Naujausi optikos, elektronikos, nanotechnologijų bei
programinės įrangos sričių laimėjimai skatina kurti patogius
naudoti, pigius fotoaparatus bei kameras, kurie daug kuo bus
pranašesni; iki šiol neregėta vaizdo kokybe - taip pat. Netrukus
ateis jaudinanti skaitmeninės fotografijos valanda; verslo
galimybės gniaužia kvapą, o inžinierių ir konstruktorių dar
laukia rimti gebėjimų išbandymai. Šis straipsnis - apie netolimos
ateities skaitmeninės fotografijos technologijas ir jų
taikymo būdus
Kasmet visame pasaulyje padaroma apie 100 mlrd. nuotraukų ir
tik nedaug jų - skaitmeniniais fotoaparatais. Būsima skaitmeninės
fotografijos rinka milžiniška, bet, kad
skaitmeniniai fotoaparatai ir kameros būtų graibstyte graibstomi, dar reikia
nemažai padirbėti.
Pirmiausia - apie kliūtis, kurias būtina įveikti, kad rinkoje
skaitmeniniai fotoaparatai galėtų
tikėtis sėkmės.
Kainos ir kokybės santykis. Dabartiniai 100 JAV dol. vertės juostiniai
fotoaparatai yra didesnės skyros ir perteikia tikroviškesnes spalvas nei
tiek pat kainuojantys skaitmeniniai. Pastariesiems šią kokybės ir kainos
kartelę dar teks įveikti.
Patogumas naudotis. Patirtis rodo, kad skaitmeninė fotografija,
palyginti su įprastine, vartotojui kelia
daugiau sąlygų: jis privalo turėti
daugiau techninio išmanymo ir fotografuojant, ir formuojant elektroninius failus
ar spausdinant nuotraukas. Tam reikia gero kompiuterinio raštingumo.
Be to, reikia gerokai dėmesingiau fotografuoti, nes elektroniniams
jutikliams keliami griežtesni eksponavimo reikalavimai nei fotojuostoms.
Painiava. Skaitmeninė
fotografija - nesena technikos naujovė,
todėl daugelis vartotojų stengiasi
perprasti (kiek leidžia jų išsilavinimas ir
nuovoka) jos ypatybes. Deja, papildoma techninė informacija,
atsirandanti kartu su naujais aparatų tipais bei
klaidinantis žargonas, kurį kartais
vartoja skaitmeninių fotoaparatų
gamintojai, nepadeda potencialiam pirkėjui apsispręsti.
Greitas skaitmeninių
technologijų senėjimas. Dėl įvairių priežasčių
elektronikos pramonė vystosi gerokai spartesniais tempais nei
fotografija. Todėl fotografai mėgėjai, kurie
nusiteikę fotoaparatais naudotis daug metų ir net dešimtmečių, neskubės
pirkti įrangos, kuri jau po kelių
mėnesių gali pasenti ir jai, galbūt, net nebus
teikiamos garantijos.
1 pav. (a) Vertikaliojo spalvų filtro spektrinis detektorius kiekviename vaizdo elemento taške detektuoja visas tris pagrindines spalvas. (b) Horizontaliojo spalvų filtro detektorius.
Šiame straipsnyje, be to, bus apžvelgtos ir skaitmeninių
fotoaparatų raidos tendencijos. Kad ir kaip
būtų šiuo metu, fotografijos horizonte
jau šmėsčioja susižavėjimo vertų
savybių skaitmeniniai fotoaparatai bei kameros, kurie, be kita ko, bus ir pigesni,
o jais naudotis bus patogiau.
