Как работает цифровая таблетка. Ликбез: как работает цифровая камера От пациента до врача

Современные фотоаппараты все делают сами - чтобы получить снимок, пользователю достаточно лишь нажать на кнопку. Но ведь все равно интересно: по какому же волшебству картинка попадает в камеру? Мы постараемся объяснить основные принципы работы цифровых фотоаппаратов.

Основные части

В основном устройство цифровой камеры повторяет конструкцию аналоговой. Главное их различие - в светочувствительном элементе, на котором формируется изображение: в аналоговых фотоаппаратах это пленка, в цифровых – матрица. Свет через объектив попадает на матрицу, где формируется картинка, которая затем записывается в память. Теперь разберем эти процессы подробнее.

Состоит камера из двух основных частей – корпуса и объектива. В корпусе находятся матрица, затвор (механический или электронный, а иногда и тот и другой сразу), процессор и органы управления. Объектив, съемный или встроенный, представляет собой группу линз, размещенных в пластиковом или металлическом корпусе.

Где получается картинка

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждая ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, а чтобы она была цветной, приходится прибегать к разным хитростям. Ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксел покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!) в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue). Почему именно эти цвета? Потому что они – основные, а все остальные получаются путем их смешения и уменьшения или увеличения их насыщенности.

На матрице фильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному. Так делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету. Световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в ячейку лучи лишь своего цвета. Полученная картинка состоит только из пикселов красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат). Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселов. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Такое расположение фильтров на ячейках матрицы называется шаблоном Байера

Основных типов матриц два, и они различаются способом считывания информации с сенсора. В матрицах типа CCD (ПЗС) информация считывается с ячеек последовательно, поэтому обработка файла может занять довольно много времени. Хотя такие сенсоры «задумчивы», они относительно дешевы, и к тому же, уровень шума на полученных с их помощью снимках меньше.

Матрица типа ПЗС

В матрицах типа CMOS (КМОП) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. Каждый пиксел обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера и автофокусировки.

КМОП-матрица

Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные, где каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн.

Трехслойная матрица

Выше уже был упомянут процессор камеры – он отвечает за все процессы, в результате которых получается картинка. Процессор определяет параметры экспозиции, решает, какие из них нужно применить в данной ситуации. От процессора и программного обеспечения зависят качество фотографий и скорость работы камеры.

По щелчку затвора

Затвор отмеряет время, в течение которого свет воздействует на сенсор (выдержку). В подавляющем большинстве случаев это время измеряется долями секунды – что называется, и моргнуть не успеешь. В цифровых зеркальных камерах, как и в пленочных, затвор представляет собой две непрозрачные шторки, закрывающих сенсор. Из-за этих шторок в цифровых зеркалках невозможно визирование по дисплею – ведь матрица закрыта и не может передавать изображение на дисплей.

В компактных камерах матрица не закрыта затвором, и поэтому можно компоновать кадр по дисплею

Когда кнопка спуска нажата, шторки приводятся в движение пружинам или электромагнитами, открывается доступ свету, и на сенсоре формируется изображение – так работает механический затвор. Но в цифровых камерах бывают еще и электронные затворы – они используются в компактных фотоаппаратах. Электронный затвор, в отличие от механического, нельзя пощупать руками, он, в общем-то, виртуален. Матрица компактных камер всегда открыта (именно потому и можно компоновать кадр, глядя на дисплей, а не в видоискатель), когда же нажимается кнопка спуска, кадр экспонируется в течение указанного времени выдержки, а затем записывается в память. Благодаря тому что у электронных затворов нет шторок, выдержки у них могут быть ультракороткими.

Наведем фокус

Как уже говорилось выше, часто для автофокусировки используется сама матрица. Вообще же, автофокусировка бывает двух типов – активная и пассивная.

Для активной автофокусировки камере нужны передатчик и приемник, работающие в инфракрасной области или с ультразвуком. Ультразвуковая система измеряет расстояние до объекта по методу эхолокации отраженного сигнала. Пассивная фокусировка осуществляется по методу оценки контраста. В некоторых профессиональных камерах сочетаются оба типа фокусировки.

В принципе, для фокусировки может использоваться вся площадь матрицы, и это позволяет производителям размещать на ней десятки фокусировочных зон, а также использовать «плавающую» точку фокуса, которую пользователь сам может разместить где ему угодно.

