Magdaléna Kršňáková Štěpán Holubec Digitální fotografie Magdaléna Kršňáková Štěpán Holubec

Vývoj digitální fotografie 1969 George Smith a Williard Boyle vynalezli CCD snímač 1970 CCD snímač byl zabudován do fotoaparátu 1981 – Sony - první fotoaparát MAVICA (MAgnetic Video Camera), který zaznamenával obraz na elektronické prvky CCD 2.pol. 90.let největší rozšíření

Princip záznamu obrazové informace V současné době se k záznamu se používají dvě technologie: CCD (Charge Coupled Device) CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductors) V obou případech lze proces záznamu rozdělit do pěti kroků.

Vytvoření a transformce obrazu Na záznamový prvek dopadá světlo prostřednictvím optických systémů složených z čoček, zrcadel apod. Cíl : Zvětšení nebo zmenšení obrazu Separace barevných složek obrazu Konverze do oblasti vlnových délek viditelného spektra Zesílení optického signálu Objektiv - vytvoření zmenšeného (někdy zvětšeného) obrazu na záznamové ploše světlocitlivého senzoru. ohnisková vzdálenost, tj. zvětšení (optický zoom) světelnost Výhodné použití optických prvků vyrobených z optických vláken, které lze využít k přímému připojení světelného zdroje k senzoru. Tyto objektivy: mají mnohem větší světelnost než objektivy tvořené čočkami.

Separace barevných složek Záznam pomocí tří oddělených jednobarevných světlocitlivých senzorů (vynikající kvalita, ostrost, barevný souběh a vysoká záznamová rychlost) Záznam pomocí jednobarevného senzoru, barevné složky snímány postupně (delší doba záznamu, avšak při použití interferenčních filtrů vysoká kvalita) Čtvercová matice obrazových bodů – zelené světlo snímáno dvojnásobným počtem pixelů s ohledem na spektrální charakteristiku lidského oka (nižší kvalita – výsledná barva je dána interpolací barev sousedních obrazových bodů, horší rozlišovací schopnost – na stejné ploše umístěny obrazové body pro všechny barevné složky, rychlost srovnatelná s prvním způsobem

Zaznamenání barevných složek obrazu Dopadající světelné záření způsobuje u všech tří principů lokální generaci elektrického náboje v místech obrazových bodů. Full Well Capacity - maximální množství náboje, které je možno v daném místě vygenerovat nízká koncentrace nábojů = závislost mezi dopadajícím světelným zářením a množstvím vygenerovaného náboje lineární vyšší koncentrace = dochází k saturaci => přetečení náboje do sousedních pixelů způsobenému přeexponováním tzv. blooming

Plnící kapacita souvisí tedy s velikostí pixelů a určuje tzv Plnící kapacita souvisí tedy s velikostí pixelů a určuje tzv. dynamický rozsah. Udává se počtem elektronů, které mohou být v pixelu zachyceny. Digitální fotoaparáty umožňují zpravidla možnost volby záznamu obrazu v některém z následujících módů : Mód s vysokou citlivostí Mód s velkým dynamickým rozsahem Mód s vysokým poměrem signál – šum

Přenos elektrického náboje Používají se čtyři odlišné principy : Full Frame CCD s mechanickou uzávěrkou užívají stejné obrazové pole pro expozici fotonem, integraci náboje i jeho přenos; pixely jsou zpravidla čtvercové Interline-Transfer CCD s meziřádkovým přenosem náboje paralelní neprůhledný paměťový registr mezi sloupci pixelů, na jehož exponované ploše se obraz akumuluje; během čtení CCD se celý obraz přesune do skrytého posuvného registru Frame - Transfer CCD s přenosem snímků oddělené obrazové a paměťové pole; zaznamenaný latentní obraz přesunut do paměťového registru a během další expozice je přesunut k okraji senzoru, kde je digitalizován Charge Injection Devices – CID s přímou adresací pixelů umožňuje přímí přístup k jednotlivým pixelům; užívá se v CCD i CMOS senzorech; umožňuje destruktivní nebo nedestruktivní čtení obrazu

Digitalizace signálu Analog Digital Unit – ADU – převodník Barevná hloubka – určuje ji počet kvantovacích úrovní digitalizovaného signálu (počet barev, které lze na obrázku rozlišit) Nejčastěji se provádí záznam obrazů ve 24 bitové nebo 36 bitové barevné hloubce (rozlišení až 16,7 milionů, 68,7 miliard, barev) U digitálních fotoaparátů je informace ukládána ve formátu RAW nebo ve formátech využívaných u osobních počítačů TIFF, JPEG

Snímací zařízení Charge Coupled Device (CCD) Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) Foveon X3

CCD Princip činnosti Využívají fyzikální jev – fotoefekt (fotony při nárazu do atomů dokáží přemístit některý z jeho elektronů do ze základního stavu do tzv. excitovaného stavu) Činnost lze rozdělit : Příprava CCD Expozice obrazu Snímání obrazu

Konstrukce CCD Vlastnosti Lineární – snímají pouze jednorozměrný obraz (čtečka čárového kódu, fax, scanner) Plošné – spojení mnoha lineárních CCD na jediném čipu Vlastnosti Velikost a rozlišení – velikost se udává v palcové míře (odvozeno od snímacích elektronek, tzv. vidikonů); rozlišení se udává v Mpx) Dynamický rozsah – udává jej rozsah od černé k bílé, kterou je ještě CCD schopen rozlišit Šum – základní příčinnou je tepelný pohyb krystalové mřížky polovodiče; okamžitá hodnota je různá v každé buňce a expozici - nelze stoprocentně odstranit Vinětace – nekolmost dopadajících paprsků Blooming – překročení kapacity pixelů (rovnoběžné čárky)

CMOS Pomocí technologie CMOS se vyrábějí čipy do pc, ale ve fotoaparátech jsou novinkou Výhody : digitální výstup - každá buňka má svůj vlastní vývod a díky tomu je digitalizace provedena v jeden časový okamžik (sériové snímání) nižší spotřeba energie Nevýhody : digitální fotoaparát musí mít patřičně velkou cache paměť pro dočasné uložení

Foveon X3 2002 firma Foveon - zcela nová technologie snímání obrazu. Obsahuje tři silikonové vrstvy z nichž každá pohlcuje jednu barvu, takže každá fotocitlivá buňka Foevonu X3 dokáže zachytit všechny tři barevné složky. Díky tomu je přístroj s čipen Foevon X3 a rozlišením 4Mpix schopen konkurovat přístroji s klasickým CMOS či CCD čipem s rozlišením 16Mpix. Zatím existují pouze dva fotoaparáty s tímto čipem. Jsou to profesionální SLR Sigma SD9 a SD10.

Závěr Všechny nové technologie se budou do budoucna zaměřovat nejen na zvýšení kvality fotografií, ale také na výdrž fotoaparátů. Jedním z dalších problémů digitálních fotoaparátů je barevná hloubka. Ke zlepšení může napomoci čip Faveon X3, avšak se zvyšujícím se rozlišením roste i velikost fotografií a tím pádem nároky na paměti. Každým rokem se hranice digitálních fotoaparátů posunují, avšak svou oblibu si stále drží analogové fotoaparáty. Těžko říci, co bude následovat…

Zdroje : www.wikipedia.cz www.fotografovani.cz www.megapixel.cz http://digineff.cz