Spektrinis detektorius
Pasakojimą pradėsime nuo svarbiausios fotoaparato dalies -
vaizdo jutiklio. Jo savybės lemia ir kitos
aparato dalies konstrukciją. Idealios konstrukcijos vaizdo jutiklis
kiekvieno vaizdo elemento plokštumoje detektuoja visas tris pagrindines
spalvas. Toks yra vertikaliojo spalvų filtro
detektorius (1pav. a). Palyginti su horizontaliojo
(lateral) spalvų filtro detektoriumi (1 pav. b), jis išsiskiria
keliais esminiais privalumais:
· jo kvantinis našumas (vidutinis vieno fotono generuojamas
elektronų skaičius) yra tris kartus
didesnis, nes šio filtro fotonai nepatiria sugerties nuostolių. Jei
horizontalusis spalvos filtras praleidžia,
tarkim, tik raudoną šviesą, jis
sugeria žalios ir mėlynos spalvų
šviesos kvantus, ir šie detektoriaus taip
ir nepasiekia. O vertikalusis spalvų filtras beveik visų fotonų
energiją verčia naudingu elektriniu
signalu;
· visos trys šio jutiklio spalvos generuojamos visame vaizdo
elemento plote, todėl spalvų artefaktai
yra minimalūs, dėl to išvengiama
"vaivorykštinės" spalvų sanklotos
ir nenatūralių spalvų,
atsirandančių labai kontrastingose vaizdo
vietose. Taigi, vertikaliojo spalvų filtro vaizdams, kitaip nei
horizontaliojo, nereikia sudėtingo signalo
apdorojimo artefaktams slopinti;
· kai nereikia slopinti spalvų
artefaktų, tuomet optiniame kelyje tarp jutiklio bei lęšio nereikia dėti ir
filtro, dėl kurio vaizdas tampa blankesnis. Vien dėl to gaunamas
ryškesnis vaizdas; aparato kokybė gerėja, o kaina - mažėja. 2 pav. (a)
ir (b) parodyta, kokių reikia papildomų priemonių, kad būtų gautas
ir kontrastingas vaizdas, ir maži spalvų artefaktai, kai naudojamas
horizontalusis spalvų filtras;
2 pav. (a) Horizontaliojo spalvų filtro spektrinis detektorius neapsaugotas nuo spalvų perteikomo klaidų, nes kartu su chromatine informacija į detektorių patenka ir šviesos skaisčio informacija. (b) Horizontaliojo spalvų filtro detektoriai, naudojami kartu su mažo optinio skaidrumo filtru, gali šias klaidas nuslopinti, bet išplaukusio vaizdo sąskaita.
· vertikaliojo spalvų filtro
spektrinio detektoriaus charakteristikos yra labai atsikartojančios, nes
detektoriaus savybes lemia ne cheminių junginių ar polimerų,
naudojamų horizontaliojo filtro matricoms,
o fundamentinės puslaidininkinių medžiagų savybės. Ši savybė
dar sumažina gamybos savikainą, nes paprastėja spalvų filtro
kalibravimas ir mažėja jo trukmė;
· dėl visų trijų kanalų plačių
spektrinio jautrio charakteristikų tiksliau galima nustatyti filtro
spalvas. 3 pav. parodyta, kaip dėl
plačios spektrinės charakteristikos
mažėja spalvų neapibrėžtumas;
3 pav. (a) Siaurų spektrinių charakteristikų spalvų filtrais sunku nustatyti spalvas.
· puslaidininkiniai spalvų filtrai
yra gerokai patvaresni už polimerinius; laikui bėgant jų
charakteristikos nesikeičia, jie mažai
jautrūs temperatūros ar
ultravioletinės šviesos poveikiui;
· vertikaliojo spalvų filtro
gamybos procesas yra pigesnis nei horizontaliojo;
· vertikaliojo spalvų filtro
gamybai nereikia kurti naujos įrangos, visos filtrui naudojamos
medžiagos yra suderinamos su CMOS (Complementary Metal Oxide
Semiconductor) technologijomis.
Jutiklių signalo išvesties architektūra
Vaizdo jutikliai klasifikuojami ir pagal fotodetektorių signalų
skaitymą, ir jų išvesties architektūrą. Nuo
seno vaizdo jutikliams naudojami CCD (Charge Coupled
Device - surištojo krūvio prietaisai), tačiau
pastaruoju metu jų netobulai skaitymo
technologijai meta iššūkį CMOS dariniai.
CCD vaizdo jutikliai nuskaitomi tokiu principu: šviesos srautas sukelia
kiekvieno vaizdo elemento fotosrovę, kuri įkrauna savąjį kondensatorių.
Vėliau jo krūvis perkeliamas į jutiklių
matricos "pakraštį", kur keičiamas
įtampos rodmeniu. Kita vertus, kiekvieno CMOS vaizdo elemento
išvesties grandinė yra jame pačiame, iš kur
ir išvedamas įtampos signalas. Šis
esminis išvesties architektūrų skirtumas
lemia kelis CMOS jutiklių privalumus.
Pirmiausia, skaitant visą
matricą, į CMOS matricos eilutės kreipties
liniją kreipiamasi tik vieną kartą.
Kai naudojami CCD jutikliai, į
kiekvieną eilutės kreipties liniją kreipiamasi
tiek kartų, kiek yra eilučių, todėl CCD
jutiklių matricoje išsklaidoma gerokai daugiau galios nei CMOS.
Be to, kai naudojami CMOS jutikliai, galima lengvai kreiptis į
kiekvieną vaizdo elementą ar jų grupę,
o norint gauti informacijos iš konkrečios CCD vaizdo elementų
grupės, reikia skaityti visą matricą. Kai
kuriais atvejais vien dėl to CMOS jutikliams teikiama pirmenybė.
Kitaip nei CCD matricos, į daugelio tipų CMOS vaizdo
elementus galima kreiptis, netrikdant paties fotoelektrinio signalo. Sprendžiant
kai kurias užduotis, ši savybė tampa
esmine.