Борьба с искажениями

Именно объектив формирует на матрице изображение. Объектив состоит из нескольких линз – из трех и более. Одна линза не может создать совершенное изображение – по краям оно будет искажаться (это называется аберрациями). Грубо говоря, пучок света должен идти прямо на сенсор, не рассеиваясь по пути. В какой-то мере этому способствует диафрагма – круглая пластинка с дыркой посередине, состоящая из нескольких лепестков. Но сильно закрывать диафрагму нельзя – из-за этого уменьшается количество света, попадающее на сенсор (что и используется при определении нужной экспозиции). Если же собрать последовательно несколько линз с различными характеристиками, искажения, даваемые ими вместе, будут гораздо меньше, чем аберрации каждой из них по отдельности. Чем больше линз – тем меньше аберрации и тем меньше света попадает на сенсор. Ведь стекло, каким бы прозрачным оно нам ни казалось, не пропускает весь свет – какая-то часть рассеивается, что-то отражается. Чтобы линзы пропускали как можно больше света, на них наносят специальное просветляющее напыление. Если посмотреть на объектив камеры, будет видно, что поверхность линзы переливается радугой – это и есть просветляющее напыление.

Линзы располагаются внутри объектива примерно таким образом

Одна из характеристик объектива – светосила, значение максимально открытой диафрагмы. Она указывается на объективе, например, так: 28/2, где 28 – фокусное расстояние, а 2 – светосила. Для зум-объектива маркировка выглядит так: 14-45/3,5-5,8. Два значения светосилы указываются для зумов, поскольку в широкоугольном и в телеположении у них разные минимальные значения диафрагмы. То есть на разных фокусных расстояниях светосила будет разной.

Фокусное расстояние, которое указывают на всех объективах – это расстояние от передней линзы до светоприемника (в данном случае, матрицы). От фокусного расстояния зависит угол обзора объектива и его, так сказать, дальнобойность, то есть как далеко он «видит». Широкоугольные объективы отдаляют изображение относительно нашего обычного видения, а телеобъективы – приближают, и у них маленький угол обзора.

Угол обзора объектива зависит не только от его фокусного расстояния, но и от диагонали светоприемника. Для 35 мм пленочных камер нормальным (то есть примерно соответствующим углу обзора человеческого глаза) считается объектив с фокусным расстоянием 50 мм. Объективы с меньшим фокусным расстоянием – «широкоугольники», с большим – «телевики».

Левая часть нижней надписи на объективе – фокусное расстояние зума, правая часть - светосила

Здесь и кроется проблема, из-за которой рядом с фокусным расстоянием объектива цифровика часто указывают его эквивалент для 35 мм. Диагональ матрицы меньше диагонали 35 мм кадра, и поэтому приходится «переводить» цифры в более привычный эквивалент. Из-за этого же увеличения фокусного расстояния в зеркальных камерах с «пленочными» объективами становится почти невозможна широкоугольная съемка. Объектив с фокусным расстоянием 18 мм для пленочной камеры – суперширокоугольный, но для цифрового фотоаппарата его эквивалентное фокусное расстояние будет около 30 мм, а то и больше. Что касается телеобъективов, то увеличение их «дальнобойности» только на руку фотографам, ведь обычный объектив с фокусным расстоянием, скажем, 400 мм, стоит довольно дорого.

Видоискатель

В пленочных камерах компоновать кадр можно только пользуясь видоискателем. Цифровые же позволяют вовсе забыть о нем, поскольку в большинстве моделей для этого удобнее использовать дисплей. В некоторых очень компактных камерах видоискателя вовсе нет – просто из-за того, что нет для него места. Самое важное в видоискателе – что через него можно увидеть. Например, зеркальные камеры так называются как раз из-за особенностей конструкции видоискателя. Изображение через объектив посредством системы зеркал передается в видоискатель, и таким образом фотограф видит реальную площадь кадра. Во время съемки, когда открывается затвор, загораживающее его зеркало поднимается и пропускает свет на чувствительный сенсор. Такие конструкции, конечно, отлично справляются со своими задачами, но занимают довольно много места и потому совершенно неприменимы в компактных камерах.

Вот так изображение через систему зеркал попадает в видоискатель зеркальной камеры

В компактных камерах применяют оптические видоискатели реального видения. Это, грубо говоря, сквозное отверстие в корпусе камеры. Такой видоискатель не занимает много места, но обзор его не соответствует тому, что «видит» объектив. Еще есть псевдозеркальные камеры с электронными видоискателями. В таких видоискателях установлен маленьких дисплей, изображение на который передается непосредственно с матрицы – точно так же, как и на внешний дисплей.

Вспышка

Вспышка, импульсный источник света, используется, как известно, для подсветки там, где основного освещения недостаточно. Встроенные вспышки обычно не очень мощные, но их импульса хватает, чтобы осветить передний план. На полупрофессиональных и профессиональных камерах есть еще контакт для подключения гораздо более мощной внешней вспышки, он называется «горячий башмак».

Это, в общем, основные элементы и принципы работы цифровой камеры. Согласитесь, когда знаешь, как устройство работает, легче добиться качественного результата.

