VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Введение

Развитие цифровых фотоаппаратов было бы невозможно без использования новейших цифровых технологий. Чтобы полностью и достоверно понять, что представляет из себя цифровой фотоаппарат, необходимо разобраться в термине «цифровая технология».

Цифровые технологии в короткий отрезок времени прочно вошли в нашу жизнь. Еще каких-то двадцать лет назад не каждый мог позволить себе мобильный телефон, сегодня же цифровые устройства есть у каждого. Цифровое устройство- техническое устройство или приспособление, предназначенное для получения и обработки информации в цифровой форме, используя цифровые технологии.

Цифровая технология работает, в отличие от аналоговой, с дискретными, а не непрерывными сигналами. Кроме того, сигналы имеют небольшой набор значений, как правило, два или, чаще, три. Обычно это 0, 1, NULL которые в булевой алгебре имеют значения «Ложь», «Истина» и «отсутствие результата» соответственно.[4]

Сегодня большинство электронных устройств (по большей части бытовых) построено на использовании цифровых технологий [1, 2]. Цифровыми аппаратами являются аппараты вычислительной электроники, прежде всего компьютеры, а также устройства из различных областей электротехники, такие как игровые автоматы, роботы, измерительные приборы, радио- и телекоммуникационные устройства, и многие другие.

Плюсы цифровых технологий:

• Одно из преимуществ цифровых схем по сравнению с аналоговыми заключается в том, что у первых сигналы могут быть переданы без искажений. Например, непрерывный звуковой сигнал, передающийся в виде последовательности 1 и 0, может быть восстановлен без ошибок при условии, что шума при передаче было недостаточно, чтобы предотвратить идентификацию 1 и 0.

• Цифровыми системами с компьютерным управлением можно управлять с помощью программного обеспечения, добавляя новые функции без замены аппаратных средств. Часто это может быть сделано без участия завода-изготовителя путем простого обновления программного продукта. Подобная функция позволяет быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям.

• Кроме того, возможно применение сложных алгоритмов, которые в аналоговых системах невозможны или же осуществимы, но только с очень высокими расходами.

• Хранение информации в цифровых системах проще, чем в аналоговых. Помехоустойчивость цифровых систем позволяет хранить и извлекать данные без повреждения. В аналоговой системе старение и износ может ухудшить записанную информацию. В цифровой же, до тех пор, пока общие помехи не превышают определенного уровня, информация может быть восстановлена ​​совершенно точно.

Минусы цифровых технологий:

• В некоторых случаях цифровые схемы используют больше энергии, чем аналоговые для выполнения одной и той же задачи, выделяя больше тепла, что повышает сложность схем, например, путем добавления кулера. Это может ограничить их использование в портативных устройствах, питающихся от батареек.

• Цифровые схемы иногда дороже аналоговых.

• Возможна также потеря информации при преобразовании аналогового сигнала в цифровой. Математически это явление может быть описано как ошибка округления.

• В некоторых системах при потере или порче одного фрагмента цифровых данных

Перспективы развития

• Межаппаратная коммуникация: холодильник может сообщать о том, что нужно купить, присылая уведомление на смартфон.

• Новые виды пользовательского интерфейса (кнопки - сенсор – мысли - взгляд).

• Унифицирование аппаратов, подгон под один стандарт, замена многих аппаратов одним, объединение множества функций в одном устройстве.

• Подзарядка устройств без контакта с источником питания (зарядка по воздуху).

Теперь, когда стал понятен термин «цифровая технология», можно перейти к рассмотрению термина «цифровой фотоаппарат».

Цифровые фотоаппараты

Цифровой фотоаппарат—фотоаппарат, в котором для записи оптического изображения используется полупроводниковая фотоматрица и цифровое запоминающее устройство. Аналоговый сигнал с матрицы с помощью АЦП (аналого-цифровой преобразователь) преобразуются в цифровые файлы и записывается на накопитель в фотоаппарате или другом внешнем устройстве.[4]

Этапы создания.