CMOS darinių formavimo procesai yra gerai ištirti, todėl tą
pačią matricos silicio plokštelę galima
papildyti kitoms funkcijoms skirtais dariniais, pvz., analoginiu
skaitmeniniu keitikliu ar skaitmeninių signalų
procesoriumi. Ši galimybė itin svarbi,
pvz., į mobiliuosius telefonus
integruotiems skaitmeniniams fotoaparatams,
kurių svoris, dydis ir naudojamoji galia turėtų būti kuo mažesnė.
Yra dar vienas esminis CMOS ir CCD technologijų skirtumas: jų
tobulėjimo tempai. Kasmet pasaulyje CMOS procesų technologijoms
tobulinti išleidžiama 50 mlrd. dol.
Didelė šių investicijų dalis skiriama
tiriamiesiems darbams, kurių tikslas -
gerinti CMOS darinių kokybę ir mažinti
savikainą. Tuo tarpu CCD gaminius gamina gerokai mažiau gamyklų, jų
vartotojų būrys ne toks gausus, todėl
ir CCD dariniai tobulėja ne taip sparčiai.
Nemažai CMOS technologijų taikomos optoelektronikos srityje.
Iš jų galima paminėti silicio
sluoksnius, auginamus ant izoliatorių,
mikroelektromechanines sistemas, kitų nei
Si (pvz., A3B5) puslaidininkių
integravimas.
Vaizdo jutiklių trukdžiai ir netobulumai
Skaitmeninių fotoaparatų nuotraukos silpniau veikiamos
trukdžių; jos neturi tradicinėms
fotojuostoms būdingų dėmių. Tačiau ir
skaitmeninė fotografija neišvengia trukdžių
šaltinių, kuriuos fotoaparatų
vartotojams derėtų žinoti. Vaizdo jutiklių
trukdžių tyrimas sudaro prielaidas toliau
gerinti jų savybes.
Yra keli vaizdo jutiklių triukšmo - fizikinių dydžių fluktuacijų -
šaltiniai. Pirmiausia išskirtinas fundamentinio pobūdžio šratinis fotonų
triukšmas, kurį galima mažinti tik
didinant vaizdo skaistį (didinamas į
jutiklius patenkančių fotonų srautas).
Pastebimas ir elektrinis triukšmas, kurį
sukelia puslaidininkinių darinių
nuotėkio bei tranzistorių perjungimo srovės
ir kuris kyla, kai iš jutiklių matricos
perduodamas vaizdo signalas. Šiuo
požiūriu CCD jutiklių kokybė yra
geresnė už CMOS. Taigi, kol kas CCD
jutikliai gali "didžiuotis" tuo, kad jų
konkurentai bent jau šioje srityje nėra
pranašesni. Dėl išvardytų triukšmų
vaizdo kokybė kinta pakadriui.
Kitaip nei atsitiktiniai triukšmai, fiksuoti jutiklių netobulumai
kiekvieną nuotrauką veikia vienodai.
Pavyzdžiui, nuotraukos kokybei gali
turėti įtakos skirtingas vaizdo elementų
fotojautris. Šią vaizdo elementų
parametrų sklaidą gali sumažinti
tobulesnė CMOS jutiklių gamybos įranga
bei technologija. Kitas netobulumas būdingas didelio regos lauko vaizdo
jutikliams. Jų laukas formuojamas keliais litografijos šablonais, todėl
fotografuojamą vaizdą užkloja
fiksuoto paveikslo linijos, skiriančios
jutiklių dalis. Naujausios kartos
skenuojamosios litografijos įranga šio
netobulumo padės išvengti.
Triukšmas nustato apatinę vaizdo jutiklio dinaminio diapazono
ribą. Viršutinė riba priklauso nuo
didžiausio fotonų srauto, kurį jutiklis dar
gali detektuoti. Yra daugybė būdų
viršutinei dinaminio diapazono ribai išplėsti, tačiau skaitmeniniuose
fotoaparatuose panaudoti vos keli, nes juos taikyti kartu su CCD
technologija yra nepraktiška. Paprasčiausia
išeitis, kurią atveria CMOS jutiklių
galimybės - apdoroti analoginį vaizdo plokštumos signalą ir taip
keisti CMOS jutiklio jautrį ar vaizdo elemento eksponavimą, kad jutiklio
atsakas būtų netiesinis. Tokiomis
priemonėmis galima sušvelninti vieną
labiausiai nepageidautinų fotografijos efektų, kai filmuojamas didesnio
dinaminio diapazono vaizdas nei leidžia fotoaparatas. Žemesnė dinaminio
diapazono viršutinė riba sudaro galimybę eksponuoti didelio skaisčio
šviesoje, nuo kurios nuotraukose gali atsirasti šviesios dėmės - trūkumas,
būdingas šiuolaikiniams
skaitmeniniams fotoaparatams.
