Вопрос 16 - Сканеры, цифровые фотоаппараты

(крайне желательно переработать и выбрать то, что стоит печатать на шпорах.)

Сердцем любого цифрового фотоаппарата является светочувствительная матрица CCD (Charge Coupled Device иначе ПЗС - прибор с зарядовой связью). Количество элементов в таких матрицах колеблется от 350000 в фотоаппаратах с разрешением 640х480 до 810000 и более в фотоаппаратах 1024х768.  Сами матрицы не являются новым изобретением - родившись как оборудование для физических экспериментов (в частности в физике высоких энергий), они уже давно используются в видеокамерах.

У большинства современных цифровых фотоаппаратов есть небольшие (около 2 дюймов по диагонали) жидкокристаллические дисплеи. Они выполняют две основные функции: просмотр содержимого памяти и дублирование оптического видоискателя.  Правда такие дисплеи требуют достаточно много энергии, и батарейки (или аккумуляторы) быстро садятся. Практически все фотоаппараты с дисплеями имеют и довольно развитые экранные меню, при помощи которых осуществляется выбор опций работы с изображением.

Отснятые фотографии хранятся во флэш-памяти фотоаппарата. Наиболее привлекательными, с точки зрения пользователя, являются аппараты со сменными Smart Media-картами памяти. Объем этих карт от 2,4 до 8 Мбайт (все одинакового размера), и в один спичечный коробок их влезает штук десять. В среднем на 2 Мбайт Smart Media-карту помещается 4-10 кадров с разрешением 1024х768 или 20-40 кадров с разрешением 640х480 (цифры колеблются в зависимости от степени сжатия используемой в фотоаппарате).

Фотоаппарат с задним сканированием

Фотоаппараты с задним сканированием или фотоаппараты со сканированием в плоскости изображения (Scanning-back camera) работают так же, как большинство сканеров, т. е. по принципу просветного сканера. Сканирующая головка, содержащая линейку светочувствительных ПЗС, перемещается поперек изображения, создавая в каждый момент времени одну строку элементов изображения (пикселов).

Линейная ПЗС-матрица с встроенными в нее тремя цветными фильтрами ("трехлинейная матрица") регистрирует данные об изображении по одной строке пикселов за раз - для красного, зеленого и синего цветов. Поскольку каждый пиксел изображения строится по данным о содержании истинно красного, зеленого и синего цветов, цвета получаются более точными, чем с другими методами. Трехлинейная матрица может содержать множество светочувствительных элементов, так что разрешающая способность менее ограничена.

Это единственный принцип построения цифровых фотоаппаратов, который позволяет получать изображения с очень высоким разрешением, но время экспозиции может измеряться минутами, что делает технику задней развертки непригодной для регистрации движущихся объектов.

Еще большую проблему представляет невозможность пользоваться обычной фотовспышкой, создающей очень яркий, но весьма кратковременный световой импульс. Вместо этого приходится использовать непрерывное освещение - причем с изобилием света, чтобы получить какую-то глубину резкости, - от немерцающего непрерывного источника, потребляющего массу электроэнергии и генерирующего иногда колоссальное количество тепла. В результате метод заднего сканирования может оказаться непригодным для таких нетеплостойких объектов, как губная помада, нежные ткани и множество пищевых продуктов. Кроме того, фотографу приходится многократно переустанавливать освещение. Но поскольку цифровое изображение получается столь же оперативно, как снимки, сделанные фотоаппаратом Polaroid, проверить освещение можно немедленно.

Трехкадровый цветной фотоаппарат

В трехкадровых цветных фотоаппаратах используется двумерная матрица светочувствительных элементов, регистрирующая объект.

Плоская ПЗС-матрица воспринимает данные о цветном изображении через вращающийся диск с цветными фильтрами, установленный в фотоаппарате; для каждого цвета делается отдельная экспозиция. Как и в фотоаппарате с задним сканированием, этот метод позволяет строить каждый пиксел из истинных цветов - красного, зеленого и синего. Но, в отличие от линейной матрицы, размеры плоской матрицы ограничивают разрешение.

