Тенденции в развитии любительских и профессиональных цифровых камер

6 марта 2009 Это интересно знать Прочитали 2,560 раз(а)

Казалось бы еще совсем недавно люди начали покупать цифровые фотокамеры вместо традиционных пленочных камер, а цифровая фототехника за это время уже сделала серьезный шаг вперед. Сегодня можно говорить о том, что цифровые камеры заняли доминирующее положение на рынке. Крупнейшие мировые производители постоянно работают над улучшением и развитием цифровой технологии, радуя нас новыми тенденциями и конструкторскими решениями. При этом развитие технологий, как это обычно бывает, идет по спирали – старые, забытые решения переносятся на новую технологическую базу и вновь выпускаются на рынок в измененном виде.

Поскольку требования фотографов-любителей и профессионалов к фототехнике отличаются друг от друга, то ее развитие происходит по двум направлениям – любительские и профессиональные цифровые камеры. Профессионалы-фотографы, прежде всего, озабочены проблемой качества получаемых снимков, поэтому их больше волнуют характеристики матрицы и объектива, уровень цифрового шума. В то время как любители больше обращают внимание на такие вопросы, как компактность фотокамеры, совмещение различных функций в одном аппарате и автоматизацию процесса съемки. Хотя зачастую в этих сегментах проявляются общие тенденции. Например, постоянное увеличение разрешения матриц цифровых фотоаппаратов, продолжающееся уже в течение нескольких лет.

Пожалуй, именно совершенствование и появление новых типов матриц является залогом динамичного развития цифровых камер. А первые сенсоры на основе технологии CCD (Charged Coupled Device) или ПЗС (прибор с зарядовой связью) появились еще в эпоху первых телевизионных чёрно-белых камер. В 1988 году компания Fuji совместно с Toshiba выпустила камеру DS-1P, основанную на CCD-сенсоре с разрешением в 0,4 Мп и впервые записывавшей изображение не на магнитный диск, а на сменную карту памяти SRAM. Принцип действия таких матриц достаточно прост: сенсор состоит из массива прямоугольных элементов-конденсаторов, накапливающих падающий на них свет в виде электрического заряда. После того, как затвор фотокамеры закрывается, массив строчка за строчкой последовательно «сливается» в специальную считывающую строку, из которой усиленные и переведенные в цифровой формат данные по одному пикселю переносятся в память камеры. До последнего времени все качественные сенсоры с большим разрешением были построены на технологии CCD.

Продолжающейся тенденцией в развитии цифровых фотокамер, основанных на использовании подобных матриц, в настоящее время является попытка справиться с их недостатками – невозможность считывания фрагмента изображения, необходимость в обильной «обвязке» дополнительными микросхемами и высокое энергопотребление. На смену CCD вскоре пришла технология CMOS (Сomplementary Мetal Оxide Semiconductor) или КМОП (комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник»). CMOS-матрица представляет собой многослойную «вафлю», в которой слои металла и полупроводника разделяются диэлектриком, в роли которого ранее выступал оксид кремния, отсюда и название. Таким образом, каждый элемент активного CMOS-сенсора состоит из фотодиода и расположенных рядом с ним трёх транзисторов, вытравленных как единое целое. Первый транзистор представляет собой «персональный» усилитель сигнала данного пикселя, второй работает как ключ, подключая пиксель к координатной сетке считывающих проводников. Наконец, третий транзистор подключён к проводнику, передающему команду «сброс», очищающую сенсор. Обрабатывающий каскад может получить доступ к любому пикселю (или группе пикселей) в матрице, а считывание сигнала происходит практически мгновенно, что позволяет сразу же изменять разрешение сенсора, просто объединяя соседние пиксели в единое целое и также моментально переключаться с режима фотографии в режим записи видео. Однако, несмотря на простоту и дешевизну этой технологии качество получаемых снимков было далеко от идеала. Тем не менее, некоторое время назад CMOS-схема получила новое рождение, поскольку, в частности, были изобретены и внедрены новые технологии, призванные бороться с проблемой статического и геометрического шума. Поэтому сегодня CMOS-сенсоры считаются наиболее перспективной технологией и развитие основанных на ней цифровых зеркалок происходит в направлении повышения качества изображения и борьбы с цифровым шумом.