> Как работает цифровая камера

Цифровая камера захватывает свет и фокусирует его через объектив на сенсор, сделанный из кремния. Она состоит из сетки мелких фотоэлементов, которые чувствительны к свету. Каждый фотоэлемент называется пикселем, сокращение от «элемент изображения». Миллионы этих отдельных пикселей находятся в датчике цифровой зеркальной фотокамеры.

Цифровая камера отбирает свет нашего мира, или космического пространства пространственно, тонально и по времени. Пространственная выборка означает, что изображение в камере разбивается прямоугольной сеткой пикселей. Тональная выборка означает, что постоянно меняющиеся тоны яркости в природе разбиты на отдельные дискретные шаги тона. Если есть достаточно выборок, как в пространстве, так и тонально, мы воспринимаем их в качестве верного представления исходной сцены. Время выборки означает, что мы делаем экспозицию заданной длительности.

Наши глаза также воспринимают мир на основе нескольких десятых долей секунды, когда количество света такое же, как в дневное время. В условиях низкой освещенности, экспозиция глаза, или время интегрирования может увеличиться до нескольких секунд. Вот почему мы можем увидеть более подробную информацию с помощью телескопа, если будем смотреть на слабый объект в течение долгого времени.

Глаз является относительно чувствительным детектором. Он может обнаружить один фотон, но эта информация не передается мозгу, потому что она не превышает минимального порога соотношения сигнала к шуму в схеме шумовой фильтрации в зрительной системе. Этот порог обуславливает поступление нескольких фотонов для фиксирования их мозгом. Цифровая камера почти также чувствительна, как глаза, и оба являются гораздо более чувствительными, чем фотопленка, которая требует множество фотонов для обнаружения.

Эти временные выборки с длинными экспозициями, которые действительно делают возможным волшебство цифровой астрофотографии. Истинная мощь цифрового датчика возникает от его способности интегрировать, или собирать, фотоны в течение более длительных периодов времени, чем глаза. Вот почему мы можем записать данные в длинных выдержках, которые невидимы для глаза, даже через большой телескоп.

Каждый светочувствительный элемент на CCD или CMOD чипе состоит из светочувствительной области из кристаллического кремния в фотодиоде, которая поглощает фотоны и высвобождает электроны посредством фотоэффекта. Электроны накапливаются в потенциальной яме в качестве электрического заряда, который накапливается в течение всей экспозиции. Заряд, который генерируется, пропорционален числу фотонов, которые попадают в датчик. Этот электрический заряд передается и преобразуется в аналоговое напряжение, которое усиливается и затем посылается в аналого-цифровой преобразователь, где оно оцифровывается (превращается в число).

CCD и CMOD датчики работают аналогично друг другу в поглощении фотонов, генерации электронов и их хранении, но отличаются тем, как заряд переносится и где он преобразуется в напряжение. И оба имеют цифровой выход.

Весь файл цифрового изображения это набор чисел, которые представляют значения яркости и местоположения для каждого квадрата в массиве. Эти цифры хранятся в файле, с которым могут работать наши компьютеры.

Не все пиксели чувствительны к свету, только фотодиодные. Процент пикселей, которые является светочувствительными, называется коэффициентом заполнения. Для некоторых датчиков, таких как CMOD, коэффициент заполнения может быть только от 30 до 40 процентов всей площади фотоэлементов. Остальная часть области на CMOD -датчике состоит из электронных схем, таких как усилители и схемы шумоподавления.

Поскольку светочувствительная площадь мала по сравнению с размером пикселей, общая чувствительность чипа снижается. Для увеличения коэффициента заполнения, производители используют микро-линзы, чтобы направить фотоны, которые поражают не чувствительные участки и остаются незамеченными, на фотодиод.

Электроны генерируются тех пор, пока фотоны воздействуют на датчик в течение продолжительности воздействия или интеграции. Они хранятся в потенциальной яме до окончания облучения. Размер ямы называют полной емкостью, и это определяет, сколько электронов может быть собрано, прежде чем яма заполнится и зарегистрирует в полном объеме. В некоторых датчиках после заполнения одной ямы, электроны могут перекинуться на прилегающие ямы, вызывая блюминг, который виден в качестве вертикальных пиков на ярких звездах. Некоторые камеры имеют антиюлюминговые возможности для сокращения или предотвращения этого явления. Большинство DSLR-камер контролируют блюминг очень хорошо, и это не является проблемой для астрофотографии.

Количество электронов, которое может накапливаться в яме, определяет динамический диапазон сенсора и также диапазон яркости от черного до белого, где камера может записывать детали как в слабых, так и в ярких областях сцены. После коррекции шума датчик с большей емкостью обычно имеет больший динамический диапазон. Датчик с низким уровнем шума помогает улучшить динамический диапазон и улучшает детализацию в слабо освещенных местах.

