Способы хранения цифровых фотографий. Устройство фотоаппарата

Человека всегда тянуло к прекрасному, увиденной красоте человек пытался придать форму. В поэзии это была форма слова, в музыке красота имела гармоническую звуковую основу, в живописи формы прекрасного передавались красками и цветом. Единственное, что не мог человек, это запечатлеть мгновение. Например, поймать разбивающуюся каплю воды или рассекающую грозовое небо молнию. С появлением в истории фотоаппарата и развитием фотографии это стало возможным. История фотографии знает множественные попытки изобретения фотографического процесса до создания первой фотографии и берет начало в далеком прошлом, когда математики изучая оптику преломления света обнаруживали, что изображение переворачивается, если пропустить его в темную комнату через небольшой отверстие.

В1604 г. немецкий астроном Иоганн Кеплер установил математические законы отражения света в зеркалах, которые в последствии залегли в основу теории линз по которым другой итальянский физик Галилео Галилей создал первый телескоп для наблюдения за небесными телами. Принцип преломления лучей был установлен, оставалось только научиться каким-то образом сохранять полученные изображения на отпечатках еще не раскрытым химическим путем.

В 1820-е гг.. Жозеф Нисефор Ньепс открыл способ сохранения полученного изображения путем обработки попадающего света асфальтовым лаком (аналог битума) на поверхность из стекла в, так называемой камере-обскуре. С помощью асфальтового лака изображение принимало форму и становилось видимым. В первые в истории человечества картину рисовал не художник, а падающие лучи света в преломлении.

В 1835 г. английский физик Уильям Тальбот, изучая возможности камеры-обскура Ньепса смог добиться улучшения качества фотоизображений с помощью изобретенного им отпечатка фотографии - негатива. Благодаря этой новой возможности снимки теперь можно было копировать. На своей первой фотографии Тальбот запечатлел собственное окно на котором четко просматривается оконная решетка. В будущем он написал доклад, где называл художественное фото миром прекрасного, таким образом заложив в историю фотографии будущий принцип печати фотографий. В 1861 г. фотограф из Англии Т. Сэттон изобрел первый фотоаппарат с единым зеркальным объективом. Схема работы первого фотоаппарата была следующей, на штатив закреплялся крупный ящик с крышкой сверху, через которую не проникал свет, но через которую можно было вести наблюдение. Объектив ловил фокус на стекле, где с помощью зеркал формировалось изображение.

В 1889 г. в истории фотографии закрепляется имя Джорджа Истмана Кодак, который запатентовал первую фотопленку в виде рулона, а потом и фотокамеру "Кодак", сконструированную специально для фотопленки. В последствии, название "Kodak" стало брэндом будущей крупной компании. Что интересно, название не имеет сильной смысловой нагрузки, в данном случае Истман решил придумать слово, начинающееся и заканчивающиеся на одну и ту же букву.

В 1904 г. братья Люмьер под торговой маркой "Lumiere" начали выпускаться пластины для цветного фото, которые стали основоположниками будущего цветной фотографии .

В 1923 г. появляется первый фотоаппарат в котором используется пленка 35 мм, взятая из кинематографа. Теперь можно было получать небольшие негативы, просматривая затем их выбирать наиболее подходящие для печатания крупных фотографий. Спустя 2 года фотоаппараты фирмы "Leica" запускаются в массовое производство.

В 1935 г. фотоаппараты Leica 2 комплектуются отдельным видеоискателем, мощной фокусировочной системой, совмещающие две картинки в одну. Чуть позже в новых фотоаппаратах Leica 3 появляется возможность использования регулировки длительности выдержки. Долгие годы фотоаппараты Leica оставались неотъемлимыми инструментами в области искусства фотографии в мире.

В 1935 г. компания "Kodak" выпускает в массовое производство цветные фотопленки "Кодакхром". Но еще долгое время при печати их надо было отдавать на доработку после проявки где уже накладывались цветные компоненты во время проявки.

В 1942 г. "Kodak" запускают выпуск цветных фотопленок "Kodakcolor", которые последующие полвека становятся одними из популярными фотопленками для профессиональных и любительских камер.

В 1963 г. представление о быстрой печати фотографий переворачивают фотокамеры "Polaroid", где фотография печатается мгновенно после полученного снимка одним нажатием. Достаточно было просто подождать несколько минут, чтобы на пустом отпечатке начали прорисовываться контуры изображений, а затем проступала полностью цветная фотография хорошего качества. Еще 30 лет универсальные фотоаппараты Polaroid будут занимать ведущие по популярности места в истории фото, чтобы уступить эпохе цифровой фотографии.

В 1970-х гг. фотоаппараты снабжались встроенным экспонометром, автофокусировку, автоматические режимы съемки, любительские 35 мм камеры имели встроенную фотовспышку. Чуть позже к 80-м годам фотоаппараты начали снабжаться ж/к панелями, которые показывали пользователю программные установки и режими фотокамеры. Эра цифровой техники только начиналась.

В 1974 г. с помощью электронного астрономического телескопа была получена первая цифровая фотография звездного неба.

В 1980 г. компания "Sony" готовит к выпуску на рынок цифровую видеокамеру Mavica. Снятое идео сохранялось на гибком флоппи-диске, который можно было бесконечно стирать для новой записи.

В 1988 г. компания "Fujifilm" официально выпустила в продажу первый цифровой фотоаппарат Fuji DS1P, где фотографии сохранялись на электронном носителе в цифровом виде. Фотокамера обладала 16Mb внутренней памяти.

В 1991 г. компания "Kodak" выпускает цифровую зеркальную фотокамеру Kodak DCS10, имеющую 1,3 mp разрешения и набор готовых функций для профессиональной съемки цифрой.

В 1994 г. компания "Canon" снабжает некоторые модели своих фотокамер системой оптической стабилизации изображений.

В 1995 г. компания "Kodak", следом за Canon прекращает выпуск популярных последние полвека пленочных своих фирменных фотокамер.