Первый цифровой фотоаппарат был упомянут Аланом Арчибальдом Кэмпбелом Свинтоном в 1908 году. Он печатает в журнале Nature статью, в которой описывает электронное устройство для регистрации изображения на электронно-лучевой трубе. Позже, инженер выступает в Лондоне с речью, где говорит, что эта технология применима и для телевидения. 1972 году компания Texas Instruments запатентовала устройство под названием «Полностью электронное устройство для записи и последующего воспроизведения неподвижных изображений». В качестве чувствительного элемента в нем использовалась ПЗС - матрица, изображения хранились на магнитной ленте, а воспроизведение происходило через телевизор. Данный патент практически полностью описывал структуру цифровой камеры, несмотря на то, что сама камера фактически была аналоговой. ПЗС-матрица-прибор с зарядовой связью - специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.

Через три года инженер Стив Сассон, работавший в компании Kodak, создал первую работающую камеру на ПЗС-матрице производства Fairchild. Камера весила почти три килограмма и позволяла записывать снимки размером 100x100 пикселей на магнитную кассету (один кадр записывался 23 секунды).

В 1976 году Fairchild выпускает первую коммерческую электронную камеру MV-101, которая была использована на конвейере Procter&Gamble для контроля качества продукции. Это уже была первая, полностью цифровая камера, передававшая изображение в миникомпьютер DEC PDP-8/E по специальному параллельному интерфейсу.

Историю современной цифровой фотографии принято отсчитывать с 1981. Японская компания Sony выпускает камеру Mavica. Она была полноценной зеркальной камерой со сменными объективами и имела разрешение 570×490 пикселей (0,28 Мп). Изобретение камеры Mavica было переворотом, аналогичным изобретению химического фотопроцесса в начале 19-го века. На смену громоздким телекамерам с электронно-лучевыми трубками пришло компактное устройство на основе твердотельного ПЗС-сенсора. Полученные на ПЗС-матрице изображения сохранялись на специальном гибком магнитном диске. Диск был похож на современную дискету, но имел размер 2 дюйма. На него можно было записать до 50 кадров, а также звуковые комментарии. Диск был перезаписываемый и назывался Video Floppy и Mavipak.

Первую камеру, которая записывала кадры на сменную карту памяти статического ОЗУ в 1988 году, выпустила компания Fuji совместно с

Toshiba.В 1991 году Kodak, совместно с Nikon, выпускают профессиональный зеркальный цифровой фотоаппарат Kodak DSC100 на основе камеры Nikon F3. Запись происходила на жесткий диск, находящийся в отдельном блоке, весившем около 5 кг.

Через три года компания Apple выпускает Apple QuickTake 100.Это был настоящий маркетинговый прорыв. Фотокамера имела популярную в те времена форму бинокля и стоила менее 800 долларов. Она позволяла хранить во внутренней Flash-памяти восемь снимков размером 640×480 (0,3 Мп) или тридцать два снимка с половинным разрешением 320×200. Подключалась камера к компьютеру с помощью последовательного порта, питалась от трёх батареек формата AA.

2003 год ознаменовался вытеснением фотоаппаратов на пленке. Цифровые аппараты начали использовать не только любители и профессионалы, но и мастера своего дела, плохо относившиеся до этого времени к цифровым технологиям. [3]

Классификация цифровых фотоаппаратов

1. Фотоаппараты с несменными объективами

Компактные цифровые фотоаппараты

Характеризуется малыми размерами и весом; такой фотоаппарат легко носить с собой постоянно. Визирование по ЖК-экрану, это позволяет точно собрать кадр— удобно для «протокольных» снимков, зачастую доработка в графическом редакторе не нужна вообще. Иногда есть оптический видоискатель, синхронизированный с изменением фокусного расстояния объектива (удобно для съёмки людей, подвижных сцен). Малый физический размер матрицы означает низкую чувствительность или высокий уровень шумов. Также этот тип камер обычно отличает отсутствие или недостаточная гибкость ручных настроек экспозиции.

Псевдозеркальные цифровые фотоаппараты с несменным объективом

Псевдозеркальные цифровые фотоаппараты внешним видом напоминают однообъективную зеркальную камеру, а также, помимо цифрового дисплея, оснащены электронным видоискателем. Изображение в видоискателе такого аппарата формируется на отдельном цифровом экране, или на поворачивающемся основном экране. Как правило, имеют резьбу на объективе для присоединения насадок и светофильтров.

