Цифровой фотоаппарат
— устройство, являющееся разновидностью фотоаппарата
, в котором светочувствительным
материалом является матрица
или несколько матриц, состоящая из отдельных пикселей
, сигнал с которых представляется, обрабатывается и хранится в самом аппарате в цифровом виде.
Fujifilm FinePix S9000
Несмотря на функциональное сходство, цифровые видеоустройства самого разного назначения, такие как камеры видеонаблюдения
и веб-камеры
, фотоаппаратами обычно не называются, если не позволяют сохранить снимки в самом устройстве или на вставленном в устройство носителе информации.
| Содержание
[убрать
1 Классификация 2 История 3 Устройство цифрового фотоаппарата 4 Светочувствительная матрица 5 Носители информации 6 Характеристики из сферы рекламы и маркетинга 7 Примечания 8 См. также |
[править
] Классификация
В ряде случаев современная видеозаписывающая аппаратура имеет функции получения статических снимков, а значительная доля устройств, называемых цифровыми фотоаппаратами, умеет осуществлять запись видеоизображения и звука и выводить видеосигнал в телевизионном формате. Поэтому граница между видео- и фотооборудованием в цифровую эпоху в достаточной степени условна и определяется скорее тем, какие задачи ставит оператор, нежели тем, какова функциональная «начинка» камеры.
Цифровые фотоаппараты
можно поделить на несколько классов:
Фотоаппараты со встроенной оптикой:
Компактные ( «мыльница
» традиционных размеров). Характеризуются малыми размерами и весом. Малый физический размер матрицы означает низкую чувствительность или высокий уровень шумов. Также этот тип камер обычно отличает отсутствие или недостаточная гибкость ручных настроек экспозиции
.
Сверхкомпактные, миниатюрные. Отличаются не только размерами, но часто и отсутствием видоискателя и экрана.
Встроенные в другие устройства. Отличаются отсутствием собственных органов управления.
Псевдозеркальные
— внешним видом напоминают зеркальную камеру, а также, как правило, помимо цифрового дисплея, оснащены видоискателем-глазком. Изображение в видоискателе такого аппарата формируется на отдельном цифровом экране, или на поворачивающемся основном экране. Как правило, имеют резьбу на объективе для присоединения насадок и светофильтров (пример — Konica Minolta серия моделей Z).
Полузеркалка — жаргонный термин, описывающий класс аппаратов, в которых имеется наводка по матовому стеклу через съёмочный объектив, однако нет возможности объектив менять. В таких аппаратах оптическая схема содержит светоделительную призму, которая направляет от 10 до 50 % светового потока на матовое стекло, а остальное передается на матрицу. (примеры — Olympus E-10, E-20)
Камеры со сменной оптикой:
Цифровые зеркальные фотоаппараты
Цифровые дальномерные фотоаппараты
История создания цифровой фотографии
Основная статья
: Хронология фотографии
1908
Шотландец
Алан Арчибальд Кэмпбел Свинтон (Alan Archibald Campbell Swinton) печатает в журнале Nature
статью, в которой описывает электронное устройство для регистрации изображения на электронно-лучевой трубке
. В дальнейшем эта технология легла в основу телевидения
.
1969
Исследователи из Bell Laboratories
- Уиллард Бойл (Willard Boyle) и Джордж Смит (George Smith) сформулировали идею прибора с зарядовой связью (ПЗС
) для регистрации изображений.
1970
Ученые из Bell Labs создали прототип электронной видеокамеры
на основе ПЗС. Первый ПЗС содержал всего семь МОП-элементов.
1972
Компания Texas Instruments
запатентовала
устройство под названием «Полностью электронное устройство для записи и последующего воспроизведения неподвижных изображений». В качестве чувствительного элемента в нем использовалась ПЗС-матрица
, изображения хранились на магнитной ленте
, а воспроизведение происходило через телевизор
. Данный патент практически полностью описывал структуру цифровой камеры, несмотря на то, что сама камера фактически была аналоговой.
1973
Компания Fairchild
(одна из легенд полупроводниковой индустрии) начала промышленный выпуск ПЗС-матриц. Они были чёрно-белыми и имели разрешение всего 100х100 пикселей. В 1974 при помощи такой ПЗС-матрицы и телескопа была получена первая астрономическая электронная фотография. В том же году Гил Амелио (Gil Amelio), также работавший в Bell Labs, разработал техпроцесс производства ПЗС-матриц на стандартном полупроводниковом оборудовании. После этого их распространение пошло намного быстрее.
