Реферат: Цифровые фото- и видеокамеры

1.3. Видеокамеры формата SVHS и Hi8.

Возникновение этих форматов связано с неудовлетворением пользователей качеством изображения, получаемого с помощью камер VHS-C и Video8. Значительное увеличение качества получаемой картинки привело к увеличению стоимости как камер, так и кассет. Однако игра стоит свеч. Улучшение качества хорошо заметно визуально, хотя доступно при проигрывании записей только на самой камере. Покупка же специального видеомагнитофона SVHS или Hi8 обойдется Вам в приличную сумму.
Необходимо также отметить, что на этих камерах обычно записывается стереозвук, хотя выпускаются и варианты со звуком моно. Видеокассеты SVHS-С и Hi8 выглядят абсолютно так же, как и их младшие собратья и отличаются только типом используемой ленты. Подобно Video8 XR существует формат Hi8 XR. Спрашивается, чем этот Сyпеp-VHS лучше просто VHS'а? Среди технических характеристик было объявлено и воплощено в железе горизонтальное разрешение картинки 400 тв строк вместо 250 в VHS, улучшенное соотношение сигнал/шум (от 43 до 60 dB), полоса видеосигнала в 5MHz (вместо 4.5 в VHS - это как раз и дает улучшение картинки), лучшее разделение цветовой и черно-белой составляющей, как следствие - "до 5 копий без потери качества", лучшее управление аппаратурой на основе тайм-кода... ну и т.д. Ко всему добавили совместимость" снизу вверх" для VHS. Для принятого у нас телевизионного стандарта 625 строк/50 полей 1 МГц частоты видео сигнала соответствует разрешающей способности по горизонтали 78 твл. В соответствии с этим стандартом полоса частот видео сигнала вещательного телевидения ограничена 6 МГц. Следовательно, максимальная разрешающая способность телевизионного изображения по горизонтали ограничена величиной 468 твл. ...разрешающая способность современных телевизоров не хуже 450 твл. В связи с тем, что частота видео сигнала 1МГц соответствует разрешающей способности по горизонтали 78 твл, можно легко определить, что при полосе пропускания по сигналу яркости всего лишь до 3 МГц с ВМ формата VHS невозможно получить изображение с четкостью, превышающей 240 твл. Основное преимущество ВМ формата S-VHS по сравнению с VHS - более высокая разрешающая способность по горизонтали (400 твл, а в VHS-240), меньшие перекрестные помехи и более высокое отношение сигнал/шум. Эти преимущества достигаются в основном благодаря существенному расширению полосы частот сигнала яркости... в ВМ формата S-VHS частота поднесущей ЧМ сигнала яркости увеличена до 6,2 МГц (VHS-4,3). Девиация частоты в формате S-VHS увеличена до 1,6 МГц (VHS-1МГц). (диаграммы набрать не могу) В ВМ формата VHS при изменении яркости передаваемого изображения от уровня вершин синхроимпульсов до номинального уровня белого принято изменение частоты ЧМ сигнала от 3,8 до 4,8 МГц. В S-VHS этому диапазону яркости соответствует изменение частоты ЧМ сигнала от 5,4 до 7 МГц. Это позволило повысить отношение сигнал/шум, и, следовательно, улучшить контраст изображения. Сигнал цветности в обоих форматах выделяется полосовым фильтром с центральной частотой 4,43 и полосой пропускания 1 МГц и преобразуется в сигнал с низкочастотной поднесущей 629,95 (Pal),т.е. сигнал цветности переносится в область нижних частот. При этом сигнал цветности в S-VHS имеет несколько более широкую полосу. Нижняя боковая полоса ЧМ сигнала яркости в обоих форматах простирается до полосы частот сигнала цветности, перенесенного в область нижних частот. Поэтому в VHS максимальная частота в сигнале яркости достигает 3,2 МГц, что соответствует разрешающей способности по горизонтали 240 твл. В S-VHS ширина нижней боковой полосы ЧМ сигнала яркости достигает 5 МГц, что соответствует 400 твл. (По материалам журнала "ТКТ").

1.4 Видеокамеры формата Digital8 (D8).

С появлением цифровых видеокамер формата miniDV оказалось, что видео любители, стремящиеся к повышению качества изображения, должны отказаться от старых, накопленных годами архивов, записанных на кассетах Hi8. Компания Sony пошла навстречу требованиям рынка и выпустила промежуточный вариант цифровой видеозаписи на кассетах формата Hi8 (возможно, хотя и не рекомендуется использовать кассеты Video8). Правда, пришлось поступиться временем записи (на кассете Hi8 можно записать видео в стандарте D8 на треть меньше по времени). Оправдывается это значительным улучшением качества изображения (оно приближается к вещательному) и различными преимуществами, такими как цифровые эффекты, цифровой порт по стандарту IEEE 1394 и др. Да, надо добавить, что режим LP в этих камерах не предусмотрен. Естественно, что камера D8 может использоваться для просмотра старых кассет Hi8 и Video8. При этом, стоимость такой камеры находится в пределах 700-1000 долларов, что несколько дешевле камер miniDV.

