РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ
Кафедра Информатики и ГИС
цифровые матрицы в фотокамерах.
| Студент: группы рФ-09-2 | Кухарёнок Дмитрий |
| Научный руководитель: Доцент кафедры Информатики иГИС | Оборнев Евгений Александрович |
москва 2010
Оглавление
Основные форматы светочувствительных элементов. 4
Преимущество и недостатки крупного и среднего формата перед 35 миллиметровым (малым) форматом. 5
История 35 миллиметрового формата 6
Принцип работы CCD(ПЗС) и CMOS(СМОП) матриц. 8
Основные размеры цифровых матриц. 10
Средний формат цифровых матиц. 10
Матрица 36*24 мм(full frame). 10
Матрица APS-H((Nikon)30*20мм). 10
Матрица APS-H((Canon)27,9*18,6мм). 10
Матрица APS-C((Nikon DX,Pentax,Sony)23,6*15,7мм) 11
Матрица APS-C((Canon)22,3*14,9мм) 11
Матрица Foveon((Sigma)20,7*13,8мм) 11
Матрица Four Thirds System(Olympus(17,3*13мм)) 11
Матрица ``1/1.8``(7,1*5,3мм) 11
Матрица ``1/2.5``(5,7*4,2мм) 11
В современных фотокамерах очень много факторов, которые, в той или иной степени, влияют на качество изображения цифровой фотографии. Например: от объектива, качества электроники, размера матрицы и т.д. Но, на мой взгляд, самым важным фактором, который влияет на качество изображения, среди перечисленных является физический размер цифровой матрицы.
В данном реферате говорится о том, какие бывают типы матриц, их размеры, на каких типах фотокамер они установлены. В чём преимущество того или иного типа матриц перед другими, и в чём их недостатки. В конце реферата я расскажу о перспективах развития этого направления.
Основные форматы светочувствительных элементов
В настоящий момент все форматы светочувствительных элементов делятся на три основных типа:
1) Крупный формат.
2) Средний формат
3) Малый формат.
Теперь подробнее про каждый из форматов.
Крупный формат.
К крупному формату относятся форматы светочувствительных элементов размером не менее 90*120 мм. Крупный формат делится на 3 под формата:1) 90*120мм 2) 130*180 3) 180*240 мм[1]. Обычно крупный формат используют в телескопах, и в крупноформатных фотокамерах. Например самая большая цифровая матрица установлена на на американском телескопе PS1 её размер в поперечнике составляет более 400 мм[2]. Из самых больших матриц которые могут появиться в относительно ближайшее время на рынке это CMOS сенсор компании Canon, размер которого составляет 202*205 мм[3], и по площади превосходящий 35 мм формат почти в 48 раз.
Средний формат
К среднему формату относятся форматы светочувствительных элементов размер который превышает 36*24 мм. Средний формат делится на 3 под формата 1) 60*45мм 2)60*60 мм 3) 60*90мм[4]. Используется в спутниках, среднеформатных фотокамерах. Так же среднеформатные фотокамеры фирмы Hasselblad[5] использовались американцами при высадке на Луне.
Малый формат
Это размер светочувствительного элемента 36*24мм. Именно этот размер светочувствительного элемента используется за так называемый эталон.
Преимущество и недостатки крупного и среднего формата перед 35 миллиметровым (малым) форматом.
| Крупный и средний формат | Малый формат(35-миллиметровый формат) | ||
| Преимущества | Недостатки | Преимущества | Недостатки |
| 1) Самое главное преимущество это качество снимков. Чем размер светочувствительного элемента больше тем больше деталей он несёт т.е более мягкие переходы от темых тонов к светлым и наоборот. | 1)На то чтобы сделать снимок уходит значительно больше времени(скорость съёмки меньше одного кадра в секунду). | 1)Возможность быстрой фотосъёмки | 1)Проигрыш в качестве фотографий среднему и крупному формату. |
| 2)Низкий динамический диапазон. | 2) Высокий динамический диапазон. | ||
| 3) Большой размер самих фотокамер. | 3)Малый размер самих фотокамер. | ||
| 4) Дороговизна объективов | 4) Более дешевая стоимость объективов. | ||
Из таблицы видно что 35 миллиметровый формат проигрывает крупному и среднему формату в качестве, а качестве это главный критерий фотографии В данной главе будет рассказано краткая история 35 миллиметрового формата и почему он получил такое широкое распространение.
