GeoSELECT.ru



Технология / Реферат: "Цифровые фотоаппараты, как средство съема визуально - оптической информации" (Технология)

Космонавтика
Уфология
Авиация
Административное право
Арбитражный процесс
Архитектура
Астрология
Астрономия
Аудит
Банковское дело
Безопасность жизнедеятельности
Биология
Биржевое дело
Ботаника
Бухгалтерский учет
Валютные отношения
Ветеринария
Военная кафедра
География
Геодезия
Геология
Геополитика
Государство и право
Гражданское право и процесс
Делопроизводство
Деньги и кредит
Естествознание
Журналистика
Зоология
Инвестиции
Иностранные языки
Информатика
Искусство и культура
Исторические личности
История
Кибернетика
Коммуникации и связь
Компьютеры
Косметология
Криминалистика
Криминология
Криптология
Кулинария
Культурология
Литература
Литература : зарубежная
Литература : русская
Логика
Логистика
Маркетинг
Масс-медиа и реклама
Математика
Международное публичное право
Международное частное право
Международные отношения
Менеджмент
Металлургия
Мифология
Москвоведение
Музыка
Муниципальное право
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование
Психология
Радиоэлектроника
Религия
Риторика
Сельское хозяйство
Социология
Спорт
Статистика
Страхование
Строительство
Схемотехника
Таможенная система
Теория государства и права
Теория организации
Теплотехника
Технология
Товароведение
Транспорт
Трудовое право
Туризм
Уголовное право и процесс
Управление
Физика
Физкультура
Философия
Финансы
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
   

Реферат: "Цифровые фотоаппараты, как средство съема визуально - оптической информации" (Технология)



Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
кафедра основ радиотехники
ЦДП



Пояснительная записка

к научной работе слушателя НОУ
Хмеленко Дениса Геннадьевича
на тему:

«Цифровые фотоаппараты как средство съёма
визуально – оптической информации»



Научный руководитель работы
Олейников.А.Н.
профессор кафедры ОРТ



Харьков 2004 год

Содержание

Стр.

1 Основные принципы и классификация цифровых
фотоаппаратов...............................................................
...................2

1.1 Общие принципы работы фотоаппаратов ...........................2
1.2 Классификация
...........................................................................
3
1.3Студийные
камеры.....................................................................
3
1.4Полевые
камеры......................................................................
.....4
1.5Профессиональные
камеры........................................................4
1.6Любительские камеры
...............................................................5

2 Оптическая система
.................................................................6


2.1Объективы с постоянным и переменным фокусным расстоянием
............................................................................
.............6 2.2Сменная оптика. Зеркальные и незеркальные
камеры....................7 2.3Экспозиция. Диафрагма и выдержка.
Светочувствительность.......................................................
...................... 8 2.4Экспозиционное число. Экспокоррекция
.............................................9 2.5Аберрации
............................................................................
.....................10 2.6Разрешающая способность оптики
................................................11

3 Электронно – оптические преобразователи
................................11

– Общие принципы

4 Устройства хранения информации
.............................................14

4.1 Буферная память
..............................................................14
4.2Устройства долговременного хранения ...............................15



Введение
Последнее десятилетие XX века ознаменовалось появлением
большого количества устройств, изменивших привычный взгляд на вещи.
Похоже, что, кроме чайников и утюга, не осталось техники, в
названии
которой не фигурирует слово «цифровой». В связи с этим возникает
некоторая путаница, что же подразумевает данное прилагательное в
том
или ином случае. Чаще всего недоразумения происходят при использо-
вании словосочетания «цифровая камера». Вызвано этим тем, что под
этим названием скрываются два совершенно разных класса устройств –
цифровые видеокамеры и цифровые фотокамеры. И если цифровые
видеокамеры представляют собой достаточно привычные устройства, пусть
с улучшенным качеством и упрощённым подключением к компьютеру,
то цифровые фотокамеры произвели настоящий переворот в истории
фотографии.
Очевидно, что технология съемки, проявки плёнки и печати
фо-
тографий претерпела незначительные изменения с момента появления
на свет. К революционным изменениям можно отнести воцарение цвета
( случившееся, впрочем, совсем недавно) и появление фотоаппаратов
«моментальной съёмки», более известных по одному из крупнейших
производителей – компании Polaroid. И если с технической точки зрения
обычные фотокамеры последнего поколения представляют собой чудеса
инженерной мысли, то химические процессы получения фотографий
сохранились с дедовских времен. При этом следует вспомнить, что
любительские киносъёмки, появившаяся значительно позднее фотосъёмки,
с начала 80-х годов стала активно вытесняться видеосъёмки, и в
результате в наше время кинокамеры в руках далёкого от
кинематографа
человека – явления довольно редкое.
Тем не менее электроника заменила плёнку в фотокамерах
сравнительно недавно – первые модели цифровых фотокамер появились
на рынке в Украине в 1996 году. Причину столь позднего старта
следует искать в конструктивных особенностях цифровых фотоаппаратов.
Также следует отметить появившиеся недавно новые
мобильные
телефоны, имеющие встроенный цифровой фотоаппарат, выход в интернет
и многое другое.

1.1Общие принципы работы фотоаппаратов

Любой фотоаппарат, в том числе и цифровой, можно условно разделить
на три части. Первая из них – оптическая система, состоящая из
объектива ( иногда с насадками ) и затвора. Вторая часть – это
регистратор изображения. Третья часть предназначена для хранения
отснятых
кадров. В обычном фотоаппарате функции второй и третьей частей
выполняет плёнка, в цифровом для этого используется два разных
устройства.
Для регистрации изображения используется электронно-оптический
преобразователь, а для хранения – флэш-память.
Примечание : ЭОП – прибор, преобразующий световой поток в электрический
сигнал. Характеризующийся разрешением – количеством
точек по вертикали и горизонтали, а также соотношением сигнал/шум.

