4.Импульсная и цифровые электр. Устройства

Цифрова́я фотогра́фия — фотография, результатом которой является изображение в виде массива цифровых данных — файла, а в качестве светочувствительного материала применяется электронное устройство — матрица.

Изображение, представленное в цифровом виде, предназначено для дальнейшей обработки на компьютере (или на другой цифровой технике). Поэтому цифровая фотография часто относится к области информационных технологий.

Помимо собственно цифрового оборудования, в сферу цифровой фотографии оказываются традиционно включены:

Аналоговые компоненты цифровых аппаратов (например, матрица содержит аналоговые части);

Теле- и видеокамеры, некоторые факсимильные и копирующие аппараты, использующие для получения изображения твердотельные матрицы, но передающие и записывающие аналоговый сигнал;

Некоторые исторические модели фототехники, например Sony Mavica, записывающие аналоговый сигнал.

Достижения в области технологий и производства фотосенсоров, оптических систем позволяют создавать цифровые фотокамеры, которые вытесняют плёночную фототехнику из большинства сфер применения, хотя приверженцы плёнки среди профессиональных фотографов остаются. Кроме того, создание встроенных в сотовые телефоны, карманные компьютеры цифровых миниатюрных фотоаппаратов создало новые сферы применения фотографии.

Цифровая фотография начинается с момента создания и внедрения Фотосе́нсора или Фотода́тчика — светочувствительного устройства, состоящего из матрицы и аналого-цифрового преобразователя.

[править]

Размер фотосенсоров и угол изображения

Сравнение размеров матриц цифровых фотокамер и 35-мм плёнки

Размеры матриц большинства цифровых фотоаппаратов по размеру меньше стандартного кадра 35-мм плёнки. В связи с этим возникает понятие эквивалентного фокусного расстояния и кроп-фактора.

[править]

Формат кадра

В большинстве цифровых фотоаппаратов соотношение сторон кадра равно 1,33 (4:3), равное соотношению сторон большинства старых компьютерных мониторов и телевизоров. В плёночной фотографии используется отношение сторон 1,5 (3:2). В основном все цифровые зеркальные фотоаппараты с размерами фотосенсоров до 24х36 мм выпускаются с рабочими отрезками фотообъективов зеркальных плёночных фотоаппаратов этого класса, что позволяет использовать старую оптику, рассчитанную на это поле. Это вызвано прежде всего наличием прыгающего зеркала видоискателя, ограничивающего уменьшение рабочего отрезка объектива и автоматически сохраняет возможность применения (преемственность) ранее выпущенных объективов. Применение старой оптики в «цифрозеркалках» с матрицами, размерами меньших 24х36 мм, порой обеспечивают лучшую разрешающую способность объектива по площади кадра в силу неиспользования периферийной части изображения.

Виды цифровых фотоаппаратов

Основная статья: Цифровой фотоаппарат

[править]

Цифровые фотоаппараты со встроенной оптикой

Основная статья: Цифровые фотоаппараты со встроенной оптикой

[править]

Зеркальные фотокамеры

Принципиальная схема зеркального фотоаппарата

Основная статья: Зеркальный фотоаппарат

Основная статья: Цифровой зеркальный фотоаппарат

Цифровые зеркальные камеры (англ. DSLR) являются аналогом плёночных зеркальных камер и имеют сопоставимые размеры (меньшие за счёт отсутствия фильмового канала).

Своё название зеркальная камера получила благодаря зеркальному видоискателю (англ. TTL, Through The Lens), с помощью которого фотограф имеет возможность визировать сцену через объектив фотоаппарата.

[править]

Среднеформатные и прочие профессиональные цифровые камеры

Выпускаются также цифровые камеры бо́льших форматов, предназначенные для профессионального использования. Среди них есть как специализированные, например панорамные камеры, так и камеры больших стандартных форматов, например среднеформатные.

Для стандартных форматов, вместо полностью цифровых камер также с успехом применяются цифровые «задники».

[править]

Цифровые задники

Цифровой задник Kodak DCS420

Цифровые «задники» (en:Digital camera back (англ.)) применяются для переоборудования плёночных фотоаппаратов (обычно дорогих профессиональных зеркальных камер с наработанным набором сменных объективов). Они представляют собой устройства, содержащие светочувствительную матрицу или подвижный линейный сканер, процессор, память и интерфейс с компьютером. Цифровой задник устанавливают на фотоаппарат вместо кассеты с плёнкой. В некоторых случаях размер матрицы делают меньше размера кадра (например, 12×12 мм вместо 24×36 мм у «задника» Филипс (1990 г.)

