Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Омский государственный технический университет
Регистрация и считывание изображения в цифровой камере
Методические указания по выполнению лабораторной работы
по дисциплине «Допечатное оборудование»
Омск 2012
Составитель: Гусак Елена Николаевна, к.т.н., доцент кафедры «Оборудование и технологии полиграфического производства»
Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 261202.65 «Технология полиграфического производства»
Лабораторная работа №1
Регистрация и считывание изображения в цифровой камере
Цель работы: Изучение принципов регистрации и формирования изображения в цифровой камере.
Порядок выполнения.
Изучить технические характеристики цифровой фотокамеры.
Изучить элементы цифровой камеры.
Изучить принципы формирования информации об изображении и ее передачи из ПЗС-матрицы и КМОП-матрицы.
Изучить принципы формирования цвета в цифровой фотокамере.
Теоретические положения
Цифровую камеру условно можно разделить на три части. Первая – оптическая система, состоящая из объектива и затвора. Вторая часть – это регистратор изображения (фотоприемник). Третья часть предназначена для хранения отснятых кадров (карта памяти).
Рис. 1. Принципиальное устройство цифровой камеры:
1 – объектив с линзами и диафрагмой; 2 – антиблюминговый фильтр; 3 – ЗУМ;
4 - оптический видоискатель; 5 – автоматическая фокусировка; 6 – матрица;
7 – считывающее устройство; 8 – процессор; 9 – буфер; 10 – встроенная память;
11 – флэш-карта; 12 – корпус камеры с интерфейсрм и экраном дисплея; 13 – блок питания.
Объектив
Объектив — система из линз, формирующая резкое изображение снимаемого объекта на плоскости матрицы цифрового фотоаппарата. Объектив является важнейшей частью любой фотокамеры, так как именно от него в наибольшей степени зависит качество получаемых изображений. Задача объектива сфокусировать свет, отражающийся от объективов, на поверхность матрицы.
Важнейшей характеристикой любого объектива является его фокусное расстояние — расстояние от оптического центра объектива до плоскости светочувствительного сенсора. Именно фокусное расстояние определяет угол обзора камеры: чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора.
Фокусное расстояние объектива измеряется в миллиметрах и представляет собой расстояние между оптическим центром объектива и элементом, на который записывается изображение. В обычных камерах роль такого элемента выполняет пленка, а в цифровых — светочувствительная матрица. Маленькое фокусное расстояние дает возможность запечатлеть более широкую область пространства, но объекты при этом получатся небольшими и будут располагаться в перспективе на значительном удалении друг от друга. При большом фокусном расстоянии все происходит наоборот: охватывается узкий сектор пространства, зато объекты увеличиваются в размерах и визуально сближаются.
Стандартным (нормальным, штатным) объективом обычно называют объектив с фокусным расстоянием, равным диагонали кадра. Нормальные объективы позволяют получать изображения с перспективой, близкой к восприятию человека, и имеют фокусное расстояние около 50 мм. Подобный объектив позволяет решить любые задачи, если есть возможность подойти к объекту или отдалиться от него.
У широкоугольных объективов фокусное расстояние составляет 20–35 мм или менее, а у длиннофокусных (телеобъективов) — 90 мм или больше.
Светоcила объектива характеризует его способность давать ту или иную яркость (освещенность) изображения. Чем выше светосила объектива, тем меньшая выдержка (продолжительность освещения матрицы) требуется при съемке. Светосила объектива зависит от двух величин: размера отверстия объектива и его фокусного расстояния.
Объектив имеет бóльшую светосилу, чем больше его отверстие и чем короче его фокусное расстояние. Эта взаимосвязь выражается величиной относительного отверстия, которое представляет собой отношение диаметра полного действующего отверстия объектива к его главному фокусному расстоянию. При этом обе величины берутся в одинаковых линейных единицах.
Относительное отверстие обозначается отношением единицы к числу, показывающему, во сколько раз диаметр полного отверстия данного объектива меньше его фокусного расстояния. Например, диаметр отверстия 2 см относится к фокусному расстоянию 8 см, как 2:8. После сокращения дроби получаем 1:4 — это и есть числовое значение относительного отверстия.
Под светосилой фотографического объектива понимают его способность создавать определенную освещенность изображения в соответствии с яркостью отдельных деталей объекта съемки. Большая светосила означает лучшее качество объектива, и наоборот.
Имеется упрощенный способ определения, во сколько раз один объектив имеет бóльшую светосилу чем у другого: больший из знаменателей относительного отверстия следует разделить на меньший знаменатель и полученное частное возвести в квадрат.
Например, если сравнивается светосила объективов, имеющих относительные отверстия 1:4,5 и 1:1,5, то (4,5:1,5) в квадрате равно 9. Следовательно, второй объектив в 9 раз светосильнее первого и при полном отверстии в одинаковых съемочных условиях потребует выдержку в 9 раз меньшую (например, 1/100 с вместо 1/10 с).
Отношение диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию объектива называют относительным отверстием, а обратную величину — диафрагменным числом (диафрагмой) объектива. Обычно значения фокусного расстояния и диафрагменное число приведены на оправе объектива.
Предположим, что перед нами цифровая камера со следующими обозначениями, нанесенными на объектив: 7,2–50,8 мм и 1:2,8–3,5. Это означает, что объектив имеет переменное фокусное расстояние в диапазоне от 7,2 до 50,8 мм. Максимальное диафрагменное число (светосила) на расстоянии 7,2 мм составляет 2,8, а на расстоянии 50,8 мм — 3,5. Поделив 50,8 на 7,2, получаем кратность зума 7.
Следующим важным свойством объектива является разрешающая способность. Она представляет собой способность объектива резко воспроизводить мелкие детали изображения. Чем больше разрешающая способность, тем более мелкие детали "покажет" объектив на матрице. Численно эта величина выражается как количество линий на один миллиметр изображения при условии, что толщина линий равна промежутку между ними. Это свойство объектива зависит от его способности устранять оптические искажения, возникающие в силу несовершенства объектива.
Каждому объективу в той или иной степени свойственно давать резкое изображение предметов, находящихся не только в той плоскости, на которую произведена наводка, но и несколько ближе и дальше нее.
Глубина резко изображаемого пространства — это расстояние, измеренное между двумя плоскостями в пространстве предметов, в пределах которого предметы изображаются на матрице цифрового фотоаппарата достаточно четко.
Глубина резко изображаемого пространства зависит от диафрагменного числа, фокусного расстояния объектива и расстояния до объекта съемки. Глубина резкости при полном отверстии объектива и небольшом расстоянии до точки наводки особенно мала у очень светосильных объективов. Это означает, что если навести резкость на нос кошки, ее уши могут получиться нерезкими.
Глубиной резко изображаемого пространства можно управлять при съемке, создавая таким образом различные художественные эффекты. В частности, это используется для того, чтобы акцентировать объект съемки, находящийся в окружении других, второстепенных предметов.