Флеш-память – энергонезависимая память, сохраняющая информацию
после выключения питания. Характеризуется форм-фактором, емкостью
( в мегабайтах ), скоростью доступа и напряжением питания ( как
правило, 3,3 либо 5 В ).
В качестве ЭОП используется два типа устройств – ПЗС-
матрицы
( матрицы приборов с зарядовой связью) и КМОП-матрицы. По конку-
ренции данные устройства примерно похожи на используемые в
видеокамерах матрицы, основное различие заключается в разрешении.
Эта же характеристика является одной из основных при описании
цифровой фотокамеры, именно дороговизна ПЗС-матрицы с большим
количеством элементов сдерживала развитие цифровой фотографии. И
если для любительской видеокамеры достаточно матрицы из 300 тысяч
элементов, то для фотографии размером 9Ч12 см необходимо наличие
как минимум мегапиксела.
Мегапиксельные ПЗС-матрицы с разрешением 1280Ч960 появились в
цифровых фотокамерах в конце 1997 года.
1.2Классификация
Если попытаться провести классификация цифровых фотокамер, то
полученные категории будут примерно совпадать с существующими в
области пленочной фотографии классами.
Изначально все цифровые фотоаппараты можно разделить на :
- студийные;
- полевые;
Как видно из названия, отличаются они друг от друга « средой
обитания».

1.3Студийные камеры
Названия фирм, производящих эту технику, не скажут ничего не
только
обычному пользователю, но и профессиональному фотографу – Leaf,
Phase One, Dicomed. Студийные камеры предназначены для стационарной
съемки в специально отведенном для этого помещения – фотостудии.
Для студийных камер не существует ограничений ни на время
экспонирования, ни ( теоретически ) на габариты устройства. В связи
с
этим данные приборы в основном представляют собой приставку к
среднеформатной или крупноформатной камере, устанавливаемую вместо
задней стенки аппарата. Конструктивно эти устройства можно разделить
на два основных типа – сканирующие и полнокадровые. Поскольку в
студийной технике применяются дорогостоящие ПЗС-матрицы высокого
разрешения, поток информации в таких системах очень интенсивный.

1.4Полевые камеры

Гораздо более распространенной категорией являются полевые камеры.
Так как данные модели предназначены для эксплуатации в различных
условиях освещения, а объекты съемки могут быть самыми
разнообразными, крайне необходим широкий диапазон выдержки и
диафрагмы, а также встроенная вспышка. Фотоаппараты этого класса
работают автономно, поэтому должны обладать большими объемами памяти
и низким уровнем энергопотребления. Ввиду того, что полевые
камеры постоянно находятся в руках своих владельцев, в крайнем
случае в сумке на плече, к этому типу техники предъявляются очень
жесткие требования по массе и габаритами.
В 2002 году появилась технология, которую можно
назвать
революционной – многослойные матрицы, в которых каждый элемент
(пиксел) регистрирует полную информацию о цветовом диапазоне.
Достигается это за счет того, что свет с разной длиной волны
проникает в материал ЭОП на разную глубину.
Применение сменной оптики и цена – вот что разделяет многочисленное
семейство полевых фотокамер на две большие категории : профес-
сиональные и любительские.


1.5Профессиональные камеры
К началу 2003 года основной из критериев - цена составляет от 2000
долларов для профессиональных камер. Тому виной два обстоятельства.
Во-первых, категория покупателей профессиональной техники относительно
немногочисленна и согласна с высокой ценой за хорошее качество. Кроме
того, сменные объективы, используемые в камерах этого класса, зачастую
стоят не намного дешевле самих фотоаппаратов.
Вторая причина повышенной стоимости – конструкция этих устройств.
Фактически профессиональная камера представляет собой корпус «зеркального»
пленочного фотоаппарата высокого класса (и высокой стоимости),
доработанного с учетом установки электронно-оптического
преобразователя (ЭОП) и устройства хранения кадров.
Большинство моделей снабжаются цветным ЖК -дисплеем
расположенным на задней панели, - он используется для просмотра и
удаления отснятых кадров, настройки камеры и т. д. Главное же
конструктивное отличие данной категории - вали: чие байонетногоразьема для
сменной оптики, причем стоимость качественного объектива может в
несколько раз превосходить стоимость камеры. Использование стандартной
оптики накладывает также ограничение на минимальный размер ЭОП, по
габаритам он должен быть максимально приближен к размерам кадра 35-мм
пленки. Так как в качестве ЭОП в основном используются дорогостоящие
крупногабаритные ПЗС-матрицы, общую цену камеры низкой назвать нельзя.
Однако в последнее время наметилась тенденция использовать в качестве базы
фотоаппараты среднего класса: Возможно, в недалеком будущем стоимость
цифровой «зеркалки» опустится ниже планки в 2000 долларов.

1.6Любительские камеры
Поскольку фотолюбителей, готовых купить камеру за 2000 долларов и выше (это
без учета стоимости оптики), не так уж и много, вскоре после
профессиональных моделей появились и любительские, которым и будет уделено
основное внимание на страницах данной книги. В англоязычной литературе
часто встречаются определения consumer camera (буквальный перевод -
потребительские камеры), а также prosumer camers - этот термин появился
сравнительно недавно и образован за счет слияния слов ргоfеввiопа1 и
сопвитег. Им обозначаются недавно появившиеся модели с высоким разрешением,
большим количеством ручных настроек и сервисных функций, с возможностью
установки оптических насадок и подключения внешней вспышки - в общем, со
всем тем, что до недавнего времени встречалось только в профессиональных
моделях.~Любительская цифровая камера в отличие от профессиональной
разрабатывается, что называется, «с нуля», без использования корпуса и
оптики пленочных камер. Есть, правда, модели, внешним видом напоминающие
широко известные 35-мм любительские камеры.


