Фотокамери

Фотокамера — прилад для фіксації оптичного зображення на спеціальному носії (зазвичай фотоплівці або у формі комп'ютерного файлу на електронній карті пам'яті).

Типи фотокамер:

Оскільки у роботі фотокамери можна виділити два принципово окремих процеси — створення і фіксацію зображення, класифікацію фотокамер доцільно проводити саме за цими двома критеріями — тобто за типом оптичної схеми і за типом носія зображення. Існують реалізації майже всіх оптичних схем для різних типів носія. Деякі моделі фотокамер навіть мають можливість зміни типу носія (насамперед складні професійні та дослідницькі камери).

Носії зображення:

• Фотоплівка є сучасним засобом хімічного способу фіксації оптичного зображення. Вона прийшла на зміну фотографічним пластинам — найпершому засобу хімічної фотографії. Хоча фотоплівка швидко втрачає популярність на користь електронних носіїв, у неї є досить багато гарячих прибічників. Деякі характеристики фотоплівки і зараз доступні тільки цифровим камерам найвищої цінової категорії, але ця дистанція стрімко зменшується. Фотоплівка може бути різноманітних форматів, але найпоширенішими на сучасному етапі розвитку фотографії є формати APS, формат 135 (звичний малоформатний фотокадр на перфорованій кіноплівці шириною 35 мм, зазвичай розмір кадру 24*36 мм) та 120 (так званий Середній формат, розмір кадру залежить від камери)

• Фотопластинка вважається застарілим засобом хімічного способу фіксації оптичного зображення, проте й досі використовується професіоналами й ентузіастами фотографії. Формати фотопластинок можуть бути різноманітними, як і фотоапаратів, що їх використовують. Придбати фотопластинки виробництва провідних виробників хімікатів для фотографії можна лише у спеціалізованих фотомагазинах, проте деякі ентузіасти виготовляють фотопластинки самостійно.

• Електронні носії. Цифрова фототехніка пропонує принципово новий спосіб фіксації, обробки та зберігання оптичного зображення. Замість фотоплівки у цифрових фотокамерах використовується електронна світлочутлива матриця. Програма камери зчитує сигнал з такої матриці і зберігає цю інформацію у вигляді файлу даних. Традиційно цифрові камери працюють з форматами JPEG, TIFF і так званим RAW-форматом. Останній є найпридатнішим для подальшої роботи із зображенням, оскільки він містить чисту, необроблену (raw англійською — «сирий») інформацію, що її отримано від сенсорної матриці. Сучасні цифрові камери працюють з картами пам'яті різних форматів і ємностей а також, рідше — з дискетами або компакт-дисками.

Плівка чи цифра?

Тривалий час точиться дискусія щодо недоліків та переваг цифрової фотографії над хімічною. В цій дискусії є багато аспектів і кожна технологія має своїх палких прибічників. Однак, загальною є тенденція до переходу все більшої кількості фотографів до цифрової зйомки. Останні досягнення цифрової технології залишають все менше аргументів на користь традиційних методів.

Тип оптичної схеми

Двохоб'єктивні дзеркальні камери

В цих типах фотокамер існує два оптичні тракти — один для створення зображення на світлочутливому елементі, а інший для передачі приблизно того ж зображення в око фотографа. Двохоб'єктивні камери з'явилися раніше інших типів. Вони є простішими за конструкцією, але мають суттєві недоліки, основним з яких є неповний збіг зображення, яке потрапляє на світлочутливий елемент з зображенням, яке бачить фотограф (так званий «паралакс»).

Далекомірні фотоапарати

В цих типах фотокамер існує два оптичні тракти — один для створення зображення на світлочутливому елементі через вбудований або змінний об'єктив, а інший для передачі приблизно того ж зображення в око фотографа. Другий тракт не містить об'єктива, і може бути оптичним видошукачем, чи простою рамкою для визначення границь кадру. Часто далекомірні фотоапарати містять видошукач суміщений з далекомірм, проте далекомір може бути й окремим. Прикладами далекомірних фотоапаратів є фотоапарати Лейка серії М та ФЕД.

У дзеркальних камерах єдиний оптичний тракт створення зображення розділяється після об'єктиву за допомогою рухомого дзеркала. Коли дзеркало знаходиться у нижньому положенні, світловий потік проходить крізь об'єктив і пентапризму та створює зображення на матовому склі. Це зображення і бачить фотограф. В момент натискання на спуск дзеркало на короткий час підіймається у верхнє положення і зображення проектується на світлочутливий елемент. Важливо, що обидва зображення є майже ідентичними, що є найбільшою перевагою дзеркальної оптичної схеми. Фотограф має змогу отримувати на знімку саме той кадр, який він бачив у момент зйомки. На жаль, саме дзеркало і є найслабкішим елементом такої камери. По-перше, дзеркало має працювати швидко, тихо і передавати на корпус камери якнайменше вібрацій. По-друге, механізм підняття та опускання дзеркала має бути дуже надійним, а значить відносно важким. По-третє, наявність дзеркала не дозволяє суттєво зменшити розміри корпусу камери (хоча, для багатьох це не є недоліком, оскільки маленьку камеру нечітко фіксує долоня фотографа).