Не каждый фотон, попадающий на детектор, будет зарегистрирован. Количество, которое будет зарегистрировано, определяется квантовой эффективностью датчика. Квантовая эффективность измеряется в процентах. Если датчик имеет квантовую эффективность в 40 процентов, это означает, что четыре из каждых десяти фотонов, которые попадают на датчик, будут зарегистрированы и преобразованы в электроны. Согласно Roger N. Clarke, квантовый КПД в современных цифровых зеркальных камерах составляет от 20 до 50 процентов, в зависимости от длины волны. Топовые модели астрономических CCD-камер могут иметь квантовую эффективность до 80 процентов и более, хотя это относится к изображениям в градациях серого цвета.

Число электронов, собирающихся в яме, пропорционально числу фотонов, которые зарегистрированы. Электроны в яме затем преобразуется в напряжение. Этот заряд является аналоговым сигналом (непрерывного изменения) и, как правило, очень мал, и должен быть усилен, прежде чем он может быть оцифрован. Выходной усилитель выполняет эту функцию, приводя в соответствие диапазон выходного напряжения датчика к диапазону входного напряжения АЦ преобразователя. АЦ преобразователь преобразует эти данные к виду двоичного числа.

Когда АЦ преобразователь оцифровывает динамический диапазон, он разбивает его в пошаговом режиме. Общее количество шагов задается битной глубиной преобразователя. Большинство камер DSLR работают с 12 битами (4096 шагов) тональной глубины.

Выходной сигнал датчика технически называется аналого-цифрового единицей (ADU) или цифровой номер (DN). Число электронов в ADU определяется коэффициентом усиления системы. Усиление 4 означает, что АЦ преобразователь оцифровывает сигнал так, что каждый ADU соответствует 4 электронам.

Класс экспозиции ISO соответствует классу скорости пленки. Это общая оценка чувствительности к свету. Цифровые датчики камеры имеют только одну чувствительность, но позволяют использовать различные настройки ISO путем изменения коэффициента усиления камеры. Когда усиление в два раза, то число электронов в ADU понижается в 2 раза.

При увеличении ISO в цифровой камере, меньше электронов преобразуются в один ADU. Повышение ISO уменьшает динамический диапазон. При ISO 1600 может быть использовано всего около 1/16 от полной емкости потенциальной ямы датчика. Это может быть полезно для астрономических изображений тусклых предметов, электроны от которых не могут быть собраны другим способом, чтобы заполнить потенциальную яму. Камера только преобразует небольшое количество электронов из этих редких фотонов и сопоставляет этот ограниченный динамический диапазон полной битовой глубине, при этом становится возможной большая дифференциации между шагами. Это также дает больше шагов, чтобы работать с этими слабыми данными, когда они растягиваются позже при обработке, чтобы увеличить контраст и видимость.

Для каждого пикселя в датчике, данные яркости, представленные числом от 0 до 4095 для 12-разрядного АЦ конвертера, вместе с координатами местоположения пикселя, хранятся в файле. Эти данные могут временно сохраняются во встроенной буферной памяти камеры, прежде чем записываются в съемной карте памяти камеры.

Этот файл из чисел реконструируется в образ, когда он отображается на мониторе компьютера, или распечатывается.

Это те цифры, которые производятся в процессе оцифровки, с которыми мы можем работать на наших компьютерах. Цифры представлены в виде битов, а представлении «двоичных цифр». Биты используют основание 2 в двоичной системе счисления, где есть только цифры один и ноль, а не на основе 10, где есть цифры от 0 до 9, с чем мы, как правило, работаем. Компьютеры используют двоичные числа, потому что транзисторы, из которых они сделаны, имеют только два состояния включено и выключено, которые представляются цифрами один и ноль соответственно. Все числа могут быть представлены таким образом. Это то, что делает компьютеры настолько мощными при работе с числами, транзисторы это делают очень быстро.

Пространственная выборка

Светочувствительный элемент в матрице камеры соответствуют один к одному с пикселями в цифровом изображении, когда он поступает на выход. Многие люди также называют такие элементы в матрице камеры общим термином "пиксели". Эти элементы расположены в прямоугольном массиве. В Canon 20D, массив 3504 х 2336 пикселей, что в общей сложности 8,2 миллиона пикселей. Эту сетку можно представить как шахматную доску, где каждый квадрат очень мал. Квадраты настолько малы, что, если смотреть с расстояния они заставляют глаз и мозг думать, что изображение является непрерывным. Если вы увеличите любое цифровое изображение до достаточно большого размера, вы сможете увидеть отдельные пиксели. Когда это происходит, мы называем изображение "нечетким".

Цветное изображение на самом деле состоит из трех отдельных каналов, по одному для красного, зеленого и синего цвета. Из-за способа ощущения цвета глазом и мозгом, все цвета радуги могут быть созданы из этих трех основных цветов.