Fotoaparatų konstrukcijos ypatybės
Dauguma dabartinių skaitmeninių fotoaparatų iš esmės yra
juostiniai, kurių juosta ir jos manipuliavimo
mechanizmas pakeistas elektroniniais jutikliais. Ateities fotoaparatai nuo
tradicinių skirsis dar labiau - jie bus be brangių optikos ir mechanikos
komponentų: juos pakeis elektronikos mazgai ir programinė įranga (žr.
4 pav.).
4 pav. Optomechaniniai komponentai bus keičiami elektroniniais, veikinačiais kartu su programine įranga.
Pavyzdžiui, penkiabriaunės prizmės ir veidrodžio vaizdo
ieškiklio mazgas gali būti pakeistas
elektroniniu displėjumi, o skystųjų kristalų
displėjus, kurio skyra yra 100 tūkst.
vaizdo elementų (jie dabar naudojami vaizdo kamerose ir studijiniuose
fotoaparatuose) - 1 mln. vaizdo elementų mikrodisplėjais, kurie, derinami
su tinkamais optikos komponentais, garantuos gerokai didesnę skyrą ir
mažesnę naudojamąją galią.
Šiuolaikinių fotoaparatų
vaizdo fokusavimo, eksponavimo ir vaizdo ieškiklių optiniai keliai dažnai yra
skirtingi. Papildomų optinių ir
mechaninių įtaisų būtų galima atsisakyti,
jei pats vaizdo jutiklis būtų
naudojamas židinio plokštumai bei
eksponavimo režimui nustatyti. Įdiegus šią
naujovę, ne tik atpigtų gaminys, bet ir
padidėtų židinio plokštumos bei
eksponavimo režimo nustatymo tikslumas,
nes tas pats komponentas formuotų ir galutinį vaizdą. Šioms užduotims
įgyvendinti CMOS jutikliai yra tinkamesni už CCD, nes pirmiesiems
matricos elementus skaityti yra paprasčiau,
o energijos sąnaudos yra mažesnės.
Pastarąsias dvi fotoaparato funkcijas galima sujungti su vaizdo
ieškiklio funkcija (žr. 5 pav.). Tuo tikslu
židinio ir eksponavimo taikiklis nukreipiamas į norimą (ieškiklyje
matomo vaizdo) vietą. Ji vaizdo
plokštumoje gali būti keičiama rankiniu
valdymu, tad reikiamas ryškumas bei eksponavimas nustatomas toje vaizdo
vietoje, kurią fotografas pasirenka (šioje
nuotraukoje - žmogaus veidą).
5 pav. Vaizdo ieškiklis kartu su elektroninio fokusavimo/eksponavimo taikikliu išskiria žmogaus veidą.
Būtų įmanoma atsisakyti ir
kito sudėtingo optomechaninio komponento - fotoaparato sklendės (4
pav.). Šiuolaikinių skaitmeninių
fotoaparatų sklendė - sudėtingas judančių
detalių mechaninis mazgas - užsisklendžia maždaug per 1/8000-ąją sek.
Eksponavimo metu ši mechaninė sklendė kelia vibracijas, nuo kurių
"išplaukia" vaizdas, o jos judėjimas -
vaizdo artefaktus. Elektroninė sklendė
su CMOS vaizdo jutikliais būtų
integruota į matricos vaizdo elementus. Ji
nekeltų jokių vibracijų ir būtų
patikimesnė už mechaninę. 6 pav.
pavaizduota nuotrauka, kuri fotografuota
židinio plokštumos elektronine sklende,
suveikiančia per 1/4000-ąją sek.
6 pav. Elektroninės sklendės, suveikiančios per 1/4000-ąją sek., suformuotas vaizdas.
Visgi mechaninė sklendė, palyginti su elektronine, turi kai kurių
privalumų, pvz., kai fotoaparatas nenaudojamas, ji aklinai užtveria
fotonams kelią į vaizdo jutiklius. Pastarojo
meto MEMS - mikroelektromechaninių sistemų technologijos laimėjimai
perša mintį, kad kada nors nebrangią
mechaninę sklendę pavyks integruoti
į vaizdo jutiklio lustą. Tuomet būtų
galima naudotis ir puslaidininkinių darinių masinės gamybos privalumais,
ir mikromechaninių sklendžių
galimybėmis.
Lęšis
Naujos technologijos suteiks galimybę tobulinti ir optinius
komponentus, dėl to dar labiau atpigs skaitmeniniai fotoaparatai ir ženkliai
pagerės vaizdo kokybė.
Vaizdo elemento didumas. Fotoaparato lęšio fokusuojamos
šviesos dėmės didumą, kuris paprastai
neviršija 4-5 µm, riboja šviesos
difrakcija bei lęšio aberacijos. Kai lęšio
vadinamieji f skaičiai yra labai maži arba
labai dideli, dėmės matmuo yra didesnis, tačiau minimalus naudingas
vaizdo elementas vis vien išlieka tokio paties didumo - 4-5 µm.