1975
Инженер Стив Сассон (Steve J. Sasson) работавший в компании Kodak
сделал первую работающую камеру на ПЗС-матрице производства Fairchild. Камера весила почти три килограмма и позволяла записывать снимки размером 100x100 пикселей на магнитную кассету (один кадр записывался 23 секунды).
В том же году в СССР производят ПЗС под руководством Бориса Седунова.
1976
Fairchild выпускает первую коммерческую электронную камеру MV-101, которая была использована на конвейере Procter&Gamble
для контроля качества продукции. Это уже была первая, полностью цифровая камера, передававшая изображение в миникомпьютер
DEC PDP-8/E по специальному параллельному интерфейсу
.
1980
Sony
представила на рынок первую цветную видеокамеру на основе ПЗС-матрицы (до этого все камеры были чёрно-белыми).
1981
Sony выпускает камеру Sony Mavica
(сокращение от Magnetic Video Camera), с которой и принято отсчитывать историю современной цифровой фотографии. Mavica была полноценной зеркальной камерой со сменными объективами и имела разрешение 570×490 пикселей (0,28 Мп) Она записывала отдельные кадры в формате NTSC и поэтому официально она называлась «статической видеокамерой» (Still video camera). Технически, Mavica была продолжением линейки телевизионных камер Sony на основе ПЗС-матриц. Во многом, появление Mavica было переворотом, аналогичным изобретению химического фотопроцесса
в начале 19-го века
. На смену громоздким телекамерам
с электронно-лучевыми трубками пришло компактное устройство на основе твердотельного ПЗС-сенсора. Полученные на ПЗС-матрице изображения сохранялись на специальном гибком магнитном диске в аналоговом видеоформате NTSC
. Диск был похож на современную дискету
, но имел размер 2 дюйма
. На него можно было записать до 50 кадров, а также звуковые комментарии. Диск был перезаписываемый и назывался Video Floppy и Mavipak.
Примерно в то же время в канадском
университете Калгари
была разработана первая полностью цифровая камера под названием All-Sky camera. Она предназначалась для научной фотосъемки, была сделана на основе ПЗС-матрицы Fairchild и выдавала данные в цифровом формате.
1983
В космос запущен советский оптико-электронный комплекс, разработанный под руководством Бориса Седунова.
1984
-1986
По примеру Sony, компании Canon
, Nikon
, Asahi
также начали выпуск электронных видео- и фотокамер. Камеры были аналоговыми, стоили очень дорого и имели разрешение 0,3–0,5 мегапикселей. Картинки в формате видеосигнала писались на магнитные носители (как правило, дискеты). В этом же году (?)
Kodak ввёл в обиход термин «мегапиксель», создав промышленный образец CCD-сенсора с разрешением 1,4 Мп.
1988
Компания Fuji
, которой и принадлежит право первенства в производстве полноценной цифровой видео-фотокамеры, совместно с Toshiba выпустила камеру Fuji DS-1P, основанную на ПЗС-матрице с разрешением в 0,4 Мп. DS-1P также стала первой камерой, записывавшей изображение в формате NTSC не на магнитный диск, а на сменную карту памяти статического ОЗУ (Static RAM) со встроенной для поддержания целостности данных батарейкой. В том же году Apple
совместно с Kodak выпускает первую программу для обработки фотоизображений на компьютере — PhotoMac.
1990
Появилась уже полностью цифровая, коммерческая камера – Dycam Model 1, более известная под как Logitech FotoMan FM-1. Камера была чёрно-белая (256 градаций серого), имела разрешение 376x240 пикселов и 1 мегабайт встроенной оперативной памяти для хранения 32 снимков, встроенную вспышку и возможность подключить камеру к компьютеру.
1991
Kodak, совместно с Nikon, выпускает профессиональный зеркальный цифровой фотоаппарат Kodak DSC100 на основе камеры Nikon F3. Запись происходила на жесткий диск, находящийся в отдельном блоке, весившем около 5 кг.
1994
Apple совершает настоящий маркетинговый прорыв, выпустив Apple QuickTake 100. Фотокамера была выпущена в корпусе, напоминавшем бинокль
(популярная в те годы форма для видео-фотокамер) и позволяла хранить во внутренней Flash-памяти
восемь снимков размером 640×480 (0,3 Мп) или тридцать два снимка с половинным разрешением 320×200. Подключалась камера к компьютеру
с помощью последовательного порта
, питалась от трёх батареек формата AA и стоила меньше восьмисот долларов.