Хотя цифровая камера может записывать 12 бит или 4096 шагов яркости информации, почти все выходные устройства могут отображать только 8 бит или 256 шагов в цветовой канал. Изначальные 12-битные (2 в 12 степени = 4096) входные данные должны быть преобразованы в 8 битные (2 в 8 степени = 256) данные для вывода.

В приведенном выше примере, номинальный пиксель имеет уровень яркости 252 в красном канале, 231 в зеленом канале, и 217 в канале сигнала синего цвета. Яркость каждого цвета может варьироваться от 0 до 255, при 256 общего количества шагов в каждом цветовом канале, когда он отображается на мониторе компьютера, или для вывода на настольном принтере. Ноль означает чистый черный цвет, а 255 указывает чистый белый.

256 цветов каждый из красного, зеленого и синего может показаться не много, но на самом деле это огромное количество, потому что 256 х 256 х 256 - это более 16 миллионов отдельных цветов.

Тональная выборка

Свет и тона в мире изменяются непрерывным образом. После захода Солнца в ясный день небо на западе варьируется от яркого вблизи горизонта до темно-голубого цвета над головой. Эти оттенки синего цвета постоянно меняться. Они плавно переходят от светлого к темному.

Цифровые камеры при измерении света разрывают его непрерывно изменяющиеся сигналы в дискретные шаги, которые могут быть представлены числами (цифры). Они оцифровывают изображение.

64 шага

32 шага

16 шагов

Благодаря способу, который использует наша визуальная система, если мы разделим непрерывные сигналы в достаточном количестве малых дискретных шагов мы можем обмануть глаз, думая, что это непрерывный сигнал, даже если это не так.

В приведенных выше примерах, мы можем увидеть эффект от различного числа тонов, когда мы переходим от черного цвета к белому. Мы можем четко дифференцировать небольшое количество тонов как прерывистость. Но когда число увеличивается, где-то около 128 шагов, они, кажутся непрерывными для нашего восприятия.

Компьютеры и цифры

Поскольку компьютер является очень мощным инструментом при манипулировании с цифрами, мы можем выполнять различные операции над этими цифрами быстро и легко.

Например, контраст определяется как разница в яркости между соседними пикселями. Для контрастности, должна быть разница, так чтобы один пиксель был ярче, а другой пиксель был темнее. Мы можем очень легко увеличить контрастность, просто добавив количество шагов по яркости для яркого пикселя и вычитания числа шагов из значения яркости темного пикселя.

Цвет в изображении представлен значением яркости пикселя в каждом из трех цветовых каналов - красным, зеленом и синем - которые составляют информацию о цвете. Мы можем так же легко изменить цвет пикселя, или группу пикселей, просто изменив число.

Мы можем выполнять другие трюки, такие как увеличение кажущейся резкости изображения за счет увеличения контрастности краевых границ объектов на изображении с помощью процесса, называемого нерезким маскированием.

Представление изображение в виде числа позволяет нам всецело управлять им. И, поскольку изображение является набором чисел, оно может быть дублировано любое количество раз без потери качества.

Линейные или нелинейные данные

Реакция записи цифрового датчика пропорциональна числу фотонов, которые попадают в него. Реакция является линейной. В отличие от фотопленки, цифровые датчики увеличивают записанный сигнал в два раза, когда в два раза увеличивается число фотонов попавших на датчик. Цифровые датчики также являются взаимозаместимыми, как и большинство фотопленок.

Данные, полученные с помощью датчика CMOS в цифровой зеркальной фотокамере и записанные в сыром файле, являются линейными. Линейные данные, как правило, выглядят очень темными по сравнению с нормальным фотографиями (см. рисунок ниже).

Линейная кривая

Человеческое визуальное восприятие яркости лучше описывается логарифмической кривой, чем линейной кривой. Другие человеческие чувства, такие как слух, и даже вкус, также логарифмические. Это означает, что мы лучше различаем разницу на нижнем конце шкалы восприятия, чем мы на высоком конце. Например, мы можем очень легко отличить по весу один фунт и два фунта, когда мы их поднимем. Но у нас возникают трудности при попытке отличить вес в 100 фунтов и 101 фунтов. Тем не менее, разница же, один фунт.

Логарифмическая кривая

Нормальные фотографии на пленке также записаны в нелинейной манере, которая похожа на способ человеческого восприятия. Вот почему мы можем держать слайд к свету, и это выглядит как разумное представления исходной сцены без каких-либо дополнительных модификаций.

Из-за того, что человеческая визуальная система восприятия не работает в линейном порядке, нелинейный закон должен быть применен при "растяжке" линейных данных из цифровой зеркальной фотокамеры, чтобы тональность фотографий лучше соответствовала нашему визуальному восприятию. Эти нелинейные поправки делаются с помощью программного обеспечения внутри камеры при записи изображения в файл в формате JPEG. Если сырой файл сохраняется в камере, эти нелинейные корректировки делаются в программном обеспечении позже, когда данные открыты в программе обработки изображений.