Современные (2008 г.) матричные цифровые задники содержат до 416 миллионов RGB-пикселей (Better Light Super10K-HS); переделанные таким образом камеры могут использоваться и как плёночные[1].

[править]

Параметры цифрового фотоаппарата

Качество изображения, даваемого цифровым фотоаппаратом, складывается из многих составляющих, которых намного больше, чем в плёночной фотографии. В их числе:

Тип фотосенсоров

Габариты фотосенсоров

Электронная схема считывания и оцифровки аналогового сигнала АЦП

Алгоритм обработки и формат файлов, применяемый для сохранения оцифрованных данных

Разрешение матрицы в Мпикс (количество пикселей)

[править]

Количество и размер пикселей матрицы

В цифровых фотокамерах число физических пикселей является основным маркетинговым параметром и бывает от 0.1 (у вебкамер и встроенных камер) — до ~21 Мпикс. (У некоторых задников — до 420 Мпикс). В цифровых видеокамерах — до 6 Мпикс. Размеры пиксела в больших фотосенсорах составляют ~6-9 мкм, в малых — меньше ~6 мкм.

[править]

Видоискатели

Основная статья: Видоискатель

Прямой видоискатель

Стеклянный глазок

Светоделитель

Электронный видоискатель EVF

Шарнирное зеркало (Зеркальный видоискатель)

ЖК видоискатель

[2]

[править]

Форматы изображений

JPEG

TIFF (в большинстве цифровых аппаратов применяется 8-bit TIFF, что не даёт выигрыша в глубине цвета)

RAW (формат данных) — «сырой» набор оцифрованных данных с матрицы

DNG от англ. Digital NeGative — «цифровой негатив», унифицированный RAW формат.

К изображениям дописывается дополнительная информация о параметрах съёмки в формате метаданных (например EXIF).

[править]

Битовая глубина цвета

Основная статья: Устройство цифрового фотоаппарата

[править]

Носители данных

Большинство современных цифровых фотоаппаратов производят запись снятых кадров на Flash-карты следующих форматов:

Secure Digital (SD)

CompactFlash (CF-I, CF-II или Microdrive)

Memory Stick (модификаций PRO, Duo, PRO Duo)

Multimedia Card (MMC)

SmartMedia

xD-Picture Card (xD)

Также возможно подключение большинства камер напрямую к компьютеру, используя стандартные интерфейсы — USB и IEEE 1394 (FireWire). Ранее использовалось подключение через последовательный COM-порт.

[править]

Достоинства и недостатки цифровой фотографии

Основная статья: Достоинства и проблемы цифровой фотографии

[править]

Основные преимущества цифровой фотографии

Оперативность процесса съёмки и получения конечного результата.

Огромный ресурс количества снимков.

Большие возможности выбора режимов съёмки.

Простота создания панорам и спецэффектов.

Совмещение функций в одном устройстве, в частности, видеосъёмка в цифровых фотоаппаратах и, наоборот, фоторежим в видеокамерах.

Уменьшение габаритов и веса фотоаппаратуры.

Возможность предпросмотра результата (с помощью функции LiveView).

[править]

Основные недостатки цифровой фотографии

Пикселизация, регулярная структура матрицы и фильтр Байера порождают принципиально другой характер шумов изображения, нежели аналоговые фотографические процессы. Это приводит к восприятию изображения, особенно полученного на пределе возможностей камеры, как более искусственного, не «природного».

Ещё одной проблемой является уменьшение разрешающей способности фотосенсора главным образом в зависимости от его габаритов. В малых фотосенсорах, где высока плотность пикселей, имеет место смешивания зон генерации носителей (внутреннего фотоэффекта) из-за плотной упаковки их и др.[3]

Принципиальные трудности доказательства аутентичности цифровой фотографии, в связи с самой сутью цифровых технологий копирования файлов и обработки изображений.

Преобладающее большинство матриц имеют небольшую фотографическую широту, что не позволяет без потери деталей снимать сюжеты с большим диапазоном яркости.