Smulkindami vaizdo elementus iki matmenų,
mažesnių už dėmės matmenį, vaizdo
skyros nepadidinsime, nors didesnis vaizdo elementų skaičius galėtų
sugundyti techniškai nelabai išprususį
vartotoją. Apskritai, kuo daugiau vaizdo detalių fokusuojama į esamo didumo
dėmę, tuo geriau ir tai yra vienas iš
daugelio vertikaliojo spalvų filtro vaizdo elemento privalumų.
Regos lauko didumas. Fotoaparato langelio
24x36 mm formatui, vėliau tapusiam standartu
de facto, pradžią davė 1924 m. pasirodę
fotoaparatai Leica. Deja, reikiamam didelio
regos lauko ryškumui išlaikyti reikia masyvių ir brangių lęšių. Tokių
matmenų silicio vaizdo jutiklis irgi būtų
brangus, todėl logiškiausia laukti pasirodysiančių mažesnio formato
skaitmeninės fotografijos standartų.
Šoninis spalvinis poslinkis. Vienas didžiausių spalvotosios
fotografijos trūkumų, atsirandančių dėl lęšių,
yra šoninė spalvinė aberacija. Jos
"vaivorykštinė" spalvų sanklota
dažniausiai matoma regos lauko
kraštuose ir tose vaizdo vietose, kur yra didelis
kontrastingumas. Optinėmis priemonėmis spalvinę aberaciją, o ypač
sukeliamą sudėtingos formos lęšių (pvz.,
keičiančių vaizdo mastelį) kompensuoti
sunku ir brangu. Laimė, daugeliu
atvejų šoninis spalvinis poslinkis gali
būti kompensuotas programinėmis priemonėmis, ypač jei naudojami
vertikalaus spalvų filtro jutikliai,
kiekvienoje vaizdo elemento vietoje tiksliai detektuojantys visas tris spalvas.
Vaizdo mastelio keitimas. Elektroninis mastelio keitimas yra gerokai
pigesnis ir konstrukciniu požiūriu parankesnis nei optinis. Tačiau šiuo
atveju nukenčia vaizdo kokybė, nes ekvivalentišką ilgesnio židinio
nuotolio vaizdą atitinka mažiau vaizdo
elementų. Kita vertus, CMOS vaizdo elementai yra pigūs, tad vienintelis būdas
išlaikyti reikiamą vaizdo kokybę -
didinti matricos elementų skaičių.
Vaizdo elementų matrica, suformuota iš CMOS darinių, mastelį keisti
patogiau dar ir todėl, kad jų išvesties
informacija lengvai skaitoma.
Lauko gylis. Regos lauko gylį galima didinti tradiciniu optiniu būdu
- mažinti lęšio apertūrą. Tačiau dėl
to nukenčia vaizdo kokybė: dėl
difrakcijos labiau "išplaunamas" vaizdas,
mažėja šviesos srautas ir optinis
triukšmas tampa pastebimesnis. Siūlomos technologijos šį klausimą
sprendžia netradiciniu būdu. Viena iš
galimybių - sukurti specialius optinius
filtrus, kurie, veikdami kartu su skaitmeniniais, sukurtų aukštos kokybės ir
labai didelio regos lauko gylio vaizdus. Šiuo elektroniniu metodu galima
gauti ryškesnius vaizdus ir esant mažesniems šviesos skaisčiams.
Dauguma nuotraukų, tarkim, žmogaus, pozuojančio peizažo
fone, turi įvairų židinio plokštumų
skaičių. Tokio tipo nuotraukas galima
formuoti iš kelių eksponavimų su skirtingomis
židinio plokštumomis, tad pastarosios
nuotraukos ir žmogus, ir peizažas gali būti
pakankamai ryškūs. Dabartinėse lęšių
sistemose židinio nuotolis
mikrovarikliais nustatomas per milisekundes, todėl tokio
tipo vaizdus būtų patogu fotografuoti
rankinio valdymo būdu. Programinė įranga
šiuos kelis vaizdus "suklijuotų" į vieną,
reikiamus skaitmeninius duomenis atsirinkdama pagal ryškumo kriterijų.
Filtrai
Ateityje optiniai filtrai liks svarbus fotoaparatų komponentas.
Pažiūrėkime, kaip technologijos
pažanga turėtų pagerinti optinių filtrų savybes.
Kad skaitmeniniai fotoaparatai su elektroniniais vaizdo jutikliais
perteiktų natūralias spalvas,
paprastai reikia spektrinio filtro. Šio tipo
filtrai dažnai būna brangūs, nes turi
dideliu tikslumu atskirti matomąją
spektro dalį nuo IR ir UV sričių. Be to,
jiems keliami aukšti optinių defektų
reikalavimai. Naujos, CMOS procedūras atitinkančios technologijos -
mechaninis Si plokštelių optinio
paviršiaus paruošimas bei precizinis jų
metalizavimas - suteikia galimybę šiuos
filtrus tiesiogiai integruoti jutiklio paviršiuje. Ir vėl ši eilinė techninė
naujovė mažina gaminio savikainą, bet
gerina kokybę, nes iš šviesos pluošto
optinio kelio eliminuojamos dvi plokštumos (kaip yra tradicinės optikos
atveju), kurios dėl paviršinių defektų
atspindi ir sklaido šviesą.