2000-х гг. Стремительно развивающиеся на базе цифровых технологий корпорации Sony, Samsung поглощают большую часть рынка цифровых фотоаппаратов. Новые любительские цифровые фотоаппараты быстро преодолели технологическую границу в 3Мп и по размеру матрицы легко соперничают с профессиональной фототехникой имея размер от 7 до 12 Мп. Несмотря на быстрое развитие технологий в цифровой технике, таких как: распознавание лица в кадре, исправление оттенков кожи, устранение эффекта "красных" глаз, 28-кратное "зумирование", автоматические сцены съемки и даже срабатывание камеры на момент улыбки в кадре, средняя цена на рынке цифровых фотокамер продолжает падать, тем более что в любительском сегменте фотоаппаратам начали противостоять мобильные телефоны, снабженные встроенными камерами с цифровым зумом. Спрос на пленочные фотоаппараты стремительно упал и теперь наблюдается другая тенденция повышения цены аналоговой фотографии, которая переходит в разряд раритета.

Устройство пленочного фотоаппарата

Принцип работы аналогового фотоаппарата: свет проходит через диафрагму объектива и, вступая в реакцию с химическими элементами пленки сохраняется на пленке. В зависимости от настройки оптики объектива, применения особых линз, освещенности и угла направленного света, времени раскрытия диафрагмы можно получить различный вид изображения на фотографии. От этого и многих других факторов формируется художественный стиль фотографии. Конечно, главным критерием оценки фотографии остается взгляд и художественный вкус фотографа.

Корпус.
Корпус фотоаппарата не пропускает свет, имеет крепления для объектива и фотоспышки, удобную форму ручки для захвата и место для крепления к штативу. Внутрь корпуса помещается фотопленка, которая надежно закрыта светонепропускающей крышкой.

Фильмовой канал.
В нем пленка перематывается, останавливась на нужном для съемке кадре. Счетчик механически связан с фильмовым каналом, при прокрутке которого указывает на количество отснятых кадров. Существуют камеры с моторным приводом, которые позволяют делать съемку через последовательно заданный промежуток времени, а также вести скоростную съемку до нескольких кадров в секунду.

Видоискатель.
Оптический объектив через которое фотограф видит в рамке будущий кадр. Зачастую имеет дополнительные метки для определения положения объекта и некоторые шкалы настройки светка и контрастности.

Объектив.
Объектив - мощный оптический прибор, состоящий из нескольких линз, позволяющий делать изображения на различном расстоянии со сменой фокусировки. Объективы для профессиональной фотосъемки помимо линз состоят еще из зеркал. Стандартный объектив имеет расстояние фокусаокругленно равное диагонали кадра, угол 45 градусов. Фокусное расстояние широкоугольного объектива меньшее диагонали кадра служит для съемки в небольшом пространстве, угол до 100 градусов. для удаленных и панорамных объектов применяется телескопический объектив у которого фокусное расстояние гораздо больше диагонали кадра.

Диафрагма.

Затвор

Затвор фотоаппарата приоткрывает шторки для попадания света на пленку, затем свет начинает действовать на пленку, вступая в химическую реакцию. От продолжительности приоткрытия затвора зависит экспозиция кадра. Так для ночной съемки ставится более длительная выдержка, для съемке на солнце или скоростной съемке максимально короткая.

Дальнометр.

Кнопка спуска.

Фотовспышка.
Плохая освещенность объектов фотосъемки приводит к использованию фотоспышки. В профессиональной съемке к этому приходится прибегать только в неотлагательных случаях когда нет других приборов освещения экранов, ламп. Фотоспышка состоит из газорязрядной лампы в виде стеклянной трубки содержащей газ ксенон. При накапливании энергии вспышка заряжается, газ в стеклянной трубке ионизируется, затем мгновенно разряжается, создавая яркую вспышку при силе света свыше сотни тысяч свечей. При работе вспышки нередко отмечается эффект "красных глаз" у людей и животных. Это происходит потому, что при недостаточной освещенности помещения где проводится фотосъемка, глаза человека расширяются и при срабатывании вспышки зрачки не успевают сузиться, отражая слишком много света от глазного яблока. Для усранения эффекта "красных глаз" используется один из методов предварительного направления светового потока на глаза человека перед срабатыванием вспышки, что вызывает сужение зрачка и меньшим отражением от него света вспышки.

Устройство цифрового фотоаппарата

Принцип работы цифрового фотоаппарата на стадии прохождения света через линзу объектива тот же, что и у пленочного. Изображение преломляется через систему оптики, но сохраняется не на химическом элементе фотопленки аналоговым путем, а преобразуется в цифровую информацию на матрице от разрешающей способности которой и будет зависеть качество снимка. Затем перекодированное изображение в цифровом виде сохраняется на сменном носителе информации. Информацию в виде изображения можно редактировать, перезаписывать и отправлять на другие носители данных.

Корпус цифрового фотоаппарата имеет вид по аналогии с пленочным фотоаппаратом, но за счет отсутствия необходимости фильмового канала и места для катушки с пленкой, корпус современного цифрового фотоаппарата значительно тоньше обычного пленочного и имеет место для ЖК экрана, встроенного в корпус, либо выдвижного, и слоты для карт памяти.

Жидкокристалический экран неотъемлимая часть цифрового фотоаппарата. Он имеет совмещенную функцию видоискателя, в котором можно приближать объект, видеть результат автофокусировки, выстраивать экспозицию по границам, а также использовать его в качестве экрана меню с настройками и опциями набора функций съемки.

В профессиональных цифровых фотоаппаратах объектив практически ничем не отличается от аналоговых фотокамер. Он также состоит из линз и набора зеркал и имеет те же механические функции. В любительских камерах объектив стал гораздо меньших форм и помимо оптического зума (приближение объекта) имеет встроенный цифровой зум, который способен многократно приблизить отдаленный объект.

Главный элемент цифровой фотокамеры небольшая пластина с проводниками которая формирует качество изображения, четкость которого и зависит от разрешающей способности матрицы.

Микропроцессор.

Отвечает за все функции работы цифровой камеры. Все рычаги управления камеры ведут к процессору в котором зашита программная оболочка (прошивка), которая отвечает за действия фотокамеры: работа видоискателя, автофокус, программные сцены съемки, настройки и функции, электрический привод выдвижного объектива, работа фотовспышки.

Стабилизатор изображений.

