания зависит от программного обеспечения, которое установлено на компьютере. Обычно карта памяти цифрового ФА рассматривается компьютером как дополнительно установленный съемный диск. Поэтому просто копируются файлы с одного диска на другой.

Загруженные в компьютер фотографии можно ретушировать, распечатывать на цветном принтере.

Качество получаемых фотографий зависит и от техники, применяемой для печати фотоснимков. В современных системах цифровой фотографии отпечатки могут быть получены с помощью лазерных, струйных и термосублимационных принтеров.

Лазерные принтеры — наиболее сложные и дорогие из печатающих устройств. Принцип действия их основан на известном свойстве "прилипания" измельченной полимерной краски к статически заряженной полупроводниковой поверхности. В силу дороговизны и высокого энергопотребления ограничивается возможность их использования в домашних условиях.

Для переноса изображения из компьютера или цифрового ФА на бумагу в настоящее время наиболее выгодно использовать струйные принтеры, которые являются оптимальными по соотношению "цена"/"качество".

Изображение в таких принтерах строится за счет разбрызгивания на бумагу микроскопических капель чернил четырех основных цветов: голубого, пурпурного, желтого и черного, которые, будучи смешаны в разных пропорциях, позволяют получить практически любой цвет.

При всех своих достоинствах струйные принтеры имеют существенный недостаток: изображение, распечатанное на нем, подвержено влиянию атмосферы (влага, солнечные лучи), так как чернила, которые используются при печати, — водорастворимы.

Термосублимационные принтеры — класс принтеров для особенно взыскательных пользователей. Они позволяют получать отпечатки с непревзойденным качеством, но стоят значительно дороже.

Их принцип действия несколько иной: те же красители (голубой, пурпурный, желтый) нанесены на специальную ленту, а печатающая головка в процессе печати разогревает краситель настолько, что он переходит из твердого состояния в газообразное (этот процесс называется термосублимацией) и оседает на бумаге не в виде отдельных точек, а сплошным слоем. Печать осуществляется за три прохода (последовательно тремя лентами с разными красителями), при этом на бумаге происходит взаимопроникновение и реальное смешение красок, что приводит к точной передаче всех полутонов.

В цифровых ФА обычно устанавливают оптический видоискатель, но наряду с ним многие ФА оснащены еще цветным жидкокристаллическим (ЖКД) дисплеем, который показывает изображение именно в том виде, как оно будет записано в карту памяти. При этом можно оценить не только границы кадра, глубину резкости, но и правильность установленной экспозиции.

Основным предназначением ЖКД обычно считается просмотр снимков после съемки и удобное визирование кадра при съемке. При этом можно сразу стереть непонравившиеся снимки.

ЖКД используется и в качестве панели управления, дублирует установки и режимы ФА с помощью "меню". Нажимая кнопку, прокручивают меню и выбирают нужный режим.

Недостатком ЖКД является большое потребление энергии от источника питания, поэтому не рекомендуется использовать его для компоновки кадра и выбора точки съемки. Для этой цели нужно использовать оптический видоискатель.

Основными параметрами цифровых ФА являются: глубина цветопередачи, оптическое разрешение, формат изображения, чувствительность, динамический диапазон.

Глубина цветопередачи — отражает разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП), установленного в ФА, т.е. показывает количество информации, которое используется для записи каждого цвета. Чем больше разрядность АЦП, тем большее количество оттенков каждого цветового канала может различить ПЗС-матрица и тем более полными будут цвета изображения. При этом чем больше цветов способен распознавать цифровой ФА, тем более сложным должно быть его устройство, соответственно выше цена.

Оптическое разрешение — это плотность ячеек, на которые разбивается регистрируемое изображение. Для ПЗС-матрицы вводится понятие "оптическое разрешение".

Оптическое разрешение матрицы определяется как отношение количества отдельных светочувствительных элементов по вертикали или горизонтали к высоте или длине рабочей области матрицы.

Оптическое разрешение выражается в пикселях на дюйм. В цифровых ФА оптическое разрешение выражается просто в пикселях, поскольку для определения разрешающей способности используется размер кадра.

Оптическое разрешение фотоматрицы определяется двумя способами:

♦  ее размером в пикселях, по горизонтали и вертикали;

♦   общим количеством пикселей, которое она содержит. Например: изображение 1600x1200 пикселей, или 1,92 млн пикселей.

В некоторых моделях цифровых ФА предусмотрена возможность при необходимости менять разрешение снимка по своему усмотрению, управляя тем самым размером формируемого файла изображения.

Формат изображения — отношение ширины изображения к его высоте. Формат кадра пленочного фотоаппарата 1,5 (24x36) мм. Чтобы определить формат ПЗС-матрицы, необходимо разделить ее оптическое разрешение по горизонтали на оптическое разрешение по вертикали. Например: если ПЗС-матрица имеет разрешение 1800x1600, формат изображения будет равен 1,13.

Чувствительность. В пленочных ФА можно улучшить качество снимков в условиях низкой освещенности, взяв более светочувствительную пленку. В цифровых ФА максимальная светочувствительность ПЗС-матрицы является постоянной и зависит от размеров пикселя. Чем больше размеры пикселя, тем больше света он воспринимает и более чувствительной будет ПЗС-матрица.

Чувствительность ПЗС-матрицы, так же как и обычной фотопленки, измеряется в единицах ISO.

Динамический диапазон ПЗС-матрицы характеризует ее способность различать на изображении переходы между смежными тонами. Чем больший диапазон линейно передаваемых яркостей доступен матрице, тем лучше. На практике динамический диапазон ПЗС-матрицы определяется как разность между оптической плотностью самых темных и самых светлых тонов, которые она может реально различать. Чем шире динамический диапазон, тем больше градаций яркости сможет распознать ПЗС-матрица и тем самым больше деталей изображения она сможет зафиксировать.

К достоинствам цифровых ФА относится возможность быстрого и полного контроля снятого материала сразу после съемки. Благодаря такой возможности можно сразу удалить неудачные кадры. После получения цифрового изображения можно легко сортировать, отбирать, сохранять полученные снимки, а перед печатью — просмотреть их на экране монитора, при необходимости отредактировать или вообще отказаться от печати.

На цифровой фотографии легко сделать надписи для сохранения информации об обстоятельствах, при которых производилась съемка. Одним из направлений использования цифровых изображений может стать восстановление старых или испорченных фотографий.