Плоские матрицы значительно дороже линейных и имеют гораздо меньшее разрешение. Каждый элемент матрицы дает один пиксел изображения. Экспозиция производится с фотографической скоростью, так что можно пользоваться освещением от обычной вспышки, но для получения цветного изображения нужно сделать три отдельных снимка через три цветных фильтра - красный, зеленый и синий. А это значит, что вы не можете делать цветные снимки движущихся объектов.

Однокадровые цветные фотоаппараты

Теоретически однокадровый цветной фотоаппарат работает точно так же, как пленочный фотоаппарат. Такие же времена экспозиции означают, что нет необходимости в специальном освещении, и, в отличие от цифровых фотоаппаратов других типов, однокадровые цветные устройства в состоянии фиксировать сцены реальной жизни. Звучит великолепно? Однако и здесь не обходится без некоторых компромиссов.

Существуют два основных способа получения однокадровых цветных снимков. Это фотоаппараты с одной матрицей и с тремя матрицами.

Фотоаппараты с одной матрицей

    В фотоаппаратах с вычислением цветов используется матрица из полосок, т. е. плоская матрица ПЗС с нанесенной пленкой, содержащей красные, зеленые и синие элементами. Каждый элемент матрицы воспринимает один цвет, а далее производится интерполяция данных о цветах соседних пикселов исходного изображения (программным путем), чтобы создать файл с таким же разрешением, как у матрицы. Каждый RGB-пиксел в конечном изображении "вычисляется" по красному (R), зеленому (G) и синему (B) пикселам исходного изображения.

Фотоаппараты с тремя матрицами

В фотоаппаратах с тремя матрицами, которые представляют второй способ однокадровой цветной съемки, используются три двумерные матрицы и призму, расщепляющую приходящий свет на красную, зеленую и синюю компоненты, причем каждая компонента направляется на свою (одну из трех) матрицу. В другом случае - объединяются плоская матрица с вычисляемым цветом, содержащая красный и голубой фильтры, и две дополнительные матрицы с зелеными фильтрами (наши глаза более чувствительны к зеленому цвету). В этом случае требуется интерполировать только два цвета, что уменьшает подверженность таких фотоаппаратов артефактам по сравнению с фотоаппаратами с одной матрицей

Теоретически, поскольку каждый цветной пиксел получен по реальным данным от одного красного, одного зеленого и одного синего чувствительных элементов, этот метод должен был бы давать изображение более высокого качества, чем метод с вычислением цветов. Однако конструкция с тремя матрицами стоит дорого, а размещение трех матриц и оптики, необходимой для расщепления света на красную, зеленую и синюю компоненты с жесткой фиксацией относительного расположения цветовых каналов представляет собой серьезную техническую задачу.

Сканеры

Классификация сканеров по Конструкции сканеров

Определяющим фактором для данного критерия является способ перемещения головки сканера и оригинала (считываемого документа) относительно друг друга.

• Ручные сканеры

• Настольные (desktop) сканеры

  • Барабанные сканеры

  • Планшетный сканер

  • Рулонный сканер

  • Проекционный сканер

Классификация сканеров Сканирующим элементо

• Цветной слайд сканер с одним ПЗС элементом

• Цветной слайд сканер с тремя ПЗС элементами

• Цветной слайд сканер с матрицей ПЗС элементов

Классификация сканеров по Типы обрабатываемых изображений

• черно-белые

• серые

• цветные

Цветной слайд-сканер с одним CCD

Сканирующим элементом в большинстве сканеров является charge-coupled device (CCD), по-русски — прибор с зарядной связью (ПЗС). Линейные CCD - сканеры обеспечивают взаимное перемещение носителя и линейного сканирующего элемента (CCD) вдоль одной оси. Последовательно, полоска за полоской, исходное изображение форсируется на линейке CCD. Для получения цветного изображения применяются фильтры трех базовых цветов. За один проход "считывается" один цветовой слой.

Сканер с CCD-массивом

Массив CCD аналогичный тому, который применяется в видеокамерах, позволяет получить изображение без взаимного перемещения носителя и сканирующего элемента. Похожую конструкцию имеют проекционные сканеры, работающие с непрозрачными носителями