системою координат. Центру кожного пікселя відповідає число, що виражає середнє за площиною інтегральне значення оптичної щільності пікселя. Розмір його визначається або розміром пікселя бортової апаратури, або можливостями сканера. Для зменшення або збільшення зображення розмір пікселя може програмно змінюватись. ЦЗ бувають поодинокі або стереоскопічні. За стереоскопічними можна побудувати цифрову тривимірну модель. Обробка ЦЗ полягає в їх перетворені цифровими або апаратними засобами.

ЦЗ і комп’ютерні технології їх обробки набувають все більшого розвитку, у зв’язку з цим інтенсивно удосконалюються методи цифрової фотограмметрії.

Слід відмітити переваги ЦЗ:

відсутність необхідності у використанні дорогого оптико- механічно-електронного обладнання;

оперативність передачі інформації з борту носія по каналах

зв’язку;

носії цифрових даних не містять коштовних металів, можуть багато разів використовуватись для перезапису, копіювання інформації не впливає на її якість.

10.1. Принцип дії приладів із зарядковим зв′язком

Звичайні плівкові фотокамери та цифрові камери мають як багато спільного, так і відмінного. У першу чергу – це спосіб зберігання зображення. У звичайних камерах світло падає на фотоплівку, в емульсійному шарі якої знаходяться мікроскопічно малі зерна бромистого (йодистого) срібла. Під час попадання світла на зерна, вони “поляризуються” на величину, пропорційну кількості отриманого світла. У цифровій камері світло падає не на плівку, а на ПЗЗ-сенсор (матрицю), що складається з великої кількості елементів. Під час попадання світла на даний сенсор, усі його елементи отримують заряд, величина якого прямо пропорційна отриманій кількості світла. Хоча ефект продовжується всього частину секунди, часу достатньо для того, щоб визначити і зафіксувати заряди кожного елемента.

Будову такого елемента показано на рисунку 10.1.

198

Світло

Мікролінза

Світлофільтр

Захисний шар (SiO2) з нанесеним прозорим електродом

Підложка

Світлочутливий шар

Рис. 10.1.

Фаза 1 Фаза 2 Фаза 3

Рис. 10.2.

На рисунку 10.2 показано як заряди, що утворилися під час експозиції послідовно переходять у секцію накопичення. На рисунку 10.3 заряди VS1–VS3…, накопичуються та згодом переходять у секцію збереження (VM1–VM3…), де зберігаються до повного заповнення зовнішнього накопичування інформації. Під час передачі зображення на комп′ютер підключається регістр горизонтального зсуву за допомогою якого, послідовно за заданою стрічкою, зображення (H1–H3…) передається у пам′ять ЕОМ. Це дає можливісмть правильно будувати зображення, яке надійшло з камери.

Разом з тим, для кожного з основних кольорів (червоного, зеленого і жовтого) в сенсорі є "власні" елементи, які реагують лише на свій колір. Наразі в камерах використовують ПЗЗ-сенсори різних

199

розмірів прямокутної форми, в залежності від моделі число елементів знаходиться в межах від 300 000 до кількох мільйонів, що визначає максимальну роздільну здатність отримуваних знімків.

VS1

VS1

VS1

Cекція накопичення

VM1

VM2

VM3

Вихід

Cекція збереження

Н2 Н3

Горизонтальний реєстр зсуву

Рис. 10.3.

200

4

7

Рис. 10.4.

1.Лампа-спалах.

2.Сервопривід фокусування.

3.Об’єктив.

4.Сенсор освітленості.

5.ПЗЗ-матриця.

6.Керуюча електроніка.

7.Елементи живлення.

8.Пристрій керування пам’яттю.

9.Зовнішній накопичувач (PCMCІA–Cаrd, Flash–Memory, Card).

Розглянемо параметри та характеристики цифрових камер.

Роздільна здатність.

Цей параметр залежить, насамперед, від кількості елементів у ПЗЗ-матриці. Використовуються матриці з кількістю елементів від 640×480 до 4096×4096 (маються на увазі матриці на одному кристалі, оскільки є матриці, зібрані “склеюванням” двох або чотирьох кристалів).

201

Діапазон контрастності та передача кольорів.

Як і сканер, камера запам’ятовує будь-який колір в одному байті, тобто існує лише 256 комбінацій кольорів, тоді, коли матеріал фотоплівки фіксує ширшу кольорову гамму. Хоча зображення, отримані цифровою камерою можна поліпшити, використовуючи відповідні пакети програмного забезпечення.

Об’єктив, діафрагма і керування освітленістю.