1994
На рынке появились первые Flash-карты форматов Compact Flash
и SmartMedia
, объёмом от 2 до 24 Мбайт.
1995
Выпущены первые потребительские фотоаппараты Apple QuickTake 150, Kodak DC40, Casio QV-11 (первая цифровая фотокамера с LCD-дисплеем и первая же — с поворотным объективом), Sony Cyber-Shot. Началась гонка за снижение цены и приближение качества цифровой фотографии к качеству плёнки.
1996
Приход на рынок компании Olympus
, не только с новыми моделями, но и с концепцией комплексного подхода к цифровому фото, основанной на создании локальной пользовательской инфраструктуры: камера + принтер + сканер + персональное хранилище фотоинформации.
1996
Fuji представила первый цифровой минилаб
. Технология нового устройства была гибридной – она сочетала в себе лазерные
, цифровые и химические процессы. В дальнейшем к производству цифровых минилабов подключились и другие компании, в частности, Noritsu
и Konica
.
1997
Преодолён символический рубеж в 1 мегапиксель: в начале года выходит камера FujiFilm DS-300 c 1,2-мегапиксельной матрицей, в середине — зеркальная (на основе светоразделяющей призмы) однообъективная камера Olympus C-1400 XL (1,4 мегапиксела).
2000
Выпуск камеры Contax N Digital первой полнокадровой (24х36 мм) камеры с разрешением 6 Мп.
2002
Sigma
выпускает камеру SD9 c трехслойной матрицей Foveon
.
2003
Начало выпуска Canon EOS 300D – первой доступной по цене широкому кругу фотографов зеркальной цифровой фотокамеры со сменными объективами. Благодаря этому факту, а также выпуску аналогичных камер другими производителями, произошло массовое вытеснение плёнки не только из среды непритязательных любителей и профессионалов, но и среди «продвинутых» любителей, до этого относившихся к цифровой фотографии довольно прохладно.
2003
Компаниями Olympus, Kodak и FujiFilm представлен стандарт 4:3
, направленный на стандартизацию цифровых зеркальных камер и выпущена фотокамера Olympus Е-1 под этот стандарт.
2005
Начало выпуска Canon EOS 5D – первой доступной по цене (цена менее $3000) камеры с полнокадровым сенсором с разрешением 12.7 Мп
2008
Начало выпуска Nikon D90 - первой цифровой зеркальной камеры с возможностью записи HDTV
Вследствие совершившейся цифровой миниреволюции особенно выиграли японские компании, в отличие от осторожных «американцев». В частности, Nikon, Canon и Sony сегодня считаются признанными лидерами рынка, а компания Kodak, являясь одним из ведущих разработчиков технологий для цифровой фотографии, рынок любительской цифровой фототехники практически потеряла. История эта не завершена, она активно продолжается в настоящее время.
Основная статья
: Цифровой фотоаппарат
Частично разобранный цифровой фотоаппарат Canon PowerShot A75
История развития фототехники привела к тому, что были выработаны определённые стандарты на интерфейс между фотографом
и используемой им фототехникой
. В результате цифровые фотоаппараты в большинстве своих внешних черт и органах управления повторяют наиболее совершенные модели плёночной техники. Принципиальное различие оказывается в «начинке» аппарата, в технологиях фиксации и последующей обработки изображения.
| Содержание
[убрать
1 Основные элементы цифрового фотоаппарата 1.1 Матрица 1.2 Объектив 1.3 Затвор 1.4 Видоискатели 1.5 Процессор 1.6 Карта памяти 1.7 Разъёмы и интерфейсы 2 Работа цифрового фотоаппарата 3 См. также 4 Примечания 5 Литература |
Матрица
Основная статья
: Матрица (фото)
Основной элемент любой цифровой фото- или видеокамеры — матрица, от которой в наибольшей степени зависит качество получаемого изображения.
[править] Объектив
Основная статья
: Объектив
Объектив цифровой камеры не претерпел кардинальных изменений по сравнению с объективами обычных фотокамер. Из-за меньших размеров сенсора, объективы цифровых камер (за исключением зеркальных камер, использующих те же объективы) имеют меньшие геометрические размеры.
Благодаря уменьшению относительно 35-мм плёнки размера матрицы, в любительских камерах стало возможным использование оптических схем, ранее присущих только дорогим аппаратам.
