double arrow

Лекция 7.Цифровые фотокамеры


С появлением цифровых фотоаппаратов, для решения задач по построению трехмерной модели объекта, все чаще используется наземная фотосъемка и съемка с близких расстояний. Стереопары позволяют определять пространственные координаты объекта по фотоснимкам, полученным с земной поверхности и вычислить разные характеристики объекта. Для этого в двух различных точках устанавливают на штативы съемочные камеры и выполняют фотографирование, таким образом, чтобы обеспечить перекрытие снимков. При этом в зависимости от объекта съемки и используемых фотокамер условия выполнения съемки могут изменяться. Рассмотрим устройство и характеристики цифровых фотокамер.

Конструкция цифрового фотоаппарата состоит из следующих основных частей: объектив, затвор, светочувствительный сенсор (фотоприемник), аналого-цифровой преобразователь, процессор обработки и интерфейса, видоискатель, корпус. Рассмотрим подробнее каждый из компонентов.

Основное и принципиальное отличие цифровых камер от пленочных состоит в том, что вместо фотопленки в них используется светочувствительный датчик. Применяются в основном два типа матричных фотоприемников: приборы с зарядовой связью – ПЗС (CCD) и фоточувствительные сенсоры на основе КМОП (CMOS) – структур (комплементарный металло-оксидный полупроводник). Они состоят из набора отдельных чувствительных к свету элементов. Световой поток, проходя через объектив попадает на регистрирующий элемент матрицу и преобразуется в электрический заряд, который преобразуется в напряжение и запоминается в цифровой форме.

Следующее устройство на пути сигнала – это аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). От алгоритма работы этого устройства в значительной мере зависит качество полученного изображения. Основной характеристикой является разрядность – количество дискретных уровней сигнала, распознаваемых и кодируемых, например, 8 бит - 256 возможных значений, 24-битный цвет отводит по 8 бит на каждый канал и дает возможность отобразить 16,7 млн различных оттенков. Большая глубина цвета (производная от глубины получаемого на сенсоре цвета и АЦП) является одной из характеристик, отличающих профессиональные цифровые камеры от любительских и полупрофессиональных. Уже появились некоторые модели камер, которые могут работать с 30-, 36- и даже 42-битным цветом (используя 10-, 12- или 14-битные АЦП), записывая изображение в формате RAW.

Ещё одной важной характеристикой является размер сенсоров. Размер матрицы связан с размерами оптической системы, чем больше размер, тем крупнее должен быть кадр, формируемый объективом. Дизайн современных цифровых камер базируется на дизайне плёночных моделей, в которых формат кадра составляет 24*36 мм. Формат ПЗС- или КМОП-сенсоров меньше, чем 24*36. Наиболее распространённые сенсоры имеют размер 1/1,8'' (7,18*5,32 мм), 2/3'' (8,80*6,60 мм), 1/2,7 (5,27*3,96 мм).

В профессиональных моделях цифровых фотоаппаратов используются матрицы более крупных размеров, например APS (22,7*15,1 мм), и даже «полноразмерные» матрицы 24*36 мм.

Высокие значения светочувствительности современных матриц позволяют сделать четкий снимок в сумерках или даже ночью, правда, при высоких значениях чувствительности неизбежно появление цифрового шума.

Классической величиной для измерения чувствительности являются 100 единиц ISO, а каждая последующая величина характеризуется удвоением экспозиции получаемого кадра при тех же параметрах съемки. Для современных цифровых камер заявленный интервал чувствительности матриц-ПЗС лежит в пределах 50 – 3200 ед. ISO.

От качества объектива во многом зависит качество получаемого изображения – четкость, резкость, отсутствие искажений и т. п. Фокусное расстояние – величина, обратно пропорциональная углу зрения объектива, измеряется в мм. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол зрения ─ предметов попадает в кадр меньше, но их размер больше и наоборот. Объективы с переменным фокусным расстоянием – вариообъективы. Кратность объектива отношение максимального фокусного расстояния к минимальному.