При покачивании камеры во время нажатия на спусковой завтор или при съемке с движущейся поверхности, например, с качающегося на волнах катера, изображение может получится размытое. Оптический стабилизатор практически не ухудшает качество полученной картинки за счет дополнительной оптики, которая компенсирует отклонения изображения при покачивании, оставляя изображение неподвижным перед матрицей. Схема работы цифрового стабилизатора изображения фотоаппарата при дрожании картинки заключается в условных поправках, вносимых при расчете картинки процессором, задействовав дополнительную треть пикселей на матрице, учавствующих только в коррекции изображения.

Носители информации.

Полученное изображение сохраняется в памяти фотоаппарата в виде информации на внутренней, либо внешней памяти. Фотоаппараты имеют разъемы для карт памяти SD, MMC, CF, XD-Picture и др., а также разъемы для подключения к другим источникам храненияинформации компьютеру, HDD сменным носителям и т.п.

Цифровая фототехника сильно поменяла представления в истории фотографии о том какое должно быть художественное фото. Если в прежние времена фотографу приходилось идти на различные ухищрения, чтобы получить интересный цвет или необычный фокус для определения жанра фотографии, то теперь есть целый набор примочек, включенных в программное обеспечение цифровой фотокамеры, коррекция размеров изображения, изменение цвета, создание рамки вокруг фото. Также любую отснятую цифровую фотографию можно подвергнуть редактированию в известных фоторедакторах на компьютере и легко установить в цифровую фоторамку, которые следом за пошаговым наступлением цифровых технологий становятся все более популярными для украшения интерьера чем-то новым и необычным.

Начнем с простого. Рассмотрим простейшую камеру (Камера-обскура)

От каждой из точек объекта отражаются лучи света. Отверстие в преграде пропускает только лишь один луч. Если не установить преграду, то на пленке получим бессмысленное изображение.

Отверстие в преграде называется апертурой или диафрагмой. В реальности оно пропускает больше одного луча. При этом точка отображается на пленке пятном.

Если диафрагма слишком большая, то изображение получается размытым. Однако, при чрезмерном уменьшении диафрагмы меньше света проходит на пленку и начинаются дифракционные эффекты. Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий.

Линза позволяет использовать большую диафрагму и увеличить поток света от каждой точки

NN –главная оптическая ось, пересекающая центры сферических поверхностей

Пучок параллельных прямых пересекается в главном фокусе F

f – главное фокусное расстояние,

u,v – сопряженные фокусные расстояния

Луч, проходящий через центр линзы не преломляется!

Система точно как камера-обскура, но собирает больше света!

Фокусное расстояние — это расстояние от задней (или второй) главной точки объектива до его фокуса при вхождении в объектив пучка света, параллельного его оптической оси

Только часть объектов оказываются «в фокусе». Фокусировка камеры обеспечивается смещением матрицы относительно линзы (изменение сопряженного фокуса v), либо изменением степени преломления в линзе (изменение главного фокусного расстояния f)

Резко очерченными будут только те точки изображения, лучи которых образуют небольшое «пятно рассеивания»

Изменяя диафрагму можно изменять размер «пятен рассеивания» и одновременно увеличивать глубину резкости (интервал, на котором объект находится приблизительно в фокусе). При этом маленькая диафрагма уменьшает количество света – приходится увеличивать выдержку (время экспозиции).

Размер матрицы и ее расстояние до линзы определяют угол обзора (field-of-view) камеры

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждая ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Если используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, а чтобы она была цветной, ячейки покрывают цветными фильтрами.

Размер пикселей в камере не должен быть меньше минимального размера точки объектива. Чтобы получить наилучший эффект от использования цифровой камеры с матрицей, содержащей мелкие пиксели, не следует использовать дешевую оптику.

Матрица (сенсор, фотодатчик) это устройство фотокамеры, где получается изображение. Собственно, это аналог фотоплёнки, или плёночного кадра. Как и в нём, лучи света, собранные объективом, «рисуют» картинку. Разница в том, что на плёнке эта картинка хранится, а на датчиках матрицы под действием света возникают электрические сигналы, которые обрабатываются процессором камеры, после чего изображение сохраняется в виде файла на карту памяти. Сама матрица фотоаппарата представляет собой специальную микросхему с фотодатчиками-пикселями (фотодиодами). Именно они при попадании света генерируют сигнал, тем больший, чем больше света попадает на этот датчик-пиксель.

В большинстве матриц каждый пиксел покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!) в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue). Почему именно эти цвета? Одной из гипотез, объясняющих цветовое зрение человека, является трехкомпонентная теория, которая утверждает, что в зрительной системе человека есть три типа светочувствительных элементов. Один тип элементов реагирует на зеленый, другой тип - на красный, а третий тип - на синий цвет.

На матрице фильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному. Так делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету. Световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в ячейку лучи лишь своего цвета.

Итак, полученная картинка состоит только из пикселов красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (несжатый формат). Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселов. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Процессор камеры отвечает за все процессы, в результате которых получается картинка. Процессор определяет параметры экспозиции, решает, какие из них нужно применить в данной ситуации. От процессора и программного обеспечения зависят качество фотографий и скорость работы камеры.

Термин «Экспозиция» означает количество света, попадающего на светочувствительный фотоматериал за определенный промежуток времени. Три основных параметра, влияющие на экспозицию, - это чувствительность, выдержка и диафрагма.

Следует отметить, что в процессе формирования изображения возникают различные искажения. Искажения снимков, сформированные системой оптики при фотосъемке, называют аберрациями. В зависимости от природы происхождения аберрации бывают хроматическими (цветовыми)

и геометрическими (называют дисторсией).

Хроматические (цветовые) аберрации – это оптические искажения, вызванные разными углами преломления световых волн разной длины. У красного цвета – максимальное преломление, у фиолетового – минимальное

Степень искажений зависит от качества объектива и уменьшается с помощью использования специальных линз. Так, например, хроматические аберрации могут быть уменьшены ахроматической линзы, состоящей из двух сортов стекла (крон и флинт).

Дисторсия – геометрическое искажение прямых линий. Дисторсии возникают в результате изменения линейного увеличения, обеспеченного оптикой, по полю изображения. Есть два вида дисторсии – бочкообразная (отрицательная) и подушкообразная (положительная).