Однообъективные зеркальные фотоаппараты с полупрозрачным зеркалом

Класс аппаратов, в которых наведение на резкость проводится по фокусировочному экрану через съёмочный объектив, однако нет подъемного зеркала. В таких аппаратах оптическая схема содержит полупрозрачное зеркало или светоделительную призму, которая направляет от 10 до 50 % светового потока на фокусировочный экран, а остальное передаётся на матрицу. Как правило, нет возможности менять объектив.

Компактные цифровые фотоаппараты с несменным объективом и постоянным фокусным расстоянием

В основном выполнены в стиле «ретро», имеют матрицу больших размеров, многие снабжены оптическим видоискателем, обладают высокими техническими характеристиками беззеркальных фотоаппаратов. Отличаются высокой ценой.

Сверхкомпактные цифровые фотоаппараты

Характеризуются крошечной матрицей (обычно 1/2,5 видиконных дюймов). Для получения приемлемого качества снимков применяется агрессивное шумоподавление. Также урезают кратность трансфокатора (обычно 3^×или 4^×), фокусное расстояние на «коротком конце», штативное гнездо, ёмкость аккумулятора. Как правило, нет оптического видоискателя. Самым же маленьким серийным фотоаппаратом является Nikon S01, размеры которого всего 77×52×17 мм, а вес 96 г. без элемента питания.

Фотоаппараты, встроенные в другие устройства

Такие фотоаппараты удобны тем, что устройство всегда с собой. Миниатюрны, как правило, нет механики объектива и собственных органов управления. Примерами таких цифровых фотокамер являются камеры смартфонов планшетных компьютеров, автомобильных видеорегистраторов.

2. Фотоаппараты со сменными объективами

Цифровой однообъективный зеркальный фотоаппарат

Основной инструмент профессионального фотографа — и многих фотолюбителей. Матрица, как правило, «полукадровая» (примерно в 1,5 раза меньше плёночного кадра, по площади — в 2—3 раза). Однако существуют модели с полнокадровой (24×36 мм) и даже среднеформатной матрицей. На фокусировочном экране располагается «фазовый автофокус», быстрый и точный. Оптический видоискатель позволяет уловить эмоции объекта съёмки и нажать на кнопку в нужный момент. К тому же этот видоискатель работает через объектив, так что легко контролировать глубину резкости, применять поляризационные и градиентные фильтры. Сменная оптика позволяет приспособить такой фотоаппарат к любому жанру съёмки. Из недостатков — высокая цена, громкий спуск и большие габариты. Затруднена съёмка из нестандартных ракурсов. Видоискатель покрывает не весь кадр (около 85 % в камерах нижнего уровня), поэтому после съёмки практически обязательна доработка фотографий в графическом редакторе. При нажатии на спуск изображение пропадает.

Цифровые дальномерные фотоаппараты

Имеют кроме ЖК-дисплея, оптический видоискатель, совмещённый с дальномером. На 2012 год цифровые дальномерные фотоаппараты представлены тремя моделями: «Epson R-D1», «Leica M8» и «Leica M9». Крепление объективов — байонет Leica M. Отличаются высокой ценой, сочетают высокое качество изображения с непревзойдённой оперативностью съёмки.

Цифровые беззеркальные фотоаппараты

Отсутствие зеркального видоискателя с пентапризмой позволило значительно уменьшить рабочий отрезок камеры и её размеры. Функции TTL-экспонометра и датчика автофокуса переданы светочувствительной матрице. Беззеркальные фотоаппараты получили распространение в конце 2000-х годов, с распространением уменьшенных байонетов наподобие «Микро 4:3».

В свою очередь, беззеркальные цифровые фотоаппараты со сменными объективами делятся на камеры только с ЖК-дисплеем и на псевдозеркальные (с электронным видоискателем). Конструкция некоторых камер позволяет использовать внешний съёмный электронный видоискатель («Olympus PEN E-P2»).

В 2011 году появились первые беззеркальные фотоаппараты, оснащённые матрицей, у которой часть пикселей выделено для автофокусировки методом измерения разности фаз, что существенно увеличило скорость автофокусировки. К таким моделям относятся Nikon 1 V1, Nikon 1 J1, Canon EOS M.[4]

Современные фотоаппараты и перспективы развития

По статистическим данным, спрос на компактные фотоаппараты неуклонно сокращается. Это происходит за счет внедрения фотокамер в корпус смартфонов и планшетов. Многие готовы пожертвовать качеством получаемых изображений ради компактности, удобства пользования и возможности быстрого опубликования в социальных сетях и интернете. В отличие от фотоаппарата, смартфон всегда под рукой, он удобен и быстр в использовании и оборудован большим набором средств беспроводных коммуникаций.

