Анатомия цифрового фотоаппарата

Как кажется на первый взгляд, между цифровым и пленочным фотоаппаратами почти нет различий. И там и там вы нацеливаете объектив на предмет, нажимаете на кнопку затвора и получаете изображение, которое позднее превратится в фотографию. Но на самом деле технология цифрового фотоаппарата намного более изощрена и сложна по сравнению с пленочным.

Если пленочные фотоаппараты дорабатывались и совершенствовались более 160 лет, то цифровые технологии съемки находятся в младенческом возрасте: в лабораторных условиях они используются около 20 лет, а на потребительском рынке цифровые фотоаппараты появились только 7-8 лет назад. Конечно, скорость развития технологии за этот период просто потрясает, но предела пока что не достигнуто, и цифровые технологии съемки будут развиваться в направлениях повышения качества изображения, производительности и удобства управления. В цифровых фотоаппаратах до сих пор остается много острых углов, которые еще требуется отшлифовать.

Сейчас состояние цифровой технологии съемки можно сравнить с другой технологией XX века: автомобилями. Мы только что научились хромировать кузов, изготовлять двигатель и подключать фары. Говоря другими словами, цифровые технологии доказали свое право на жизнь, основы уже явно выделены, и нас ожидает относительно скучный этап дальнейшей эволюции.

Но, хотя нас и ждет скорее экстенсивное, нежели интенсивное, развитие, эта отрасль все же приковывает к себе пристальное внимание. Большинство обозревателей и экспертов предсказывают, что цифровая фотография станет в очень короткое время такой же обыденной вещью как общественный транспорт, скоростные магистрали и другие современные чудеса.

До сих пор главной целью цифрового фотоаппарата была замена пленочного фотоаппарата. Но, как фильмы превзошли театральные постановки, по возможностям цифровой фотоаппарат сейчас значительно обгоняет свой пленочный аналог. Сегодня его предполагаемое использование уже не сводится только к получению статических изображений, фотоаппарат стал визуальным средством связи. За минуту (или даже за нескольких секунд) после съемки фотограф может распечатать изображение, использовать его на презентации, поместить в Интернет или передать по модему (в том числе и беспроводному).

Массив цветных светофильтров

В конечном счете, будет увеличиваться функциональность самого фотоаппарата, так что все показанные возможности будут доступны даже без компьютера. Уже сейчас камеры оснащаются беспроводным инфракрасным интерфейсом для прямого подключения к принтерам, сотовым телефонам и беспроводным сетям. Например, цифровой фотоаппарат HP PhotoSmart 912 может по нажатию клавиши передать выбранные изображения на фотопринтер HP или на подобные фотоаппараты по инфракрасной связи.

Прямая закачка на FTP, просмотр веб-страниц и даже больше

Планируемая к скорому выпуску модель Ricoh RDC i700 способна автоматически закачивать изображения по протоколу FTP через встроенный модем. Для этого фотоаппарат оснащен подобным PDA интерфейсом управления с электронным пером. Таким образом, пользователь сможет передать как статические изображения, так и видеоролики, текст и звук используя заранее подготовленный HTML шаблон.

Кроме того, i700 поддерживает периферию стандарта Type II, например, дополнительный модем, сетевую или ATA карту. В i700 даже интегрирован собственный веб-браузер. Точно также Polaroid PDC-640M содержит встроенный 56,6k модем для подключения по телефонной линии и прямой закачки фотографий на фотосайт Polaroid.

Разработка цифрового фотоаппарата

В этом году несколько производителей анонсировали недорогие цифровые фотоаппараты (например, Kodak mc3 и Samsung Digimax 35MP), совмещенные с MP3 проигрывателями. Многие современные модели могут снимать короткий видеофильм низкого разрешения (включая аудиопоток), который затем можно просмотреть на самом фотоаппарате, на телевизоре или поместить на веб-страницу. Пока что не было объявлено ни одного фотоаппарата с поддержкой Bluetooth или другой современной технологии связи, однако можно наверняка ожидать, что в будущем подобные технологии найдут свое место в цифровых фотоаппаратах.

Безусловно, узкоспециализированные цифровые фотоаппараты (которые могут только снимать изображения) не исчезнут из продажи, но они уже выйдут из сферы интереса потребителей, желающих получить максимальную функциональность за уплаченную цену.