Для снижения дисторсий применяется асферическая оптика. В конструкцию объектива включают линзы с эллиптической или параболической поверхностью, за счет чего геометрическое подобие между объектом фотографии и его изображением восстанавливается.

Львиную часть этих искажений можно компенсировать с помощью методов цифровой обработки изображений – калибровки. Сущность метода калибровки заключается в сравнении эталонных и реальных параметров, и в аналитическом учете искажений.

После того, как съемка произведена, остается не менее важная задача – сохранить полученное фото на карте памяти. Желательно сделать это с максимальным качеством, не теряя никакой информации, полученной при съемке. Сегодня большинство фотокамер позволяют сохранять снимки в двух принципиально разных форматах – RAW и JPEG. RAW – это сырая, никак не обработанная информация с матрицы, записанная в файл. Предполагается, что дальше с файлом RAW фотограф будет работать самостоятельно, конвертируя его на компьютере для получения готового фото. JPEG – это уже фактически готовая фотография.

Некоторые, обычно более дорогие, фотоаппараты, предлагают сохранять фотографии в «сыром» (RAW) формате. Для сырого формата, нет каких-то определённых стандартов. они отличаются от производителя к производителю. Сырой формат содержит все данные, полученные непосредственно с фоточувствительного элемента, перед тем, как программное обеспечение фотоаппарата изменит баланс белого или что-то ещё. Сохранение фотографии в сыром формате, позволяет вам более качественно изменять такие настройки, как баланс белого, уже после того как фотография сохранена на ПК. Большинство профессиональных фотографов используют сырой формат, потому что он даёт им максимум гибкости в допечатной подготовке. Обратная сторона гибкости - «сырые» фотографии занимают чрезвычайно много места на карте памяти.

Сжатие изображений - применение методов сжатия данных к цифровому изображению. Благодаря снижению избыточности данных изображения, удаётся повысить эффективность хранения и передачи изображений.

Для хранения снимков в камере не обойтись без запоминающих устройств. И что бы ни говорили о том, что за последние годы память подешевела в несколько раз, она все еще стоит достаточно дорого. На «лишнюю» память не жалуется никто, все говорят лишь о ее недостатке. Объемом встроенной в камеру памяти производители обычно нас не балуют, и память приходится докупать в девяноста девяти случаях из ста. Ведь на стандартную восьмимегабайтную карту умещается всего от восьми до двенадцати снимков в формате JPEG, а в практически несжимаемом формате TIFF - и того меньше. Согласитесь, что крайне неудобно перекачивать на компьютер или брелок с флэшпамятью каждые шесть или десять снимков.

Сейчас большинство камер имеет сменную флэш-память, которая хранит информацию без потребления энергии и, кроме того, позволяет подсоединить портативный накопитель большой емкости. Если карта сменной памяти целиком заполнена изображениями, то ее можно просто вынуть из фотоаппарата и вставить на ее место другой модуль или продолжать снимать на встроенную память. Съемная карта памяти помещается в специальном отсеке цифровой камеры, или, правильней сказать, в слоте. Каждый тип носителя предусматривает собственный дизайн слота - вы не сможете вставить в него карту памяти, которую камера не поддерживает.

Большинство слотов спроектировано таким образом, чтобы предотвратить неправильную установку карты (например, «вверх ногами»). Камеры большинства моделей обычно «видят» одновременно лишь одну из двух имеющихся карт памяти. Если сменная карта вставлена в слот, то камера «забывает» о существовании встроенной памяти. Если на съемной карте не осталось свободного места, а хочется снимать еще и еще, следует вынуть карту из слота - тогда камера увидит свободную встроенную память. Сравнивая достоинства цифровых камер, эксперты обращают внимание на тип используемой памяти. Всегда полезно знать, насколько память камеры совместима с другими устройствами и не обернется ли дешевизна «мозгов» дороговизной или даже помехой в эксплуатации. Перечислим известные сегодня устройства хранения информации, используемые в цифровых фотоаппаратах.

Для владельцев ноутбуков лучше всего подойдет PC Card ATA, или, как ее еще именуют по названию слота, PCMCIA. Такой разъем в ноутбуках, как правило, имеется. Такая карта используется для хранения больших объемов данных (до 1 Гбайт) и применяется как внешний носитель, в зависимости от типа, в фото- и видеокамерах и в ноутбуках. Размером и формой эти карты напоминают толстую визитку. Карты PCMCIA обычно используются в больших камерах, по характеристикам приближающихся к профессиональным.
Изредка в цифровых камерах применяются устройства Mini Card. Они не слишком надежны. Кроме того, скорость считывания данных у них довольно низка. Зато они потребляют мало энергии и имеют малые габариты: 38x33x3,5 мм. Устройства Mini Card вмещают 64 Мбайт данных.

Самый распространенный в наши дни формат памяти Compact Flash во многом аналогичен картам PC Card, но его физические размеры значительно меньше. Совсем недавно развитие технологии позволило увеличить его максимальный объем до 1 Гбайт. В носителях Compact Flash нет движущихся частей, и потребляют они сравнительно мало энергии - от 3,3 до 5 В, что сделало эти карты суперпопулярными у производителей цифровой фототехники. Карты Compact Flash прочны и долговечны. Производители утверждают, что они могут хранить информацию хоть сто лет.

Компактные и не слишком дорогие карты Smart Media - или, как было принято называть их совсем недавно, SSFDC (английское сокращение от «твердотельный гибкий диск») - известны с 1997 года. Они менее совместимы с цифровыми устройствами, чем карты Compact Flash, и вот отчего. В картах Smart Media отсутствует контроллер, который имеется в Compact Flash и в других устройствах хранения данных. Таким образом, они как бы полагаются на контроллер, встроенный в камеру. Карты Smart Media имеют объем до 128 Мбайт и размер 45x37x0,76 мм - примерно со спичечный коробок. Помимо пониженной совместимости, у них есть и другие недостатки: недолговечность (срок жизни носителя не более пяти лет), хрупкость, незащищенность от внешних воздействий и малый объем. Последний когда-то казался достаточным, но сегодня совсем невелик по сравнению с предоставляемым другими носителями. Для передачи изображений на компьютер с карт Smart Media необходим специальный адаптер Smart Media.

