Процесс получения цифровых фотографий реферат 8 класс

Введение

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. Кроме того, создание встроенных в сотовые телефоны, карманные компьютеры цифровых миниатюрных фотоаппаратов создало новые сферы применения фотографии.

1. Фотосенсор

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

1.1. Размер фотосенсоров и угол изображения

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.

1.2. 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.

2. Устройство цифрового фотоаппарата

3. Виды цифровых фотоаппаратов

3.1. Цифровые фотоаппараты со встроенной оптикой

3.2. Зеркальные фотокамеры

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.

3.3. Среднеформатные и прочие профессиональные цифровые камеры

Выпускаются также цифровые камеры бо́льших форматов, предназначеные 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».

3.4. Цифровые задники

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.)

Читайте также:  Popupuireceiver android что это

Современные (2008 г.) матричные цифровые задники содержат до 416 миллионов RGB-пикселей [1] ; переделанные таким образом камеры могут использоваться и как плёночные [2] .

4. 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)

4.1. 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

4.2. Видоискатели

  • Прямой видоискатель
  • Стеклянный глазок
  • Светоделитель
  • Электронный видоискатель EVF
  • Шарнирное зеркало (Зеркальный видоискатель)
  • ЖК видоискатель
  • 5. Форматы файлов

    • 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).

    6. Битовая глубина цвета

    7. 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.

    Кажется, так просто – щелкнул, получил снимок, и нет проблем. В действительности за те несколько мгновений, которые проходят с момента спуска затвора до проявления изображения на мониторе, внутри фотоаппарата происходит целый ряд сложных процессов, результатом которых является цифровая фотография. Попробуем разобраться, как же происходит превращение простых световых излучений в цифровое изображение, которое будет напоминать нам о приятно проведенных мгновениях и счастливых событиях в нашей жизни.

    Рассмотрим поэтапно путь фотона до его преобразования в цифровое фото.

    Объектив – это элемент, находящийся на пути фотона к матрице. Он собран из линз, образующих оптические системы. Аппараты различаются по количеству линз, которое в самых совершенных моделях может достигать 18. А количество систем колеблется от двух до пяти. Объектив захватывает фотоны и направляет к матричным сенсорам. Размеры объектива прямо пропорциональны размерам матрицы. Совмещение, например, однодюймовой матрицы и линз малого размера даст темное и нечеткое изображение, так как маленькие линзы препятствуют проникновению света. Чтобы избежать этого, профессиональные фотографы прибегают к проверенной хитрости: низкое число апертуры при большой выдержке приводит к раскрытию диафрагмы, что способствует попаданию большего количества света через линзы на матрицу. В результате получается структурированное выделение фотографируемого объекта на смазанном фоне – лучшие критерии портретной съемки. Именно таким способом профессиональным фотографам удается выделить определенного человека на общем фоне толпы. Таким образом, путем регулировки параметров объектива можно достичь точечной фокусировки – пространство вокруг точки фокуса, чем дальше, тем больше расплывается.

    Читайте также:  Постоянные звонки с разных номеров без остановки

    Матрица – основной элемент в процессе получения цифровых изображений. Она является подобием пленочного кадра. Фотоны, попадающие на поверхность матрицы, превращаются в электрозаряды посредством матричных сенсоров. Существует два вида сенсоров:
    – CMOS
    – CCD.

    CMOS обладает гибкой манипулирующей системой. Он способен обрабатывать информацию в любом направлении на плоскости, параллельно процессу загрузки фотонов. CCD более примитивен. Он обрабатывает информацию лишь после окончания загрузки изображения. Производство CCD – дорогостоящий процесс с использованием сложнейших технологий. Тогда как CMOS более прост в исполнении и не требует сверхзатрат.

    Матрица состоит из бесчисленного множества полупроводниковых светочувствительных частиц – пикселей или фотодатчиков, образующих изображение. Каждый фотодатчик включает три фотодиода, различающих три основных цвета: синий, зеленый и красный. Эти фотодиоды фиксируют количество фотонов света, попавших на них через объектив, и генерируют сигнал, прямо пропорциональный количеству принятого света.

    Для трансформации полученной аналоговой информации в цифровую фотоаппарат оснащен специальным устройством – ADC, которое считывает количество цветных фотонов в каждом пикселе, и присваивает числовую конфигурацию получившемуся цвету. Результатом получившейся совокупности чисел является фотоизображение. Эта информация переходит в буфер, где происходит ее фиксация на карте памяти.

    Скорость работы фотоаппарата зависит от всех вышеперечисленных элементов, а также от параметров карты памяти и ее способности принимать изображение, переданное из буфера. Карты памяти существуют во множестве форматов. Единицей скорости является мегабайт/сек, как на обычном CD-ROM. Недавно была презентована сверхскоростная карта памяти для профессиональных фотокамер – XQD со скоростью 16 и 32 Гбайт/сек.

    Общепринятым стандартом является запись изображения в формате JPEG. Этот формат доступен для любой программы, предназначенной для просмотра фотоизображений, а также для их печатания.