[pic]



Рис. 1.4. Слева - пленочная камера Саnоn IXUS 11, справа – цифровая
камера Canon Digital IXUS

[pic]

Рис. 1.5. Слева – пленочная камера Olympus ZOOM 115, справа –
цифровая камера Olympus C - 990 ZOOM
Как и следует ожидать, на внешнем виде сходство заканчивается даже такая,
на первый взгляд, легко поддающаяся копированию часть пленочной камеры,
как объектив, не годится для цифровой модели. Дело в том, что используемые
в любительских цифровых фотоаппаратах ПЗС-матрицы значительно меньше тех,
что применяются в профессиональных. Их размер не превышает 2/3 дюйма по
диагонали, а наиболее часто встречаются матрицы с диагональю 1/2 дюйма. При
этом оптика, перенесенная один в один с 35-мм камеры, дает изображение,
значительно превосходящее по размерам ПЗС-матрицу. Кроме того, ЭОП обладают
меньшей по сравнению с пленкой светочувствительностью, а с другой стороны,
продолжительное воздействие яркого света губительно для них, что
накладывает дополнительные ограничения на конструкцию затвора и
светосильные характеристики оптики. ?Как ни прискорбно, до сих пор
встречаются конструкции камер, оптика которых вызывает нехорошие
воспоминания о дешевых китайских «мыльницах» с пластмассовыми линзами.
Естественно, что никакие «мегапикселы» не помогут сформировать качественное
изображение при эксплуатации таких моделей. В то же время появившиеся в
1998 году камеры с ЭОП на полтора миллиона элементов и хорошей светосильной
оптикой до сих пор с успехом используются в достаточно сложных для съемки
условиях, например при съемке в помещениях с плохой освещенностью.

2 Оптическая система

Как уже было сказано, одной из основных составляющих фотоаппарата является
его объектив. Поэтому необходимо упомянуть основные термины, касающиеся
оптической подсистемы фотоаппарата.

2.1Объективы с постоянным и переменным фокусным расстоянием

Чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол зрения - предметов попадает
в кадр меньше, но их размер в кадре больше. И наоборот, при уменьшении
фокусного расстояния объекты съемки становятся меньше, но в кадр их
попадает больше. Разумеется, что это также сказывается и на перспективе
кадра - степени удаленности объектов друг от друга. Углу зрения обычного
человека в 35-мм камерах соответствует фокусное расстояние 50 мм (46°).
Часто фокусное расстояние для цифровой фотокамеры указывается двумя
цифрами, например, 6-15 мм (28-72 мм). Это вызвано тем, что размер ЭОП
меньше кадра обычной пленки, поэтому линейные размеры оптики тоже меньше.
Для удобства восприятия вводится вторая величина, которая обозначает
фокусное расстояние в эквиваленте 35-мм камеры.
Для обозначения объективов с переменным фокусным расстоянием в англоязычной
литературе применяется термин zoom, часто он калькируется в русских
переводах словом «зум». Это неправильно, для объективов такого типа давно
существует название вариообьектив. Под кратностъяю объектива подразумевают
отношение максимального фокусного расстояния к минимальному,
например,
105/35 = 3 – кратность объектива равна 3. Объективы, фокусное расстояние
которых не изменяется, в англоязычной литературе называются fixed focus. В
отечественной литературе такой тип оптики обозначается как объектив с
постоянным фокусным расстоянием. Постоянное фокусное расстояние несколько
ограничивает возможности фотографа, в то же время конструкция таких
устройств предельно проста. Поэтому такие объективы чаще всего встречаются
в недорогих компактных камерах.



2.2Сменная оптика. Зеркальные и незеркальные камеры

До определенного момента вариообъективы с кратностью больше двух были
сложными в производстве и капризными в эксплуатации. Поэтому для
портретной, пейзажнoй и спортивной съемки использовались разные объективы,
каждый с наиболее подходящим фокусным расстоянием. Фотограф закреплял их на
камере, используя резьбовое либо байонетное соединение (о котором будет
рассказано далее). Однако с появлением надежных и недорогих вариообъективов
высокой кратности (от 3 и выше), а также повсеместным внедрением
электроники, обеспечивающей правильный расчет параметров съемки, широкое
распространение ранение получили компактные камеры под 35-мм пленку,
оборудованные несменными объективами с переменным фокусным расстоянием. Тем
не менее сменная оптика сохранилась в так называемых зеркальных камерах.
Зеркальной (SLR - single 1еns reflех) называется камера, в
которойизображение, попадающее в объектив, с помощью специальной оптической
системы проецируется на поверхность экрана фокусировки. Это изображение
пользователь наблюдает в видоискателе и визуально контролирует кадрирование
и фокусировку. Для точного определения дистанции съемки применяются
разнообразные оптические устройства. Одним из них является микрорастр,
система микроскопических пирамидок, нанесенных на поверхность экрана
фокусировки.
Чтобы изображение попало на видоискатель, используется либо зеркальце,
убирающееся в момент съемки, либо полупрозрачная призма.
видеоискатель
[pic]
Зеркальце в
нижнем положении
Рис 2.1. Зеркальная камера с убирающимся зеркалом
Отдельного упоминания заслуживают модели, использующие
принцип видеокамер - вместо оптического видоискателя в них установлен
миниатюрный, не более 1,5 см, цветной ЖК-дисплей с хорошим разрешением -
порядка 130 тысяч элементов. При этом на дисплей выводится дополнительная
информация - значения диафрагмы, выдержки, количество кадров и т. д. Такое
решение обусловлено, во-первых, особенностями конструкции камеры (например,
когда «зрачок» оптического видоискателя просто негде расположить), а во-
вторых, тем, что при съемке в солнечную погоду блики на ЖК-дисплее делают
практически невозможным использование его в качестве видоискателя.