Крохотные, размером в почтовую марку MultiMedia Card (до 128 Мбайт объемом) - из числа самых миниатюрных устройств хранения данных небольшой емкости. Вначале они были задуманы для портативных телефонных аппаратов, но малые размер и вес, а также простой интерфейс и пониженное потребление энергии привлекли внимание производителей различных цифровых устройств. MultiMedia Card все чаще используются в «гибридных» устройствах вроде цифровой фотокамеры со встроенным МРЗ-плейером, а также (иногда) в мобильных телефонах с поддержкой мультимедийных сообщений. Надо сказать, что гонка производителей оперативной памяти за миниатюризацию привела к появлению варианта MultiMedia Card под названием RS-MMC (Reduced Size MultiMedia Card, мультимедийная карта уменьшенного размера). Габариты RS-MMC сократились до 32x24x1,4 мм, и теперь они широко используются в смартфонах и мобильных телефонах новых поколений.

Память Memory Stick от фирмы Sony с максимальной емкостью 128 Мбайт с виду похожа на пластинку жевательной резинки и весит всего 4 г, но широкого применения пока не нашла - хотя устройства для ее подключения могут быть весьма экзотическими. Еще бы: закрытый стандарт, высокая цена и небольшой объем. Камеры, где предусматривается использование этого вида памяти, выпускает только корпорация Sony (с другими типами памяти они не совмещаются).

А вот карты безопасного хранения SD Card (Secure Digital Card), производство которых началось совсем недавно, похоже, обещают стать весьма популярными носителями. Сегодня они вмещают всего 256 Мбайт данных, что совсем немного, но интерес к таким картам вовсе не случаен. Дело в том, что карты SD снабжены криптозащитой от несанкционированного копирования и защитой от случайного стирания и разрушения. Такие свойства вызвали пристальный интерес как у медиакорпораций, так и у потребителей, порой желающих, чтобы картинки из личной жизни не могли быть скопированы без их ведома. Карты SD весьма малы - при габаритах 24x32x2,1 мм они весят всего 2 г. Слот для SD Card принимает и MultiMedia Card, что делает «безопасный» формат еще более перспективным. Немаловажно и то, что SD Card потребляют совсем немного энергии и довольно прочны.

Появились даже одноразовые (нестираемые) флэш-карты серии Shoot&Store от компании SanDisk. Их производитель считает, что появление таких носителей будет способствовать поистине массовому переходу от пленки к цифре. Ведь с появлением одноразовой памяти будет решена проблема хранения снимков и необходимость в компьютере отпадет сама собой. По стоимости одноразовые флэш-карты будут сопоставимы с обычной фотопленкой, а разница в цене компенсируется их надежностью и удобством выбора кадров для печати.

Представленные совсем недавно миниатюрные диски для разгрузки данных DataPlay быстро завоевывают популярность из-за своей дешевизны: 500 Мбайт такой памяти обходятся всего в 10 долларов. В DataPlay используется уменьшенная в размере DVD-оптика, а привод похож на привод винчестера. Практически DataPlay можно назвать миниатюрным DVD (размерами 33,53x39,5 мм). Компания DataPlay объявила о планах выпустить устройства емкостью в 4 Гбайт. Вот только одно нехорошо: диск DataPlay одноразовый и возможности повторной записи не предусматривает. Зато до чего дешево!

В цифровых фотокамерах нашли применение даже такие носители, как диски CD-R и CD-RW. Да-да, не удивляйтесь! Компакт-диск вставляется в камеру и несет на себе до 156 Мбайт записанных данных! Правда, компания Sony, выпускающая такую вот экзотику с прямой записью изображения на CD, пока остается на рынке в одиночестве: никто другой не пытается ей подражать.

Теперь, зная достоинства и недостатки различных видов памяти, попробуйте оценить память вашей камеры (или той, которую вы собрались купить) на фоне всего этого многообразия внешних носителей данных.

Выводы
Вынимая карту из камеры в первый раз, обратите внимание на то, как она вставляется. Перепутав направление контактов, можно повредить и карту, и камеру.
Предохраняйте карту от накопления статических зарядов. Если пришлось извлечь ее из камеры, то время от времени кладите ее на металлическую поверхность или фольгу. Не допускайте трения карты о ткань.
Особенно бережно отнеситесь к контактам карты. Не допускайте их царапанья и иных повреждений.
Имейте в виду, что многие карты довольно хрупки. Уронив карту, можно лишиться и хранящихся на ней данных, и денег, которые вы на нее потратили.

Главное отличие пленочного фотоаппарата от цифрового заключается в способе фиксации света, прошедшего через объектив. Там, где в традиционных пленочных фотоаппаратах располагается пленка, у цифровой камеры находится электронная матрица со светочувствительными элементами. Именно на поверхности электронно-оптического преобразователя (матрицы) создается изображение, которое затем превращается в электрические сигналы, обрабатываемые процессором камеры. От матрицы цифрового фотоаппарата напрямую зависит не только качество получаемых фотографий, но и стоимость самой камеры. Что же собой представляет светочувствительная матрица и каким образом создается цветное изображение в цифровом фотоаппарате?

Матрица: типы и принцип работы

Светочувствительная матрица является ключевым элементом любой современной цифровой камеры. Ее можно назвать «сердцем» цифрового фотоаппарата. Если же сравнивать камеру с человеческим глазом, то матрица – это сетчатка цифрового аппарата, на которой оптический сигнал преобразуется в цифровое изображение. Матрица или сенсор представляет собой сложно структурированную пластинку из полупроводникового материала. На этой микросхеме имеется упорядоченный массив светочувствительных элементов. Миллионы таких светочувствительных элементов или пикселов изолированы друг от друга и формируют только одну точку изображения. Нужно отметить, что, несмотря на высокую точность в изготовлении матриц цифровых фотоаппаратов, каждый сенсор по своему уникален и потому двух совершенно одинаковых камер по своему характеру не существует.

