Реклама:

Все больше компьютерные технологии внедряются в сферу цифровой фотографии - уже сейчас цифровые фотокамеры вполне правомерно рассматривать как один из видов компьютерных периферийных устройств. Давайте вкратце рассмотрим принцип их работы. Все камеры снабжены объективом, с помощью которого в задней части камеры формируется изображение объекта. В традиционной камере в качестве носителя скрытых изображений, которые формируются в момент проникновения света, выступает фотопленка. Изображения проявляются в лаборатории за счет воздействия определенных химических элементов. Принцип действия цифровой камеры аналогичен за одним исключением - вместо пленки носителем изображения становится прямоугольная матрица светочувствительных устройств с зарядовой связью (Charge-Coupled Devices, CCD). (Некоторые цифровые камеры действуют на основе технологии КМОП, но вариант с CCD более распространен.)

При попадании на устройство CCD света оно получает электрический заряд. Чем больше света, тем существеннее изменение заряда. Заряд считывается ана-логово-цифровым преобразователем в виде целого числа от 0 до 255 (в камерах низкой ценовой категории) или от 0 до 4095 (на цифровых однообъективных зеркальных фотоаппаратах). Соответствующая схема изображена на рис. 2.38.

Цифровые фотокамеры

Рис. 2.38. Цифровая камера

Каждое устройство CCD, независимо от падающего на него света, на выходе генерирует единственное значение. Для формирования цветных изображений устройства CCD объединяются в группы из четырех элементов. Поверх группы размещается фильтр Байера (Bayer filter), который делает одно устройство CCD чувствительным к красному цвету, другое - к синему, а два оставшихся - к зеленому. Наличие двух зеленых элементов объясняется двумя факторами: во-первых, это удобнее, а во-вторых, человеческий глаз воспринимает зеленый цвет лучше, чем синий и красный. Если производитель цифровой камеры заявляет, что ее разрешение равно 6 млн пикселов, знайте - он нахально врет. В ней 6 млн устройств CCD, которые в совокупности формируют 1,5 млн пикселов. При таком разрешении изображение считывается в виде матрицы 2828 х 2121 (в недорогих камерах) или 3000 х 2000 (в однообъективных зеркальных фотоаппаратах) пикселов. Дополнительные пикселы генерируются путем программной интерполяции.

При нажатии кнопки открытия затвора объектива программное обеспечение камеры выполняет три операции: устанавливает фокус, определяет экспозицию и проводит балансировку белого. Автоматическая фокусировка осуществляется путем анализа высокочастотных данных изображения и выдвижения объектива на предельную позицию в целях максимальной детализации. При определении экспозиции сначала вычисляется интенсивность света, падающего на CCD, после диафрагма и выдержка корректируются таким образом, чтобы полученное значение интенсивности пришлось на середину диапазона CCD. Балансировка белого сводится к измерению спектра падающего света с целью последующей цветокоррекции.

Далее изображение считывается с CCD и сохраняется в виде матрицы пикселов во встроенной оперативной памяти камеры. Профессиональные однообъек-тивные зеркальные фотоаппараты, с которыми работают фотокорреспонденты, могут в течение пяти секунд снимать по восемь кадров с высоким разрешением в секунду; при этом объем встроенной оперативной памяти, в которой изображения размещаются перед последующей обработкой и постоянным хранением, достаточно велик. В недорогих камерах оперативной памяти меньше, но все равно вполне достаточно.

После создания снимка программное обеспечение проводит цветокоррекцию на основе баланса белого, тем самым нейтрализуя избыток красного или синего света (что имеет место, например, при фотографировании объекта, находящегося в тени, а также при использовании вспышки). Затем выполняются алгоритмы шумоподавления и корректировки дефектных устройств CCD. После этого (если соответствующая функция включена) производится попытка повысить резкость изображения - выполняется поиск краев и увеличение интенсивности градиента вокруг них.

Наконец, изображение сжимается с целью уменьшения объема занимаемой им памяти. Самый распространенный формат, применяемый для этих целей, - JPEG (Joint Photographie Experts Group - объединенная группа экспертов в области фотографии). Он предусматривает двухмерное пространственное преобразование Фурье и удаление высокочастотных составляющих. Конечное изображение оказывается весьма компактным, но мелкие детали утрачиваются.

По окончании обработки изображение записывается на постоянный носитель, в качестве которого обычно выступает карта флэш-памяти или небольшой съемный жесткий диск - так называемый микродиск. На обработку и запись каждого изображения уходит несколько секунд.

Затем пользователь может подключить камеру к компьютеру - посредством, например, кабеля USB или FireWire. Это позволяет перенести изображения из памяти камеры на жесткий диск компьютера. При помощи специального программного обеспечения (например, редактора Adobe Photoshop) пользователь может обрезать изображение, настроить яркость, контраст и баланс, увеличить резкость или, наоборот, частично размыть изображение, удалить ненужные элементы и наложить в произвольном сочетании фильтры. Удовлетворившись результатом, пользователь волен распечатать изображения на цветном принтере, разместить их в Интернете, а также записать на компакт-диск или DVD для архивации или последующей печати.

По вычислительным мощностям, объему оперативной памяти и дискового пространства, равно как и по сложности программного обеспечения, цифровые однообъективные зеркальные фотоаппараты (Single-Lens Reflex, SLR) сопоставимы с настольными системами двух-трехлетней давности. Помимо вышеперечисленных операций, компьютер такого фотоаппарата должен обеспечивать взаимодействие с процессором объектива и вспышки, обновлять изображение на жидкокристаллическом экране, не говоря уже о координации действий всех кнопок, колесиков, индикаторов, дисплеев и прочих приспособлений в реальном времени.

Телекоммуникационное оборудование || Оглавление || Коды символов