2.3Экспозиция. Диафрагма и выдержка. Светочувствительность.

Важнейшим оптическим определением является экспозиция.
Экспозиция – это физическая величина, служащая количественной
мерой световой энергии, падающей на светочувствительный элемент.

В нашем случае светочувствительным элементом является ПЗС-матрица. От
экспозиции, сообщенной матрице, во многом зависит качество снимка -
недостаточная экспозиция (называемая фотографами недодержкой) приводит к
плохой проработке деталей в тенях, избыточная экспозиция (передержка) - к
плохой проработке светлых участков. Для управления экспозицией используются
диафрагма и выдержка, для расширения их диапазона применяют материалы с
более высокой светочувствитвлъностъю.
Диафрагма – это устройство, посредством которого ограничивается
поперечное сечение световых пучков, проходящих через объектив, для
уменьшения
освещенности ПЗС-матрицы. Представляет
собой светонепроницаемую преграду с центральным отверстием изменяемого
диаметра.



[pic]
а б в

Рис. 2.3. Диафрагма: а -f/22, б-f/8, в - f/2


Наиболее распространена ирисовая диафрагма, у которой световое отверстие
образуется несколькими дугообразными лепестками (ламелями), соединенными с
подвижным кольцом-коронкой. При повороте кольца лепестки сходятся (или
расходятся), плавно уменьшая (или увеличивая) отверстие диафрагмы. Величина
действующего отверстия диафрагмы изменяется в зависимости от условий съемки
(освещенности фотографируемого объекта и чувствительности ПЗС-матрицы), а
также выдержки (о ней будет рассказано далее). От величины отверстия
диафрагмы зависит диапазон резко изображаемого пространства - чем меньше
отверстие, тем больше глубина, резкости, и наоборот:
Количественно диафрагма может быть описана относительным отверстием
объектива, равным отношению диаметра входного зрачка объектива к его
фокусному расстоянию. Квадрат этого числа определяет светосилу объектива.
Для обозначения диафрагмы тем не менее используется так называемое
диафрагменное число - величина, обратная относительному отверстию. Ряд
численных значений диафрагменного числа выбирается так, что он образует
геометрическую прогрессию со знаменателем, равным корню квадратному из двух
(например, 1; 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6 и т. д.). При данной яркости объекта
съемки освещенность его оптического изображения на П3С-матрице обратно
пропорциональна квадрату диафрагменного числа, то есть чем меньше число,
тем больше света попадает на матрицу. Если минимальное значение
диафрагменного числа 2,8 и ниже, то объектив считается светосильным.
Выдержка – это промежуток времени, в течение которого
световые
лучи воздействуют на ЭОП для сообщения ему требуемой экспозиции.

Светочувствительность - это способность какого-либо материала
определенным
образом реагировать на оптическое излучение. Чем выше чувствительность,
тем
меньшее количество света требуется для реакции материала.

Количественная мера указанной способности - светочувствительное число.
Указывается в единицах ISO (International Standards Organization -
Международная организация стандартов). При использовании пленки с высокой
чувствительностью можно вести съемку с меньшей экспозицией. Но с
увеличением чувствительности фотопленки растет зернистость изображения и
неоднородность негатива. К сожалению, при увеличении чувствительности
цифровой камеры изображение тоже ухудшается.


2.4Экспозиционное число. Экспокоррекция
ПРИМЕЧАНИЕ
Экспозиционное число _ понятие, используемое для однозначной
Характеристики условий фотосъемки и определения экспозиции, не
обходимой для получения качественного кадра при заданной
светочувствительности ПЗС-матрицы.

Ряд значений экспозиционных чисел образует шкалу - изменение
экспозиционного числа на одну единицу соответствует изменению экспозиции в
два раза. Одну и ту же экспозицию можно обеспечить при различных сочетаниях
значений диафрагменного числа и выдержки, называемых экспозиционными
параметрами(экспопараметрами).

2.5Аберрации
Аберрации - искажения (от лат. aberratio- уклонение) изображения,
формируемого оптической системой. Проявляются в понижении резкости
изображения, нарушении подобия между объектом и его изображением
(геометрические аберрации) либо окрашивании контуров изображения
(хроматические аберрации).
Среди большого количества геометрических аберраций наиболее заметны
кривизна поля и дисторсия.
Кривизна поля характеризуется тем, что резкое изображение плоского предмета
лежит на искривленной поверхности. Вызвано это тем, что после прохождения
сквозь оптическую систему световые лучи, идущие из точек, расположенных вне
оптической оси объектива, сходятся в фокус не в одной плоскости. На
фотографии кривизна поля проявляется в понижении резкости изображения от
центра к краям. Устраняется эта аберрация подбором линз с различной
кривизной поверхностей.
Дисторсией называется аберрация, при которой нарушается геометрическое
подобие между объектом и его изображением. Это явление возникает в
результате того, что линейное увеличение, даваемое оптической системой,
изменяется по полю изображения.



