UTK - Aparaty i kamery

Zasady działania aparatu cyfrowego
Aparat cyfrowy tak naprawdę nie musi posiadać mechanicznej migawki. Wciśnięcie spustu uruchamia
mechanizm rejestrujący obraz. Światło pada na filtr barwny i odpowiednio za jego sprawą skorygowane
dociera do czujnika elektronicznego zwanego matrycą. Matryca wysyła impulsy elektryczne o odpowiednim
natężeniu do przetwornika analogowo cyfrowego, który przetwarza owe analogowe sygnały, na dane
cyfrowe. Następnie ma miejsce ewentualna kompresja i zapis danych zazwyczaj na karcie pamięci, choć
niektóre firmy wdrażają inne rozwiązania jak mikrodyski, a nawet płyty CD-R.
Na matrycy barwnej znajduje się filtr, przy pomocy którego uzyskuje się odpowiednie kolory na zdjęciach.
Najbardziej popularny jest filtr mozaikowy wykorzystujący tzw. wzór Bayera. Jak widać na ilustracji, co drugi
element tego filtru jest zielony. Wynika to z faktu, że ludzkie oko jest najbardziej czułe na światło z zakresu
zieleni. Poszczególne elementy filtru ułożone są w taki sposób, aby każdy z nich znajdował się dokładnie
nad odpowiednim czujnikiem.
Przez filtr czerwony przechodzi najwięcej światła czerwonego. Analogicznie w przypadku filtru zielonego i
niebieskiego. Proces ten określa się mianem separacji kolorów. Należy mieć jednak świadomość, iż przez
filtr o barwie np. zielonej przechodzi również pewna dawka światła niebieskiego i zielonego.
wzór filtrów czerwonych wzór filtrów zielonych wzór filtrów niebieskich
Pewnie zdajesz sobie już z tego sprawę, że aparat cyfrowy jest swego rodzaju małym komputerem. Jak
każdy komputer posiada stosowne oprogramowanie do przeprowadzania określonych procesów. W tym
przypadku mowa oczywiście o zebraniu informacji z trzech siatek filtrów, a następnie uśredniającej analizie,
która ma na celu ustalenie możliwie najtrafniejszego odwzorowania barw na zdjęciu. Owa analiza to tzw.
interpolacja barwna.
Aparaty cyfrowe wyposażone są najczęściej w jeden z dwóch typów matryc: CCD lub CMOS. W przypadku
matrycy CCD, praktycznie cały obszar przeznaczony do rejestracji obrazu jest przeszukiwany celem
możliwie najbardziej szczegółowego odwzorowania kolorów. Następuje to w sposób szeregowy poszczególne linie, “szeregi” przylegających do siebie czujników przekazują sobie zarejestrowane dane. Na
końcu każdego szeregu tworzą się swoiste węzły, które z kolei również w sposób szeregowy przesyłają
informacje dalej celem ostatecznej analizy uśredniającej. Taki sposób rejestracji obrazu wymaga oczywiście
od aparatu pewnej dawki czasu, która decyduje o tym jak szybko będzie można wykonać następne zdjęcie.
Technologia CCD jest stosunkowo niedroga lecz nie pozwala na wszechstronność zastosowania w
odróżnieniu od technologii CMOS. Ponadto CCD daje dobrej jakości, czysty sygnał, ale pracuje przy
stosunkowo wysokim napięciu zmiennym, toteż - jak nietrudno się domyślić - nie zalicza się do
energooszczędnych rozwiązań.
Matryca typu CMOS rejestruje obraz w nieco inny sposób. Każdy jej element zapisuje obraz oddzielnie. Do
tak uzyskany danych można dotrzeć poprzez podanie współrzędnych danego elementu. Zwiększa to
wszechstronność matrycy ponieważ może ona zostać wykorzystana nie tylko do rejestracji obrazu, lecz
także do określenia parametrów naświetlenia, a nawet automatycznego ustawiania na ostrość. Co więcej
matryce typu CMOS produkowane są w tym samym procesie technologicznym co np. procesory, czy
pamięci RAM dlatego mogą być wzbogacone o dodatkowo zintegrowane w układzie obwody. A jeśli mniej
części, to mniejsze koszty i większa niezawodność. Jeszcze większego kolorytu w dyskusji na temat wyboru
matrycy dodaje fakt, że typ CMOS pracuje przy stałym, niższym niż typ CCD napięciu.