Для проектування об’єкта знімання на поверхню фотоматеріалу (або ПЗЗ-матриці ) використовуються об’єктиви різної конструкції, які мають свої переваги та недоліки.

Найбільша проблема – матеріал, з якого виготовляються лінзи: в аматорських камерах та камерах середнього класу, це в основному різні види пластику. Однак, пластик легко пошкоджується, деформується під час зміни температури, до того ж сильно притягує пил через здатність накопичувати електростатичний заряд. У результаті цього якість знімків значно погіршується. Усі цифрові камери мають набір електронних компонентів, які керують встановленням діафрагми і часу експозиції (витримки). Для правильного встановлення цих параметрів електроніка отримує необхідну інформацію або від додаткового фотоелемента, або від самої ПЗЗ–матриці.

Фокусуваня об’єктива.

Для отримання чіткого знімка об’єктив повинен знаходитись на певній відстані від ПЗЗ-матриці, інакше кажучи він повинен зфокусуватись. Деякі цифрові камери взагалі не мають пристрою фокусування. Об’єктив жорстко вмонтований у корпус камери. Щоб мати якнайбільшу глибину різкості в такі об’єктиви вмонтовується дуже мала фіксована діафрагма.

Набагато краще, якщо камера має функцію автоматичного встановлення чіткості – автофокусування. При цьому, камера вимірює відстань до об’єктива, а двигун сервоприводу переміщує об’єктив вперед або назад. Чим ближче об’єкт знімання до камери, тим далі відсувається об’єктив від ПЗЗ-матриці.

Для визначення відстані до об’єкта знімання використовується два способи: активний і пасивний. Під час першого камера випромінює два інфрачервоних вимірних промені. ПЗЗ-сенсор або фотоелемент реєструють відбиті промені, а електроніка визначає інтерференційний зсув між ними і за ним визначає відстань до об’єкта. Ця система характеризується високою точністю та швидкодією. Саме цей спосіб застосовується в професійних цифрових камерах. Другий

202

спосіб застосовується в більш простих та дешевих аматорських камерах. Він полягає в наступному: світло, яке проходить через об’єктив потрапляє на ПЗЗ-матрицю, й електроніка переміщає об’єктив в одну та іншу сторону до тих пір, поки сенсор не зареєструє найвищу контрасність. Цей метод дає два недоліки: по-перше, виміри продовжуються іноді декілька секунд і, тому такі камери непридатні для швидкого кадрового знімання. Наприклад, камера Photosmart фірми Hewlett–Packard, яка використовує цей метод, витрачає на визначення відстані до об’єкта приблизно вісім секунд. Другим недоліком є те, що цей метод спрацьовує тільки при достатньому освітленні. Якщо освітлення недостатнє, то камера або не може виконати виміри взагалі, або вони будуть неточними. Хоча, деякі моделі, наприклад, камера Powershot 600 фірми Canon, освітлює об’єкт знімання власним червоним вимірним променем. До речі, цей колір вибрано не випадково: у червоному світлі контрастність об’єкта знімання визначається дуже чітко.

Світлочутливість.

Увсьому світі діють дві величини чутливості фотоматеріалів, встановлені двома організаціями: німецьким інститутом стандартизації та американською асоціацією стандартів. Міжнародна асоціація стандартів об’єднала ці дві одиниці і тепер існує єдиний стандарт для визначення чутливості плівок для “аналогових “ фотоапаратів – ISO. Протилежно до їх, у цифрових камерах ще немає єдиного стандарту чутливості. Виробники використовують різні ПЗЗ-матриці, які до того

жмають і різні розміри; тому, світлочутливість камер неоднакова. Для деяких моделей чутливість приводиться в одиницях освітленності – люкс. Це метод вимірювання інтенсивності світла, який використовується у відеотехніці, і його не можна так просто переносити у фотографію. Тому, ці значення несуть недостатню інформацію. Однак, використовуючи дані самих фірм – виробників камер та досвід їх користувачів, можна сказати, що чутливість більшості цифрових апаратів відповідає чутливості плівки близько 400/27 ISO (можна проводити знімання навіть у вечірній час при слабкому освітленні ).

Збереження зображення.

Утой час як звичайні фотокамери переносять зображення безпосередньо на фотоплівку, цифрові камери використовують інші носії. У всіх моделях вмонтовано звичайну оперативну пам’ять об’ємом від 1 до 6 Мб, яку використовують для поточного збереження відзнятого зображення й операцій перегляду на вмонтованому рідкокристалічному дисплеї та видалення “невдалих” знімків. Щоб

203