В примерах изображений, показанных выше, снимок экрана диалога Curves в Photoshop был включен в изображении, чтобы мы могли увидеть сравнение между линейными данными и теми же данными с нелинейной корректировкой. Кривая в темном изображении является линейной, то есть прямая линия. Кривая в светлом изображении показана при растяжке, которая должна быть применена к данным, чтобы сделать их ближе к нашему зрительному восприятию.

Кривая представляет входные и выходные значения яркости пикселей в изображении. Черные в левом нижнем углу, а белые в правом верхнем углу. Серые тона между ними. Когда линия прямая, входной сигнал, который проходит горизонтально вдоль дна, соответствует выходному сигналу, который проходит вертикально вдоль левой стороны.

На вставке показано, что когда прямую тянут вверх, так что ее наклон увеличивается, контрастность этой части кривой и соответствующих тонов в изображении увеличивается. В изображенном выше примере видно, что тон в указанной точке создается намного легче. Все тона в изображении ниже этой точки на кривой, и соответствующих тонов в изображении, растягиваются друг от друга и их контраст увеличился.

Вот почему важно работать с высоко битной глубиной при работе с необработанными изображениями. Из-за сильного натяжения и увеличения контраста, которые необходимы, тоны растягивают. Если у нас есть много тонов и глубина высокого тона позволяет, то их можно гладко перераспределять. Если у нас мало тонов для работы, мы рискуем получить постеризацию и полосы при растяжке данных.

В ярком изображении наклон верхней части кривой уменьшается в светлых областях изображения. Это сжимает тона и уменьшает контраст этих тонов в изображении.

Это то, что позволяет обращаться к этим данным в линейной форме в высокой битной глубине, что делает изображения с цифровых зеркальных камер и CCD такими мощными для создания астрофотографий. Это позволяет нам вычесть фон неба и светового загрязнения. Это дает нам возможность контролировать нелинейные корректировки и растягивать данные. Эти настройки позволяют выявить детали астрономических объектов, которые скрыты глубоко в том, что мы считаем теневыми участками нормальной фотографии.

Оглянувшись вокруг себя, Вы, скорее всего, увидите на своем столе, или неподалеку от него, лазерный или струйный принтер, которым Вы пользуетесь для создания различного рода документов, нужных Вам для работы и в повседневной жизни. Совершив пару десятков лет назад настоящую революция в мире полиграфии, цифровые принтеры обрели огромную популярность, которая с каждым днем растет, составив достойную конкуренцию офсетным печатным машинам.

В первые годы существования цифрового печатного оборудования даже неопытный человек мог отличить документы, напечатанные на цифровых машинах от материалов, созданных при помощи офсетного оборудования – выдавало качество. Но развитие цифровых машин не стояло на месте, активно развиваясь, и сегодня они достигли такого уровня, при котором способны показывать отличное качество печатной продукции.
Сегодня отличие цифровой печати от офсетной заключается в том, что каждый из этих видов печати может использоваться для реализации тех или иных целей, с учетом преимуществ и недостатков различного оборудования для каждой из них.

Термин «цифровая печать» достаточно широк, и включает в себя любой способ размножения документов при использовании электронных файлов, точек, формирующих изображения, чернил или тонера, в зависимости от того, какой вид цифрового оборудования используется. В связи с тем, что цифровой принтер воспроизводит изображение страницы в соответствие с конкретным заданием на печать, а не переносит оттиск на бумагу посредством специальных пластин, изображения, печатаемые цифровым оборудованием, могут быть разными для каждого следующего печатного листа. Цифровой принтер не требует установки листов для печати разных графических и текстовых элементов.

Преимущества цифровой печати

Благодаря особенностям нанесения элементов на бумагу цифровыми принтерами, они способны решать две очень важные задачи: печать многостраничных материалов в рамках одного задания на печать и позволять создавать персонифицированные печатные материалы, что особенно необходимо, когда Вы хотите обратиться лично к той или иной компании, либо конкретному потребителю. Эта функция открывает большие возможности для маркетинговых шагов любого предприятия. Кроме того, цифровое оборудование позволяет печатать материалы в течение короткого времени.

Цифровая печать – как это работает?