История 35 миллиметрового формата [6]
В 1916 году фирма Kodak создала 35 миллиметровау плёнку . Это была 35-мм неперфорированная плёнка. Тот тип 35 мм. плёнки который мы все знаем появился значительно позже в 1934 с обозначением «135[7]». Добавив единицу в начало кода, сохранили узнаваемость и показали отличие от неперфорированной версии. Плёнка была помещена в кассеты Kodak-Retina.
К рассвету цифровой фототехники из малого формата по сути остался только 135-й тип плёнки с форматом кадра 24×36 мм. Все прочие типы, включая систему APS (или плёнка типа 240[8]), которой пророчили вытеснение с рынка 135-го типа, так и не оправдали возлагаемых разработчиками надежд на вытеснение плёнки типа 135. В настоящее время рынок любительской плёночной фототехники настойчиво вытесняется цифровой аппаратурой и предположения о переходе на другой тип со ставшей классической малоформатной плёнки уже маловероятны.
Широкое распространение 35 миллиметровый формат стал получать благодаря тому что со временем зернистость малоформатной плёнки становилась все меньше и меньше, обеспечивая постепенный рост разрешения снимка, одновременно расширялся динамический диапазон 35-миллиметрового кадра.
После того как разрешение 35-миллиметровой плёнки перешло определённый порог, малоформатная фототехника стала стремительно вытеснять среднеформатные камеры. Причиной тому стали не только заметно меньшие габариты 35-миллиметровых фотоаппаратов и сравнительная простота их эксплуатации, но и сопутствующая выгода от перехода на меньший размер кадра. Преимущества заключались, во-первых, в возможности сократить фокусное расстояние оптической системы (и уменьшить размеры и вес объектива), при этом величина объекта в кадре не изменялась. Во-вторых, при уменьшении габаритов кадра возрастает глубина резкости объектива (отрезок пространства перед объективом – все объекты, попавшие в этот отрезок, будут отображены на плоскости регистратора изображения с достаточной резкостью). Возросшая глубина резкости, в свою очередь, позволяет компенсировать ошибки фокусировки либо «приоткрыть» при съёмке диафрагму, в результате можно использовать более «короткую» выдержку и заметно снизить шанс нечёткости снимка.
В конце 60-х начали разрабатываться так называемые "Приборы с Зарядовой Связью", что сокращённо пишется как ПЗС. На английском языке это выглядит как "charge-coupled devices" или сокращённо - CCD. И в 1969 году прибор с зарядовой связью был изобретён Уиллардом Бойлом и Джорджем Смитом в Лабораториях Белла.
В1973 году компания Fairchild начала промышленный выпуск ПЗС[9]-матриц. Они были чёрно-белыми и имели разрешение всего 100х100 пикселей. В 1974 при помощи такой ПЗС-матрицы и телескопа была получена первая астрономическая электронная фотография.
В 1975 Инженер Стив Сассон работавший в компании Kodak сделал первую работающую камеру на ПЗС-матрице производства Fairchild. Камера весила почти три килограмма и позволяла записывать снимки размером 100x100 пикселей на магнитную кассету (один кадр записывался 23 секунды).
В 1980 году Sony представила на рынок первую цветную видеокамеру на основе ПЗС-матрицы (до этого все камеры были чёрно-белыми).
1981 Sony выпускает камеру Mavica (сокращение от Magnetic Video Camera), с которой и принято отсчитывать историю современной цифровой фотографии. Mavica была полноценной зеркальной камерой со сменными объективами и имела разрешение 570×490 пикселей (0,28 Мп) Она записывала отдельные кадры в формате NTSC и поэтому официально она называлась «статической видеокамерой» (Still video camera). Технически, Mavica была продолжением линейки телевизионных камер Sony на основе ПЗС-матриц.
В 1990 появляется уже полностью цифровая, коммерческая камера – Dycam Model 1, более известная под как Logitech FotoMan FM-1. Камера была чёрно-белая (256 градаций серого), имела разрешение 376x240 пикселов и 1 мегабайт встроенной оперативной памяти для хранения 32 снимков, встроенную вспышку и возможность подключить камеру к компьютеру.
В 1991 Kodak, совместно с Nikon, выпускает профессиональный зеркальный цифровой фотоаппарат Kodak DSC100 на основе камеры Nikon F3. Запись происходила на жесткий диск, находящийся в отдельном блоке, весившем около 5 кг.