Основная задача матрицы фотоаппарата заключается в том, чтобы обеспечить преобразование оптического изображения в электрическое. При спуске затвора фотоаппарата на миллионы крошечных ячеек попадает свет, на них накапливается заряд, который, естественно, разнится в зависимости от количества света, попавшего на данную ячейку матрицы. Эти заряды передаются на электрическую схему, которая призвана усилить их и преобразовать в цифровой вид. Усиление сигнала выполняется в соответствии с настройками чувствительности ISO, выбираемых камерой автоматически или самостоятельно устанавливаемых пользователем. Чем больше выбираемая чувствительность ISO отличается от реальной светочувствительности матрицы, тем сильнее сигнал. Но усиление сигнала может негативно сказаться на итоговом изображении – появляется так называемый «шум» в виде случайных помех.

На сегодняшний день при производстве светочувствительных матриц для цифровых фотоаппаратов используются, главным образом, две технологии – CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) и CCD (Charge Coupled Device). В русском переводе эти два типа сенсоров известны как КМОП и ПЗС-матрицы.

КМОП-матрицы изготавливаются из комплементарных металлооксидных полупроводниковых материалов. Их ключевая особенность состоит в том, что они умеют считывать и усиливать световой сигнал с любой точки своей поверхности. КМОП-матрица может преобразовывать заряд в напряжение сразу в пикселе. Эта особенность позволяет значительно повысить скорость работы фотоаппарата при обработке информации с матрицы.

Кроме того, подобная технология дает возможность интегрировать матрицы непосредственно с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), что обеспечивает удешевление цифрового фотоаппарата за счет некоторого упрощения его конструкции. Плюс ко всему, КМОП-матрицы отличаются более низким энергопотреблением. Однако у них есть существенный недостаток – для того, чтобы повысить светочувствительность матрицы и улучшить, тем самым, качество изображения производителям приходится существенно увеличивать физические размеры сенсора.

ПЗС-матрицы получили большое распространение в современных цифровых фотоаппаратах любительского и профессионального уровня даже несмотря на то, что они отличаются чуть большей трудоемкостью в производстве. Принцип работы такой матрицы основывается на построчном перемещении накопленных электрических зарядов. В процессе считывания заряда осуществляется перенос зарядов к краю матрицы и в сторону усилителя, который далее передает усиленный сигнал в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Поскольку информация из ячеек считывается последовательно, то сделать следующий снимок можно только после того, как предыдущее изображение сформировано целиком. В то же время преимуществом ПЗС-матриц являются их сравнительно небольшие размеры.

ПЗС-матрицы, используемые в современных цифровых фотоаппаратах, по своей конструкции делятся на полнокадровые, с буферизацией кадра, буферизацией столбцов, с прогрессивной разверткой, чересстрочной разверткой и с обратной засветкой. Например, в чересстрочных ПЗС каждый пиксель обладает как приемником света, так и областью для накапливания заряда. В свою очередь, в полнокадровых матрицах весь пиксель выполняет функцию приема светового потока, а каналы передачи заряда спрятаны под пиксель.

Довольно долгое время считалось, что ПЗС-матрицы обладают большей светочувствительностью, более широким динамическим диапазоном и лучшей устойчивостью к шумам, по сравнению с КМОП-сенсорами. Поэтому цифровые фотоаппараты с ПЗС-матрицами использовались там, где требуется обеспечить высокое качество изображения, а камерам с КМОМ-сенсорами отводилась роль недорогих любительских устройств. Однако за последние годы производителям вследствие улучшения качества кремниевых пластин и схемы усилителя удалось существенно повысить характеристики КМОП-матриц. И теперь по качеству изображения камеры на основе КМОП-матриц практически ни в чем не уступают фотоаппаратам, в которых используются ПЗС-сенсоры.

Новейшие КМОП-сенсоры способны гарантировать профессиональное качество снимков. А потому с точки зрения качества фотоизображения, собственно, тип матрицы уже мало о чем говорит, гораздо более важным фактором являются конкретные характеристики данного сенсора — его физические размеры, разрешающая способность, светочувствительность, соотношение сигнал — шум.

Как мы уже выяснили, матрица цифрового фотоаппарата состоит из огромного количества светочувствительных полупроводниковых элементов прямоугольной формы, называемых пикселями. Каждый такой пиксель собирает электроны, возникающие в нем под действием фотонов, пришедших от источника света. Но как же происходит процесс формирования изображения матрицей фотоаппарата?

В упрощенном виде об этом можно рассказать на примере ПЗС-матрицы. Во время экспозиции кадра, регулируемой с помощью затвора фотоаппарата, каждый пиксель постепенно заполняется электронами пропорционально тому количеству света, которое попало на него. Далее затвор фотоаппарата закрывается, и столбцы с накопленными в пикселях электронами начинают сдвигаться к краю сенсора, где размещается аналогичный измерительный столбец.

В этом столбце заряды сдвигаются уже в перпендикулярном направлении и, в конечном счете, попадают на измерительный элемент. В нем создаются микротоки, пропорциональныепопавшим на него зарядам. Благодаря такой схеме становится возможным определить не только значение накопленного заряда, но и какому пикселю на матрице, то есть номер строки и номер столбца, он соответствует. На основе этого строится картинка, соответствующая сфокусированному на поверхности светочувствительной матрицы изображению. В матрицах, построенных по технологии КМОП, заряд преобразуется в напряжение прямо в пикселе, после чего он может быть считан электрической схемой фотоаппарата.

Формирование цветного изображения

Сенсоры цифровых фотоаппаратов способны реагировать только на силу попадающего на них света. То есть они могут определять исключительно градации интенсивности света — от полностью белого до полностью черного. Чем больше фотонов попало на пиксель, тем, соответственно, выше яркость света. Но как в таком случае цифровой фотоаппарат распознает цветовые оттенки? В традиционных пленочных фотокамерах используется негативная пленка, состоящая из трех слоев, которые позволяет пленке сохранять различные цветовые оттенки света. В цифровых же камерах реализуются иные технические решения для формирования цветного изображения.

Для того, чтобы сенсор цифрового фотоаппарата мог различать цветовые оттенки, над его поверхностью устанавливают блок микроскопических светофильтров. Если в матрице используются микролинзы, служащие для дополнительной фокусировки света на пикселях с целью повышения их чувствительности, то фильтры размещаются между каждой микролинзой и ячейкой.

Как хорошо известно, любой цвет в спектре можно получить путем смешения всего нескольких основных цветов (красного, зеленого и синего). Распределение светофильтров по поверхности сенсора для формирования цветного изображения может быть разным, в зависимости от выбранного алгоритма. В большинстве цифровых фотоаппаратов сегодня применяется цветовая модель Байера (Bayerpattern).