1.5. Видеокамеры формата MiniDV.

Мы переходим серьезный рубеж и попадаем в мир цифрового видео. Теперь изображение и звук в Вашей камере будет храниться только в цифровой форме. Вы сможете пользоваться всеми преимуществами цифрового видео в полном объеме. Наиболее важные из них это:

- возможность многократной перезаписи без потери качества изображения и звука (с использованием порта IEEE-1394);

- возможность обработки видеоматериалов с помощью персонального компьютера полностью в цифровой форме;

- использование режима LP (long play - замедленная скорость воспроизведения/записи) без потери качества;

- малый размер и высокая емкость кассеты и др.

Качество изображения таких камер практически не уступают вещательному, а по некоторым параметрам и превосходят профессиональный формат Betacam-SP. Малые размеры кассеты позволили драматически уменьшить размеры камер, последние экземпляры практически умещаются на ладони. Излишне говорить, что все модели видеокамер записывают стереозвук, причем с качеством CD. Основным недостатком видеокамер miniDV является цена, она редко опускается ниже $1000, хотя вы не пожалеете о подобном приобретении. Реально сэкономить можно приобретая такие камеры в интернет-магазинах, где "накрутка" минимальная.

2. Цифровые фотокамеры.

Согласно хронологии создания цифровых фото камер, первыми были созданы профессиональные фотокамеры, а затем на основе CCD чипов (далее ПЗС матрица) были созданы относительно дешевые бытовые фото камеры бизнес назначения. До недавнего времени было принято делить цифровые фото камеры на два вышеуказанных класса, но с появлением цифровых фото камер Kodak DC-120 и Olympus C-1400XL, произошло дополнительное деление, появился, так называемый, полупрофессиональный класс. Сегодня же, существенный прогресс в области производства TTL линейных и нелинейных полнооконных цифровых фото матриц усилил это деление и поднял класс бытовых и полупрофессиональных камер по разрешению получаемых кадров и ПЗС матриц к младшим камерам профессионального класс, но отличие до сих пор осталось. Так как же отличить эти три класса и как выбрать себе камеру?

Я предлагаю Вам, на мой взгляд, основные признаки позволяющие отличить профессиональные цифровые фотокамеры от полупрофессиональных и от бытовых фотокамер.

2.1 Глубина цвета и разрешение ПЗС матриц.

Почти все профессиональные цифровые фотокамеры выполнены на базе нелинейных ПЗС матриц с глубиной цвета 10 или 12 бит на цветовой канал со светофильтрами, препятствующими эффекту сатурации. Эти ПХ матрицы, как правило, изготовлены по технологии «Full-frame» с элементами квадратной формы и реализуют алгоритм «Frame after Frame». В полупрофессиональных и бытовых камерах используются более дешевые 24- битные RGB ПЗС матрицы (лишь по 8 бит на цветовой канал). Обычно, в бытовых камерах используются линейные матрицы с элементами эллипсоидной формы, а в полупрофессиональных как линейные, так и нелинейные ПЗС матрицы с элементами квадратной формы. Иногда производители используют более качественные, нелинейные ПХ матрицы и в бытовых камерах. Еще год назад можно было четко сказать: «профессиональные камеры имеют высокое разрешение (от 1024 х 1280 точек до 2008 х 3040 точек), а остальные низкое (от 640 х 480 точек до 1280 х 960), то сегодня это уже не так актуально. Сейчас, полупрофессиональные и бытовые цифровые фотокамеры имеют разрешение матриц от 1,3 миллиона точек до 2,5 миллиона точек и разрешение кадров до 3,3 миллиона точек, а профессиональные от 1,5 миллиона точек до 10 миллионов точек. Поэтому, при выборе камеры исходите из реально необходимого для решения ваших задач разрешения ПЗС матрицы. Зачем вам камера на 2,11 миллиона точек, если Вы хотите разместить свой туристический фотоальбом в Интернете, Вам будет достаточно для этой цели всего лишь 1,3 миллиона точек.

2.2. Формат сохранения информации.

Традиционно профессионалы (фотохудожники, репортеры, полиграфисты, рекламные и дизайнерские студии) для работы с оцифрованным изображением используют широкий не компрессионный формат хранения графической информации TIFF позволяющий работать с 30-ти, 32-х или с 36-ти разрядными CMYK изображениями формата не менее А4 и плотностью изображения 300 х 300 точек на дюйм. Именно этим требованиями и обусловлена высокая разрядность ПЗС матриц профессиональных камер. Профессионал должен получить готовый TIFF файл. Поэтому все профессиональные камеры сохраняют изображение в формате TIFF и только некоторые из них имеют возможность работать с компрессионными форматами типа JPEG.

Бытовые же камеры наоборот, работают только с компрессионными форматами JPEG или FlashPix, т.к. для рядового пользователя очень важно сохранить максимальное количество кадров в минимальном объеме памяти камеры. Полупрофессиональные камеры используют в качестве формата записи изображений как компрессионные форматы JPEG, FlashPix, так и не компрессионные форматы TIFF или BMP. Из кадра, полученного полупрофессиональной камерой, вы без труда сможете получить CMYK изображение с плотностью 300 х 300 точек на дюйм размером 10 х 15 см, и использовать его в профессиональных полиграфических работах.