Процесс цифровой печати начинается с создания файла документа, в который будут включены текст и изображения, воспроизводимые в документе. Независимо от того, какое программное обеспечение используется для создания файла и любого из элементов, файл с графическим изображением обязательно должен быть растровым. Растровая сетка находится на осях координат x и y, а при работе с файлом определяется, какая из них подлежит обработке.
Растровый файл изображения иногда называют битовой картой, потому что он содержит информацию, непосредственно участвующую в формировании сетки. BMP, TIFF, GIF и JPEG являются примерами растровых типов файлов изображений. Осуществление конвертации файла в файл растрового изображения называется обработкой растровых изображений. При подготовке файлов к печати все они должны быть скопированы для создания битового массива, из которого и будут браться данные для вывода изображения на печать с помощью нанесения точек в нужные места.

Цифровые печатающие устройства могут использовать различные технологии в зависимости от вещества, посредством которого изображения наносятся на бумагу (тонер или чернила). Чаще всего для принтеров используется сухой тонер.

Как работает лазерный принтер?

Для работы лазерных принтеров используются световые импульсы от лазерного луча для отображения на светочувствительной поверхности. Изображения формируются из точек в Matrix, как правило, 600х600 точек на дюйм, 750х750 точек/см или 1500х1500 точек/см.

Для работы лазерного принтера используется технология, подобная технологии копировального устройства, основанной на принципе притяжения противоположных электрических зарядов. Используя информацию битовой карты из скопированного файла, лазерный луч подает электрически заряженный фоторецептор. Частицы тонера притягиваются к нему, а затем переносятся на бумагу. Тонер закрепляется на бумаге при ее прохождении через горячие ролики (примерно 400 градусов).

Высокая температура, необходимая для закрепления тонера на бумаге, обуславливает некоторые ограничения на типы бумаги, которые могут использоваться для печати на лазерном принтере.

Тонер

Частицы тонера заряжены отрицательно, на пластиковых основах находится порошок, который нагревается под температурой. Тонер состоит из цветного или черного пигмента и полимера. Смесь нагревается и измельчается, а затем остывает. При нагревании создаются частицы тонера размером от 7 до 10 микрон.

От размера частицы тонера зависит разрешение печатаемого изображения. Количество точек должно соответствовать точкам в битовой карте. Это важно для воспроизведения изображения с нормальным разрешением.

Как работает струйный принтер?

Для работы струйного принтера используются очень мелкие капельки чернил для воспроизведения изображений на бумаге. Капли чернил контролируются цифровым сигналом, чтобы жидкая краска распылилась на бумаге. Величина капель струйных чернил составляет примерно 50-60 мкм, т.е. эти капли меньше диаметра волоса человека (70 мкм), но крупнее частиц тонера.

При печати фотографий струйный принтер воспроизводит высококачественные изображения, близкие к фотографическим. Струйные принтеры работают с бумагой и другими основами, в том числе, с рулонной бумагой. Это позволяет печатать крупноформатные материалы в высоком разрешении.

Цифровая печать и бумага

Бумага, предназначенная для цифровой печати, обладает другими свойствами по сравнению с бумагой, используемой для офсетной печати. В частности, бумага должна быть термостойкой, не меняющей своих качеств при воздействии высоких температур, давления и химических элементов, входящих в состав тонера.

Возможно, Вы сталкивались с проблемой протекания чернил сквозь лист и другими трудностями при печати материалов на струйном оборудовании. При печати тонером могут возникнуть такие проблемы, как отпечатывание частиц краски на предметы и другие бумаги, когда лист после печати еще теплый. Это значит, что для печати подобрана не подходящая для работы с цифровым оборудованием бумага.

Зачем нужно знать об особенностях работы цифровых печатных машин?

Обладать знаниями о принципах работы цифрового оборудования необходимо для того, чтобы при сотрудничестве с типографией, которая будет печатать для Вас различного рода материалы, Вы могли сориентироваться в рекомендациях и советах от ее сотрудников, правильно выбирать бумагу и другие расходные материалы для своей работы.

Цифровое телевидение представляет собой современную технологию телевизионного вещания, которая заключается в передаче телевизионного звука и изображения с помощью кодирования видеосигнала. Привычное нам всем телевидение называется аналоговым и оно постепенно уходит в историю. Его основной недостаток: неустойчивость сигнала в разным помехам и возможность просмотра только нескольких телевизионных телеканалов. Цифровой сигнал имеет защиту от помех, поэтому обеспечивает высокое качество звука и изображения. Кроме того, на одной частоте вместо аналогового канала он может передавать сразу несколько цифровых. Таким образом зрители получают возможность смотреть разнообразные каналы: общеформатные, развлекательные, информационные, познавательные, детские, музыкальные, спортивные, транслирующие сериалы и кино.

Преимущества цифрового телевидения

По способу передачи цифровое телевидение делится на:

1. эфирное наземное телевидение, вещающее в режиме DVB-T2 и DVB-T;
2. спутниковое и кабельное телевидение.