[pic]

Рис. 2.4. Дисторсия

В вариообъективах дисторсия выражается в «подушкообразных» искажениях при
длиннофокусном режиме и в «бочкообразных» - при широкоугольном. Для
снижения дисторсии в конструкцию объективов включается асферическая оптика,
то есть линзы с параболическими, эллиптическими и другими поверхностями.
Хроматические аберрации обусловлены зависимостью показателя преломления
оптического стекла от длины волны проходящего через него света. В линзовых
оптических системах это приводит к разложению луча белого света на
несколько одноцветных лучей, которые после выхода из оптической системы
пересекают оптическую ось в разных точках. Поэтому в тех случаях, когда
освещенность объекта съемки и его фона сильно отличается, на стыке
появляется цветовая окантовка, чаще синеватого или фиолетового оттенка,
именуемая каймой (fringe). Хроматическую аберрацию уменьшают
комбинированием положительных и отрицательных линз, сделанных из разных
сортов стекла.

2.6Разрешающая способность оптики

Разрешающая способность оптических систем - под этой характеристикой
подразумевается способность данных систем создавать раздельные изображения
двух близко расположенных точек объекта. Разрешающую способность оценивают
по наименьшему расстоянию между двумя точками, при котором их изображения
еще не сливаются. До недавнего момента вопрос о достаточности разрешающей
способности объективов не возникал. Однако с увеличением разрешения матриц
любительских камер периодически складывается ситуация, когда один и тот же
сенсор, установленный на разных фотоаппаратах, «рисует» изображение с
неодинаковым качеством. Особенно это характерно для сверхкомпактных
моделей, к которым тяжело создать объектив с высокими оптическими
характеристиками.


З Электронно – оптические
преобразователи

После прохождения оптики световой поток попадает на регистрирующий элемент
- электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Как уже упоминалось, в
основном в этих целях используются матрицы ПЗС - приборов с зарядовой
связью. Несмотря на то что ЭОП на КМОП-элементах в последнее время
появляются даже на профессиональных моделях, подавляющее большинство
любительских фотоаппаратов оснащены именно П3Сматрицами. Рассмотрим
подробнее конструкцию этих устройств.

Общие принципы
Для того чтобы досконально понять, каким образом свет преобразовывается в
электрический заряд, необходимо вспомнить раздел «Полупроводниковые
приборы» школьного курса физики, точнее -р-n-переход. Однако тема эта
слишком объемна, чтобы рассматривать ее в рамках данной работы. Вкратце
принцип устройства и функционирования П3С-матриц сводится к следующему.
В кремниевой подложке р-типа создаются каналы из полупроводника n-типа.
Сверку наносится изолирующий слой окиси кремния. Над каналами размещаются
электроды из поликристаллического кремния. При подаче электрического
потенциала на электрод в обедненной зоне под каналом n-типа образуется так
называемая потенциальная яма, которая способна хранить электроны. После
попадания фотона на поверхность n-канала
последний генерирует электрон, который хранится в потенциальной яме. Чем
больше фотонов попадает на поверхность, тем выше накапливаемый заряд. Чем
больше электронов может накопить потенциальная яма, тем больший диапазон
освещенности можно зафиксировать, и от этого, в конечном итоге, зависим
динамический диапазон (о нем более подробно будет рассказано ниже). Все,
что требуется сделать, - считать значение этого заряда и усилить его.


[pic]
Рис 3.1. Элемент ПЗС – матриц.


Для считывания заряда используются устройства, называемые регистрами
сдвига, преобразующие строку зарядов на входе в последовательность
импульсов на выходе. Полученный сигнал затем поступает на усилитель. Таким
устройством можно считать значение строки ПЗС-элементов.
В нашем же случае требуется определить заряд каждого из элементов матрицы.
При этом используется способность ПЗС к перемещению потенциальной ямы. Для
этого достаточно подать больший потенциал на соседний электрод, под который
должна переместиться потенциальная яма. При этом яма из-под соседнего
электрода, в свою очередь, смещается под слёдующий электрод и так далее до
регистра сдвига. Таким образом, необходимо согласовать по времени импульсы,
подаваемые на электроды, а также работу регистров сдвига.
Поэтому используются два дополнительных устройства: во-первых, управляющая
микросхема, обеспечивающая подачу импульсов на электроды матрицы, и во-
вторых, тактовый генератор.
Одним из первых типов ЭОП были полнокадровые ПЗС-матрицы. После
того как отработал затвор фотоаппарата и все пикселы накопили
заряд,
эквивалентный световому потоку, упавшему на них, происходит процесс

считывания зарядов.


Рис. 3.2. Полнокадровая матрица.


[pic]



4 Устройства хранения информации
Итак, световой поток пропел через оптическую подсистему, попав на
электронно-оптический преобразователь. Полученное аналоговое изображение
посредством преобразователей стало цифровым. Как было сказано ранее,
подавляющее большинство фотоаппаратов использует схему с чередованием
элементов, которая требует дополнительной обработки встроенным программным
обеспечением для получения полноценного кадра. Также требуется обработка
изображения с целью его сжатия (об этом будет рассказано далее). Кроме
того, скорость считывания кадра с ПЗС-матрицы значительно выше скорости
записи на устройство долговременного хранения информации, какого бы типа
оно ни было. Для промежуточного хранения и обработки изображения
используется буферная память.

