Знакомство №1. Цифровые фотокамеры Как работает цифровая камера

Цифровая камера во многом похожа на традиционный пленочный фотоаппарат. Он имеет такую же оптическую систему. Но свет, проходящий через объектив, попадает ж на светочувствительную пленку, а на специальную светочувствительную CCD-матриц) (CCD - Charge Coupled Device - Прибор с зарядовой связью (ПЗС), состоящую из миллионов электронных датчиков, фиксирующих изображение.

CCD-матрица представляет собой фоточувствительный, размером с почтовую марку кристалл полупроводника и служит для преобразования воспринимаемого изображения Е пикселы - элементы изображения. ПЗС содержат сотни тысяч или даже миллионы резисторов, или элементов выборки. Чем больше элементов-ячеек в ПЗС, тем выше разрешение и качество изображения. При открывании затвора цифровой фотокамеры свет, попадая на ячейки ПЗС, приводит к образованию электрического заряда; чем больше света, тем больше ток. В темных местах заряд не образуется. Аналого-цифровой преобразователь заменяет электрические заряды цифровой информацией. Для получения цветного изображения оно пропускается через многослойный набор, содержащий красный, синий и зеленый светофильтры. После этого свет попадает на элементы ПЗС, которые чувствительны к красному, синему или зеленому цвету. Эта комбинация элементов и образует полноцветное изображение. Точно такие же приборы с зарядовой связью используются в сканерах, факсимильных аппаратах и видеокамерах. Но в отличие от планшетного сканера, ПЗС цифрового фотоаппарата захватывает сразу все изображение.

В некоторых моделях цифровых фотоаппаратов, например CANON EOS D30, вместо ПЗС используются КМОП-датчики (CMOS-датчики). КМОП - комплиментарные структуры металл-окисел-полупроводник. Они выполняют функцию регистрации попадания луча света на каждый из сотен тысяч элементов выборки. В кристаллах КМОП можно реализовать множество других функций, таких, как аналого-цифровое преобразование, обработка загружаемого сигнала, управление балансом белого и др. Они значительно дешевле и проще в изготовлении и потребляют меньше энергии.

Зафиксированное на CCD-матрице или КМОП-датчиках изображение сохраняется в памяти и уже через несколько секунд после съемки его можно увидеть на жидкокристаллическом дисплее, которым снабжается большинство камер. Если снимок неудачный, то его можно сразу же удалить, чтобы не загружать память, и повторить съемку.

Разрешающая способность фотокамеры

Качество изображения, получаемого цифровым фотоаппаратом, зависит от используемой оптической системы и от светочувствительности матрицы, которая, в свою очередь, определяется количеством элементов CCD-матрицы. Первые цифровые камеры имели около 300 тысяч таких элементов. В современных моделях число элементов достигает 6 миллионов.

Разрешающая способность или оптическое разрешение цифрового фотоаппарата основывается на количестве горизонтальных и вертикальных элементов изображения, которые он может захватить. Эти элементы изображения называются пикселами. Чем больше количество пикселов по горизонтали и вертикали может быть захвачено, тем выше разрешающая способность камеры и, следовательно, более четким получается изображение и более мягкими цветовые переходы.

Обычно разрешение цифрового фотоаппарата соответствует количеству элементов CCD-матрицы. Например, матрица камеры Contax N Digital SLR, размер кадра которой совпадает с размером кадра стандартной 35-миллиметровой пленки, содержащая 6 миллионов элементов (6 мегапикселов), обеспечивает разрешение 3040x2008, т.е. 3040 пикселов по горизонтали и 2008 пикселов по вертикали. Если вы перемножите эти числа, то получите приблизительно 6 миллионов. Количество элементов матрицы является основной характеристикой цифрового фотоаппарата.

Камеры с CCD-матрицами, содержащими более 3 миллионов элементов, позволяют получать снимки с максимальным разрешением 2048x1536 пикселов. Такое разрешение считается высоким и необходимо только для печати. Для просмотра на экране достаточным будет разрешение 1024x768, а иногда и 640x480.

Но в некоторых случаях камера может делать снимки с более высоким разрешением, чем это возможно для данной матрицы. Например, камера AGFA ePhoto 1680 с CCD-матрицей из 1,3 миллиона элементов может выполнять снимки с разрешением 1600x1200 пикселов. Перемножение 1600 на 1200 дает 1,92 миллиона пикселов. В этом случае возможность получения разрешения выше оптического обеспечивается программным путем, с использованием специальной технологии PhotoGenie, за счет интерполяции, т.е. введения дополнительных точек между фактическими. Их цвет определяется соседними точками. Разрешение, получаемое этим методом, в отличие от оптического, называется интерлейсным.

