Digitální kamery a fotoaparáty
(principy činnosti, výrobci, parametry výrobku)
1. Digitální fotoaparáty
1.1 Jak pracuje digitální fotoaparát?
Digitální fotoaparát se na první pohled velmi podobá analogovému fotoaparátu, ale pracuje zcela odlišně. Podobnost obou typů fotoaparátů je dána tím, že oba jsou vybaveny objektivem (systémem čoček). Většina modelů fotoaparátů používá objektivy s pevnou ohniskovou vzdáleností, případně objektivy s pevným zaostřením.
Špičkové modely digitálních fotoaparátů, ke kterým patří CAMEDIA 2000, CAMEDIA C-1400L nebo CAMEDIA C-1000L z produkce společnosti OLYMPUS, jsou vybaveny objektivem s proměnou ohniskovou vzdáleností (transfokátorem neboli zoomem). Tento typ objektivu umožňuje fotografovat širokoúhlé záběry i záběry na velkou vzdálenost (telefoto).
Srdce a jádro celého digitálního fotoaparátu se skrývá za clonou. Je jím snímací prvek CCD (Charge Coupled Device – nábojově vázaný prvek). Dopadem světelného záření získávají jednotlivé snímací elementy elektrický náboj. Vzniklé elektrické náboje se pak načítají jako napěťový signál. Analogový signál, odpovídající jednotlivým obrazovým bodům (pixelům) se A/D (analogově digitálním) převodníkem mění na číselný (digitální) údaj o jasu daného bodu. Jelikož však nelze zaznamenat všechny obrazové informace, je nutné použít programové vybavení, které „dopočítá“ chybějící data. Téměř stoprocentně rekonstruovaný digitální obraz je pak uložen na paměťové médium fotoaparátu jako soubor digitálních dat. Světlocitlivý film je v digitálním fotoaparátu nahrazen kombinací snímacího prvku CCD, programového vybavení a paměťového média.
1.2 Co je snímač CCD?
Snímací prvek CCD o velikosti asi 1 × 1 cm je „srdcem“ každého digitálního fotoaparátu. Na tak malé ploše je u nejlepších fotoaparátů soustředěn více než milión světlocitlivých snímacích elementů, uspořádaných do pravidelné struktury. Například v každém z 1 024 řádků snímače může být seřazeno 1 280 snímacích elementů.
Kdyby všechny snímací elementy reagovaly na dopadající světlo stejným způsobem, byly by obrázky zachycené snímacím prvkem CCD, a tedy i digitálním fotoaparátem, pouze černobílé. K zachycení barevných snímků je nutno použít různé snímací elementy v rámci jednoho snímače CCD. Jednotlivé snímací elementy reagují na světlo rozdílných vlnových délek, podobně jako v lidském oku. Některé snímají pouze světlo zelené barvy, jiné zase světlo červené a další světlo s vlnovými délkami odpovídajícími modré barvě. Lidské oko reaguje na světlo zelené barvy citlivěji než na světlo obou zbývajících barev, a proto jsou i na všech snímačích CCD použity pro záření vlnových délek, odpovídajících zelené barvě, citlivější snímací elementy než pro světlo červené a modré barvy.
Intenzita zachyceného světla příslušné barvy je snímačem CCD převedena na jednu z 256 úrovní jasu. Kombinací úrovní jasu všech tří základních barev lze vyjádřit 256 × 256 × 256 (asi 16,7 miliónu) barevných odstínů, které umožňují barevně věrné zobrazení fotografované scény.
Pro skutečně správné zobrazení jsou nutné ještě informace o jasu fotografované scény. Snímací prvek CCD je automaticky vytváří z údajů všech snímacích elementů. Veškeré údaje se pak převádí na elektrické signály tak, aby bylo možné uložit všechny důležité obrazové informace do paměti digitálního fotoaparátu.
Zjednodušeně řečeno, existují dva rozdílné typy snímacích prvků CCD. Jeden z nich byl původně vyvinut pro videokamery a je charakteristický obdélníkovými snímacími elementy, pokrytými barevnými filtračními vrstvami CMY (C = Cyan – azurová barva, M = Magenta – purpurová barva, Y = yellow – žlutá barva). Pokud je použit pro digitální fotoaparáty, projeví se jeho nedostatek, daný konstrukcí a původním účelem použití. Televizní obraz nebo obraz z videorekordéru se totiž zobrazuje nebo snímá vždy jen po tzv. půlsnímcích. Teprve rychlým „promítáním“ rychlostí 50 půlsnímků za sekundu se obraz jeví dostatečně stabilní nebo pohyb dostatečně plynulý.
