Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
кафедра основ радиотехники
ЦДП
Пояснительная записка
к научной работе слушателя НОУ
Хмеленко Дениса Геннадьевича
на тему:
«Цифровые фотоаппараты как средство съёма
визуально – оптической информации»
Научный руководитель работы Олейников.А.Н.
профессор кафедры ОРТ
Харьков 2004 год
Содержание
Стр.
1 Основные принципы и классификация цифровых фотоаппаратов..................................................................................2
1.1 Общие принципы работы фотоаппаратов ...........................2
1.2 Классификация ........................................................................... 3
1.3Студийные камеры..................................................................... 3
1.4Полевые камеры...........................................................................4
1.5Профессиональные камеры........................................................4
1.6Любительские камеры ...............................................................5
2 Оптическая система.................................................................6
2.1Объективы с постоянным и переменным фокусным расстоянием .........................................................................................6 2.2Сменная оптика. Зеркальные и незеркальные камеры....................7 2.3Экспозиция. Диафрагма и выдержка. Светочувствительность............................................................................. 8 2.4Экспозиционное число. Экспокоррекция .............................................9 2.5Аберрации .................................................................................................10 2.6Разрешающая способность оптики ................................................11
3 Электронно – оптические преобразователи ................................11
– Общие принципы
4Устройства хранения информации.............................................14
4.1 Буферная память ..............................................................14 4.2Устройства долговременного хранения ...............................15
Введение
Последнее десятилетие XX века ознаменовалось появлением большого количества устройств, изменивших привычный взгляд на вещи.
Похоже, что, кроме чайников и утюга, не осталось техники, в названии
которой не фигурирует слово «цифровой». В связи с этим возникает
некоторая путаница, что же подразумевает данное прилагательное в том
или ином случае. Чаще всего недоразумения происходят при использо-
вании словосочетания «цифровая камера». Вызвано этим тем, что под этим названием скрываются два совершенно разных класса устройств –
цифровые видеокамеры и цифровые фотокамеры. И если цифровые
видеокамеры представляют собой достаточно привычные устройства, пусть с улучшенным качеством и упрощённым подключением к компьютеру,
то цифровые фотокамеры произвели настоящий переворот в истории
фотографии.
Очевидно, что технология съемки, проявки плёнки и печати фо-
тографий претерпела незначительные изменения с момента появления
на свет. К революционным изменениям можно отнести воцарение цвета
( случившееся, впрочем, совсем недавно) и появление фотоаппаратов
«моментальной съёмки», более известных по одному из крупнейших
производителей – компании Polaroid. И если с технической точки зрения
обычные фотокамеры последнего поколения представляют собой чудеса
инженерной мысли, то химические процессы получения фотографий
сохранились с дедовских времен. При этом следует вспомнить, что
любительские киносъёмки, появившаяся значительно позднее фотосъёмки,
с начала 80-х годов стала активно вытесняться видеосъёмки, и в
результате в наше время кинокамеры в руках далёкого от кинематографа
человека – явления довольно редкое.
Тем не менее электроника заменила плёнку в фотокамерах сравнительно недавно – первые модели цифровых фотокамер появились
на рынке в Украине в 1996 году. Причину столь позднего старта следует искать в конструктивных особенностях цифровых фотоаппаратов.
Также следует отметить появившиеся недавно новые мобильные
телефоны, имеющие встроенный цифровой фотоаппарат, выход в интернет и многое другое.
1.1Общие принципы работы фотоаппаратов
Любой фотоаппарат, в том числе и цифровой, можно условно разделить
на три части. Первая из них – оптическая система, состоящая из объектива ( иногда с насадками ) и затвора. Вторая часть – это регистратор изображения. Третья часть предназначена для хранения отснятых
кадров. В обычном фотоаппарате функции второй и третьей частей
выполняет плёнка, в цифровом для этого используется два разных
устройства.
Для регистрации изображения используется электронно-оптический
преобразователь, а для хранения – флэш-память.
Примечание : ЭОП – прибор, преобразующий световой поток в электрический сигнал. Характеризующийся разрешением – количеством
точек по вертикали и горизонтали, а также соотношением сигнал/шум.
Флеш-память – энергонезависимая память, сохраняющая информацию
после выключения питания. Характеризуется форм-фактором, емкостью
( в мегабайтах ), скоростью доступа и напряжением питания ( как правило, 3,3 либо 5 В ).