Следует понимать: чем выше разрешение фотокамеры — тем отпечаток большего размера и лучшего качества вы сможете получить при печати на принтере или использовании фото в полиграфии.

Мы уже говорили о том, что для получения наилучшего качества печатного оттиска, используемого в полиграфии, разрешение изображения должно в 1,5 раза превышать частоту полутонового растра (линиатуру), используемую при печати. Напомним также, что высококачественные изображения в полиграфии печатаются с линиатурой 150 Ipi (линий на дюйм) и выше. Это значит, что если планируется напечатать снимок в журнале, то егс разрешение должно быть не менее чем 225 ppi (точек на дюйм). Если вы предполагаете напечатать фотографию с таким разрешением размером 18x13 см, или, что то же самое. 7,10x5,12 дюйма, то, умножив эти значения на 225, получите требуемую для такогс снимка разрешающую способность камеры: 7,10x225=1597; 5,12x225=1152. Это значит, что для поставленной задачи вполне пригодна камера со стандартным оптическим разрешением 1600x1200 и выше. Если же вам потребуется печатать снимки высокого качества большего размера, чем 18x13, то придется использовать фотоаппарат с более высоким оптическим разрешением. При использовании камеры с максимальным разрешением 640x480 пикселов оптимальный размер изображения с разрешением 225 ppi будет равен 2,84x2,13 дюйма (640:225=2,84, 480:225=2,13) или 7,2x5,4 см. Повторим, что приведенные расчеты касаются подготовки фотографий для полиграфического воспроизведения. Для качественной печати на принтерах Epson, например, достаточно разрешения 150 ppi, при котором большинство людей не сможет увидеть никаких артефактов. Этс достигнуто технологией печати.

Глубина цвета камеры

Глубина цвета отражает разрядность аналого-цифрового преобразователя, т.е. это характеристика, показывающая, насколько точна информация о цвете каждой точки изображения.

Недорогие модели камер, такие как Kodak DC 40, Apple QuickTake 150 могут захватывать 24 бита цвета, по 8 бит на каждую RGB-составляющую. Более совершенные и дорогие камеры, например Kodak DCS 460 обеспечивают глубину цвета 36 бит, по 12 бит на каждый RGB-цвет, что позволяет получать более точную детализацию картинки с меньшим шумом. Оцифровывающая приставка типа Leaf Digital Camera Black для профессиональной камеры позволяет делать снимки с глубиной цвета 42 бита, по 14 бит на каждую RGB-составляющую цвета.

Карты памяти

Зафиксированное CCD-матрицей изображение записывается в память. В первых цифровых фотоаппаратах использовались встроенные микросхемы памяти, которые являлись неотъемлемой частью камеры. Они могли «запоминать» строго ограниченное количество снимков. Это было очень неудобно. В последнее время емкость памяти фотоаппаратов быстро растет и повсеместно используется сменная энергонезависимая память.

Карта памяти чем-то напоминает кассету с фотопленкой. Перед съемкой она вставляется в фотоаппарат, а после использования заменяется новой. Когда карта памяти заполнена, снимки с нее можно переместить в компьютер и после этого использовать карту памяти повторно. Внешне карта памяти представляет собой тонкую пластинку прямоугольной формы, в которой находятся микросхемы флэш-памяти объемом от 4 до 512 мегабайт.

В современных моделях камер применяется несколько стандартов энергонезависимой сменной памяти. Камеры Sony используют карты памяти типа MemoryStick.

В аппаратах Toshiba и некоторых моделях Olympus, Epson, Agfa, Minolta, Fuji Film применяются карты SmartMedia Card. Они имеют размер 47x37x0,76 миллиметров, питание 5V и 3.3V и объем от 2 до 32 Мбайт.

В камерах Casio, Nikon, Panasonic, Umax, некоторых моделях Kodak и Canon используется более распространенный стандарт -CompactFlash (Рис. 2.1). Эти карты имеют размер 43x36x3,3 мм и объем от 4 до 512 мегабайт.

Профессиональные модели Kodak, Hitachi, Ricoh, некоторые типы аппаратов Minolta, Fuji Film, Canon используют стандарт PCMCIA-ATA Type I, II, III. Это тот же тип памяти, который используется в переносных компьютерах. Объем карт этого типа от 8 Мбайт до 1 Гбайт.

Наиболее распространенными являются карты CompactFlash и SmartMedia Card.

Рис. 2.1.

