Билет 16

Цифровые фотокамеры. Формирование и запись изображения

Билет 16 Цифровые фотокамеры

Понятие о цифровой фотографии

При использовании обычных фотоаппаратов изображение фокусируется на фотографической пленке со светочувствительным покрытием, содержащим кристаллы галоидного серебра. Во время проявки пленка погружается в химические реактивы, которые проявляют и закрепляют изображение. Аналогично, в цифровых фотоаппаратах и сканерах изображение фокусируется на светочувствительный полупроводниковый кристалл . прибор с зарядовой связью ПЗС (charged-coupled device, CCD) . то, что часто называют матрицей. Записывается и хранится изображение на сменных .картах. памяти (иногда встречаются фотокамеры с встроенной памятью).

С карт памяти, посредством адаптеров или кабелей информация поступает в компьютер, где происходит окончательная .доводка. картинки: ретушь, при необходимости монтаж или другие творческие методы обработки изображения. После чего изображение распечатывается на сублимационном, струйном, лазерном или другом принтере. Хранятся изображения в виде файла на компакт-дисках или других носителях, откуда они могут быть в любой момент извлечены. Ниже мы подробнее остановимся на устройствах, принимающих участие в формировании цифрового изображения, их типах и характеристиками связанных с ними. 

Основные термины и понятия

Матрица - датчик (светочувствительный элемент), частично выполняющий функции фотопленки; регистрирует изображение, преобразуя свет в электрический сигнал. Матрица (ПЗС, CCD) состоит из большого количества ячеек. Каждой ячейке соответствует элемент изображения, получивший название пиксела (pixel от англ. picture element - элемент изображения). В технических характеристиках фотокамеры обычно указывается количество пикселов на матрице или размер матрицы в пикселах. Например: для фотокамеры Canon Power Shot А5 Zoom общее количество элементов изображения 810000, максимальное разрешение равно 1024х768, что составляет 768432 рабочих пикселов (т.е. используемых при регистрации изображения). Количество пикселов на матрице непосредственно связано с такой характеристикой изображения, как разрешение.  Оптическое разрешение (обычно указывается для сканеров), это характеристика изображения, показывающая на какое количество элементов (точек) аппаратура позволяет разбить изображение оригинала, и выражается в точках на дюйм dpi (dot per inch). Например, параметр 300 dpi означает, что каждый квадратный дюйм изображения разбит на 300 точек по горизонтали и 300 по вертикали. Чем больше разрешение, тем больше информации об оригинале может быть введено в компьютер и подвергнуто дальнейшей обработке.

Существует также понятие интерполяционного разрешения . При интерполяции между двумя точками изображения, программными или аппаратными средствами вставляется одна или несколько дополнительных точек, которым присваивается среднее значение цветов соседних. Однако каким бы замечательным ни был алгоритм интерполяции, это созданные искусственно, а не снятые с оригинала данные, обычно не дающие реального выигрыша в качестве.

Для полноценного сканирования слайдов и негативов чрезвычайно важен такой параметр, как диапазон оптической плотности ( динамический диапазон ). Этот параметр показывает диапазон оттенков в оригинале, которые может различить сканер: от самого светлого до самого темного. Диапазон плотностей измеряется по логарифмической шкале от 0,0 (светлый) до 4,0 (темный). Типичная пленка имеет минимальную плотность около 0,3 и максимальную плотность до 3,3; разница значений или диапазон оптической плотности составляет около 3,0, хотя диапазон некоторых слайдов достигает значения 3,6.

Если слайд имеет максимальную плотность (Dmax) 3,3, а сканер оперирует значениями только до 3,0, то детали цветов плотностью выше 3,0 скорее всего окажутся черными. То есть на практике, динамический диапазон - это способность слайд-сканера фиксировать малоконтрастные детали в тенях и "светах". Чем шире диапазон, тем большее количество деталей и оттенков различает сканер. Из вышеизложенного ясно, что в настоящее время минимально допустимым значением для слайд-сканера считается 3,0, хорошим 3,2 - 3,4, а отличным 3,6. Сравнивать характеристики диапазонов плотностей следует с осторожностью. Не существует стандартных процедур измерения и записи диапазона плотностей. Некоторые производители могут выполнять тесты для измерения реального, практического диапазона. Другие приводят только теоретические пределы для своих сканеров. Нельзя принимать решение только на основе заявленных характеристик, лучше выполнить несколько пробных сканирований.  Глубина цвета отражает разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Это характеристика, показывающая, насколько точна информация о цвете каждой точки отсканированного изображения. Глубине цвета в 1 bit соответствует черно-белый режим работы сканера, каждая точка может быть только черной или белой. В сером режиме глубина цвета составляет обычно 8 bit, этому соответствует 256 градаций серого. Именно такое количество оттенков возможно для каждой точки, т.е. при работе с цветом, каждый цвет имеет 256 оттенков (от самого светлого до самого темного). Итак, каждый пиксел матрицы чувствителен к трем цветам: красному, зеленому и синему (из которых состоит белый свет). В случае, если каждый цветочувствительный элемент пиксела имеет глубину 10 bit, датчик способен различить 1024 градации каждого цвета, и говорят, что АЦП сканера имеет разрядность 10 bit на цветовой канал. Хотя программное обеспечение, поставляемое в комплекте со сканером, в большинстве случаев создает файл с 30-разрядным цветом (по 10 разрядов для красного, зеленого и синего каналов), внутреннее аналого-цифровое преобразование может задавать значение цветов 40 и даже большим числом разрядов. Такая реализация принята потому, что 1 млрд. цветов, доступных при 30 разрядах (бит) на пиксел, могут распределяться в изображении неравномерно: особенно часто теряются оттенки в тенях и на самых светлых участках. Нельзя забывать, что светочувствительные элементы и цепи аналого-цифрового преобразования вносят определенный шум. Поэтому, снимая с оригинала информацию с глубиной цвета более 30 разрядов для каждого пиксела, сканер отбрасывает информацию, которая, скорее всего, содержит шум, и при этом в его распоряжении останется достаточно информации для обработки и получения на выходе изображения с глубиной цвета 30 разрядов.  "Шум" - характеристика сильно связанная с динамическим диапазоном и глубиной цвета, указывает на наличие дефектов изображения (мелких вкраплений, отличающихся от окружающего по тону и цвету). Природа шумов различна. Шум, возникший из-за проблем в цепи аналого-цифрового преобразования, нарушает чистоту и насыщенность цвета и возникает чаще всего на участках минимальной и максимально плотности. Эта характеристика не указывается в спецификациях фотокамеры или сканера и может быть оценена только после пробной съемки или сканирования.  Для понимания технических характеристик фотоаппарата необходимо знать еще несколько тонкостей:

· Приоритет выдержки и диафрагмы. У некоторых моделей цифровых фотокамер функция приоритета выдержки или диафрагмы позволяет выставить два или три значения (обычно два крайних и среднее).

· Ручная фокусировка не всегда означает вращение кольца фокусировки на объективе, с контролем по матовому стеклу. Часто это установка численного значения расстояния до объекта съемки на ЖКД фотокамеры.

· Смысл цифрового зума заключается в том, что центральная часть кадра интерполируется камерой до границ полного кадра. Реальное разрешение снижается пропорционально кратности цифрового зума. Цифровой зум не исправляет искажений перспективы, вносимых широкоугольным объективом.