4.1Буферная память
Этот тип памяти аналогичен ОЗУ, используемому в персональных компьютерах.
Основное отличие в том, что при выборе тек или иных микросхем основное
внимание уделяется не столько быстродействию (хотя и оно немаловажно),
сколько надежности и малому энергопотреблению. До недавнего времени размеры
буфера были сравнительно невелики, пока кому-то из производителей не пришла
в голову мысль увеличить объем этой памяти. При этом в буфер может
помещаться и обрабатываться не один, а несколько кадров. Таким образом,
значительно сокращается интервал, необходимый для подготовки камеры к
следующейсъемке, практически время затрачивается только на зарядку вспышки.
Если не использовать вспышку, то становится доступным режим непрерывной
сьемхи, когда камера делает несколько (до 10) кадров с высокой скоростью
(до 3 кадров в секунду) и помещает их в буфер, где они обрабатываются и
потом записываются в долговременную память. Если АЦП матрицы обеспечивает
высокую пропускную способность, то возможен режим видеосъемки - затвор при
этом остается открытым на все время съемки. Характеристики получаемого
видеоролика в основном такие: разрешение 320х240, частота 15 кадров в
секунду, продолжительность до 30 секунд.
После того как программное обеспечение камеры создало на основе данных с
ПЗС-матрицы полноцветное изображение, возникает задача его сохранения.
Графические файлы очень велики и поэтому требуется их дополнительная
обработка - сжатие. При этом используется алгоритм JPEG (Joint Photographic
Experts Group). Суть этого алгоритма сводится к трем основным шагам. На
первом шаге кодировка RGB, основанная на представлении каждого цвета
сочетанием красного, синего и зеленого оттенков, заменяется на кодировку
YUV. В этом формате компонент У отвечает за яркость, а U и V - за цветовой
оттенок. Подобная схема применяется в телевещании - как уже было сказано,
человеческий глаз больше реагирует на яркостные характеристики изображения,
чем на цветовые.
На втором шаге следует разбиение изображения на отдельные участки размером
8х8 пикселов, затем над каждым участком производится математическая
операция - дискретное косинус-преобразование. В результате изображение
представляется в виде гармонических колебаний разной частоты и амплитуды.
А на третьем шаге происходит то, из-за чего компрессия JРЕС называется
сжатием с потерями качества» - частотно-амплитудные характеристики каждого
блока анализируются с учетом повторяемости цветов в изображении и
особенностей человеческого зрения, в частности меньшей чувствительности
глаза к верхней части спектра. При этом удается исключить до половины
яркостной информации и до 3/4 цветовой. Естественно, что даже при
минимальном сжатии, когда человеческий глаз не в состоянии отличить
изображение в формате JPEG от оригинала, восстановить изображение с
точностью до пиксела невозможно (а, в общемто, и не нужно). Чем выше
коэффициент сжатия, тем большее количество яркостных и цветовых
характеристик исключается, тем меньше получаемый файл и тем больше шансов
обнаружить при просмотре визуальные искажения (артефакты) JPEG. Эти
искажения проявляются в виде размытая контрастных границ, проявления
блочной структуры кадра и других нежелательных явлений.
В качестве альтернативы формату JPEG в некоторых камерах используется так
называемый формат RAW когда в долговременную память записывается отпечаток»
ПЗС-матрицы. При этом размер изображения в десятки раз больше кадра JPEG, и
для его просмотра требуется специальная программа, поставляемая фирмой-
производителем камеры. Не всегда эти программы обладают достаточным
количеством операций по обработке изображения, иногда у них неудобный
интерфейс. Данные обстоятельства привели к появлению у фотокамер функции
записи в формате TIFF. Он тоже позволяет производить сжатие кадра, но в
отличие от JPEG потери информации при этом не происходит. Но даже с
минимальным сжатием файл JPEG в несколько раз меньше файла TIFF.

4.2Устройства долговременного хранения

К устройствам долговременного хранения предъявляется ряд жестких
требований. Во-первых, необходима возможность продолжительного хранения без
источников питания. Во-вторых, требуется минимальное энергопотребление при
операциях записи/считывания/стирания. В-третьих, время
записи/считывания/стирания должно быть как можно меньше. В-четвертых,
габариты должны быть минимальными. И наконец, самое главное - устройство
обязано быть стопроцентно надежным. Перечисленным требованиям в наиболее
полной мере удовлетворяют конструкции, использующие так называемую флэш-
память.

Флэш-память

Этот тип памяти является промежуточным между ПЗУ (постоянное запоминающее
устройство, в англоязычной литературе - АОМ, read-оn1у memory), которое
хранит информацию без источников питания, но не позволяет ее
модифицировать, и ОЗУ, которое допускает информацию модифицировать, но
хранить ее не может. Флэш-память использует питание только при считывании
данных и их модификации, причем для считывания необходимо менее высокое
напряжение, а для записи – повышенное.

Существуют следующие виды хранения информации :

- Карты PCMCIA
- CompactFlash
- SmartMedia
- M ultiMedia Card
- Memory Stick
- xD – Picture Card


Другие виды носителей
Среди альтернативных методов хранения информации преобладают разнообразные
устройства с магнитными методами записи. Условно их можно разделить на две
группы. В первой группе используются различные сменнъсе носители - от
обычного гибкого диска 3,5 дюйма до магнитооптического картриджа. При этом
не очень высокая емкость носителя компенсируется ценой и доступностью. Во
второй группе используются миниатюрные жесткие диски («винчестеры»).
Сравнительно высокая цена этих устройств частично оправдывается большой
емкостью и высокими скоростями записи.

Заключение
С началом XX столетия начинается интенсивное развитие науки и
техники.
Часы с калькулятором, фонарь с радиоприемником, пылесос с
ионизатором
воздуха – все эти вещи давно стали привычными. И сам этот факт
столь широкого развития говорит о том, что это направление прошло
период начального развития и уже сейчас представляет собой мощную
базу со
сложившимся рынком. Модельный ряд обновляется с достойной восхищения
скоростью. Тем важнее для пользователя не ошибиться при выборе
фотоаппарата и не разочароваться при его эксплуатации – это и есть
основной
целью моей работы.



Перечень ссылок

1. «Цифровые фотоаппараты» Марин Милчев.
2. Учебный справочник школьника.




Реферат на тему: Communication Systems and Information Theory
Communication Systems and Information Theory

1. Communication Theory. Communication theory deals primarily with
systems for transmitting information or data form one point to another. A
rather general block diagram for visualizing the behavior of such systems
is given in Fig. 4.1. The source output might represent, for example, a
voice waveform, a sequence of binary digits form a magnetic tape, the
output of a set of sensors in a space probe, a sensory input to a
biological organism, or a target in a radar system. The channel might
represent, for example, a telephone line, a high frequency radio link, a
space communication link, a storage medium, or a biological organism (for
the case where the source output is a sensory input to that organism). The
channel is usually subjected to various types of noise disturbances, which
on a telephone line, for example, might take the form of a time-varying
frequency response, crosstalk from other lines, thermal noise, and
impulsive switching noise. The encoder in Fig. 4.1. represents any
processing of the source output performed prior to transmission. The
processing might include, for example, any combination of modulation, data
reduction, and insertion of redundancy to combat the channel noise. The
decoder represents the processing of the channel output with the objective
of producing at the destination an acceptable replica of (or response to)
the source output.
2. Information Theory. In the early 1940's a mathematical theory, for
dealing with the more fundamental aspects of communication systems, was
developed. The distinguishing characteristics of this theory are, first, a
great emphasis on probability theory and, second, a primary concern with
the encoder and decoder, both in terms of their functional roles and in
terms of the existence (or nonexistence) of encoders and decoders that
achieve a given level of performance. In the past 20 years, information
theory has been made more precise, has been extended, and brought to the
point where it is being applied in practical communication systems.
As in any mathematical theory, the theory deals only with
mathematical models and not with physical sources and physical channels.
One would think, therefore, that the appropriate way to begin the
development of the theory would be with a discussion of how to construct
appropriate mathematical models for physical sources and channels. This,
however, is not the way that theories are constructed, primarily because
physical reality is rarely simple enough to be precisely modeled by
mathematically tractable models. The procedure will be rather to start by
studying the simplest classes of mathematical models of sources and
channels, using the insight and the results gained to study progressively
more complicated classes of models. Naturally, the choice of classes of
models to study will be influenced and motivated by the more important
aspects of real sources and channels, but the view of what aspects are
important will be modified by the theoretical results. Finally, after
understanding the theory, it can be found to be useful in the study of real
communication systems in two ways. First, it will provide a framework
within which to construct detailed models of real sources and channels.
Second, and more important, the relationship established by the theory
provide an indication of the types of tradeoffs that exist in constructing
encoders and decoders for given systems. While the above comments can be
applied to almost any mathematical theory, they are particularly necessary
here

Системы связи и Теория информации

1. Теория коммуникации. Дела Теории коммуникации прежде всего с
системами для передачи информации или данных формируют один пункт{*точку*}
к другому. Довольно общая блок-схема для визуализирующего поведение таких
систем дается в рис. 4.1. Исходный вывод мог бы представлять, например,
звуковая форма волны, последовательность двоичных символов формирует
магнитную ленту, вывод набора датчиков в космическом исследовании,
сенсорный ввод{*вход*} к биологическому организму, или цели в
радиолокационной сети. Канал мог бы представлять, например, телефонная
линия, высокочастотная радиорелейная линия, линия космической связи,
носитель данных, или биологический организм (для случая, где исходный вывод
- сенсорный ввод{*вход*} к тому организму). Канал обычно подвергается
различным типам шумовых помех, которые на телефонной линии, например, могли
бы брать форму изменяющейся во времени частотной характеристики,
перекрестные помехи от других строк, тепловых помех, и импульсных шумов
переключателя. Кодер в рис. 4.1. Представляет любую обработку исходного
вывода, выполненного до передачи. Обработка могла бы включать, например,
любая комбинация модуляции, обработки данных, и включения статической
неопределимости, чтобы сразиться с шумом канала. Декодер представляет
обработку вывода канала с целью создания в адресате приемлемая точная копия
(или ответ на) исходный вывод.
2. Теория информации. В начале 1940-ых математическая теория, для
имеющий дело с более фундаментальными аспектами систем связи, была
разработана. Различающие характеристики этой теории, сначала, большой
акцент на теории вероятности и, во вторых, первичное
предприятие{*беспокойство*} с кодером и декодером, и в терминах их
функциональных ролей и в терминах существования (или несуществование)
кодеров и декодеров, которые достигают данного уровня выполнения{*работы*}.
В прошлых 20 годах, теория информации была сделана более точной, была
расширена{*продлена*}, и принесена к сути, где это
обращается{*применяется*} в практических системах связи.
Как в любой математической теории, теория имеет дело только с
математическими моделями а не с физическими источниками и физическими
каналами. Можно было бы думал бы, поэтому, что соответствующий способ
начинать развитие теории будет с обсуждением того, как создать
соответствующие математические модели для физических источников и каналов.
Это, однако, - не путь, которым теории созданы, прежде всего, потому что
физическая действительность редко достаточно проста быть точно
смоделированной математически послушными моделями. Процедура будет должна
довольно запустить, изучая самые простые классы математических моделей
источников и каналов, используя понимание и результаты, полученные изучать
прогрессивно более сложные классы моделей. Естественно, на выбор классов
моделей, чтобы учиться будут повлиять и мотивироваться более важными
аспектами реальных источников и каналов, но представление{*вид*} что
аспекты важны, будет изменяться теоретическими

because quite an extensive theory must be developed before
the more important implications for the design of communication systems
will become apparent.
3. The source and Channel Encoders. In order to further simplify the
study of source models and channel models, it is helpful to partly isolate
the effect of the source in a communication system from that of the
channel. This can be done by breaking the encoder and decoder of Fig. 4.1.
each into two parts as shown in Fig. 4.2. The purpose of the source encoder
is to represent the source output by a sequence of binary digits and one of
the major questions of concern is to determine how many binary digits per
unit time are required to represents the output of any given source model.
The purpose of the channel encoder and decoder is to allow the binary data
sequences to be reliably reproduced at the output of the channel decoder,
and one of course, whether restricting the encoder and decoder to the form
of Fig. 4.2. imposes any fundamental limitations on the performance of the
communication system. One of the most important results of the theory,
however, is that under very broad conditions no such limitations are
imposed (this does not say, however, that encoder and decoder of the form
in Fig. 4.2. is always the most economical way to achieve a given
performance). From a practical standpoint, the splitting of encoder and
decoder is particularly convenient since it makes the design of the channel
encoder and decoder virtually independent of the source encoder and
decoder, using binary data as an interface. This, of course, facilitates
the use of different sources on the same channel.
4. Conclusion. Much of modern communication theory stems from the
works of communication systems and also the desirability of modeling both
signal and noise as random processes. Wiener was interested in finding the
best linear filter to separate the signal from additive noise with a
prescribed delay and his work had an important influence on subsequent
research in modulation theory. Also Wiener's interest in reception with
negative delay (that, is, prediction) along with Kolmogorov's work on
prediction if the absence of noise have had an important impact on control
theory. Similarly, Kotelnikov was interested in the detection and
estimation of signals at the receiver.
результатами. Наконец, после понимания теории, может быть найдено быть
полезным в изучении реальных систем связи в двух путях. Сначала, это
обеспечит структуру, чтобы создать детальные модели из реальных источников
и каналов. Во вторых, и что более важно, отношения, установленные в
соответствии с теорией обеспечивают индикацию относительно типов сделок,
которые существуют в построении кодеров и декодеров для данных систем. В то
время как вышеупомянутые комментарии могут применяться к почти любой
математической теории, они особенно необходимы здесь, потому что весьма
обширная теория должна быть разработана прежде, чем более важные значения
для проекта систем связи станут очевидными.
3. Источник и Кодеры Канала. Чтобы далее упростить изучение
источника моделирует и модели канала, полезно частично изолировать эффект
источника в системе связи от такового канала. Это может быть сделано,
ломая{*нарушая*} кодер и декодер рис. 4.1. Каждый в две части как показано
в рис. 4.2. Цель исходного кодера состоит в том, чтобы представить
источник, выводимый последовательностью двоичных символов, и один из
главных вопросов предприятия{*беспокойства*} должен определить, сколько
двоичных символов в единицу времени требуются к, представляет вывод любой
данной исходной модели. Цель кодера канала и декодера состоит в том, чтобы
позволить последовательностям данных в двоичном коде быть надежно
воспроизведенной при выводе декодера канала, и один конечно, ли ограничение
кодера и декодера к форме рис. 4.2. Налагает любые фундаментальные
ограничения на выполнение{*работу*} системы связи. Один из наиболее важных
результатов теории, однако, - то, что при очень широких
условиях{*состояниях*} никакие такие ограничения не наложены (это не
говорит, однако, что кодер и декодер формы в рис. 4.2. Является всегда
наиболее экономическим способом достичь данного выполнения{*работы*}). С
практической точки зрения, разбивание кодера и декодера особенно удобно,
так как это делает проект из кодера канала и декодера, фактически
независимого от исходного кодера и декодера, используя данные в двоичном
коде как интерфейс. Это, конечно, облегчает использование различных
источников на том же самом канале.
4. Заключение. Многое из современных основ теории коммуникации от
работ систем связи и также желательность моделирования и сообщает и шум как
случайные процессы. Винер был заинтересован обнаружением лучшего линейного
фильтра, чтобы отделить сигнал от аддитивного шума с предписанной
задержкой, и его работа имела важное влияние на последующее исследование в
теории модуляции. Также интерес{*процент*} Винера на приеме с отрицательной
задержкой (что,, предсказание) наряду с работой Колмогорова на предсказании
если отсутствие шум имел важное воздействие{*столкновение*} на теорию
контроля{*управления*}. Точно так же Kotelnikov был заинтересован
обнаружением и оценкой сигналов в приемнике.





Новинки рефератов ::

Реферат: Проблемы общения подростков и юношей (Педагогика)


Реферат: Международное частное право (Контрольная) (Международное частное право)


Реферат: Власть, сила, насилие (Политология)


Реферат: Аудит (Бухгалтерский учет)


Реферат: Кресты (История)


Реферат: Анализ кредитоспособности коммерческого предприятия (Аудит)


Реферат: Расчет настроек автоматического регулятора (Радиоэлектроника)


Реферат: Бухгалтерский учет основных средств в бюджетных учреждениях (Бухгалтерский учет)


Реферат: Функциональные стили речи (Литература)


Реферат: "Сократический поворот" в философии: Идеи и метод философии Сократа. Проблема человека (Философия)


Реферат: Планирование труда и заработной платы (Бухгалтерский учет)


Реферат: Маркетинговые исследования (Маркетинг)


Реферат: Общение и коммуникации (Менеджмент)


Реферат: Организационные формы управления инновационной деятельностью (Менеджмент)


Реферат: Кричные молота (Технология)


Реферат: Вычисление определённых интегралов (Программирование)


Реферат: Взвешенная плавка никелевого концентрата в Печи взвешенной плавки(ПВП) (Металлургия)


Реферат: Лекции по механике (Физика)


Реферат: Город Муром во второй половине 20 века (История)


Реферат: Эффект Ганна и его использование, в диодах, работающих в генераторном режиме (Радиоэлектроника)



Copyright © GeoRUS, Геологические сайты альтруист