[править] Затвор
Основная статья
: Затвор (фото)
Цифровые камеры оснащены электронным эквивалентом затвора, который встроен в матрицу и выполняет работу, аналогичную механическому. В более дорогих камерах вмонтированы два затвора, и механический служит для предотвращения попадания на сенсор света после окончания времени выдержки, что позволяет избежать появления артефактов ореола, частично блюминга и смазывания.
В некоторых цифровых фотоаппаратах при нажатии клавиши затвора наполовину происходит срабатывание систем автоматики. Автофокус и система определения экспозиции
фиксируют параметры съёмки и ждут полного нажатия. При полном нажатии клавиши спусковой кнопки:
в незеркальных цифровых аппаратах:
механический затвор (при наличии) закрывается;
происходит сброс заряда в ячейках матрицы
механический затвор открывается на время экспонирования.
механический затвор закрывается.
происходит считывание кадра из матрицы
механический затвор открывается
матрица переходит в режим Live View.
в зеркальном цифровом аппарате (без или при выключенном режиме Live View):
поднимается зеркало, срабатывает «прыгающая» диафрагма.
включается ранее выключенная матрица
открывается на время экспонирования механический затвор
закрывается мех затвор
опускается зеркало, открывается диафрагма
происходит считывание и обработка кадра из матрицы.
[править] Видоискатели
Основная статья
: Видоискатель
Вид в экране видоискателя зеркальной камеры.
Видоискатель — элемент фотоаппарата, показывающий границы будущего снимка и в некоторых случаях резкость и параметры съёмки. На бытовых цифровых фотоаппаратах в качестве видоискателя используются ЖК экраны (на зеркалках в режиме LiveView и на «мыльницах») и различные виды оптических видоискателей.
[править] Процессор
Основная статья
: Микроконтроллер
Процессоры в цифровых фотоаппаратах выполняют следующие функции:
управление работой затвора;
управление объективом в автоматическом и ручном режимах съёмки;
выбор баланса белого
, измерение освещённости объекта, определение экспопары
, выбор цветовой температуры;
управление работой вспышки;
управление брекетингом
— возможностью серийной съёмки (обычно сериями по 3 или 10 кадров);
управление специальными эффектами из имеющегося набора (сепия, чёрно-белая съёмка, устранение эффекта красных глаз и др.);
формирование и выдачи на дисплей информации о выбранных режимах съёмки, настройках, самого изображения и т. д.
[править] Карта памяти
Основная статья
: Флеш-память
Флэш карты.
Карта памяти — носитель информации, который обеспечивает длительное хранение данных большого объёма, в том числе изображений, получаемых цифровым фотоаппаратом.
[править] Разъёмы и интерфейсы
Внешний интерфейс подключения к компьютеру общего назначения имеется практически во всех цифровых камерах. На сегодня (2008) самым распространённым из них является USB. Также применяются специальные виды разъёмов для подключения к телевизору или принтеру. Появились первые модели фотокамер с беспроводными интерфейсами.
[править] Работа цифрового фотоаппарата
До нажатия клавиши затвора в зеркальных фотоаппаратах между объективом и матрицей расположено зеркало, отражаясь от которого, свет попадает в видоискатель. В незеркальных фотоаппаратах и зеркальных фотоаппаратах в режиме Live View свет из объектива падает на матрицу, при этом на ЖК экран выводится изображение, сформированное на матрице. В некоторых фотоаппаратах при этом может происходить автоматическая фокусировка.
При неполном нажатии клавиши затвора (если такой режим предусмотрен) происходит выбор всех автоматически выбираемых параметров съёмки (фокусировка, определение экспопары, чувствительности фотоматериала (ISO)
и т. д.).
При полном нажатии происходит съёмка кадра, и считывание информации с матрицы во встроенную память фотоаппарата (буфер). Далее производится обработка полученных данных процессором с учётом установленных параметров коррекции экспозиции, ISO, баланса белого и др., после чего данные сжимаются в формат JPEG и сохраняются на флэш-карту. При съёмке в формат RAW данные сохраняются на флэш-карту без обработки процессором (возможна коррекция битых пикселей и сжатие алгоритмом без потерь). Так как запись на флэш-карту изображения занимает достаточно большое количество времени, многие фотоаппараты позволяют снимать следующий кадр до окончания записи предыдущего на флэш-карту, если в буфере есть свободное место.