Цель лекции: привести убедительные примеры достижений в области интеллектуальных электрических сенсоров. В частности, ознакомить слушателей с устройством, принципами работы и возможностями современных цифровых фотоаппаратов, цифровых видеокамер, камер видеонаблюдения. Объяснить принципы действия и устройство современных цифровых тепловизоров и дактилоскопических сенсоров, ознакомить с их многочисленными полезными применениями.
11.1. Цифровые фотоаппараты
Широко известными интеллектуальными электрическими сенсорами являются цифровые фотоаппараты. Изображение снимаемого объекта проектируется в них с помощью фотообъектива не на фотопленку, как это было в течение предыдущих веков, а на светочувствительную ПЗС или КМДП матрицу. Встроенный микропроцессор организует считывание информации из светочувствительной матрицы, преобразование считанной информации в цифровую форму, запоминание. А, когда это требуется пользователю, то производится быстрая перезапись видеоинформации на внешний компьютер, где полученное изображение может быть воспроизведено на мониторе или распечатано на цветном принтере. Микропроцессор может обеспечивать также автоматическое регулирование диафрагмы и экспозиции, включение дополнительных источников света в случае недостаточной освещенности, автоматическую наводку на резкость, корректирование полученного изображения и другие сервисные функции.
Для иллюстрации на рис. 11.1 показан внешний вид одного из современных цифровых фотоаппаратов высшего класса – "полупрофессиональной" зеркальной камеры EOS 20D фирмы Canon. По своим возможностям она уже превзошла все фотопленочные зеркальные камеры высочайшего класса. Светочувствительная КМОП матрица состоит из 8,5 млн. пикселей и имеет размер чувствительной поверхности 22,5x15 мм. Перед каждым чувствительным элементом установлена своя высококачественная микролинза, которая в несколько раз увеличивает световой поток и повышает качество изображения.
Рис. 11.1. Цифровой фотоаппарат EOS 20D фирмы Canon
Сменные фотообъективы обеспечивают разрешающую способность камеры 1752x1168 точек (наименьшая), 2544x1696 (средняя) и 3504x2336 (самая высокая). Встроенный микропроцессор DIGIC и пакет микропрограмм Digital Photo Professional обеспечивают высокую скорость обработки данных, точность передачи цветов, малое время подготовки камеры к съемкам, возможность съемок до 5 кадров за секунду при высочайшем качестве и до 23 кадров/с в серийных съемках при меньшем качестве. Автоматическая фокусировка возможна одновременно по 7-9 точкам, которые выбираются программой или указаны пользователем. Оптимальная световая экспозиция тоже вычисляется автоматически с усреднением по всем точкам фокусировки или по указанной пользователем приоритетной точке. Полученное изображение автоматически выводится на встроенный цветной жидкокристаллический дисплей из 118 тыс. пикселей. Программный пакет позволяет редактировать изображения: регулировать динамический диапазон, баланс белого, цветовой тон, осуществлять компенсацию экспозиций, преобразование данных в разные видеоформаты (RAW, TIFF, JPEG) и т.д. Обеспечиваются автоматическое управление фотовспышкой, которое учитывает фактическую освещенность и расстояние до объекта, автоматическая фиксация даты и времени съемки и т.п. Имеется и возможность автоспуска через заданный пользователеминтервал времени или от дистанционного электронного пультика. Размеры фотоаппарата EOS 20D – 144x105,5x71,5 мм, масса 685 г. Объем памяти, требуемый для одного фотоснимка высочайшего качества (3504x2336) в самом компактном формате, составляет 3,6 Мб. Поэтому для хранения десятков фотоснимков используют карты памяти на сотни мегабайт.
Еще более высокую разрешающую способность имеет цифровой фотоаппарат той же фирмы CANON EOS 5D: 13,3 млн. пикселей с фотокадрами 4368x2912 элементов. Им можно управлять с удаленного компьютера, причем практически всю съемку фотоаппарат выполняет автоматически. Заложена и функция активной фокусировки в темноте. Для этого встроенный в камеру светодиод излучает короткие импульсы инфракрасного света, чувствительный к этому свету элемент воспринимает отраженный свет, повремени запаздывания отраженного сигнала автоматически определяется расстояние до объекта съемки и вычисляется расстояниеот объектива до матрицы, необходимое для точной фокусировки.
На рис. 11.2 показан один из цифровых мини-фотоаппаратов марки Genius G-Shot P611 массой всего лишь 82 г. Несмотря на маленькие размеры и массу, он имеет разрешающую способность 2032x1520 элементов, встроенный цветной жидкокристаллическийдисплей на 61,6 тыс. пикселей (показан справа), память на 16 Мб, которая может быть расширена за счет дополнительных карт памяти, а также возможность записи коротких видеороликов.
Рис. 11.2. Цифровой мини-фотоаппарат Genius G-Shot P611
Если при съемке на фотопленку для того, чтобы увидеть результат, надо было эту пленку химически проявить, высушить, а потом изготовить фотографии, то при съемке цифровым фотоаппаратом результат можно увидеть сразу. При съемке на фотопленку исправить неудачный результат было проблематично, а часто и совсем невозможно. При пользовании цифровым фотоаппаратомнеудачный результат можно исправить на месте, не отходя от объекта съёмки.
Фотоснимок, сделанный цифровым фотоаппаратом в Киеве, можно менее чем за полчаса увидеть в Берлине, Лондоне, Северной Америке, Австралии, если переслать соответствующий цифровой файл через сеть Интернет.
Цифровая фотография и экономически выгодна. Не надо тратиться на фотопленку и ее химическую обработку. Бракованные кадры немедленно можно стереть. Одну и ту же карту памяти можно использовать тысячи раз. Она значительно удобней, компактней, надёжней для хранения, чем экспонированные фотопленки.