Kamery cyfrowe, podobnie jak aparaty fotograficzne i skanery oparte są na matrycy CCD (z ang. ChargeCoupled Device - układ ze sprzężeniem ładunkowym). Sensor optyczny złożony właśnie z elementów CCD
odczytuje natężenie światła padającego na pojedynczy jego element. Natężenie światła jest wprost
proporcjonalne do ilości fotonów padających na element matrycy i związanym z tym pobudzeniem
elektrycznym. Specjalny układ odczytuje rzędami wartości natężenia prądu wyzwalanego w poszczególnych
elementach CCD. Otrzymane w ten sposób analogowe dane zostają wzmocnione i poddane konwersji do
postaci cyfrowej, a często nawet dodatkowo kompresowane. W ten sposób uzyskiwana jest informacja o
jasności danego obrazu. Kolor poszczególnych punktów obrazu ustalana jest na podstawie analizy
podstawowych kolorów składowych: czerwonego, zielonego i niebieskiego według standardu RGB.
Każdemu z nich przypisany zostaje jeden z kolorów a odczyt końcowy uzyskuje się dzięki interpolacji
odczytu sąsiadujących ze sobą detektorów. W kamerach wideo stosuje się wyłącznie obiektywy
zmiennoogniskowe, czyli tak zwane zoomy.
Podstawowe elementy kamery cyfrowej:
Ekran
Im większy panel LCD wbudowano w kamerze, tym lepiej widać w nim to, co nagrywamy i tym wygodniej
przeglądać zapisane klatki. Niektóre wyświetlacze działają fatalnie przy jasnym, słonecznym świetle - a jest
to otoczenie, w którym najczęściej będziemy filmować. Większość kamer posiada zarówno wyświetlacz, jak i
wizjer, z których możesz korzystać zamiennie. Wizjer szczególnie przydaje się podczas kręcenia w jasno
oświetlonych miejscach. Ponadto zużywa mniej energii, co przedłuża czas działania baterii.
Soczewki
Każda kamera cyfrowa posiada soczewki optyczne, które pozwalają robić zbliżenia filmowanych obiektów.
Co ciekawe producenci nie zawsze jasno podają specyfikacje zoomu optycznego i cyfrowego. Bardziej
powinny interesować nas dane dotyczące maksymalnego zoomu optycznego, gdyż mówi ona o tym, jakie
maksymalne zbliżenie może osiągnąć sama soczewka bez wspomagania. Większość współczesnych kamer
posiada zoom 10 X, co powinno w zupełności wystarczyć. Natomiast zoom cyfrowy powiększa obraz
uzyskany przy maksymalnym zbliżeniu zoomu optycznego, a kamera powiększony fragment dopasowuje do
ekranu. Ta metoda prowadzi do kręcenia nieostrych ujęć, które ogólnie nie wyglądają zbyt dobrze.
Stabilizacja obrazu
We wszystkich kamerach cyfrowych znaleźć można jeden z dwóch typów mechanizmów stabilizacji ekranu optyczny lub elektroniczny. Przy optycznej stabilizacji, mechanizm z soczewkami porusza się by
skompensować poruszenie kamerą. Elektroniczna stabilizacja obrazu polega natomiast na tym, że zanim
obraz trafi na panel LCD, sfilmowane klatki 'przepływając' przez CCD (przetwornik obrazu) są analizowane i
poddawane stosownej obróbce w wewnętrznych obwodach kamery. Stabilizacja optyczna daje zwykle
lepsze efekty, ale jest montowana w droższych modelach kamer.
Baterie
Czas nagrywania i odtwarzania na baterii dostępnej w zestawie z kamerą zależy od modelu - baterie
większości dostępnych na rynku urządzeń wystarczają na, co najmniej, godzinę nagrywania klub
odtwarzania. Dodatkowe baterie o większej pojemności kosztują od 50 do 100 USD.
Mikrofony
Przy nagrywaniu filmów dźwięk jest prawie tak samo istotny, jak obraz. I tak lepszy dźwięk zapewniają
kamery z mikrofonem montowanym z przodu urządzenia, niż te z montowanym na szczycie. Chodzi przede
wszystkim o to, że w kamerach z mikrofonem na szczycie głos otoczenia często zagłuszany jest głosem
operatora. Niektóre kamery oferują również mikrofony z zoomem - gdy zostanie użyty zoom mikrofon, który
zwiększa moc głosu przybliżanego obiektu. Wiele kamer ma również wejście pozwalające na podłączenie
zewnętrznego mikrofonu - szczególnie przydatne, jeśli planujecie nagrywać prezentacje czy przemowy.
