5.4. Цифровые фото- и видеокамеры

Как и сканеры, цифровые камеры воспринимают графические и видеоданные с помощью ПЗС, но объединенных в прямоугольную матрицу.

Основные параметры фотокамер.

1. Разрешение, оно напрямую связано с количеством ячеек ПЗС в матрице. Измеряется в мегапикселях (Мп) – миллионах ячеек в матрице. В последнее время наблюдается интенсивный рост разрешающей способности цифровых камер. В 2004 году потребительские модели цифровых фотоаппаратов имели от 1 до 5 Мп. С тех пор эта величина выросла в несколько раз. Разрешение в 10 мегапикселей уже соответствует разрешению фотопленки среднего качества.

Разрешение определяет предельный размер, до которого можно увеличивать изображение без потери качества. Качественная фотография должна иметь размер пикселя не более 0,1 мм. При таком размере с расстояния 30 см человек с хорошим зрением не сможет увидеть отдельные пиксели, изображение будет выглядеть как непрерывное.

Таблица 3. Разрешение и допустимый размер фотографии.

Число мегапикселей	Число точек	Размер фото с точкой 0,1 мм
1,23	960 х 1280	9,6 х 12,8 см
5,04	1944 х 2592	19 х 26 см
17,76	3650х4867	36,5х48,7 см

Для каждого разрешения можно подсчитать предельный размер фотографии, после которого изображение будет некачественным (таблица 1). При печати происходит преобразование электронных пикселей в печатные точки, которые имеют другую форму. Так что квадратных пикселей мы не увидим. Для струйных принтеров изображение станет нерезким, размазанным, для лазерных – зернистым..

Таким образом, фотоаппарат с разрешением около 1 мп позволяет получить небольшие фотографии порядка 10 х 12 см, а при 5 мп можно получать отпечатки, сравнимые с размером бумаги формата А4. И даже очень высокое разрешение дает размер небольшого плаката. Более крупные отпечатки и печать увеличенных фрагментов будут уже некачественными.

Надо сказать, что существуют цифровые фотоаппараты с матрицами сверхвысокого разрешения. Например фотоаппараты Hasselbad имеют матрицу 30-70 Мп. Но стоимость такой техники очень высока, превышает 30 тысяч долларов. Дешевле купить качественный пленочный фотоаппарат и решать те же задачи, используя мелкозернистую пленку. Однако поскольку такая техника выпускается, причем несколькими компаниями, на нее имеется спрос.

2. Увеличение. Может быть оптическое и цифровое.

При цифровом увеличении пиксель разбивается на сетку из более мелких пикселей, и цветовые характеристики этих мелких пикселей немного изменяются, в зависимости от окружения большого пикселя. Но никакой новой информации о мелких деталях объекта съемки не добавляется, и добавляться в принципе не может. Реальная польза от такой операции невелика, однако высокие цифры программного увеличения могут произвести впечатление на несведущего человека.

Оптическое увеличение – вещь полезная, оно делает далекие предметы близкими, мелкие – крупными. В цифровых камерах в большинстве случаев применяется оптическое увеличение от 3 до 10 раз.

3. Память камеры или объем хранимой в ней информации. Цифровые фотоаппараты снабжаются сменными картами флэш-памяти мегабайтных и гигабайтных объемов.

Количество снимков, которое можно поместить на флэш-карту, зависит от их качества, которое в свою очередь определяется разрешением, выставленном при записи и форматом создаваемого файла (есть форматы, сжимающие графическую информацию в десятки раз). Поэтому на одной карточке можно записать и несколько снимков, и сотни снимков. Оценочно можно сказать, что 256 Мбт будет соответствовать 200 – 300 снимкам на фотопленке при среднем, потребительском качестве съемки.

И последнее, что надо отметить: получение качественных отпечатков невозможно без высококачественного цветного фотопринтера.

Видеокамеры.

1. Разрешение. Для видеокамер высокое разрешение не требуется. Существуют десятки различных стандартов видеозаписи, причем матрица в них отличается не очень сильно: от 620х480 до 1440х1080 точек. Если и есть более высокие разрешения, то они от приведенных отличаются незначительно. Высокое разрешение в видеокамере устанавливают только для того, чтобы делать фотографии.