2.3. Оптика.

На профессиональную цифровую фотокамеру Вы сможете установить свой любимый объектив с Вашей пленочной зеркальной камеры, будь то Nikkor, Canon или Sigma. Бытовые и полупрофессиональные фотокамеры конструктивно устроены так, что невозможно поменять установленную производителем оптическую систему. Поэтому, для улучшения качества съемки, производители камер оснащают бытовые и полупрофессиональные цифровые фото камеры оптическими и цифровыми "Zoom" системами. Уже стало традиционно, что цифровая фото камера имеет комбинированную "Zoom" систему, например: 2-х кратный цифровой умножитель плюс 3-х кратный оптический или 2,5 кратный цифровой плюс 2-х кратный оптический и т.д. Некоторые камеры, например камеры Sony, оснащены мощными 10 или даже 14 кратными оптическими "Zoom" системами. Самые простые бытовые камеры имеет лишь цифровой умножитель или вообще его не имеют ни какого. В полупрофессиональных цифровых фотокамерах конструктивно предусмотрена установка на оптическую систему дополнительных преобразовательных линз для макро, теле-фото или панорамной съемки.

2.4. Функциональность.

Профессиональные цифровые фотокамеры производятся на базе широко известных корпусов профессиональных зеркальных 35 мм пленочных репортажных камер и 4х5 студийных фотокамер, таких как: Nikon, Canon, Mamiya, Hasselblad, Sinar, Toyo, Area Swiss и т.д. Другими словами производители профессиональных фотокамер берут популярные зеркальные фотокамеры, «удаляют все ненужное» оставляя механический затвор, начиняют их ПЗС матрицей вместе со «всякой» электроникой, что позволяет сохранить все профессиональные, ручные и автоматические, функции вышеперечисленных фотокамер и удовлетворить требования взыскательным профессионалов фотодела. Некоторые производители производят и оригинальные профессиональные фотокамеры на базе собственных корпусов фотокамер и дизайнерских решений. Бытовые цифровые фотокамеры максимально автоматизированы и адаптированы к рядовому пользователю. Фактически надо только нажать кнопку и готово. Большинство камер этого класса "Focus Free" (свободная Фокусировка).

Полупрофессиональные цифровые фотокамеры тоже максимально автоматизированы, но они в обязательном порядке имеет ручные режимы настройки. Для этого класса цифровых фотокамер обязательно наличие таких функций как: пошаговый многоступенчатый Auto Focus (автоматический фокус) с возможностью выбора режима съемки: макро-, телефото или панорама, а так же преобразовательные линзы; ручные режимы выбора экспозиции, ручной баланс белого цвета, расширенный диапазон скоростей электронной диафрагмы (от 16 секунд до 1/10000 секунды) с ручной настойкой и так далее.

2.5. Интерфейс и носитель информации.

Из-за большого размера получаемых изображений от 3,5МВ до 15МВ, профессиональные камеры оснащены SCSI интерфейсом или интерфейсом IEEE 1394. Полупрофессиональные и бытовые цифровые фотокамеры дают кадры существенно меньшего размера, и как правило оснащены RS232 (RS422) интерфейсом на последовательный порт ПК и телевидео выходом стандарта PAL/NTSC, некоторые из них дополнительно оснащены USB интерфейсом и инфракрасным портом IrDA 1.0 Носителем информации для профессиональных камер являются PCMCIA карты 2-го, 3-го типа большой емкости, а так же микродрайвы. Полупрофессиональные и бытовые цифровые фотокамеры в качестве носителя информации используют АТА карты 1-го типа стандарта Compact Flash или интеллектуальные карты SmartMedia, а так же всем известные 3,5' Floppy диски (Sony).

3. Технические характеристики.

3.1 Структурная схема .

Ни одна из самых совершенных систем анализа изображений не заменит квалифицированного исследователя. Это связано с тем, что современная наука не может создать аппаратуру, характеристики которой приближались бы к характеристикам человеческого глаза и которая могла бы заменить человеческий мозг. Вместе с тем системы анализа и обработки изображений, бурно развивающиеся в последние десятилетия, позволяют при участии квалифицированного исследователя на порядки увеличить производительность труда и оперативно получать результаты высокого качества.

Любая современная система анализа изображений включает в себя три сопряженных между собой блока. Во-первых, это оптическое устройство, формирующее изображение, такое как стереомикроскоп или микроскоп. Второй блок - блок передачи и хранения информации, включающий в себя видеокамеру, цифровую фотокамеру или сканер, подключенные к компьютеру. Тип решаемых задач, особенности обработки и форма представления результатов определяет третий компонент системы – ЭВМ и установленное на ней программное обеспечение. При этом блоки должны быть согласованны между собой так, чтобы изображение, сформированное микроскопом или другим прибором, в процессе его передачи на компьютер и последующей обработки испытывало минимальные искажения.

Сканер

?????????? ????????

Рисунок 3.1 – Структурная схема системы автоматического анализа изображений.