Основные части цифрового фотоаппарата
СЪЕМКА ОБЪЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ
ЦИФРОВОГО ФОТОАППАРАТА
Цель работы
изучение процесса фотосъемки объектов и монтажа учебных дидактических материалов с помощью цифрового фотоаппарата.
Во многих случаях возникает необходимость оцифровки различных документов, которые невозможно получить с помощью планшетных сканеров. Это могут быть документы большого размера (например, лист ватмана или картона формата А0), документы, висящие на стене, находящиеся в читальном зале и др. В подобных случаях необходим мобильный сканер, вместо которого можно использовать цифровой фотоаппарат. Цифровые фотоаппараты и планшетные сканеры значительно различаются по своей конструкции. Поэтому многие понятия, смысл которых вполне очевиден при сканировании на планшетных устройствах, требуют переосмысления в случае использования цифрового фотоаппарата.
В первую очередь это касается такого параметра, как максимальная разрешающая способность. Для любого планшетного сканера этот параметр является постоянной величиной, которая вычисляется путем деления количества элементов светочувствительной линейки на ширину планшета. То же самое относится и к максимальному размеру области сканирования – она у сканера ограничена шириной и длиной планшета.
Для цифровой фотокамеры таких ограничений практически нет. Размеры области сканирования можно изменять в широких пределах, приближая и удаляя камеру относительно объекта съемки. Есть лишь ограничение по минимальному размеру, напрямую зависящее от минимального расстояния до объекта, на котором способен сфокусироваться объектив камеры. Разрешающая способность получаемых изображений также может изменяться в широких пределах в зависимости от размеров фотографируемого объекта и разрешения сенсора используемой камеры.
|
|
|
Для использования в качестве сканера рекомендуется выбирать цифровую фотокамеру с достаточно высоким разрешением. Если камера имеет фотосенсор с разрешением 5 – 6 мегапикселей, то с ее помощью можно производить съемку текста как с крупным, так и с мелким кеглем. Желательно выбрать фотокамеру, снабженную функциями, облегчающими ее использование в качестве сканера.
Однако работа с фотокамерой требует наличия пригодного для проведения съемки освещения. Оно может быть естественным (солнечный свет, проникающий через окна) либо искусственным (лампы накаливания, люминесцентные лампы и т. п.). Основные требования к освещению таковы: оно должно быть достаточно ярким и по возможности равномерным, без резких теней и бликов. Чем более ярким будет свет, тем более контрастным получится изображение. Кроме того, при ярком освещении можно
|
|
|
использовать более короткую выдержку и таким образом снизить вероятность смазывания изображения вследствие дрожания корпуса камеры при съемке с рук
При недостаточном освещении можно воспользоваться и встроенной в фотокамеру вспышкой. Однако к такому варианту рекомендуется прибегать только в крайнем случае. Дело в том, что поверхность оригинала в сканере освещается под некоторым углом, а свет от встроенной в фотокамеру вспышки падает на поверхность оригинала почти строго перпендикулярно. По этой причине использование вспышки чревато появлением бликов (особенно если оригинал отпечатан на глянцевой или лакированной бумаге) и возникновением эффекта виньетирования (чересчур яркое пятно в центре кадра в сочетании с заметным падением яркости и контраста по краям).
Общие сведения об устройстве цифрового фотоаппарата
| |
Современный цифровой фотоаппарат представляет собой сложный электронный оптико-механический прибор (рис. 1).
Рис. 1. Внешний вид цифрового фотоаппарата
Различием между пленочным и цифровым фотоаппаратом является отсутствие в последнем пленки. Функции пленки в цифровом фотоаппарате выполняют два устройства: первое – ПЗС-матрица, и второе – память. Она является второй основной структурной единицей цифрового фотоаппарата.
|
|
|
В начале 90-х годов прошлого века в цифровых фотоаппаратах использовался только один вид памяти, получивший название встроенной. Эта память создавала много неудобств в работе фотографа. Ограниченная, как правило, небольшим объемом, обычно около 2 Мб, она позволяла сохранять небольшое количество снимков, которые, в свою очередь, сразу необходимо было переписывать на компьютер.