Przyciski i sterowanie
Zakup najwspanialszej kamery cyfrowej nie przyniesie żadnego zadowolenia jeśli nie będziecie w stanie
wygodnie jej używać. Zauważyliśmy, że małe kamery mogą być kłopotliwe w eksploatacji ponieważ ich
przyciski nie pasują naturalnie do ułożenia palców - problem szczególnie dotyka osób o dużych dłoniach.
Nośniki pamięci
Większość kamer video nagrywa w formatach MiniDV lub DVD. Jednak obok tych najbardziej
rozpowszechnionych można spotkać kilka innych - m.in. Digital 8 (firmy Sony), MicroMV, oraz na karty
pamięci flash. Kamera video Digital 8 nagrywa cyfrowo na taśmy wideo w systemie Hi-8 a także może
odtwarzać filmy taśm nagrywanych na analogowych kamerach wideo. Mniej pozytywnym aspektem jest fakt,
że kamery wideo (stosujące taśmy w systemie Hi-8 są zazwyczaj większe niż modele MiniDV. Kamery
MicroMV stosują rodzaj taśmy która jest mniejsza od taśmy MiniDV - w rezultacie kamery, które ich używają
są mniejsze od modeli MiniDV. Kamery wideo zapisujące wideo na kartach pamięci flash są jeszcze
mniejsze, jednak ich czas nagrywania jest ograniczony pojemnością karty.
Model 3CCD
Niektóre kamery MiniDV do nagrywania używają trzech przetworników CCD zamiast jednego. Każdy z nich
rejestruje jedną z barw składowych obrazu (czerwony, zielony i niebieski). Po przetworzeniu łączne są w
jeden strumień, który daje nam obraz. Taka metoda z założenia powinna zapewnić lepszą jakość obrazu.
Jednak warto zauważyć, iż przetwornik CCD nie jest jedynym czynnikiem składającym się na jakość obrazu.
Filmowanie panoramiczne
Niektóre kamery pozwalają na robienie zdjęć w formacie (panoramicznym) 16 x 9, który obsługują telewizory
HD (mimo iż kamera nagrywa systemie SD). Warto zauważyć ze niektóre kamery stosują przetworniki CCD
z oryginalnym ustawieniem 16 x 9, tak iż można uzyskać pełen obraz z przetwornika CCD filmując w
formacie szerokokątnym. Pozostałe stosują CCD z tradycyjnym ustawieniem 4 x 3 i używają jedynie części
sfilmowanego obrazu w formacie szerokokątnym.
Kamera internetowa – to kamera cyfrowa podłączana bezpośrednio do komputera zazwyczaj za pomocą
złącza USB. Kamera może transmitować obrazy statyczne (co pewien czas, zwany czasem odświeżania,
przesyła pojedynczy obraz) lub transmisja może odbywać się w sposób ciągły (tzw. streaming cams).
Kamera internetowa jest urządzeniem, które przekształca filmowany obraz do postaci sygnału
cyfrowego, łatwego do obrobienia i przesyłania.
Przy pomocy obiektywu filmowany obraz rzutowany jest na scalony przetwornik obrazu (najczęściej
CMOS), który wytwarza jego elektroniczną kopię. Elektroniczny obraz przesuwany jest za pomocą rejestrów
przesuwnych do przetwornika analogowo – cyfrowego. Procesor obrabia sygnał z przetwornika A/C i
przesyła obraz z kamery w postaci cyfrowej do komputera (najczęściej przy pomocy standardu USB).
Odpowiednie sterowniki i oprogramowanie pozwalają na przetwarzanie obrazu. Filmowana scena może być
wyświetlana na ekranie, zapamiętana w postaci zdjęcia lub sekwencji filmowej na dysku twardym,
przesyłana do internetu itp. Jeżeli kamera posiada możliwość autonomicznej pracy to obrazy z kamery mogą
być zapisywane w wewnętrznej pamięci.
Scalony przetwornik obrazu
Obiektyw
Przetwornik A/C
Procesor
sterujący
USB
Pamięć wewnętrzna
Komputer z oprogramowaniem