В рамках этой системы цветовые фильтры над поверхностью матрицы располагаются вперемежку между собой, в шахматном порядке. Причем количество зеленых фильтров в два раза больше, чем красных или синих, поскольку человеческий глаз более чувствителен к зеленой части светового спектра. В результате, получается так, что красные и синие фильтры располагаются между зелеными. Шахматный порядок в расположении фильтров необходим для того, чтобы одинаковые по цвету изображения получались вне зависимости от того, как пользователь держит фотокамеру – вертикально или горизонтально.

Таким образом, цвет каждого пикселя определяется прикрывающим его светофильтром. В получении информации о цвете участвуют все экспонированные элементы ячейки. Само же цветное изображение строится электроникой камеры уже после того, как снимаемый с ячеек сенсора камеры электрический сигнал преобразуется в цифровой код аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Впрочем, КМОП-сенсоры могут и самостоятельно обрабатывать цветовую составляющую сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Как мы уже поняли, работа светочувствительной матрицы тесно связана с аналого-цифровым преобразователем камеры (АЦП). После того, как каждый из миллиона светочувствительных элементов матрицы преобразует энергию падающего на него света в электрический заряд, этот накопленный заряд усиливается до необходимого уровня для последующей его обработки аналого-цифровым преобразователем.

Аналогово-цифровой преобразователь – это устройство, отвечающее за преобразование входного аналогового сигнала в цифровой сигнал. АЦП переводит аналоговые величины полученного каждым светочувствительным элементом электрического заряда в цифровые величины, которые далее автоматика камеры, в частности, встроенный микропроцессор, получает уже в двоичном коде.

Главной характеристикой АЦП является его разрядность, то есть количество дискретных уровней сигнала, которые кодируются преобразователем. К примеру, одноразрядный аналогово-цифровой преобразователь может классифицировать сигналы светочувствительных датчиков только как черные (0) или белые (1). А восьмиразрядный АЦП способен построить уже 256 различных значений яркости для каждого датчика. В современных моделях цифровых фотоаппаратов с сенсорами большого размера используются 12-, 14- либо 16-разрядные аналого-цифровые преобразователи. Высокая разрядность установленного в камере АЦП может свидетельствовать о том, что данный цифровой фотоаппарат способен создавать изображения с широким тональным и динамическим диапазонами.

После того, как АЦП выполнит преобразование аналоговых напряжений, полученных с датчиков, в двоичную кодированную метку, состоящую из нулей и единиц, он передает эти оцифрованные данные нацифровой процессор сигналов камеры. В процессоре эти данные уже преобразуются в цветную картинку в соответствии с внесенными производителем алгоритмами, включающими в себя, в частности, определение координат точек изображения и присвоения им определенного цветового оттенка. При построении цветового изображения встроенная электроника камеры обеспечивает регулировку яркости, контрастности и насыщенности картинки. Также она убирает с него различные помехи и «шумы».

Безусловно, сенсор и связанный с ним аналого-цифровой преобразователь – это не единственные составляющие цифровой камеры, которые определяют ее качество. Оптика, электроника и другие элементы также очень важны для обеспечения высокого качества создаваемых фотоизображений. Тем не менее, уровень современного цифрового фотоаппарата принято определять именно исходя из технического совершенства установленной в нем светочувствительной матрицы. Более того, развитие фототехники в целом сегодня во многом определяется скоростью разработки все более совершенных сенсоров.

Вопрос длительного хранения цифровых фотографий несколько глубже, чем может показаться на первый взгляд. В отличие от «оперативных» файлов, цифровой фотоархив должен гарантированно сохраниться невредимым за годы и десятилетия. Казалось бы, чего проще? Доступно множество различных носителей: оптические CD, DVD и BlueRay (BR) диски, всевозможные флэшки и карты памяти, обычные жесткие диски и даже удаленные файловые хранилища, так называемые файлообменники. Основная проблема длительного хранения цифровых снимков именно в надежности носителей, а емкость, скорость или удобство использования отходят на второй план. Еще не лишним будет помнить, что при выборе носителя информации следует учитывать частоту обращений к файлам. Одно дело — запертый в сейфе «на века» оптический диск, и совершенно другое — постоянно пополняемый семейный альбом. Как водится, выигрывая в одном — проигрываем в другом, закон в полной мере относится и к носителям информации. Идеального хранилища пока, увы, не изобрели. Постараемся разобраться в сегодняшнем изобилии и помочь сделать осознанный выбор, не полагаясь на рекламу.

Объем. Вообще-то, чем больше — тем лучше, запас не повредит. Но если ограничен бюджет, необходимую емкость носителя можно прикинуть, исходя из общего числа и объема фотографий. Автор признает только архивы в форматах без сжатия, например TIFF. В распространенном JPEG объем фотографии меньше примерно в 5 раз. Считать очень просто, делим емкость носителя на объем фото. Первая написана на самом устройстве, а примерный объем сканированной фотографии можно оценить по табличке (размеры указаны максимальные для глубины цвета при сканировании 24 бита):

Носители. Самым компактным и, наверное, уже самым распространенным носителем информации является так называемая флэш (flash) память. Крошечные микросхемы стоят в картах памяти, «флешках» и монтируются в различную аппаратуру. Этот тип памяти хорош энергонезависимостью, относительной дешевизной и емкостью — сегодня никого не удивишь USB-флэшкой на 256 Гигабайт. К минусам относится низкая скорость обмена и самое главное — не слишком высокая надежность. Производители микросхем памяти заявляют гарантированный срок хранения данных до 10 лет, но с маленькой оговоркой — в нормальных условиях. В данном контексте «нормальные» значит «идеальные», которых наверняка не сможет обеспечить ни один обычный человек. Стабильная температура, влажность и даже атмосферное давление. Отсутствие излучений как радиочастотных, так и радиоактивных. Отсутствие обращений к памяти в течение срока хранения. Вот такие «нормальные» с точки зрения производителей условия… При обычном же использовании отдельные биты информации могут потеряться уже в первые месяцы, через пару-тройку лет процентов 20 (в среднем) записанных данных будут искажены или недоступны. Вывод: флэш-память отлично подходит для оперативного хранения данных и с оговорками — для длительного. Оговорка одна, но существенная: требуется хотя бы раз в год перезаписывать все данные на новый носитель. Зато дешево и компактно, подходит для постоянно пополняемого архива, не рассчитанного на долгие годы. Покупать лучше память от именитых брэндов, таких как Kingston, Transcend, Sandisk и прочих, дающих гарантию хотя бы года три.