Карта памяти

CompactFlash

емкостью

448 Мбайт

В некоторых камерах для записи снимков применяются миниатюрные винчестеры IBM Microdrive, совместимые со стандартом CompactFlash II. Они очень вместительны. Такие диски имеют объем от 170 Мбайт до 1 Гбайт, но довольно дороги.

В нижеследующей таблице приведены сведения о том, какие карты памяти какими моделями камер используются.

Некоторые карты памяти перед первым использованием необходимо отформатировать о том, нужна ли данная операция для вашей камеры и как ее выполнить, вы прочитаете i инструкции.

Работать с картами памяти следует, соблюдая все требования инструкции, очень осто рожно, так как они подвержены воздействию статического электричества, и случайны! разряд может повредить записанные на них фотографии.

источники питания

Для работы цифровых фотокамер необходимо электрическое питание. Потреблен» энергии у компактных камер достаточно велико. Особенно возрастает оно при использо вании встроенного дисплея и вспышки. Поэтому, приобретая аппарат, очень важно вы яснить, какое количество кадров можно снять свежими источниками энергии, использу: одновременно и вспышку, и дисплей.

Лучший вариант - если камера питается от стандартных батареек или аккумуляторе! стандартных форматов, например АА - формата обычных пальчиковых батареек. Тогд; можно купить и брать с собой на съемку несколько комплектов источников питания. I некоторых случаях стандартные батарейки или аккумуляторы не прилагаются к камере i их следует приобретать отдельно. Если же камера использует нестандартные аккумуля торы и зарядные устройства, то перед покупкой такой камеры следует выяснить, гд можно купить дополнительные комплекты питания, всегда ли они доступны и скольк< стоят. В цифровых камерах Sony используются такие же аккумуляторы, как в видеокаме pax, и купить запасной будет несложно. А вот аккумуляторы Toshiba найти значительн< сложнее.

Перед работой аккумуляторы необходимо зарядить. Зарядное устройство должно вхо дить в комплект камеры. В некоторых моделях камера сама является зарядным устрой ством. Это не очень удобно, так как невозможно заряжать один аккумулятор, одновре менно фотографируя с другим.

Процесс зарядки занимает от 2 до 10 часов, в зависимости от аккумулятора, степени ег< заряда и типа зарядного устройства. Приобретая аппарат, убедитесь также, что он рабо тает от сети, т.е. к нему прилагается сетевой блок питания. Это позволит сэкономить н; покупке отдельного источника питания при съемке в помещении, просмотре фотографш на дисплее и при передаче их в компьютер. Если такой блок не прилагается к фотоаппа рату, не спешите покупать фирменный блок питания отдельно - вполне может подоит! любой другой с аналогичными характеристиками и разъемом.

Энергопотребление цифровых фотоаппаратов очень велико. Поэтому питание камеры от батареек очень невыгодно с экономической точки зрения. Лучше сразу приобрести несколько комплектов аккумуляторов и зарядное устройство. На длительные съемки целесообразно брать с собой достаточное количество аккумуляторов и карт памяти.

Чтобы экономно использовать энергопитание камеры, следует представлять себе, как различные элементы фотоаппарата расходуют энергию. Несколько рекомендаций помогут существенно продлить длительность работы вашей камеры от одного комплекта заряженных аккумуляторов.

Самым большим потребителем энергии в камере является дисплей предварительного просмотра. Отказавшись от предварительного просмотра снимков, можно увеличить срок работы источников питания в 2-4 раза.

Значительное количество энергии потребляет вспышка. Обычно камера использует вспышку только тогда, когда она действительно требуется для улучшения качества снимка. Но если вы уверены, что без вспышки получится хороший снимок, можно принудительно отключить ее. Это заметно увеличит длительность работы источников питания.

Некоторые камеры работают в режиме непрерывной автоматической фокусировки. Это позволяет моментально делать снимки, но увеличивает энергопотребление. Для его снижения следует либо отключить автоматическую фокусировку, либо переключить фотоаппарат в режим фокусировки по требованию. В этом режиме при нажатии на кнопку затвора до половины осуществляется фокусировка, полное нажатие выполняет собственно съемку.

Необходимо строго соблюдать условия хранения камеры и аккумуляторов, указанные в инструкциях. При низкой температуре аккумуляторы быстрее отдают заряд. Поэтому крайне желательно сохранять их в теплом месте.

При съемке в помещении, передаче изображений в компьютер, проведении презентаций, просмотре отснятых кадров по возможности используйте питание от сети. Это гарантирует сохранность аккумуляторов.