Особенность видео такова, что эти небольшие разрешения в движении обеспечивают вполне достаточное качество. Но и при таких значениях размеры видеофильма оказываются очень большими.

В матрице 620х480 = 0,2976 мегапикселей, для RGB при битовой глубине 24 бита (3 байта), один кадр будет занимать:

При скорости 24 кадра в секунду секундный ролик будет занимать уже 6,8 Мб. Видеозапись длительностью 120 минут, без архивации займет уже 47,9 Гигабайт.

Если же мы возьмем матрицу 1440х1080 = 1,5552 мегапикселя, то окажется, что фильм длительностью 120 минут в таком формате займет примерно в 5 раз больший размер, порядка 250 гигабайт!

Правда, сказанное относится к неархивированным форматам, таким как AVI. Для пользователя обычно проводится архивация в форматах JPEG-2000 или в различных вариантах MPEG. При сжатии в 20-30 раз фильм займет уже 8-12,5 мегабайт, что вполне допустимо. А видеозапись 620х480 сожмется до 1,5-2,5 мегабайт. По порядку величины это совпадает с приводимыми далее данными о памяти видеокамер.

В цифровой видеокамере важен геометрический размер матрицы – чем больше размер точки, тем больше на нее падает света, тем лучше будет видеофильм. В некоторых камерах устанавливают три матрицы, каждая для своего компонента RGB изображения, что существенно улучшает качество фильма.

2. Стабилизация. При ручной съемке за счет дрожания рук изображение смазывается. Для предотвращения этого видеокамеры снабжаются стабилизатором, он компенсирует дрожание видеокамеры. Электронный стабилизатор при съемке выбирает центр кадра и при любом смещении возвращает последующие кадры «на свое место». Оптический стабилизатор состоит из подвижных сенсоров и линз, которые компенсируют дрожание камеры. Оптическая стабилизация считается надежнее электронной, зато электронная дешевле.

3. Увеличение. В видеокамерах оно выше, чем в фотоаппаратах – в 10-30 раз, поскольку в камере больше места для оптики. Цифровое увеличение также является «маркетинговым шумом».

4. Память. Для видео требуется больше памяти, чем для фото, и 256 Мб соответствует всего лишь 6 минутам съемки качества, устанавливаемого по умолчанию для обычной камеры. Для нормальной эксплуатации камеры требуется карты гигабайтных объемов. Сейчас многие камеры снабжаются встроенными жесткими дисками. На диск объемом 30 Гб можно записать видеоматериал длительностью от 7 до 27 часов.

Видеосъемку обычно сопровождает запись звука. Поэтому лишнего при съемке лучше не говорить, а при желании можно снабдить фильм авторским комментарием.

Web-камеры.

Это видеоустройства специального назначения решают в основном два типа задач:

• наблюдение за каким-либо участком пространства с целью охраны, контроля, исследования, демонстрации чего-либо;

• организация различных форм видео диалога по сети.

Качество видеосъемки уступает обычным видеокамерам, часто ведется черно-белая съемка. Однако многие Web-камеры способны давать четкое изображение в условиях недостаточного освещения, в сумерках.

Поскольку 10 секундный ролик может занимать более 100 Мб, необходимо сжатие данных, позволяющее уменьшить объем в 20-30 раз. С целью обработки и передачи данных, Web-камеры снабжаются собственным микрокомпьютером с процессором, материнской платой, оперативной и флэш-памятью, сетевыми интерфейсами и т.д.

Дополнительные возможности:

• поворотные устройства, позволяющие расширить зону наблюдения;

• фотосъемка, ее качество всегда лучше, чем у видеорежима;

• детектор движения, который обнаруживает перемещающиеся объекты и организует слежку за ними;

• распознавание формы и цвета человеческого лица, наблюдение за ним;

• программирование событий, при наступлении которых включается тревожная сигнализация;

• дистанционное управление опциями камеры по сети.