Преимущества подключения цифрового телевидения:

• уменьшение мощности передатчиков;
• повышение помехоусточивости телевизионных сигналов;
• повышение в ТВ-приемниках качества картинки и звука;
• значительное увеличение ТВ-программ;
• наличие интерактивных ТВ-систем;
• наличие дополнительных функций: "видео по запросу", "запись передачи", "в начало передачи", выбор субтитров и языка;
• возможность создания архива передач и др.

Антенны, которые используются для приема сигнала, также различаются. При их покупке нужно учитывать дальность передающей станции, условия прямой видимости на станцию, а также уровень передаваемого сигнала. Так, эффективными считаются антенны с высотой подвеса десять метров и большим коэффициентом усиления, а также комнатные антенны. Но обычно прием сигнала успешно осуществляется на ту антенну, которой абонент пользуется уже давно.

Итак, если вопрос с покупкой приставки и установкой антенной дециметрового диапазона решен, то можно приступать к подключению "цифры" на свой телевизор. Для этого подключаем тюнер к телевизору согласно инструкции, которая идет с ним в комплекте. Потом подключаем к нему антенну и с помощью пульта запускаем процедуру поиска каналов. Поиск может осуществляться вручную или в автоматическом режиме (выбираете тот, который вас устраивает). Через несколько минут на экране появится результат. Отметим, узнать, поддерживает ли вам телевизор цифровое телевидение, достаточно просто. Так, если он имеет обозначение DVB-T2, то принимает цифровое телевидение эфирное; если DVB-S - значит принимает спутниковое телевидение и DVB-C - кабельное.

Перед установкой цифрового телевидения обязательно узнайте, в каком месте находится передающая сигнал вышка. В ее сторону нужно будет направить антенну. Если используется внешняя антенна, то ее нужно надежно крепить на кронштейны.

Если вы хотите смотреть самое качественное телевидение в России, то без базовых понятий о «цифре» вам не обойтись. И самое главное, о чем следует знать - это о цифровых телевизионных ресиверах или приставках. Мы расскажем о них все!

Цифровой ресивер представляет собой устройство для приема сигнала цифрового телевидения, преобразования и передачи его на аналоговый телевизор совершенно любой модели. Нередко цифровые ресиверы также называют цифровыми приставками, ТВ-тюнерами, dvb-t2 приставками или просто dvb-t2 приемниками. Обозначение «dvb-t2» говорит о том, какой именно стандарт цифрового телевидения поддерживает тот или иной ресивер. На сегодняшний день существую несколько кардинально отличающихся между собой стандартов цифрового телевидения:
- DVB-T/T2 – эфирное цифровое телевидение
- DVB-S – спутниковое телевидение
- DVB-C – кабельное телевидение
- DVB-T – эфирное цифровое телевидение
- DVB-H – мобильное телевидение

Наиболее простым и доступным на сегодняшний день является эфирное цифровое телевидение стандарта DVB-T2. Именно оно должно в самое ближайшее время заменить все аналоговое телевидение в России в рамках специальной государственной программы. Поэтому речь в данной статье пойдет дальше именно о цифровых телевизионных ресиверах, предназначенных для принятия сигнала стандарта DVB- T2. Существуют приставки для домашних телевизоров и для автомобильных, и все они работают по одному принципу, все они отличаются простой эксплуатацией и широким функционалом.

Просмотр каналов цифрового телевидения - это основная задача ресивера, к дополнительным опциям относятся:

1. Поддержка различных форматов видео и аудио
2. Функция записи прямого эфира телевидения
3. Воспроизведение мультимедийных файлов с USB-носителей
4. Функция паузы прямого эфира и дальнейшего воспроизведения с момента остановки
5. TimeShift - возможность отложенного просмотра программ цифрового телевидения

Как работает цифровой телевизионный ресивер?

Схема работы цифровой приставки достаточно проста. На первой промежуточной частоте сигнал в диапазоне 950-2150 МГц с выхода малошумящего усилителя конвертера переходит по кабелю в СВЧ приемник ресивера, в демодуляторе корректируются потенциальные ошибки, а выделенный на выходе поток поступает на демультиплексор, разделяющий информационный поток на видео, звук и др., где и осуществляется дешифровка. В декодере видео потока MPEG-2 видеосигналы декодируются в декомпрессированные цифровые сигналы, которые далее разделяются на составляющие: яркостной (U), зеленой (G), красной (R), синей (В).

Кодер цифрового тв преобразовывает стандарты, следовательно, на его выход можно подключить приемник, работающий в одном из трех стандартов для аналогового тв: РАL, SEСАM или NТSС. А с декодера звука на выходе поступают и цифровые, и аналоговые сигналы. Мультипроцессор предназначен для управления демультиплексором-дешифратором и выделения сигнала при задействовании интерактивной системы связи, а также для выделения интегрированных пакетов данных. А благодаря модулю цифрового управления и ИК датчика есть возможность управлять ресиверов с помощью пульта ДУ.