В середине 90-х годов появился новый вид памяти, получивший название сменной памяти. Сменная память используется в цифровых фотоаппаратах для увеличения количества сохраняемых кадров. Она представляет собой небольшие карточки, которые вставляются в камеру. Она энергонезависима, то есть для хранения записанной в нее информации не нуждается в питании. Фактически она больше похожа на жесткий диск, используемый в компьютере, только очень маленьких размеров и с меньшим объемом.
Наличие в фотоаппарате возможности использовать сменную память можно считать существенным плюсом, так как она позволяет самому регулировать емкость цифрового фотоаппарата. Некоторые фотоаппараты уже теперь позволяют использовать сменную память объемом до 64 – 128 Гб.
|
|
|
При фотосъемке свет от снимаемого объекта проходит через линзу и попадает на ПЗС-матрицу, которая преобразует свет в электрические заряды. В свою очередь заряды передаются далее в виде двоичных кодов, формируя, таким образом, файл, который содержит всю информацию об изображении. В этом файле каждый пиксель матрицы имеет свою координату и цвет. Интенсивность заряда изменяется в зависимости от интенсивности света, который попадает на каждый элемент матрицы. В этом отношении данный процесс подобен процессу, протекающему на пленке.
Когда мы нажимаем спуск на цифровом фотоаппарате, ПЗС преобразует оптическую информацию об изображении в набор двоичных кодов от каждого из пикселей, из которых формируется файл при помощи устройства под названием цифровой конвертер. Он кодирует данные и записывает их в свое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) для последующей передачи в компьютер или сохраняет их в карте сменной памяти. Карта сменной памяти играет роль пленки в цифровом фотоаппарате. Ее можно потом относить в центр цифровой фотографии для распечатывания изображения на фотобумаге.
Основные части цифрового фотоаппарата
В основном устройство цифровой камеры повторяет конструкцию пленочного фотоаппарата. Главное их различие – в светочувствительном элементе, на котором формируется изображение. В пленочных фотоаппаратах это пленка, в цифровых – матрица. Свет через объектив попадает на матрицу, где формируется картинка, которая затем записывается в память. Внешний вид цифрового фотоаппарата (корпус без объектива) приведен на рис. 2.
Рис. 2. Внешний вид корпуса цифрового фотоаппарата без объектива
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 встроенный, представляет собой группу линз, размещенных в пластиковом или металлическом корпусе.
Матрица
Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселей. 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 ухищрениям. Так, например, ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксель покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!) в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue). 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 лишь своего цвета. Полученная картинка (рис. 3) состоит только из пикселей красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат). Для записи файлов в наиболее популярном для хранения фотографических изображений графическом растровом формате JPEG и универсальном формате TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселей. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.
Рис. 3. Принцип получения цветного изображения
Существует два основных типа матриц. Они различаются способом считывания информации с сенсора. В матрицах типа ПЗС (рис. 4) информация считывается с ячеек последовательно, поэтому обработка 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.
Рис. 4. Матрица типа ПЗС Рис. 5. КМОП-матрица
В матрицах типа КМОП (рис. 5) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. Каждый пиксель обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера (измерение уровня освещенности фотографируемого объекта) и автофокусировки (автоматическое наведение оптической системы объектива на резкость изображения в фокальной плоскости).
Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные, где каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн (рис. 6).
Рис. 6. Трехслойная матрица
Лучшей альтернативой линейному ПЗС является трехлинейный (trilinear) ПЗС. Он имеет три ряда фильтров, фактически включенных в элементы ПЗС.