В таких условиях производители компактных фотокамер делают ставку на выпуск моделей, обладающих такими качествами, которые недоступны пользователям встроенных камер. Сегодня на первый план вышли модели двух категорий.

Во-первых, это модели, оборудованные встроенными зум-объективами с большим диапазоном фокусных расстояний. Во-вторых, модели, выполненные в защищенных корпусах, которые предполагают возможность съемки в экстремальных ситуациях, например, в воде.

Рассмотрим модели первой категории. В настоящее время сегмент компактных ультразумов развивается стремительными темпами. Диапазон фокусных расстояний перешагнул за 50 крат, а фокусное расстояние в телеположении за 1000 мм (в эквиваленте для кадра 35-мм фотопленки, ЭФР). Всего несколько лет назад мы могли только мечтать о таких характеристиках, но даже сегодня все еще продолжается «гонка вооружений». Уточню, что речь в данном случае идет не о профессиональной технике, а о любительской.

Модели второй категории - всепогодные аппараты. Современные любительские аппараты такого типа позволяют делать снимки под водой на глубине 10 м., на морозе до -10 и могут выдержать падение с высоты до 1,5м. На данный момент производители разрабатывают модели более устойчивые к перепадам температур, давлению, добавляют новые интересные функции. одной из таких является наличие у аппарата режима видеорегистратора. Владелец такой фотокамеры может превратить ее в видеорегистратор с широкоугольным объективом. Также, производители начали выпускать аппараты со встроенной функцией Wi-Fi. Это позволяет мгновенно передавать изображения по электронной почте или выкладывать их в социальные сети.

Прогресс неумолимо движется вперед и вот перед нами уже объективоподобные камеры. Устройства крепятся на корпусе смартфона и позволяют снимать как фотографии, так и видео высокой четкости (до 1080 линий). Внутри у таких аппаратов имеется слот для карт памяти, а для беспроводной связи с мобильными устройствами имеются встроенные адаптеры Wi-Fi и NFC. Для дистанционного управления процессом съемки и настройками фотоаппарата на мобильное устройство необходимо скачать специальное приложение, которое доступно для гаджетов с ОС Windows Phone, Android, и iOS

После того, как в прошлом году стартовала кампания по популяризации видео с разрешением Ultra HD (или 4К), можно было не сомневаться в том, что это привлечет интерес производителей фототехники. Действительно, сегодня мы имеем прототип такой камеры от компании Panasonic.

Приоритетными направления развития в этом году станут ультразумы и модели во всепогодном исполнении. Так же на рынке появляется все больше аппаратов с функцией Wi-Fi. Видимо таким образом производители пытаются привлечь внимание покупателей, все же не полностью удовлетворенных качеством изображений на своих гаджетах и смартфонах. Кстати, этой же аудитории принадлежат объективоподобные аппараты.

Ценовая политика

В 1988 году компания Canon выпустила камеру RC-250 Xapshot для обычного потребителя. Она стоила 149$ в Америке, но покупателю нужно было заплатить еще 999$ за аккумулятор, карту с программным обеспечением и дискету. Немалая сумма даже в наши дни за низкое качество изображений.

В 1991 году Kodak выпускает модель DSC100. Первый цветной зеркальный цифровой фотоаппарат с разрешением более 1 мегапикселя. Цена варьировалась от 20 до 25 тыс. долларов. Камера была нацелена на профессионального потребителя, о чем говорит ее цена, разрешение и быстрота передачи снимков из удаленных мест.

В 1994 году компания Apple выпускает цветную фотокамеруQuickTake 100. Вообще-то данная модель на самом деле была изготовлена компанией Kodak. Фотокамера имела неплохое качество изображения по тем меркам и позволяла хранить до 8 снимков в своей памяти. Стоимость данной модели составила около 800$.

17 мая 2000 года анонсировала модель Canon EOS. Конструкция разработана на основе плёночных зеркальных фотоаппаратов Canon и крепится на шасси из нержавеющей стали с пластмассовыми внешними крышками. Считается первой самостоятельной цифровой разработкой компании Canon ранее сотрудничавшей с Kodak. Фотокамера пользовалась спросом до 2007 года. Имела неплохие отзывы от пользователей и в 2010. стоимость на 2010 год составила примерно 430$.