Фотокамери з напівпрозорим склом

Деякі виробники намагалися подолати недоліки дзеркала що рухається шляхом встановлення напівпрозорого скла або спеціальної подвійної призми, яка частку світлового потоку спрямовувало на плівку або матрицю, а іншу частку в око фотографу. Така конструкція не набула широкого вжитку через те, що вона ефективно знижувала чутливість фотокамери. На світлочутливий елемент потрапляла тільки близько половини всього світлового потоку, що призводило до збільшення «шуму» у цифровому варіанті і «зерна» на плівці.

Фотокамери з електронним розділенням зображень

Прогрес у мікроелектроніці дозволив виготовити прийнятні за ціною цифрові камери, в яких зображення для фотографа виводиться на один або навіть два окремих мініатюрних рідкокристалічних дисплея. При цьому використовується той самий сигнал з фотосенсору, що і для запису зображення у файл. Це одразу вирішило багато проблем — зникла необхідність у будь-яких ненадійних механічних елементах, насамперед дзеркала, зберігається весь світловий потік і око фотографа бачить картину абсолютно ідентичну тій, що записується. Однак, все-таки і цей дизайн не позбавлений суттєвих вад. Час реакції дисплеїв на зміну зображення і камери в цілому є досить великим і не є задовільним у багатьох ситуаціях. До того ж, якість зображення на міні-дисплеї гірша за ту, яку забезпечує чисто оптична схема.

Інші типи фотокамер

Розвиток цифрових технологій сильно розмив границі між типами фотокамер. Зараз фотокамери різної якості можна знайти у широкому спектрі пристроїв — від мобільних телефонів до портативних комп'ютерів і музичних плеєрів. Можна прогнозувати, що така інтеграція триватиме і надалі.

5. Апаратні технології відображення електронних книг. Електронний папір та Електронне чорнило

Електронний папір — технологія відображення інформації, яка імітує звичайне чорнило на папері. На відміну від традиційних рідкокристалічних екранів, у яких використовується підсвічення матриці для формування зображення, електронний папір відбиває світло як звичайний папір. Він може відображати текст і зображення як завгодно довго, не споживаючи при цьому електроенергію, водночас дозволяючи змінювати зображення пізніше.

Для створення електронного паперу існує кілька технологій, деякі з яких використовують пластикову підкладку та електроніку так, що отримується гнучкий дисплей. З електронного паперу можна читати при прямому сонячному світлі без жодних втрат зображення. Електронний папір застосовується як електронні цінники у магазинах, розклади на зупинках громадського транспорту, дисплеї у мобільних телефонах та у пристроях для відображення цифрових версій книг та журналів.

Електронний папір був вперше розроблений у 1970-их роках Ніком Шерідоном (англ. Nick Sheridon) в дослідницькому центрі компанії Xerox у Пало Альто (англ. Xerox’s Palo Alto Research Center). Перший електронний папір під назвою Gyricon складався з поліетиленових сфер з діаметром 75-106 мкм. Кожна сфера складається з негативно зарядженого чорного пластику з одного боку та позитивно зарядженого білого пластику з іншого. Всі сфери поміщаються в прозорий силіконовий лист, при чому кожна сфера «підвішена» у бульбашці мастила для того, щоб вона могла вільно обертатися.

Недоліки

Технології електронного паперу мають дуже низьку частоту оновлення у порівнянні з іншими технологіями малопотужних дисплеїв, таких як LCD. Це перешкоджає виробникам реалізовувати складні інтерактивні додатки (з використанням рухомих меню, вказівників миші або прокрутки), як ті, які можливі в кишенькових комп'ютерах. Прикладом такого обмеження є те, що документ не може бути плавно змасштабованим без крайньої розмитості під час переходу або дуже повільного масштабування.

Монітори на електронному чорнилі

Унікальна технологія формування зображення, яка отримала назву технології електронного чорнила (англ. E-Ink від Electronic-ink – електронне чорнило), була створена вченими Коміскі (B. Comiskey), Албертом (J.D. Albert), Йошізавою (H. Yoshizawa) і Якобсоном (J. Jacobson) із Массачусетського технологічного університету (Massachusetts Institute of Technology) в 1997 році. Проте публічне визнання вона отримала у 2006 році, коли перші комерційно доступні у США EInk- рідери були удостоєні нагороди. Технологію електронного чорнила через її основні переваги – пасивний принцип роботи, що зменшує навантаження на очі, і дуже мале споживання енергії акумулятора, за аналогією з паперовими носіями, часто називають електронним папером (e-paper, electronic paper).