Kitas su filtrais susijęs rūpestis yra dulkės, kurios patenka ant
jutiklio ar apsauginio stiklo paviršiaus. Priklausomai nuo dydžio, atstumo
nuo vaizdo plokštumos bei f skaičiaus,
šios dulkių dalelės gali būti matomos
nuotraukoje. Dulkės skaitmeninių fotoaparatų vartotojams kelia
papildomų ir varginančių rūpesčių, ypač
tiems, kurie naudojasi fotoaparatais su keičiamomis lęšių sistemomis (kai
lęšis keičiamas, vaizdo jutiklis
kontaktuoja su aplinkos oru). Manoma, kad nebetoli ta
diena, kai skaitmeninių fotoaparatų gamintojai sukurs sistemą,
kuri prieš kiekvieną kadrą valys jutiklių paviršių, galbūt
panašiai, kaip šepetėliais valoma
iš kapsulės traukiama 35 mm juosta.
Nuotraukos kokybę fotografai dažnai gerina
specialiais filtrais. Dažniausiai naudojami vadinamieji gradientiniai
filtrai, kurie skaisčiausioje vaizdo vietoje silpnina optinį
signalą ir sykiu didina aparato dinaminį diapazoną. Tą pačią
užduotį žymiai patogiau ir
ekonomiškiau įgyvendinti analoginėmis vaizdo
elemento CMOS grandinėmis, t.y., optinį signalą silpninti
elektroninėmis priemonėmis.
Netrukus turėtų atsirasti tobulesnės filtrų gamybos technologijos,
nes sparčiai vystosi nanotechnologijos. Labai svarbu, kad CMOS
procesais galima dideliu tikslumu reguliuoti darinių ir sluoksnių matmenis,
mažesnius už optinio diapazono bangos
ilgius; atsiranda neregėtos galimybės manipuliuoti šviesos savybėmis,
taikant interferencijos bei difrakcijos efektus. Neabejojama, kad šios
minėtos naujos galimybės ateityje bus
realizuotos; filtrų ir viso gaminio kaina mažės, o jo galimybės - didės.
Elektros energijos suvartojimas
Kiekvienas, naudojęsis skaitmeniniu fotoaparatu ar kamera,
žino, kaip svarbu turėti talpų elektros
energijos šaltinį. Fotografas, kuris,
tarkim, visai dienai išsiruošė į gamtą,
turėtų su savim pasiimti atsarginių
akumuliatorių. Dienos pabaigoje juos teks keisti. Šie nepatogumai, kuriuos
vartotojams kelia skaitmeniniai fotoaparatai, yra papildomas barjeras jų
kelyje į plačiąją vartojimo rinką.
Rezervų elektros energijos suvartojimui mažinti yra nemažai:
· toliau didėjant lustų elementų
paviršiniam tankiui, didės ir aparato atminties talpa, todėl nereikės
eikvoti energijos vaizdo duomenims glaudinti;
· didelis vaizdo ieškiklio LCD displėjus - pagrindinis energijos
vartotojas - bus keičiamas mikrodisplėjumi;
· CCD vaizdo jutiklius apsimoka keisti CMOS, nes pastarieji
naudoja mažiau galios matricos vaizdo duomenims skaityti;
· jei vaizdo duomenys apdorojami fotoaparato įranga,
vertikalieji vaizdo jutikliai, kurie perteikia reikiamas spalvas bet kurioje
vaizdo elemento vietoje, naudos mažiau galios už horizontaliuosius,
nes jiems nereikia atlikti sudėtingų spalvų interpoliavimo skaičiavimų;
· mechaniniai vykdomieji įtaisai (pvz., sklendė) bus keičiami
elektroniniais.
Per pastaruosius kelis dešimtmečius akumuliatoriai tobulėjo
lėčiau, palyginti su naujais elektros
energijos taupymo būdais ir priemonėmis.
Verta dėmesio idėja naudoti kuro (angliavandenilių) elementus, kurie
cheminę energiją verčia elektrine. Jų
tiekiamos energijos tankis (vienam masės vienetui) yra daug didesnis už
akumuliatorių baterijos. Šlakelis
suskystintų angliavandenilių skaitmeniniam
fotoaparatui (ir nešiojamajam kompiuteriui) galėtų tiekti elektros energiją
dvi savaites, kol jo savininkas klaidžios dykvietėse toli nuo civilizacijos
patogumų. Deja, nors kuro elementai ir nuolat reklamuojami, vargu ar jie
kada nors atpigs. Kita galimybė - naudoti mikrogeneratorius, kurių
veikiantys modeliai neseniai buvo demonstruojami. Neatsilikdami nuo
sparčiai tobulėjančių MEMS gamybos
technologijų, smulkios monetos dydžio
mikrogeneratoriai gali generuoti 10 W galios išėjimo signalą, kurio
užtektų skaitmeniniam fotoaparatui bei
nešiojamajam kompiuteriui maitinti ar akumuliatorių baterijai įkrauti.