Pokud tedy bude uvedený typ snímacího prvku CCD použit pro digitální fotoaparát, bude každý exponovaný snímek tvořen dvěma půlsnímky. Při digitalizaci snímku pak fotoaparát načítá nejprve 2., 4., 6. a všechny ostatní sudé řádky a teprve potom, v druhém pracovním kroku, řádky 1, 3, 5 a další liché. Výhodou těchto snímačů, označovaných také jako Video-CCD, je jednoduchá výroba a z toho vyplývající příznivá cena. Ve většině případů lze těmito snímači CCD dosáhnout dobré kvality obrazu.
Snímací prvky Video-CCD však mají jednu podstatnou nevýhodu, která se zřetelně projevuje zejména při fotografování pohybujících se objektů, například automobilů. Může se stát, že kvůli nepatrně časově zpožděnému exponování obou půlsnímků získáte nikoliv jeden, nýbrž dva rozdílné snímky.
Pro exponování mnohem kvalitnějších digitálních snímků slouží snímač CCD speciálně vyvinutý pro digitální fotoaparáty, označovaný jako „progresívní CCD“. Tento typ snímače je schopen sejmout několik úplných snímků za sekundu. Protože je obraz digitalizován v jediném kroku, odstraní se téměř úplně případná pohybová neostrost.
Snímací elementy progresívního snímače CCD nejsou obdélníkové nýbrž čtvercové. Jsou pokryté barevnými filtračními vrstvami RGB (R = Red – červená barva, G = Green – zelená barva, B = Blue – modrá barva). Protože je každý obrazový bod tvořen jen jedním ze tří „barevných“ snímacích elementů, bude vždy vykreslen pouze jednou barvou. Chybějící barevné informace, které jsou potřebné k dosažení realistického digitálního obrazu, se určují a doplňují programově. Čím pečlivěji je program sestaven, tím kvalitnější jsou výsledky.
Doplňkové zlepšení kvality lze dosáhnout poměrně jednoduchým trikem. Pokud bude snímač CCD pracovat tak, že na jeden element červené a modré barvy připadnou vždy dva elementy zelené, bude obraz zaznamenán mnohem precizněji. Kromě už zmíněné vyšší citlivosti lidského oka ovlivňuje zelená barva dosti podstatně i vnímání jasu.
Protože progresivní snímač CCD snímá obraz v jediném pracovním kroku, je zcela zanedbatelná případná pohybová neostrost, ke které může dojít při snímání snímačem Video-CCD pracujícím se dvěma půlsnímky.
Pro příklad jsme vybral výrobek Camedia 2000 o firmy Olympus :
Maximální rozlišení je 1600×1200, snímky jsou zaznamenávány na kartu Smart Media buď ve formátu TIFF bez komprese, nebo s kompresí JPEG. Fotoaparát poskytuje až trojnásobný optický zoom což odpovídá hodnotám 35-105 mm. Je zde možnost použití dvou a půl násobného digitálního zoomu, Olympus nazývá vlastností Digi Tele. Celkové přiblížení je 7,5 násobku, ale automatické snížení kvality obrazu na SQ (Standard Quality). Dalšími módy jsou HQ (High Quality) a SHQ (Super High Quality). Obrázky v různých režimech kvality se od sebe liší použitou kompresí a velikostí.
CENA: 39 990,- Kč
Výrobci: Agfa, Canon, Casio, Fuji, Kodak, Minolta, Nikon, Olympus, Ricoh.
2. Digitální kamery
Od tradičních videokamer se liší způsobem zápisu na magnetickou pásku - jistě už tušíte, že digitální kamera zaznamenává jednotlivá okénka ve formě číselného záznamu. Zatím byly tyto kamery neúnosně drahé - nyní kupříkladu Canon DM-VM 100 prolomil jednu hranici a stojí méně než 50 tisíc korun a jeho příbuzní z téhle řady, „desítka" a „dvacítka" (ta bude mít na pražské Interkameře evropskou premiéru) nejsou od ní daleko.
Digitální kamery pracují ve dvou režimech. Tím prvním je normální video, tím druhým je fotografický režim: zachycují na pásek krátké sekvence a z nasnímaných obrázků si pak fotograf vybere ten nejlepší. Je to výhodné především při fotografování sportu, dětí, zvířat - čehokoli rychlého, mihotavého, neposedného.