Оптические диски широко используются уже не первый десяток лет и претерпели всего три ключевых стадии эволюции — CD, DVD и BlueRay технологии. На вид диски разных поколений отличить сможет разве что специалист, но по емкости они отличаются на порядки. Сравните: CD — 750 Мб, DVD — до 8 Гб, БлюРэй — до 50 Гб сегодня и до 200 Гб обещают в недалеком будущем. Для наглядности, на первый поместится приблизительно 20 больших фотографий, на второй — около 200, и соответственно на третий — в районе 1500 снимков. Надо отметить, что BlueRay носители довольно дороги сами по себе, а оборудование для записи по карману лишь весьма обеспеченным людям. CD уже отходят в прошлое, а сегодняшний лидер в этой области — DVD — доступен всем. Поэтому BR диски в качестве хранилища домашнего архива пока нельзя назвать массовыми. О надежности. Здесь планку задает сам материал — прозрачный пластиковый диск. Очевидно, что пластмасса боится повышенной температуры (деформация диска) и механических воздействий (поверхность царапается). И то и другое мешает правильно прочесть информацию. Но количество циклов считывания практически бесконечно, к тому же оптические носители равнодушны к любому типу радиации. Отсюда можно сделать вывод, что DVD, а в ближайшем будущем и BR диски хорошо подходят для длительного хранения фотоархивов, следует лишь позаботиться о надежной упаковке. То есть архив получается компактным и весьма надежным, но не удобен для пополнения и/или перезаписи — время записи одного DVD диска может доходить до часа. Наиболее надежными являются диски от Verbatim или TDK при условии, что они настоящие. Лучше всего искать носители со словами в названии «ExtraLife», «Life Plus» и подобные, говорящие о повышенной надежности хранения.

Жесткие диски — «винчестеры» — давно и прочно обосновались в нише оперативного хранения информации. Современная технология позволяет создавать носители емкостью до десятков Терабайт (!), куда можно записать любой мыслимый фотоархив. Жесткие диски обеспечивают высокую скорость обмена данными, огромное количество циклов перезаписи при невысокой цене и приемлемой надежности. Но следует помнить, что жесткий диск — сложное и точное механическое устройство, пусть даже высокотехнологичное. Поэтому надежность хранения определяется как условиями эксплуатации, так и качеством конкретного экземпляра. Поскольку используется магнитная запись, винчестеры «боятся» сильных магнитных полей и механических перегрузок, особенно во время работы. Восстановление сбойного носителя может обойтись очень дорого или вообще выходить за рамки возможностей мастера. Но в более-менее комфортных условиях жесткий диск практически идеален для хранения фотоархива, даже постоянно обновляемого. Тем более, существуют простые способы на порядок повысить надежность хранения — использование одновременно нескольких жестких дисков в так называемом RAID-массиве. Массив можно организовать на большинстве домашних компьютеров или же приобрести специализированное устройство (обычно в пределах 300$). Принцип прост: хранилище создается из нескольких одинаковых жестких дисков, специальный контроллер дублирует и контролирует целостность записанных данных, постоянно мониторит состояние каждого носителя. При выходе из строя (что случается крайне редко) одного или даже двух дисков — информация не потеряется и восстановится при подключении новых чистых винчестеров. Таким образом, надежность хранения многократно возрастает, ведь даже один жесткий диск — весьма надежен и может работать много лет не выключаясь. К минусам такого решения следует отнести громоздкость, высокую цену плюс необходимость некоторых познаний в компьютерном «железе» и настройках «софта». Эти недостатки с лихвой компенсируются скоростью и надежностью архива в средних домашних условиях. Отлично показывают себя винчестеры WesternDigital (WD), Samsung, Hitachi, желательно поискать модель для повышенных нагрузок — будет подороже, но надежней.

Удаленные хранилища данных. С развитием интернета появились многочисленные файловые хостинги — сайты, на которые можно закачать свои документы (не важно, фото ли, видео или просто файлы) в пределах отведенных квот и в любое время получить доступ к файлам через любой компьютер, подключенный к глобальной сети. Обычно бесплатно предоставляется весьма скромный объем, который можно расширить за такие же скромные деньги. Сервисы наперебой хвалятся надежностью и защищенностью данных — и многие не голословно. Крупные компании могут позволить себе самое современное и супернадежное хранилище файлов под присмотром опытных специалистов. Системные администраторы делают все, чтобы не допустить взлома персональных дисков. И тем не менее — кто поручится, что через десять лет эта компания все еще будет существовать? Кто гарантирует, что не найдется хакер, который из хулиганских побуждений выложит ваши персональные файлы на всеобщее обозрение? Да и сам доступ к сети сегодня есть — завтра нет. И все же удаленные хранилища очень удобны, особенно совместно с быстрым интернетом и отлично подходят для накопления, обновления и формирования архива, который в свою очередь будет сохранен на более подходящем носителе. Ссылок сознательно не даю, поскольку не обладаю информацией о надежности того или иного сервиса. Сам пользуюсь зарубежным «DropBox» — показалось удобно, да и сервис уже не новый.

И наконец, общее, очень важное правило , действующее независимо от типа выбранного носителя информации: ДЕЛАЙТЕ РЕЗЕРВНЫЕ КОПИИ! Именно так, прописными буквами! Пусть лень, нет времени или дорого — при первой же возможности делайте копии на разные носители. Лично у автора основной архив, который «на века» — лежит на двух десятках DVD, причем каждый диск в двух экземплярах. Оперативный архив — на RAID-массиве домашнего компьютера, а наиболее ценные файлы дублированы на удаленное хранилище в интернете. Вместо массива можно использовать пару-тройку больших флэшек или внешних жестких дисков, только обязательно делать копии на все, не лениться. Помните, что восстановить испорченный носитель информации сложно, дорого и не всегда возможно.