Skaitmeninių fotoaparatų ir kamerų
tobulinimo perspektyvos
Ne viena nūdienos elektronikos vystymosi krypčių ateityje bus
panaudota skaitmeninei fotografijai tobulinti. Nuolat pinga atminties lustai, o
jų talpa - didėja. Atitinkamai mažės
fotoaparatų kaina ir matmenys. Be to, kai lustų talpa bus pakankamai
didelė, vaizdo duomenų nebereikės
glaudinti. Vadinasi, vien dėl to
sumažės energijos sąnaudos, o vaizdo
kokybė gerės.
Dabartinių skaitmeninių fotoaparatų vartotojai vaizdo duomenis
į kompiuterį įkelia elektros laidais.
Tai nėra patogu, nes vien šiai
procedūrai reikia papildomų priemonių,
laiko, kyla jungčių patikimumo
klausimai; technikos požiūriu nepatyrę
vartotojai susiduria su netikėtomis
kliūtimis. Ateities aparatai greičiausiai turės
belaides sąsajas. Vartotojui
fotoaparatą tereikės pastatyti prie kompiuterio
ir programinė įranga automatiškai
iškels visus skaitmeninius vaizdo duomenis į kompiuterio atmintinę.
Šiandien nieko nenustebinsi skaitmeniniu fotoaparatu, turinčiu
20 ar daugiau valdymo mygtukų. Akivaizdu, kad tokio aparato
konstrukciją derėtų paprastinti. Vartotojui
labai svarbu, kad prietaiso valdymas
būtų paprastas, lengvai įsimenamas ir
neprieštaraujantis jo funkcionalumui. Viena iš galimybių prietaisui valdyti
- naudoti balso atpažinimo sistemas. Jei fotoaparato "šeimininkų" nedaug,
o komandų skaičius ribotas, tokios
sistemos turėtų patikimai veikti.
Šiandien nemažai
fotomėgėjų naudojasi ir vaizdo kamera, ir
skaitmeniniu fotoaparatu. Ateities fotoaparatas bus pakankamai talpus,
kad savo atmintinėje išlaikytų tiek
duomenų, kiek ir naujausios vaizdo kameros. Taigi CMOS technologijų dėka dėl
paprasto ir lankstaus vaizdo jutiklių duomenų skaitymo atsiras galimybė
pavienes nuotraukas įterpti į vaizdo
įrašus (žr. 7 pav.).
7 pav. Vertikalaus spalvų filtro detektoriai skaitmenio fotoaparato konstrukciją daro paprastesnę, nes lengviau manipuliuoti duomenimis vaizdo elemento lygyje.
Vargu ar įmanoma sukurti tokį vaizdo jutiklį, kuris tiktų visoms
fotografijos reikmėms. Naudojantis tradiciniu fotoaparatu, nesunku
nusipirkti reikiamą juostą: spalvotą ar
nespalvotą, smulkiagrūdę ar didelio
jautrumo. Deja, skaitmeninės fotografijos
mėgėjas, norėdamas įsigyti
specifinėms reikmėms tinkamą vaizdo jutiklį,
turi pirkti visą fotoaparatą. 8 pav.
parodytas jutiklis, kurį būtų galima įstatyti
į aparatą ir vėl išimti. Be abejo,
tokie jutikliai kainuotų gerokai mažiau
už visą fotoaparatą.
Ateityje didelė pažanga bus padaryta skaitmeninio signalo
apdorojimo srityje; dėl to irgi gerės vaizdo
kokybė ir mažės vaizdo duomenų
failo apimtis. Pamokantis pavyzdys yra astronominio tyrimo vaizdo
duomenų apdorojimas. Astronominiai vaizdai, dangaus skliauto nuotraukos
kainuoja brangiai. Vaizdo kokybę dažnai
riboja optikos komponentų galimybės ir silpni optiniai signalai. Todėl,
norint didinti informacijos patikimumą ir didinti jos apimtį, reikia
tobulinti eksperimentinių duomenų
apdorojimo techniką. Šioje srityje
pateisinamos ir nemenkos investicijos. Nesunku numatyti, kad duomenų
apdorojimas pigs, sutinkamai su gerai žinomu Moore`o dėsniu, pagal kurį lustų
elementų tankis padvigubėja kas 1,5 m. Galbūt, kada nors šie sumanūs
duomenų apdorojimo algoritmai bus naudojami ir plataus vartojimo
skaitmeniniuose fotoaparatuose.