2005 году Nikon выпускает модель D200. Относится к аппаратам средней ценовой категории и занимает промежуточное положение между профессиональными и любительскими камерами. Имеет разрешение в 10 мегапикселей, может поддерживать изображения в формате JPEG и NEF. Цена данной модели начиналась от 1200$. Выпущенный в начале 2014 года, Nikon D3300 — цифровой однообъективный зеркальный фотоаппарат начального уровня компании Nikon с 24,2-мегапиксельной КМОП-матрицы формата DX. цена модели 860$.

Японский производитель Sony в этом же году выпускает элегантную модель Sony Cyber-shot DSC-WX220. Этот цифровой фотоаппарат предназначен для пользователей-любителей. Обладает всеми современными характеристиками: встроенный Wi-Fi модуль, скорость съемки 10 кадров в секунду, разрешение матрицы 18,2. Аппарат имеет неплохие отзывы у покупателей. Легкий, удобный в использовании, дает отличное качество фотографий для моделей своего типа. Самый главный плюс в цене, модель можно приобрести в магазинах от 210$.

Следующая модель NIKON Coolpix S3600 Red. Ее стоимость около 120$. Аппарат предназначен для начинающих пользователей. Модель не обладает очень хорошими характеристиками. Разрешение 20,1 Мпикс, оптический зум 8х, встроенная вспышка - это, пожалуй, все, чем он может похвастаться. По отзывам покупателей, аппарат не обладает четкостью изображения, медленно прогружается.[4]

Некоторые данные для удобства пользования сведены в таблицы1 и 2. [5, 6]

Таблица 1- Сравнение полноразмерных зеркальных фотоаппаратов 2013.14г

Модель	Характеристики			Цена, р
	Матрица	Дисплей	Съёмка
Canon EOS 1100D	КМОП 12.2 Мпикс 4k*2.5k	2.7’’ 230 тыс. пикс.	ISО: 100-6400	11800 - 22989
Sony ALPHA DSLR-A290	ПЗС 14.2 Мпикс 4.5k*3k	2.7’’ 230 тыс. пикс.	ISО: 100-3200 2.5 кадр/с	10500 - 18700
Nikon D5300	КМОП 24.1 Мпикс 6k*4k	3.2’’ 1037 тыс. пикс.	ISО: 100-12800 5 кадр/с	23990 - 43020

Таблица 2- Сравнительная таблица компактных зеркальных фотоаппаратов 2014 г

Модель	Характеристики			Цена, р
	Матрица	Дисплей	Съёмка
Nikon 1 J4	КМОП 18 Мпикс 5k*3.5k	3’’ 1037 тыс. пикс.	ISО: 160-12800 5 кадр/с	21990
Panasonic Lumix JM1	Live MOS 16 Мпикс 4.5k*3.5k	3’’ 1036 тыс. пикс.	ISО: 125-25600 5 кадр/с	30000
Pentax Q7	BSI КМОП 12.4 Мпикс 4k*3k	3’’ 460 тыс. пикс.	ISО: 100-12800 5 кадр/с	22990

Заключение

Цифровые устройства стали неотъемлемой частью современного обывателя. Ежегодно производители дополняют свои устройства различными функциями, которые со временем становятся незаменимыми. Прогресс не стоит на месте и еще вчера цифровые устройства, поражавшие своими, казавшимися невероятными функциями, кажутся сегодня устройствами прошлого века. Поэтому нельзя даже предполагать, какими устройствами будут пользоваться наши дети, возможно даже, что канет в лету и сама цифровая технология, и на её место придёт более совершенная.

Список используемой литературы.

1. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники — Cambridge University Press — 1989.

2. А.Б Зайцев. Тенденции развития цифровых фотоаппаратов. — КомпьютерПресс — 2014.

3. С. Асмаков. Тенденции развития цифровой фототехники. Электронный журнал. http://hardnsoft.ru — 2014.

4. Цифровые технологии. Электронная библиотека. http://ru.wikipedia.org.

5. Электронный каталог Яндекс. http://market.yandex.ru

6. Каталог аксессуаров для фото- и видеопродукции. — Канон Ру — 2013.

12

Код для цитирования: Скопировать