Цифровой фотоаппарат. В цифровой камере свет, проходя через линзу, создаёт изображение не на светочувствительной плёнке, как в обычных фотоаппаратах, а на полупроводниковой светочувствительной матрице из так называемых приборов с зарядовой связью (ПЗС). Матрица – это огромное число очень маленьких элементов (пикселей), на каждом из которых при освещении появляется электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего света. Микропроцессор, миниатюрный компьютер, считывает заряд на каждом пикселе и формирует в своей памяти изображение объекта. Однако ПЗС «видит» не так, как человеческий глаз. Чтобы изображение объекта точно соответствовало оригиналу, необходимо избавиться от сферической аберрации, произвести цветовую коррекцию и сделать белый цвет действительно белым. Поэтому между обычными сферическими линзами вставляют асферические линзы, чтобы изображения были одинаково резкими на всех пикселях. Перед каждым пикселем ставится фильтр, пропускающий один из трёх цветов (как правило, красный, зелёный или синий), что позволяет микропроцессору с помощью специальных алгоритмов насыщать изображение живыми яркими красками. Другие алгоритмы следят за тем, чтобы цветовая гамма не была смещена, и белое было бы действительно белым. Например, при освещении объекта лампами дневного света он приобретает зеленоватый оттенок, а при освещении лампами накаливания – желтоватый. Микропроцессор с помощью специальной программы устраняет эти оттенки так же, как это делает мозг человека. Ведь мы подсознательно «видим» окружающий мир не совсем таким, каким он есть, а таким, каким хотим его видеть.
Раньше для получения крупного плана
(zoom) далёких объектов применяли систему линз с
переменным фокусным расстоянием, что делало их
громоздкими. В современных цифровых фотокамерах
для этого используется не только оптика, но и
специальные алгоритмы обработки изображения, –
и фотоаппарат получается компактным. А
использование высокоскоростных
микропроцессоров даёт возможность снимать фото
одно за другим с интервалом не более 1,5 с. Да и
процесс автоматической фокусировки в старых
моделях занимал довольно много времени –
интервал между моментом нажатия на кнопку и
моментом открывания затвора был большим. Поэтому
довольно часто многие снимали свои собственные
ботинки, опуская камеру сразу после того, как
нажали на кнопку. В современных фотокамерах
время автоматической фокусировки составляет 0,5
с.
Каждый
пиксель ПЗС-матрицы покрыт цветным фильтром,
поэтому его электрический заряд соответствует
интенсивности только данного цвета в данной
точке изображения. В большинстве цифровых
фотокамер применяется так называемая
Байеровская система размещения цветовых
фильтров (см. схему слева: К – красный фильтр, З –
зелёный, С – синий). В этой системе количество
зелёных фильтров больше, чем остальных, т.к. наш
глаз наиболее чувствителен к этой длине волны.
Микропроцессор комбинирует сигналы, приходящие
от пикселей, закрытых красными, зелёными и синими
фильтрами, образуя полноцветное изображение. В
новых моделях фотокамер для фокусировки света
используются линзы с малой хроматической
аберрацией, что позволяет значительно снизить
искажения, связанные с различной длиной волны
падающего света.
Цифровое укрупнение изображения (zoom)
начинает работать тогда, когда увеличение с
помощью линз уже
максимально. Например, чтобы
укрупнить изображение, показанное на диаграмме,
в два раза, микропроцессор выбирает центральную
часть размером в 50% исходного изображения
(пиксели ABCD на левом рисунке; цвет фильтра
обозначен серыми буквами). После этого пиксели A и
B разносятся на большую площадь, а пикселям между
ними присваиваются цвета и интенсивности
промежуточных значений [AB]. При цифровом
укрупнении резкость изображения уменьшается.
Линзы цифровых камер фокусируют свет на полупроводниковой светочувствительной ПЗС-матрице, каждый элемент которой формирует пиксель (элемент изображения), преобразуя свет в электрический заряд, который в виде двоичного числа посступает в буферную память. Микропроцессор считывает данные, увеличивает отношение сигнал/шум, устраняет цветовые искажения и посылает окончательное изображение в цифровом виде во встроенную память или на карту памяти, вставляемую в цифровую фотокамеру.
Асферические линзы вставляются между сферическими для устранения сферической аберрации – неспособности сферической линзы фокусировать в одну точку параллельные лучи, падающие на неё вблизи краёв и в центре, что приводит к размыванию изображения. В данном случае первая группа стеклянных линз формирует пучок света, направляя его на вторую группу, которая может передвигаться вперёд и назад, если требуется изменить масштаб изображения. Вторая группа линз делает пучок света более узким и направляет его на третью, неподвижную группу линз, через которую свет попадает на ПЗС-матрицу.
Знаете ли вы, что?..
Максимальное число пикселей. Если говорят, что фотокамера имеет 4 мегапикселя, то это значит, что в её ПЗС-матрице 4 млн пикселей. Чем больше пикселей, тем более резкой будет фотография. Однако увеличивать количество пикселей выше 8 млн не имеет смысла, т.к. обычные линзы никогда не обеспечат такого высокого оптического разрешения. Поэтому фотокамера с 10–12 мегапикселями не даст более резких фотографий. Это важно для съёмок крупным планом.
Изображение на дисплее. То, что вы видите на маленьком жидкокристаллическом дисплее цифровой камеры, является уменьшенной копией изображения, хранящегося в памяти микропроцессора. В большинстве цифровых камер фотографии хранятся в формате JPEG, разработанном объединённой группой экспертов в области фотографии (Joint Photographic Experts Group) и широко используемом для хранения графических данных в компьютерах и интернете. Файл, соответствующий изображению на жидкокристаллическом дисплее, часто называют «150К-файлом», т.к. его размер около 150 000 байт.