Dvidešimtojo amžiaus pradžioje dar nebuvo fotojuostos formato
standarto. Kai 35 mm juostos plotis pagaliau buvo patvirtintas
fotografijos standartu, palengvėjo ir vartotojų,
ir gamintojų gyvenimas. Manoma, kad vieną dieną panašių standartų
susilauks ir skaitmeninė fotografija. Standartizuoti derėtų ir programinės
įrangos komponentus, nes dėl didelės
jų gausos - įvairių pagalbinių
priemonių, spalvų valdymo sistemų,
glaudinimo algoritmų - kiltų painiava ir
vartotojai patirtų nepatogumų.
Vaizdo duomenų išvestis bei vaizdų atkūrimas
Tradicinės fotografijos juostas ryškina ir nuotraukas spausdina
paslaugų firmos (jei taupydami laiką,
į jas kreipiatės). Negatyvus ir
nuotraukas nešatės namo ir ten rūšiuojate,
dedate į fotoalbumą. Kai kurias
paštu siunčiate draugams. Fotomėgėjas,
norintis gauti geros kokybės nuotraukas skaitmeninės fotografijos būdu,
turi pasistengti. Toliau išvardysime sritis, kurių pažanga kada nors turėtų
supaprastinti naudojimąsi skaitmenine fotografija.
Spalvų perteikimas. Šiuo metu
dar nėra standarto, kuris garantuotų,
kad pirminio vaizdo spalvos būtų
korektiškai perduotos visomis sistemos
sąsajomis ir galutinis paveikslas būtų
geriausios kokybės. Manoma, kad ateityje didelę svarbą įgaus spalvų
koregavimo sistema. Dauguma fotoaparatų vartotojų teisingam spalvų
perteikimui teikia prioritetą.
Archyvavimas. Skaitmeniniai vaizdo duomenys nesensta, kaip
kad įprastos fotojuostos. Tačiau
praktiniu požiūriu, skaitmeninių duomenų
ilgaamžiškumas lygus duomenų
formato ilgaamžiškumui, kuris šiuo metu
yra vos keleri metai. Kompaktiniai diskai (600 Mbaitų) jau keičiami DVD
(6 Gbaitų). Ko gero, ir DVD bus
keičiamas tinkamesniu duomenų
formatu. Jei fotografas savo paveikslus norės archyvuoti, tai jam kels
nepatogumų. Kai senos laikmenos bus
nebetinkamos duomenims saugoti, fotografas seno formato duomenis turės
nukopijuoti į naujo formato laikmeną.
Tačiau, kai duomenų daug, toks
darbas atima daug laiko. Kai kas mano, kad vienintelis šios dilemos
sprendimas būtų centralizuotos duomenų
bazės, kurias, galbūt, tvarkytų kompanijos
- interneto paslaugų teikėjos. Vaizdai paketiniu režimu būtų įkeliami į
duomenų bazę ir saugomi taip, kad
juos būtų nesunku gauti. Dabar diskų
talpa vertinama 1 dol. už vieną
Gbaitą, tad saugojimo mokestis sudarytų
tik nedidelę mėnesinio jungimo mokesčio dalį.
8 pav. Keičiamas skaitmeninio fotoaparato jutiklio modulis.
Displėjus.Šviečiančių displėjų
dinaminis diapazonas yra didesnis nei spausdintų paveikslų, todėl taip
atkuriami vaizdai atrodo sodresni ir
įspūdingesni. Didelės ant sienų
montuojamos displėjų sistemos po
truputį pinga. Netrukus jos taps įprasta
mūsų namų ūkio dalimi - pakeis
televizoriaus ekraną, kompiuterio monitorių ir galės būti skaitmeninių
nuotraukų displėjumi. Kai per televiziją
nerodys nieko įdomaus, galėsite
pasižiūrėti savo paskutiniųjų atostogų
nuotraukų, nejungdami projektoriaus ir tvarkingai nedėliodami skaidrių.
Ryšio dažnių juostos
plotis. Kai dažnas vartotojas savo namuose
galės naudotis sparčiuoju interneto
ryšiu, elektroniniai vaizdo duomenų
srautai užtvindys internetą. Tačiau turės
tobulėti ir kompiuteriniai tinklai - turės didėti praleidžiamosios
dažnių juostos plotis bei kompiuterinio
tinklo ištekliai.
Išvados
Nūdienos fotografija yra pusiaukelėje tarp fotojuostų ir
elektroninių duomenų. Neįkainojami naujų
technologijų privalumai, skirti
didžiulei nekantraujančių vartotojų rinkai,
garantuoja sparčią šios technikos
srities pažangą.
Šiame straipsnyje buvo akcentuojamas techninis aspektas -
apžvelgta galimybė tobulinti skaitmeninės fotografijos technologijas,
kurios turėtų padėti pagrindą ateities
fotografijai.