Каждый фильтр блокирует свой первичный цвет. Таким образом, ПЗС снимает информацию сразу о трех цветах, при этом время на съемку кадра значительно сокращается. Эти системы довольно медлительны и используются в студийных фотоаппаратах. Цифровые фотоаппараты “в режиме реального времени”, использующие матрицу элементов ПЗС, управляют цветом одним из двух способов. При первом способе цвет попадает на матрицу ПЗС, в которой смежные пиксели содержат различные цветовые фильтры.
В процессе записи изображения микропроцессор, расположенный внутри фотоаппарата, считывает сигнал от каждого пикселя и усредняет полученное значение. Этот способ позволяет мгновенно отснять кадр. Единственный недостаток состоит в том, что полученное изображение “размывается” из-за использования средств математической обработки. Если, например, сфотографировать белый лист с черным квадратом посередине, то мы не увидим абсолютно четкую грань квадрата. Цвет пикселей, которые окажутся на грани черного и белого цветов, будут определяться как средний между 100% черного и 100% белого, и поэтому примет значение 50% серого цвета. Цвет пикселей, смежных с 50% серого цвета, будет, в свою очередь, определяться как средний между ним и цветом пикселей с другой стороны, и так далее.
Затвор
Затвор отмеряет время, в течение которого свет воздействует на сенсор (выдержку). В подавляющем большинстве случаев это время измеряется долями секунды. В цифровых зеркальных камерах, как и в пленочных, затвор представляет собой две непрозрачных шторки, закрывающих сенсор. Из-за этих шторок в цифровых зеркальных фотоаппаратах невозможно визирование по дисплею, поскольку матрица закрыта и не может передавать изображение на дисплей.
Рис. 7. Компоновка кадра изображения непосредственно на дисплее
В компактных камерах матрица не закрыта затвором, и поэтому можно компоновать кадр по дисплею (рис. 7).
Когда кнопка спуска нажата, шторки приводятся в движение пружинами или электромагнитами. Благодаря этому 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.
Фокус
Как уже говорилось выше, часто для автофокусировки используется сама матрица. Вообще же, автофокусировка бывает двух 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.
Видоискатель
В пленочных камерах компоновать кадр можно, только пользуясь видоискателем. Цифровые же фотоаппараты позволяют вовсе забыть о нем, поскольку в большинстве моделей для этого удобнее использовать дисплей (рис. 6). В некоторых очень компактных камерах видоискатель вообще отсутствует. Самое важное в видоискателе – это то, 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.
На рис. 8 приведена схема попадания изображения через систему зеркал в видоискатель зеркального фотоаппарата.
Рис. 8. Схема попадания изображения в видоискатель
зеркального фотоаппарата
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 маленький дисплей, изображение на который передается непосредственно с матрицы – точно так же, как и на внешний дисплей.
Память
Второй основной структурной единицей цифрового фотоаппарата является память.
В начале 90-х годов цифровые фотоаппараты использовали только один вид памяти, получивший название встроенной. Эта память создавала много неудобств в работе фотографа. Ограниченная, как правило, небольшим объемом, обычно 2 Мб, она позволяла сохранять небольшое количество снимков, которые, в свою очередь, сразу необходимо было переписывать на компьютер.
В середине 90-х годов появился новый вид памяти, получивший название сменной памяти. Сменная память используется в цифровых фотоаппаратах для увеличения количества сохраняемых кадров. Она представляет собой небольшие карточки, которые вставляются в камеру. Она энергонезависима, то есть для хранения записанной на нее информации не нуждается в питании. Фактически она больше похожа на жесткий диск, используемый в компьютере, только очень маленьких размеров и с меньшим объемом.
Наличие в фотоаппарате возможности использовать сменную память можно считать существенным плюсом, так как можно самому регулировать (правда, путем дополнительных денежных вложений) емкость цифрового фотоаппарата. Примеры сменных карт памяти приведены на рис. 9.
Рис. 9. Примеры сменных карт памяти
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 222; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!