Как получается цифровое фото – объясним доходчиво

Как получается цифровое фото – объясним доходчиво

Нажав на кнопку спуска фотоаппарата, мы получаем снимок и принимаем этот факт как должное. Но с момента щелчка затвора до появления фотографии на ЖК-мониторчике, с картинкой происходят невероятные метаморфозы.

Давай попробуем заглянуть внутрь фотоаппарата, чтобы понять, как набор световых импульсов превращается в изображение, которое мы потом печатаем и вставляем в рамку. Говоря проще, рассмотрим, как получается цифровое фото.

 

Главную роль в появлении цифрового фото, бесспорно, играет матрица. На данный момент фотоаппараты оснащены двумя видами сенсоров - CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor) ипи CCD (Charged Coupled Device). И тот и другой превращают попадающие на матрицу фотоны в электрический заряд. Различаются они принципами работы с зарядами. CMOS умеет считывать информацию на плоскости координат по оси X-Y в любом порядке, не дожидаясь полной загрузки изображения. CCD такими свойствами не обладает, умея читать информацию только последовательно. Отличаются эти сенсоры и способом производства. Если для изготовления CCD требуется дорогостоящее специализированное оборудование, то CMOS не так требователен и обходится гораздо дешевле.

 

Матрицы матрицами, но не надо забывать, что объектив тоже вносит свою лепту в получение картинки. Увеличение физических размеров матрицы неизбежно влечет за собой увеличение диаметра линз. Если к дюймовой матрице прикрутить что-то типа квартирного глазка, то результат будет очень печальным. Маленькая линза не пропустит через себя много света, и изображение получится темным и размытым. Но есть маленькая хитрость, чтобы осветлить картинку. Просто выстави большую выдержку и маленькое число апертуры. В таком случае мы открываем диафрагму, и на матрицу через линзы попадает больше света. А на картинке при этом получаем размытый фон. Идеальная ситуация для съемки портрета. Именно этим приемом пользуются фотографы, чтобы выделить конкретного человека из толпы. Через большую дырку наивысшая резкость получается только в наведенной точке. Чем дальше от нее, тем больше «плывет» изображение. Если навести фокус на нос кошки, то ее уши окажутся совсем размытыми. Такие приёмы можно использовать даже на современных флагманских смартфонах с достойными камерами - LG G3, Nokia Lumia 1020, Samsung Galaxy S5 и др.

 

Итак, матрица фотоаппарата состоит из миллионов светочувствительных частиц, и именно с их помощью и формируется изображение. Каждый такой пиксель состоит из трех фотодиодов, каждый из которых соответствует одному из основных цветов: красный, синий и зеленый. Именно за счет этого можно преобразовать картинку в электрические импульсы. На эти диоды через линзы объектива попадают световые импульсы - фотоны, и матрица записывает информацию об их количестве. Но информация приходит в аналоговом виде. Нам же нужно перевести ее на тот язык, который в дальнейшем поймут фотоаппарат, компьютер и принтер. И если аналог - это волна, то цифра представляет собой нолики и единички. И изображение надо представить именно в таком виде. Тут на помощь приходит устройство, которое есть в каждом фотоаппарате - Analog to Digital Converter (ADC).

 

ADC переводит нашу волну в цифры, которыми фотоаппарат дальше может оперировать. Он ловит для каждой точки в каждом светочувствительном элементе матрицы количество фотонов красного, зеленого и синего цветов, определяет получившийся в итоге цвет и присваивает ему число. К примеру, возьмем 8-битный ADC. Он позволяет разделить яркость для каждого пикселя от 0 до 255 по каждому цвету. В итоге мы получаем изображение, каждая точка которого записана определенной цифрой. Вся эта информация складывается в буфер, где уже сам фотоаппарат записывает изображение на карту памяти, с которой потом оно попадает в компьютер. Насколько быстро фотоаппарат будет готов снимать следующий кадр, зависит не только от того, как быстро он обработает снимок, но еще и от того, насколько быстро камера сможет перекинуть фотографию из буфера. Тут уже в игру вступает карта памяти. Сейчас на рынке существует довольно много стандартов: CF, SD, SDHC, MMC и др. Скорость измеряется как на стандартном CD-ROM - в мегабайтах в секунду.

 

На карточку картинка обычно записывается в формате JPEG. Это общепринятый формат изображения, который поймет любая программа для просмотра фотографий или принтер. Формат RAW для каждой камеры свой собственный. Представляет собой почти не обработанное фотоаппаратом изображение, а скорее прямой отпечаток матрицы. Поэтому он гораздо более гибкий, чем JPEG, и позволяет человеку, знакомому с фоторедакторами, обрабатывать фотографию вместо камеры, выправляя вручную температуру, баланс белого и экспозицию. С JPEG такие манипуляции просто невозможны.

 

Такой вот долгий и сложный путь должен пройти обычный световой импульс, чтобы превратиться в цифровую фотографию, которую можно посмотреть и даже пощупать руками, если напечатать на принтере.

По материалам userok.org