По мере увеличения функциональных возможностей строение цифрового фотоаппарата усложняется: огромное число технологий пытаются впихнуть в такую маленькую коробочку. Сегодня выпускаются крошечные фотоаппараты размером с кредитную карточку или наручные часы (например, Casio WQV1-1CR и SmaL Ultra Pocket), но уже в ближайшем будущем мы увидим устройства размером с брошь или запонку.

Размер и набор возможностей фотоаппарата - это лишь вопрос времени, изобретательности и требований рынка.

В этой статье мы попытаемся разобраться, как работают компоненты цифровой камеры, и что нам даст будущее с точки зрения новых технологий и дизайнов. Но сначала давайте вкратце взглянем на поток данных в цифровой фотографии для лучшего понимания современного состояния технологий.

Основы пленочной фотографии

В обычном пленочном фотоаппарате свет отражается от объекта или сцены и проходит через прозрачные стеклянные или пластиковые линзы, которые фокусируют его на тонком гибком кусочке пластика ("пленка"). Пленка покрыта светочувствительным эмульсионным слоем галоида серебра. Попадающий на пленку свет (фотоны) приводит к немедленной химической реакции, которая после химической обработки помогает проявить и закрепить изображение на пленке. Свет различается по цвету и интенсивности, что приводит к практически идентичному дублированию сцены в результате химической реакции.

Единственными регуляторами света в обычном пленочном фотоаппарате являются затвор (металлический или тканевой занавес или пластинки, которые быстро открываются и закрываются для управления временем выдержки/экспозиции сцены на пленке) и диафрагма (отверстие с изменяемым размером, позволяющее управлять количеством проходящего через линзу света). Перед съемкой фотограф устанавливает значение выдержки и размер диафрагмы. Диафрагма обычно устанавливается вручную при вращении ободка на объективе, который в свою очередь механически регулирует лепестки отверстия, пропускающего свет. Конечно, сегодня многие фотоаппараты (как аналоговые, так и цифровые) обладают некоторым интеллектом, позволяющим автоматически выбрать время выдержки и размер диафрагмы.

Но если мы обратимся к истокам, то современная пленочная фотография в любом случае есть разновидность химического и механического процесса, изобретенного в 1830 году Луисом Дагером и Фоксом Талботом.

Основы цифровой фотографии

В цифровых фотоаппаратах процесс получения изображения намного более сложен. Но, как и в пленочной технологии, принципы и основы будут неизменны в ближайшие годы, независимо от масштаба роста технологий.

Цифровой фотоаппарат Minolta изнутри

В цифровых фотоаппаратах также используется линза, но вместо фокусирования изображения на пленку, свет попадает на светочувствительные ячейки полупроводникового чипа, называемого сенсором (image sensor). Сенсор реагирует на получаемые фотоны, что фиксируется фотоаппаратом. Дальше вычислительный блок фотоаппарата анализирует полученную информацию и определяет необходимые значения выдержки и фокуса, цвет (баланс белого), необходимость вспышки и т.д. Потом сенсор захватывает изображение и передает его на чип АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который анализирует аналоговые электрические импульсы и преобразует их в цифровой вид (поток нулей и единичек).

Используя дополнительную вычислительную мощность (цифровые фотоаппараты могут содержать несколько процессоров и других чипов, включая специализированные процессоры и главный процессор), данные проходят дальнейшую обработку с помощью специальных (зависящих от конкретной модели/фирмы) алгоритмов и преобразуются в файл изображения, который уже можно просмотреть. Файл записывается на встроенный или внешний электронный носитель. Далее изображение может быть перенесено на компьютер, выведено на принтер или телевизор. Равно как его можно просмотреть на встроенном в камеру ЖК экране/видоискателе, благодаря чему пользователь может обработать изображение с помощью дополнительных алгоритмов или фильтров, используя встроенный интерфейс (чаще всего работающий через ЖК экран) или просто стереть неудачный снимок и начать все сначала.

На всем протяжении этого многоступенчатого процесса, "интеллект" камеры непрерывно опрашивает операционную систему для немедленной реакции на действия фотографа (которые он производит через многочисленные кнопки, рычаги, регуляторы и ЖК интерфейс). Как видите, цифровой фотоаппарат является сложной системой, где множество данных и инструкций передается по множеству путей. И все это заключено в маленькой легкой коробочке с батарейками, которая умещается в вашей ладони.

Показанный процесс описывает лишь основы получения цифрового изображения. Его детали по-разному реализованы в различных цифровых фотоаппаратах. Давайте более подробно пройдемся по каждому шагу этого процесса в типичной цифровой камере.