В качестве ЭОП используется два типа устройств – ПЗС-матрицы
( матрицы приборов с зарядовой связью) и КМОП-матрицы. По конку-
ренции данные устройства примерно похожи на используемые в
видеокамерах матрицы, основное различие заключается в разрешении.
Эта же характеристика является одной из основных при описании
цифровой фотокамеры, именно дороговизна ПЗС-матрицы с большим
количеством элементов сдерживала развитие цифровой фотографии. И
если для любительской видеокамеры достаточно матрицы из 300 тысяч
элементов, то для фотографии размером 9×12 см необходимо наличие
как минимум мегапиксела.
Мегапиксельные ПЗС-матрицы с разрешением 1280×960 появились в
цифровых фотокамерах в конце 1997 года.
1.2Классификация
Если попытаться провести классификация цифровых фотокамер, то полученные категории будут примерно совпадать с существующими в
области пленочной фотографии классами.
Изначально все цифровые фотоаппараты можно разделить на :
- студийные;
- полевые;
Как видно из названия, отличаются они друг от друга « средой обитания».
1.3Студийные камеры
Названия фирм, производящих эту технику, не скажут ничего не только
обычному пользователю, но и профессиональному фотографу – Leaf,
PhaseOne, Dicomed. Студийные камеры предназначены для стационарной
съемки в специально отведенном для этого помещения – фотостудии.
Для студийных камер не существует ограничений ни на время экспонирования, ни ( теоретически ) на габариты устройства. В связи с
этим данные приборы в основном представляют собой приставку к
среднеформатной или крупноформатной камере, устанавливаемую вместо
задней стенки аппарата. Конструктивно эти устройства можно разделить
на два основных типа – сканирующие и полнокадровые. Поскольку в
студийной технике применяются дорогостоящие ПЗС-матрицы высокого
разрешения, поток информации в таких системах очень интенсивный.
1.4Полевые камеры
Гораздо более распространенной категорией являются полевые камеры.
Так как данные модели предназначены для эксплуатации в различных
условиях освещения, а объекты съемки могут быть самыми разнообразными, крайне необходим широкий диапазон выдержки и
диафрагмы, а также встроенная вспышка. Фотоаппараты этого класса
работают автономно, поэтому должны обладать большими объемами памяти и низким уровнем энергопотребления. Ввиду того, что полевые
камеры постоянно находятся в руках своих владельцев, в крайнем случае в сумке на плече, к этому типу техники предъявляются очень
жесткие требования по массе и габаритами.
В 2002 году появилась технология, которую можно назвать
революционной – многослойные матрицы, в которых каждый элемент
(пиксел) регистрирует полную информацию о цветовом диапазоне.
Достигается это за счет того, что свет с разной длиной волны проникает в материал ЭОП на разную глубину.
Применение сменной оптики и цена – вот что разделяет многочисленное семейство полевых фотокамер на две большие категории : профес-
сиональные и любительские.
1.5Профессиональныекамеры
К началу 2003 года основной из критериев - цена составляет от 2000 долларов для профессиональных камер. Тому виной два обстоятельства.
Во-первых, категория покупателей профессиональной техники относительно немногочисленна и согласна с высокой ценой за хорошее качество. Кроме того, сменные объективы, используемые в камерах этого класса, зачастую стоят не намного дешевле самих фотоаппаратов.
Вторая причина повышенной стоимости – конструкция этих устройств. Фактически профессиональная камера представляет собой корпус «зеркального» пленочного фотоаппарата высокого класса (и высокой стоимости), доработанного с учетом установки электронно-оптического
преобразователя (ЭОП) и устройства хранения кадров.
Большинство моделей снабжаются цветным ЖК -дисплеем
расположенным на задней панели, - он используется для просмотра и удаления отснятых кадров, настройки камеры и т. д. Главное же конструктивное отличие данной категории - вали: чие байонетногоразьема для сменной оптики, причем стоимость качественного объектива может в несколько раз превосходить стоимость камеры. Использование стандартной оптики накладывает также ограничение на минимальный размер ЭОП, по габаритам он должен быть максимально приближен к размерам кадра 35-мм пленки. Так как в качестве ЭОП в основном используются дорогостоящие крупногабаритные ПЗС-матрицы, общую цену камеры низкой назвать нельзя. Однако в последнее время наметилась тенденция использовать в качестве базы фотоаппараты среднего класса: Возможно, в недалеком будущем стоимость цифровой «зеркалки» опустится ниже планки в 2000 долларов.