Принцип роботи E-Ink дисплею базується на властивості заряджених частинок фарби переміщуватися у рідині від одного електроду до іншого (електрофоретична технологія).

E-Ink дисплеї мають 16 градацій (відтінків) сірого, чого досить навіть для відображення малюнків.

У 2010 році компанією E-Ink були представлені кольорові монітори на електронному чорнилі. До складу таких моніторів, згідно методики їх виготовлення Triton, входять тонкі зафарбовані оптичні фільтри, котрі додаються до монохромного дисплея. Множина точок розбивається на тріади, що, як правило, складаються з трьох стандартних кольорів: блакитного, пурпурного і жовтогого (CMY). Поки що кольорові E-Ink монітори за якістю поступаються рідкокристалічним. Проте вони можуть відображати 4096 кольорів, при цьому споживаючи стільки ж енергії, скільки чорно-білі.

До переваг моніторів на електронному чорнилі слід віднести:

• високу контрастність зображення. Вони володіють приблизно у 6 разів вищою здатністю відбивати світло, яке падає на нічим не підсвічені пігментні частинки, і вони вдвічі контрастніші у порівнянні з традиційними TFT-дисплеями;

• незалежність яскравості зображення від кута огляду;

• незалежність ступеня комфортності роботи з такими пристроями від попадання прямих сонячних променів;

• дуже низький рівень споживання електроенергії, що зумовлено двома факторами. По-перше, такі дисплеї не потребують підсвічування і працюють переважно у відображеному світлі, а по-друге, капсули не вимагають постійного прикладання електричного поля (зайнявши певне положення, частинки не змінюють його до чергового зовнішнього впливу). Типовий рідер на електронному чорнилі здатний “перегорнути” без підзарядки більше десяти тисяч сторінок і пропрацювати в автономному режимі не один тиждень;

• малу товщину дисплею, яка становить не більше 2 мм. Незначна товщина екрану дає змогу вбудовувати його в які завгодно мініатюрні пристрої починаючи від кредитних карточок і закінчуючи кишеньковими персональними комп’ютерами;

• можливість створення гнучких дисплеїв (рис. 6) із радіусом кривизни до 1 см без спотворення зображення. У ролі підкладки для створення дисплею на основі E-Ink технології можна використовувати будь-які матеріали: скло, пластик, тканину і навіть папір. А це, у свою чергу, і дає змогу створювати ультратонкі дисплеї, максимально наближені за своїми механічними і оптичними характеристиками до звичайного паперу. У той же час, варто зауважити, виробникам стає важко добитися фізичної міцності таких моніторів. Ні скляні, ні пластикові підкладки не можуть гарантувати довготривалої роботи дисплеїв на електронному чорнилі без тріщин та пошкоджень. Компанії E-Ink вдалося розробити технічний процес, згідно якого в ролі підкладки для дисплея використовується стальна фольга, що дало змогу значно підвищити міцність дисплею.

Недоліки E-Ink-моніторів:

• низька яскравість;

• низька якість відтворення кольорової палітри (кольори отримуються дещо приглушені);

• через відсутність внутрішніх джерел світла неможливість використання моніторів у темряві без додаткового підсвічування, що фактично у цій ситуації нівелює досягнення E-Ink моніторів в області низького енергоспоживання;

• дуже велика інерційність зображення. Час відгуку у більшості пристроїв на основі технології E-Ink становить близько 500 мс (із застосуванням нового покоління E-Ink – до 250 мс), тоді як у сучасних рідкокристалічних дисплеях цей показник в середньому не більший 8 мс. Вказаний недолік не дає змогу електронному чорнилу відображати відео і динамічну анімацію, а також сповільнює оновлення сторінки;

• враховуючи принцип дії електронного чорнила, доволі актуальною на сьогодні є проблема розробки ефективного захисту E-Ink дисплеїв від розрядів статичної електрики, а також зовнішніх електричних полів. Дисплеї на основі електронного чорнила знайшли своє застосування в сфері електронних книг не безпідставно. Саме тут інженерам вдається максимально використовувати переваги електронного паперу, нівелюючи його недоліки. Інтенсивний розвиток технологій газорозрядних моніторів та дисплеїв на електронному чорнилі не припиняється, а поява нових досягнень свідчить про високу перспективність цих напрямків. У статті ми не розглянули інші не менш вдалі способи отримання електронного зображення. Наступні огляди збираємося присвятити саме їм.