    Менее распространенный формат RAW индивидуален для каждой отдельной камеры. Он представляет “сырое”, не обработанное фотоизображение. Полученный результат – это непосредственный отпечаток матрицы. Формат RAW можно подвергать редактированию, что невозможно с JPEG, поэтому он более популярен среди профессионалов. Он позволяет вручную выправлять такие параметры изображения, как экспозицию, температуру и баланс белого.

    Таким образом, кажущееся таким простым появление фотографии в реальности является сложным и деликатным процессом.

    Поделиться с друзьями ссылкой на статью в соцсетях:

    § 3.2. Цифровые фото и видео

    Содержание урока

    3.2. Цифровые фото и видео

    3.2. Цифровые фото и видео

    Цифровая фотография. Цифровые фотокамеры позволяют получить изображение высокого качества непосредственно в цифровом формате. Полученное цифровое изображение сохраняется в цифровой камере на сменной карте flash-памяти. После подключения цифровой камеры к USB-порту компьютера производится копирование изображений на жесткий диск компьютера (рис. 3.3). При необходимости можно провести редактирование фотографии с помощью растрового графического редактора. Высококачественная цветная печать цифровых фотографий производится на струйном принтере.

    Рис. 3.3. Цифровая фотография

    Размер растровых цифровых фотографий может достигать 3000 х 2000 точек при глубине цвета 24 бита на точку. Если сохранить фотографию на карте флэш-памяти в формате BMP, информационный объем такого изображения получается достаточно большой:

    Читайте также:  Механизм регулировки угла наклона спинки

    / = 24 бита • 3000 • 2000 = 144 000 000 бита = 18 000 000 байтов ≈ 17 578 Кбайт ≈ 17 Мбайт.

    Возможность хранения на карте флэш-памяти десятков цифровых фотографий обеспечивается использованием графического формата со сжатием по методу JPEG.

    Цифровое видео. Цифровые видеокамеры позволяют снимать видеофильмы непосредственно в цифровом формате. Цифровое видео, представляющее собой последовательность кадров с определенным разрешением, сохраняется в видеокамере на flash-диске. После подключения цифровой видеокамеры к компьютеру необходимо скопировать на жесткий диск компьютера (рис. 3.4).

    Рис. 3.4. Цифровое видео

    Обычно цифровой видеопоток разбивается на фрагменты, называемые сценами. Монтаж цифрового видеофильма производится путем выбора лучших сцен и размещения их в определенной временной последовательности. При переходе между сценами можно использовать различные анимационные эффекты: наплыв, растворение и др.

    Просмотр цифрового видео можно осуществлять непосредственно на экране монитора компьютера или на подключенном телевизоре.

    Видеофильм состоит из потока сменяющих друг друга кадров и звука. Показ полноцветных кадров и воспроизведение высококачественного звука требуют передачи очень больших объемов информации в единицу времени. Поэтому в процессе захвата и сохранения видеофайла на диске производится его сжатие.

    Во-первых, используются методы сжатия неподвижных растровых графических изображений и звука, описанные выше.

    Во-вторых, используется потоковое сжатие. В последовательности кадров выделяются сцены, в которых изображение меняется незначительно. Затем в сцене выделяется ключевой кадр, на основании которого строятся следующие, зависимые кадры. В зависимых кадрах вместо передачи кодов цвета всех пикселей передаются коды цвета только небольшого количества пикселей — те, которые были изменены.

    Телевизионный стандарт воспроизведения видео использует разрешение кадра 720 х 576 пикселей с 24-битовой глубиной цвета. Скорость воспроизведения составляет 25 кадров в секунду. Следовательно, в одну секунду необходимо передать огромный объем видеоданных:

    / = 24 бита • 720 • 576 • 25 = 248 832 000 битов ≈ 31 104 000 байтов ≈ 30 375 Кбайт ≈ 30 Мбайт.

    При захвате и сохранении цифрового видео может использоваться один из двух способов сжатия данных. При сохранении видеофайлов в формате AVI могут применяться различные методы, использующие «фирменные» алгоритмы сжатия данных. При сохранении видеофайлов в формате MPEG используется стандартизированный метод сжатия данных.

    Потоковое видео. Для передачи видео в Интернет к USB-порту компьютера подключается Web-камера (рис. 3.5). Так как скорость передачи данных в Интернете ограничена, применяются потоковые методы сжатия с использованием одного из двух стандартов: RealVideo или Windows Media.

    Рис. 3.5. Потоковое видео

    Потоковое сжатие применяется как для видео, так и для звука. Сжатие видео обеспечивается за счет уменьшения размера кадра, уменьшения частоты кадров, а также уменьшения количества цветов. Для сжатия звука можно уменьшить частоту дискретизации и глубину кодирования, а также вместо стерео выбрать монофонический звук (один канал).

    Однако в связи с широким распространением широкополосного высокоскоростного подключения к Интернету качество потокового видео и звука существенно улучшилось.

    Контрольные вопросы

    1. Подготовьте реферат по одной из тем:

    Процесс получения цифровых фотографий;
    Основные этапы создания цифрового видеофильма.

    2. Как можно уменьшить информационный объем потокового видео, передающегося в единицу времени по компьютерным сетям?

    Cкачать материалы урока

    Оцените статью
    ПК Знаток
    Добавить комментарий

    Adblock detector