Важными элементами объектива являются линзы и диафрагма. Диафрагмой в фототехнике называют относительную величину отверстия, пропускающего свет на фоточувствительный элемент. В фотографии приняты следующие стандартные величины выбора диафрагмы: F1,2; F1,4; F2; F2,8; F4; F5,6; F8; F11; F22. Диапазон диафрагм главным образом зависит от качества оптической системы. Еще одним важным конструктивным элементом в фотоаппарате является видоискатель, который позволяет увидеть будущую картинку перед нажатием на спуск. В цифровых компактных камерах его роль выполняет дисплей, на котором в реальном времени формируется изображение. Видоискатель может быть оптическим, зеркальным, электронным.

Самым лучшим считается зеркальный видоискатель. Он позволяет увидеть реальную площадь кадра без искажений. Именно поэтому все профессиональные и многие полупрофессиональные модели фотокамер оснащены зеркальными видоискателями. Остальные фотоаппараты относятся к классу любительских «компактных» камер, оснащенных в основном оптическими или электронными (псевдозеркальными) видоискателями.

Все цифровые фотоаппараты имеют жидкокристаллический монитор на задней стенке корпуса для задания режимов работы фотоаппарата или просмотра отснятого материала. Использование монитора в качестве видоискателя стало возможным благодаря тому, что затвор цифрового фотоаппарата открыт до съемки. Формируемое на матрице изображение преобразуется в видеосигнал низкого разрешения и непрерывно отображается на мониторе.

Затвор. Помимо экспонирования, в пленочных камерах затвор фотоаппарата предохраняет фотоматериал от засветки, но в цифровых – затвор, как правило, всегда открыт. В этом плане у цифровых зеркальных камер со сменной оптикой матрица закрыта шторками затвора и зеркалом. Поэтому до съемки кадр не отображается на мониторе.

У современных цифровых зеркальных фотокамер диапазон выдержек составляет от нескольких десятков секунд до 1/8000 секунды. Это позволяет значительно расширить сферу применения камеры. Так, особо малые выдержки применимы для съемки быстро движущихся объектов, а длинные нужны для съемки в условиях слабой освещенности. Руководство процессом съемки осуществляет процессор. Он определяет параметры съемки, обрабатывает информацию, принимает решение, какие параметры и насколько необходимо изменить. В большинстве случаев в цифровом фотоаппарате автоматически определяются все необходимые параметры съемки на основе несколько пробных кадров. В задачу процессора также входит определение баланса белого, расчет экспозиции, фокусировка и т.д.

Для фотографирования мелких объектов крупным планом в цифровых камерах реализован режим макросъемки. В этом режиме обычно реализуется точная фокусировка в диапазоне от 0,2 до 1м. Цифровые компактные фотоаппараты очень хорошо приспособлены для макросъемки. Во-первых, маленькая ПЗС-матрица значительно облегчает изготовление оптики для получения неискаженных изображений с близких расстояний, при этом обеспечивается приличная глубина резкости, недостижимая на пленке. Во-вторых, у цифровых фотоаппаратов меньше механических деталей и поэтому нет проблем с вибрациями, например дрожанием зеркал.

Таким образом, видно, что современные цифровые фотоаппараты имеют возможность полностью управлять процессом съёмки в практически любых условиях освещения, при изучении всевозможных объектов, различающихся по своему размеру (от макросъёмки до ландшафтной съемки), форме, степени неподвижности (медленно или быстро движущихся объектов) и т. д. Также, к преимуществам таких камер можно отнести оперативность получения и обработки изображений за счет отсутствия процессов фотохимической обработки и необходимости сканирования снимков (по сравнению со съемкой на пленочные фотоаппараты).

Лекция 8 ИЗУЧЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПО МАТЕРИАЛАМ НАЗЕМНОЙ ФОТОСЪЕМКИ

Общие сведения. Наземная стереофотосъемка предназначена для определения пространственных координат объекта по фотоснимкам, полученным с земной поверхности. Для этого в двух различных точках устанавливают на штативы съемочные камеры и выполняют фотографирование, таким образом, чтобы обеспечить перекрытие снимков.


Сейчас читают про: