Cesta do hlubin digitálního fotoaparátu - obraz reality, složený z jedniček a nul

Hardware | 01.03.01

Digitální fotoaparát, digiťák, digitální foťák či anglicky digital camera, se kradosti výrobců a technomilů zařadil mezi veřejností pozitivně přijatá digitální zařízení. Co t...





Digitální fotoaparát, digiťák, digitální foťák či anglicky digital camera, se k
radosti výrobců a technomilů zařadil mezi veřejností pozitivně přijatá
digitální zařízení. Co to je a jaké má výhody, to zná povšechně snad
nadpoloviční většina populace. Nedosáhl sice zatím rozšířenosti počítače či
mobilního telefonu, ale co není, může být. A pravděpodobně časem i bude.

Zachytit obraz reálného života, krásnou přírodní scenérii, zajímavou událost,
či tvář milého člověka po tom touží lidé odnepaměti. Jen ti umělecky nadaní
toto dokáží vlastními silami s pomocí tužky a papíru, a i jim tento způsob
zachycení trvá delší dobu, pročež jej nelze použít ve všech situacích. Není
proto divu, že si vynález fotografie získal ihned řadu příznivců a
podporovatelů. Jedním z prvních fotoaparátů, uzpůsobených pro masovější
použití, byl zhruba před sto lety, roku 1900, Kodak Brownie Camera ten byl
prodáván za 1 dolar a film v ruličce k němu stál 15 centů.

První digitální fotoaparáty určené pro spotřebitelský trh se na pultech
objevily koncem osmdesátých let, pochopitelně z dnešního ohledu se směšnými
parametry a nehoráznými cenami. Za pár roků už digitály nabízelo více výrobců,
a to nejen z řad dodavatelů klasické fotografické techniky, ale i z oblasti
techniky výpočetní. Propojení těchto odvětví se však stále vyvíjí, protože řada
velkých a slavných (a konzervativních) firem světa klasické fotografie ještě
zvažuje či dolaďuje podobu své účasti v tomto mladém segmentu. Nicméně drtivá
většina klasických výrobců má už dnes též modely digitální své vlastní či
kooperativní (částečně či plně vyráběné někým jiným). Snad i díky tomu se v
uplynulém roce prodalo dle odhadů 12 milionů digitálních fotoaparátů (což je
dvakrát více než v roce 1999). Další vývoj budou kromě rozhodnutí gigantů
nadále ovlivňovat inovativní řešení snímacích prvků, kterážto se objevují jako
houby po dešti a mohou přinést zcela nové dimenze v poměru cena/výkon.

Stejně jako v oblasti klasické fotografie, musíme i svět digitálních obrázků
rozdělit na dva hlavní tábory: amatérský (spotřebitelský) a profesionální
(náročný). Druhý se s prvním moc v lásce nemá, za což je však ochoten zaplatit
nebývalé částky, a proto s tím výrobci souhlasí. Pokud tedy budeme dále hovořit
o hlubinách digitální fotografie, mějte napaměti, že se jedná o oblast
fotografie amatérské o profesionální technice se zmiňuji ve vloženém článku.


Cestou světla

Vydejme se nyní cestou v obrázek se proměňujících fotonů a sledujme dění kolem.
Ať již máme nějaký objekt "pouze" vidět nebo jej chceme zachytit na film či
digitalizovat CCD snímačem, musí být osvětlen musí na něj dopadat a od něj se
odrážet vlnění, ve zmíněných případech ve viditelném spektru lidského oka.
Nejštědřejším, bezkonkurenčně nejvýkonnějším a zároveň nejlevnějším zdrojem
fotonů je naše slunce, v případě jeho výpadku či nedostupnosti poslouží blesk
či jiné pomocné zdroje.

Takže foton už letí, podle své vlnové délky se odráží od objektu a najednou je
tu čočka, druhá, třetí a tato čočka, nebo skupina čoček, zvaná objektiv, vám
fotony z různých směrů pochytá, trochu je zmáčkne k sobě a směruje na snímač. V
případě našeho oka je snímačem jedinečná sítnice, v klasické fotografii jsou to
oxidy stříbra v želatinové vrstvě na celuloidovém pásku a u digitálního
zařízení nejspíše CCD snímač. Smekněme, zde cesta fotonu končí, ten předává
svou energii, čímž anihiluje.


Elektrochemické obrazy

Svou energii však foton nevyplýtval nadarmo. V oxidech stříbra způsobil
chemickou reakci, v CCD snímači elektrickou a na sítnici lidského oka
elektrochemickou. Výsledky těchto reakcí je možné dále zužitkovat. Pokud nějaké
další světlo oxidy na filmovém pásku nezmění, bude po vyvolání a ustálení
viditelný obraz již neexistujícího okamžiku. V lidském oku se signály z
jednotlivých bodů (tyčinek a čípků) seběhnou prostřednictvím zrakového nervu do
mozku, ten je vyhodnotí, dopočítá nepřesnosti a obraz je k dispozici centrům
koordinace, myšlení, cítění a dle zajímavosti je též uložen pro pozdější
vzpomenutí.

Když se budeme z tohoto zjednodušeného úhlu dívat na CCD snímací čip, pak je
funkčně bližší právě oku. Jednotlivé body (buňky) čipu jsou polovodičové jamky,
výsledné informace se odvádějí sběrnicí (nervem) k dalšímu vyhodnocení.
Podívejme se ale na tento klíčový proces trochu podrobněji.


Úhelný kámen

Úhelným kamenem, na němž fotoaparát stojí nebo padá, je právě snímací čip.
Pokud vám tato informace stačí, přeskočte pár následujících odstavců, pokud si
rádi počtete o technických podrobnostech, pokračujte plynule dál.

Úplně první obvody typu CCD Charge Coupled Devices, obvody pracující s vázaným
nábojem vznikly koncem šedesátých let jako posuvné a paměťové registry. Teprve
později byly nad jednotlivé paměťové buňky umístěny fotodiody, což umožnilo
zachycení "světelné informace". Fotodioda je polovodičový prvek (vodivý za
určitých okolností), který reaguje právě na dopad (na energii) fotonů a podle
intenzity světla (množství dopadnuvších fotonů) propustí odpovídající (nikoliv
však stejný) počet elektronů. Tyto uvolněné elektrony jsou přitaženy ke kladné
elektrodě a po dokončení snímání jsou podle principu posuvného registru
předávány dále, až se dostanou k okraji řádku.

Posun "hromádek elektronů" je zajišťován trojfázovou soustavou elektrod:
skupina je z elektrody 1 přetažena pod elektrodu 2 (zapnuto napětí na 2, poté
vypnuto v 1), posléze z 2 do 3, a pak do 1 vedlejší buňky atd., až se skupina
(elektrický náboj) dostane k okraji do zesilovače a analogově-digitálního
převodníku.


Problém

Tyto dvě fáze jsou technologicky nejnáročnější, neboť se získané informace
přenášejí analogově, ale teprve po jejich digitalizaci je nic (kromě výpadku
napájení) neohrožuje. Problémy jsou v zásadě dva. Prvním je tzv. přetékání
prostor pro uvolněné elektrony v každé buňce (potenciálová jáma) má omezenou
kapacitu, a proto po jejím naplnění elektrony "přetékají" do sousedních buněk a
narušují jimi získanou informaci, potažmo výsledné podání barev. Řešení nebo
neřešení tohoto problému je zároveň vhodným příkladem odlišnosti
profesionálních a amatérských přístrojů. Druhý náročný úkol je transport náboje
k převodníku žádné elektrony se nesmí poztrácet, neboť to by zvyšovalo šum
(nepřesnost) celého procesu. A právě způsob transportu rozděluje CCD snímací
prvky na dvě skupiny.


Prokládaný versus progresivní

Progresivní snímací prvek se používá u dražších přístrojů, neboť je
technologicky náročnější, ale zato poskytuje přesnější výstup snímací buňky
jsou rozmístěny po celé ploše naprosto rovnoměrně. Naproti tomu prokládaný
prvek má střídavě buňky snímací a buňky transportní získaná informace se
přesune do vedlejšího "transportního" řádku, a tím pak putuje k převodníku. Viz
ilustrace.


Jak se zjišťují barvy

Fotodiody, sloužící v CCD snímači jako světlocitlivé buňky, rozlišují intenzitu
dopadajícího světla, ale nikoliv jeho barvu (vlnovou délku) a mají dokonce
záběr sahající mimo lidským okem viditelnou oblast spektra. (Pravděpodobně jste
zaregistrovali informace o videokamerách, používajících taktéž CCD, které
filmují i když lidské oko žádné světlo nezachytí, nebo jsou schopné nahlédnout
pod oblečení zde se tyto vlnové délky využívají). Aby bylo možné získat
barevnou informaci, musí se před fotodiody předřadit barevné filtry, takže
jedna buňka zjišťuje červenou, druhá modrou a třetí zelenou část spektra.
Protože jsou buňky rozmístěny v pravoúhlé matici a protože má lidské oko
slabost pro zelenou, používá se rozvržení do čtverce R-G-G-B (červená-zelená-
zelená-modrá).


Konec dobrý, všechno dobré

Když se nakonec přese všechna úskalí podaří signál dopravit ven ze snímače, je
zesílen, roztříděn a navzorkován, neboli zdigitalizován. A konečně jsou zde
digitální data, exaktní stabilní informace, které je možné uchopit a prohnat
algoritmy, beze ztrát kopírovat, ukládat a načítat. První úpravy probíhají hned
ve fotoaparátu nebo v transportním softwaru korigují se zde známé odchylky a
chyby CCD prvku (např. se vyvažuje bílá, dopočítávají nefunkční buňky, upravuje
se průběh odstínů a sytost jednotlivých složek).

Když je digitální obrázek poskládán dohromady, je uložen do vestavěné paměti,
na paměťovou kartu nebo v některých výjimečnějších případech na disketu, pevný
disk či CD-R. Rychlost a případně vyrovnávací paměti tohoto systému zpracování
obrazových dat určují možnosti přístroje při focení více snímků rychle za sebou
(při tzv. sekvenčním snímání).


Přenos obrázků

Hotové obrázky budeme pravděpodobně přenášet do počítače nebo digitálního
minilabu za účelem tisku a archivace. Ať je kapacita paměti jakákoliv, jednou
se zaplní a při větším rozlišení přijde tento okamžik poměrně záhy. Systémy
přenosu dat do počítače se vyhranily v zásadě dva buď přímé propojení
fotoaparát-počítač prostřednictvím USB rozhraní (některé přístroje ještě
podporují sériový port, ale ten je zoufale pomalý), nebo prostřednictvím
výměnných paměťových karet (CompactFlash nebo SmartMedia) a jejich čteček
připojených k počítači. Oba způsoby mají své klady a zápory a dnes je
nejrozšířenější jejich kombinace foťák má konektor a kabel pro přímé propojení
a zároveň výměnné karty (samostatnou čtečku dostanete s málokterým).


Funkce a legrácky

Aby výrobci přístroje výrazněji odlišili, kombinují kromě standardního snímání
ještě řadu dalších vlastností, funkcí a vylepšení. Posouzení toho, které
spadají do kategorie užitečných a jaké jsou už zbytečnou nadstavbou, musí
provést každý zákazník po dobrém zvážení předpokládaného způsobu použití
přístroje.

Mezi tyto nadstandardní funkce patří záznam hlasového komentáře ke každému
snímku (pokud se snad bojíte, že na nějakou souvislost zapomenete), dávkové,
sekvenční či časosběrné snímání, vložení textu či obrázku do záběru (kromě
klasické datumovky se tam může objevovat vaše jméno, logo či copyright),
efektové úpravy obrázků (barevné a umělecké filtry, doplňování ozdobných
rámečků) či vyšší stupeň přehlednosti (zařazováním snímků do určitého alba
přímo ve foťáku).

Při všech experimentech s těmito funkcemi zůstává zachována výhoda digitální
fotografie, že okamžitě vidíte výsledek a můžete nezdařilé snímky smazat a
obratem přefotit.


Co nás čeká v budoucnosti

Úspěchy vývoje a stoupající křivka prodeje povedou bezesporu k dalšímu
zvyšování rozlišení přístrojů a snižování jejich cen. Mluví a píše se o nové
generaci CCD snímače, označovaného jako SuperCCD, který přináší řadu
technologických inovací. Přístroje Fuji vybavené touto novinkou by měly právě
nyní vstupovat na trh. Dobrou zprávu pro nadšence uveřejnila i společnost Sony
ukončila vývoj CCD snímače s rozlišením 2 560 x 1 920, tedy 5 miliony bodů na
čipu o úhlopříčce 11 mm.

Z hlediska snižování cen je však daleko důležitější vývoj na poli CMOS
snímacích prvků. Tato technologie, používaná i při výrobě procesorů, je výrazně
levnější a má též menší energetické nároky. Také je při jejím použití možné
integrovat do jednoho bloku jak část snímací, tak i "zpracovatelskou" a
vytvořit "kameru na čipu". Jejich nedostatkem je nižší citlivost a vyšší šum,
takže zatím nedosahují kvalit CCD řešení bude vyžadovat ještě nějaký čas.

Každopádně budoucnost digitální fotografie je světlá a plnobarevná.




Tipy pro práci s digitálním foťákem

1. Čím větší, tím lepší. U digitálních snímků platí maximálním způsobem
pravidlo, že čím větší, tím lepší. Vzhledem k poměrně omezené kvalitě snímku
(ještě navíc většinou ve ztrátové JPEG kompresi) nepočítejte se zvětšováním či
výřezem, pokud nemáte snímek v dostatečném rozlišení. Jestliže vás netlačí
omezená kapacita paměti, nastavte rozlišení alespoň 1 000 bodů našíř.
Zmenšování snímků (třeba na Web) je bezproblémové. Navíc zmenšený snímek
většinou vypadá lépe, než snímek nafocený přímo v malém rozlišení. Pokud však
zmíněné zvětšování či výřezy neplánujete, nemusíte si s rozlišením až tak lámat
hlavu.

2. Využijte maximum. Z prvního bodu také potažmo vyplývá nutnost využít plochu
obrázku co nejlépe klíčový objekt nebo kompozice by měly naplnit co největší
plochu záběru, a tím získat dostatečné množství snímacích bodů (a tak i ostrost
a detailní kresbu). Využívejte proto funkce optického zoomu (změna ohniskové
vzdálenosti, neboli přiblížení či vzdálení objektu) a makra (úprava ostření pro
fotografování zblízka).

3. Není hezké, co se třpytí. Digitální foťák, respektive jeho CCD snímací
prvek, má menší pružnost než klasický film. Z toho vyplývá, že přesvětlené
plochy (okna, lesklé předměty na slunci či proti blesku, blízké předměty při
focení s bleskem) se slinou do jednoho bílého fleku. Snažte se proto takových
kompozic vyvarovat, změňte úhel, případně je umístěte mimo hlavní motiv.

4. Dobře miřte. K uvedené nižší pružnosti CCD se váže i další rada nastavujte
expozici co nejpřesněji. Při protisvětle či focení ve stínu je nutné nastavit
expozici podle klíčového objektu jinak dostanete pouze černou siluetu. Většina
přístrojů umožňuje "podržet" nastavení polovičním stiskem spouště: namiřte
foťák např. na nohy osoby stojící ve stínu, stiskněte spoušť do poloviny,
zdvihněte jej, zaměřte žádanou kompozici a spoušť domáčkněte. Pokud je to
možné, přepněte v takovéto situaci na bodové měření expozice.

5. Nekupujte baterie. Jestliže váš digitální foťák není od výrobce vybaven
akumulátory či dobíjecím bateriovým modulem, obratem si akumulátorky pořiďte.
Každé zakoupené baterie jsou vyhozené peníze, protože si akumulátory
(povětšinou tužkové) dříve nebo později pořídíte tyto foťáky mají až na světlé
výjimky stále značně vysokou spotřebu. Doporučuji dvě sady akumulátorů a
cestovní nabíječku.




Zajímavé odkazy na Internetu

Pro anglicky čtoucí:

www.all-digital-links.com
www.steves-digicams.com
www.digitalkamera.de


Pro domorodce:

www.digineff.cz
www.grafika.cz




Profesionální Fototechnika

Jak již bylo zmíněno, profesionálové kladou na svá zařízení jiné nároky než
běžný uživatel, a proto jsou jim určeny samostatné modelové řady a řešení.

Prvním a studiově zřejmě nejšikovnějším řešením digitálního fotografování pro
profesionály jsou zadní stěny odborník si ke svému stávajícímu milovanému
přístroji s oblíbenou optikou a ohmatanou spouští připojí pouze jinou zadní
stěnu, a místo na filmu je výsledek v počítači. Tyto stěny jsou vyráběny pro
vybrané modely profesionální přístrojů. Přičemž by se daly dále dělit na stěny
určené pro čistě statické focení (víceprůchodové) a univerzálnější
jednoprůchodové. Tyto jsou určeny například pro přístroje Mamiya či Hasselblad.

Aby bylo možné fotoaparát maximálně přizpůsobit digitálnímu způsobu snímání a
současně jej i objemově minimalizovat, přistoupili někteří výrobci ke stavbě
celých digitálních přístrojů. Zároveň bývají tyto stroje vybaveny rychlou
závěrkou a sekvenčním snímáním, takže je možné jejich použití i při reportážní
fotografii. Nicméně v zájmu budování důvěry u odborníků a v zájmu kompatibility
příslušenství jsou tyto přístroje stavěny na těle známých fotoaparátů. Mezi ty,
kdo se vydali touto cestou, patří například Kodak se svými DCS660 a 620
(postavenými na Nikonu F5) či DCS560 (postaveným na Canonu EOS 1N).

Z hlediska parametrů vás možná překvapí, že udávané rozlišení profesionálních
přístrojů není zase o tolik vyšší (okolo 3 000 x 2 000 bodů). Je to však
rozlišení skutečné neprokládané a neinterpolované a zároveň s určitými
zárukami. U amatérských přístrojů je běžné posunutí barev, rozzáření bodů, šum
v jednobarevné ploše a nižší citlivost, to je však v profesionální řadě
minimalizováno technologické hranice snímačů jsou nákladně roztahovány a v
některých ohledech dodatečně kompenzovány. Také celková funkčnost přístroje,
schopnosti záznamové části a kompatibilita s příslušenstvím jsou na úplně jiném
stupni. To vše, pochopitelně, v úplně jiné cenové hladině.




Zajímavá řešení

Nejmenší

K nejmenším fotoaparátům s rozumným rozlišením patří v současné době
2megapixelový Canon S-10 s rozměry 106 x 70 x 34 mm a hmotností 320 g. S
podobným rozlišením a rozměry ještě menšími vstupuje na trh Kodak DC3800
(rozměry: 95 x 61 x 33 mm, hmotnost: 165 g bez baterií). O trochu větší, ale
zato s třímegovým čipem (2 048 x 1 536 bodů) je tu Sony DCS-P1, ukrývající se v
pouzdru s rozměry 114 x 54 x 44 mm a vážící 250 g.


Pohyblivý objektiv

Pravděpodobně prvním výrobcem digitálních přístrojů, který použil koncepci
otočného objektivu, byla společnost Agfa u přístrojů řady ePhoto. Tento nápad
pak dotáhl Ricoh, který objektiv dokonce oddělil a připojil kablíkem.


Odolný

Fotografovat asi chceme leckde, ale digitální fotoaparáty jsou stále přeci jen
trochu drahé vybavení na to, abychom riskovali jejich poničení. Tohoto faktu si
všimli návrháři Kodaku a připravili vlhku a deštivzdorný model DC5000. Kvalitu
tohoto řešení stvrdila i armáda USA, která jej certifikovala k internímu
použití.


S laserem

Invenci v ukládání digitálních snímků prokazuje Sony jejich "disketová" Mavica
si získala na mnoha trzích značnou oblibu, a špičková MVC-CD1000 dokonce snímky
vypaluje. Na malé CD-R disky se vejde 156 MB obrazových dat.


Oni off-line

Zcela specifickou oblastí jsou webové kamery/digitální foťáčky, které dnes
vyrábí například Creative, Logitech či Kodak. Tyto přístroje jsou určeny
víceméně pro práci na Internetu, ale pro méně náročné použití mohou jimi
pořizované fotky s 640 x 480 body posloužit také.












Komentáře

K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.