Уровень цифрового шума вообще является чрезвычайно важным показателем, прежде всего, для профессиональных цифровых камер, к которым предъявляются серьезные требования по качеству получаемого изображения. Цифровой шум представляет собой точечные помехи хорошо заметные в условиях низкой освещённости. Когда на светоприёмник попадает мало света, то соотношение случайного разброса уровней отдельных пикселей в матрице к полезному сигналу становится выше. Постоянная борьба с цифровым шумом сегодня является одной из основных задач производителей сенсоров для профессиональных цифровых фотокамер. Тенденция к уменьшению уровня цифрового шума будет, по всей видимости, иметь место и в дальнейшем наряду с параллельным увеличением разрешения матрицы. Таким образом, производители, предлагая все новые инженерные решения, пытаются найти определенный компромисс между наращиванием разрешения своих сенсоров и обеспечением показателя цифрового шума на приемлемом уровне. По мнению специалистов, эта тенденция продолжится и в дальнейшем.

Современные цифровые камеры регистрируют цветное изображение посредством так называемых методов интерполяции. Наибольшее распространение в настоящее время получила аддитивная схема, разработанная в 1976 году доктором Брайсом Байером, сотрудником концерна Eastman Kodak. В этом массиве половина пикселей, расположенных в шахматном порядке, отвечает за зелёный цвет, к которому человеческий глаз наиболее чувствителен, а еще по четверть пикселей считывают соответственно красный и синий цвета. При этом значения двух других цветов в каждой точке изображения интерполируются. Избыток зелёных элементов обусловлен тем, что человеческое зрение наиболее чувствительно именно к зелёным оттенкам. Однако, в последние годы были предприняты попытки разработки другого подхода к интерполяции цветов. Например, компания Sony не так давно представила новую цветовую схему RGBE, в которой два «зелёных» пикселя немного отличаются друг от друга по цвету, позволяя, таким образом, увеличить цветовой охват сенсора.

Еще дальше пошла компания Fuji, разработав уникальную технологию SuperCCD. В этой схеме восьмиугольные пиксели расположены в шахматном порядке, что хоть и усложняет интерполяцию, но зато позволяет эффективно избавляться от неизбежных погрешностей оцифровки. Эта же компания выпустила, в частности, камеру с датчиком изображения FinePix F200EXR и технологией Super CCD EXR, которая дает возможность пользователю выбирать один из трех режимов работы сенсора. При хорошем освещении рекомендуется использовать режим Fine Capture Mode (высокое разрешение), когда активны все 12 миллионов пикселей. Режим Pixel Fusion Mode (высокая чувствительность и малый шум) – когда пары из соседних пикселей образуют матрицу разрешением 6 Мп – используется преимущественно при недостаточном свете. Режим Dual Capture (широкий динамический диапазон), при котором объединяются два снимка, сделанных одновременно двумя массивами светочувствительных элементов по 6 Мп в каждом, позволяет хорошо прорисовать детали как в светлых, так и темных частях кадра. Вероятно, будущее профессиональных цифровых фотокамер как раз за подобными аппаратами.

Для любителей же важное значение в развитии цифровых фотокамер и «зеркалок» приобрел такой показатель, как компактность. В отличие от фотографов-профессионалов, обычные люди всегда готовы пойти на некоторое ухудшение качества получаемых снимков, лишь бы не таскать с собой повсюду громоздкую камеру. Поэтому на протяжении всей истории любительские фотокамеры всегда имели тенденцию к миниатюризации. В сфере любительских цифровых камер миниатюризация сегодня идет полным ходом. Например, недавно компании Olympus и Panasonic анонсировали новую систему цифровой фототехники, основанную на системе Four Thirds и совместимую с ней. Особенностью разработки, получившей название Micro Four Thirds, является меньшая толщина камер при том же размере датчика – 18 x 13,5 мм. Уменьшить габариты камеры удалось за счет отказа от зеркала и оптического видоискателя. Новый формат цифровых фотокамер, как утверждают разработчики, уменьшит их вес и габариты без потери функциональных качеств. Известно, что многие фотолюбители не стремятся переходить на профессиональную технику, поскольку она обладает значительно большими габаритами и весом. Новый формат призван сделать зеркальные камеры более тонкими и, кроме того, позволит уменьшить размеры сменных объективов.

Еще одна тенденция в области любительских камер – это полная автоматизация процесса съемки. Современные любительские цифровые фотокамеры представляют собой концепцию «все в одном». Они были специально разработаны для любителей, которые хотят получать качественные фотографии, не прикладывая к этому никаких усилий. Все функции работы любительских зеркальных фотоаппаратов полностью автоматизированы – нужно только направить камеру на объект съемки и нажать кнопку. При этом фотоаппарат сам наведет резкость, выставит диафрагму и выдержку, а при необходимости включит и встроенную вспышку. Кроме того, продолжающейся тенденцией можно назвать насыщение современных любительских цифровых камер целым набором дополнительных возможностей, включая, например, видеозапись, специальные алгоритмы обработки изображений или запись аудиокомментариев. Все это призвано сделать работу с камерой максимально удобной и комфортной для фотографа-любителя.

Источник: Fotokomok.ru – все об обработке фотографий