Ostatně, i moderní digitální fotoaparáty zpravidla ovládají „sekvenční režim" - nasnímají sérii cca 10 obrázků v rychlém sledu, a některé (na příklad Sony Mavica řady 80 a90) dovedou „nafilmovat" scénu až minutu dlouhou. Vypadá to, že fotoaparát a kamera k sobě napřahují ruce. Zmiňovaný Canon „stovka" má už i rozměr kompaktního fotoaparátu, lze ho tedy snadno nosit v kapse. Záleží pak na majiteli, zda si přeje scénu natočit „filmovým" způsobem, pochopitelně se zvukem, anebo zda mu postačí zachytit jednotlivé okamžiky. Výhody digitálních kamer ve fotografickém režimu ocení ti, kteří potřebují získat snímky pro použití v internetu. Tam jsou totiž velké digitální obrázky o miliónu a více pixlů spíš ke škodě než k užitku - je nutné takové obrázky zmenšovat, samozřejmě na úkor kvality. Fotografické snímky pořízené digitální videokamerou mají malé rozměry - jsou tedy pro použití na webových stránkách jako stvořené. Lze si tedy představit, že lákadlu digitální videokamery bude podléhat stále více uživatelů.
K základním přednostem, které přinášejí digitální formáty videa, patří vedle podstatného nárůstu kvality záznamu i zcela nové možnosti, jak natočený "materiál" zpracovat. Především jde o bezztrátové kopírování z jednoho digitálního přístroje na druhý a o technologii tzv. nelineárního střihu, kdy záznam přepíšeme na pevný disk počítače a zde ho v příslušném programu zpracujeme, výsledek pak v hotové podobě nahrajeme na archivační médium. Předpokladem pro využití těchto progresivních možností, o nichž se videoamatérům mohlo donedávna jen zdát, je přístroj, který dokáže signál digitálního videa přicházející po kabelu (ať už z jiného přístroje nebo z příslušné karty počítače) přijmout a zaznamenat – tedy přístroj vybavený digitálním vstupem. A tím může být nejen videorekordér, ale i kamera.
Oba digitální formáty přicházející v úvahu i mimo profesionální sféru – tedy DV a D8 – využívají digitální rozhraní IEEE 1394 (známé též pod obchodními názvy Fire Wire, DV in/out či I-link), vyvinuté již v roce 1986 známou počítačovou firmou Apple původně pro systémové, vnitřní i vnější propojení jednotlivých komponentů jejích počítačů Macintosh s vyšší rychlostí než zvládnou klasické počítačové porty. Samotný Fire Wire jsme podrobně popsali v Co je co ve S&V 2/98, kde byl též stručně vysvětlen rozdíl mezi lineárním a nelineárním střihem videosignálu. Počítačové střihové systémy sice za dvacet měsíců udělaly nejen v profesionální technice značný krok kupředu, přesto zájemcům o tuto problematiku doporučujeme prostudovat zmíněné starší číslo. Zde nyní zdůrazněme, že jednodušší čtyřpinová varianta rozhraní (původně šestipinového řešení firmy Apple), užívaná v současném digitálním videu, může pracovat obousměrně. Principiálně tedy všechny digitální přístroje, které jsou jím vybaveny, mohou signál předávat i přijímat, což platí i o videokamerách. A tady jsme u jádra problému: některé digitální kamery tento vstup skutečně mají, u jiných ho můžeme malým trikem získat.
Pro příklad jsme vybral výrobek DIGITAL 8 od firmy SONY:
Digital 8 záznamový systém
12 bitový a 16 bitový zvukový záznam
CCD zobrazovací prvek: 800 000
Digitální opravné systémy: zvukový - DNR, obrazový - TBC
NighShot infračervený systém s pomalou
20X optický zoom, 80X Digitální zoom
SteadyShot elektronický stabilizátor obrazu
4 lux Minimální úroveň osvětlení bez použití funkce NightShot
0 lux Minimální úroveň osvětlení s použitím funkce NightShot
Specifikace výstupů, konektory pro příslušenství, ostatní funkce, rozměry:
2.5" SwivelScreen LCD barevný monitor (84 260 bodů, 383 x 220)
LaserLink bezdrátové spojení s televizorem
Konektor LANC (mini stereo jack 2,5 mm)
Výstup na sluchátka, Vestavěný reproduktor
Funkce Edit Search
Rozměry v mm: 101 x 107 x 217 mm (ŠxVxH)
Hmotnost: 890 g (bez baterie a kazety)
Speciální funkce:
Digital Photo Mode
8 obrazových efektů
6 digitálních obrazových efektů
5 Audio/Video Digitálních roztmívacích/zatmívacích modů
CENA: 27 990,-
Výrobci: Sony, JVC, Olympus, Canon, Nikon, Panasonic….
Odkazy na stránky, ze kterých bylo čerpáno:
http://www.i-pes.cz/zaciname/dig_kamery.html
http://stereo.tlp.cz/9910/jaknato.html
http://www.aaron.cz
http://www.ocs.cz
http://www.olympus.cz/produkty/digital/faq/
http://www.jukon.cz/digit8.htm - Digital8
http://periskop.cz/clanek.php?id=1368 - Camedia 2000
Maturita.cz - referát (verze pro snadný tisk)
http://www.maturita.cz/referaty/referat.asp?id=3549