Digitální fotografie

Transkript

1 Semestrální práce z předmětu Kartografická polygrafie a reprografie Digitální fotografie Autor: Magdaléna Kršnáková, Štěpán Holubec Editor: Zdeněk Poloprutský Praha, duben 2012 Katedra mapování a kartografie Fakulta stavební ČVUT v Praze

2 Úvod Obsah prezentace 1 Digitální fotografie Historie Princip záznamu obrazové informace Vytvoření a transformace obrazu Separace barevných složek Zaznamenání barevných složek obrazu Přenos elektrického náboje Digitalizace signálu CCD senzory Vlastnosti CCD Vady CCD Další typy čipů

3 Historie Historie vývoje fotografie Projekce obrazu na plochu: 16.st. Camera Obscura, umělci Analogová fotografie: 19. stol. Joseph Nicéphore Niépce, heliografie Louis Daguerre Digitální fotografie: r.1970 George Smith a Willard Boyle, první CCD snímače ve fotoaparátech r.1981 Sony, první digitální fotoaparát současnost: firmy (KODAK), CANON, Nikon, Sony, Lumix aj. stále zdokonalují digitální technologie

7 Princip záznamu obrazové informace Princip záznamu obrazové informace CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductors CCD Charge Coupled Device

8 Princip záznamu obrazové informace Princip záznamu obrazové informace CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductors CCD Charge Coupled Device

9 Úvod Digitální fotografie Závěr Vytvoření a transformace obrazu Vytvoření a transformace obrazu 1 Světlo odražené od zájmového objektu 2 Průchod objektivem 3 Dopad na čip s CCD/CMOS senzory Obrázek: Canon EOS 40D Literatura Konec

10 Separace barevných složek Separace barevných složek a) současná třemi oddělenými světlocitlivými senzory b) postupná jedním světlocitlivým senzorem c) maticí obrazových bodů - Bayerova mřížka (RGBG) Obrázek: Principy záznamu obrazu pomocí světlocitlivých senzorů

11 Zaznamenání barevných složek obrazu světelné záření způsobuje v místech obrazových bodů generaci elektrického náboje Full Well Capacity plnící kapacita obrazového bodu při vysoké koncentraci dochází k přetečení náboje blooming Mód s vysokou citlivostí Mód s velkým dynamickým rozsahem Mód s vysokým poměrem signál šum

15 Přenos elektrického náboje Vygenerovaný elektrický náboj je přenesen k digitalizaci do A/D převodníku. Systémy přenosu elektrického náboje Systémy s mechanickou uzávěrkou (Full Frame CCD) Systémy s meziřádkovým přenosem náboje (Interline Transfer CCD) Systémy s přenosem snímků (Frame Transfer CCD) Systémy s přímou adresací pixelu

19 Digitalizace signálu Digitalizace signálu provádí A/D převodník (Analog Digital Unit ADU) Barevná hloubka počet barev rozlišitelných na obrázku nejčastěji se užívá hloubka 24 bitů (8 bitová data), příp. 36 bitů (12 bitová data) = 16,7 milionů, příp. 68,7 miliard barev Formát výstupu: RAW, TIFF, JPEG

23 CCD senzory Princip činnosti Příprava CCD Expozice obrazu Snímání obrazu CCD senzory využívají pro svou činnost fotoefektu. Konstrukce CCD Lineární CCD čtečka čárového kódu, fax nebo scanner Plošné CCD při základní konstrukci pouhé spojení lineárních CCD v jednom čipu (kamery, digitální fotoaparáty)

24 Ukázky CCD Příklady lineárního a plošného CCD Obrázek: Čárový kód Obrázek: Plošný čip CCD

25 Vlastnosti CCD Velikost základní měřítko velikost políčka kinofilmu, tj mm délka uhlopříčky v palcové míře Poměry stran 2:3 profesionální digitální fotoaparáty 3:4 TV kamery a amatérské digitální fotoaparáty Rozlišení počet použitých buněk CCD prvku pixelů efektivní počet pixelů je menší než skutečný

31 Dynamický rozsah rozlišení snímače od nejčernější černé k nejbělejší bílé limity kapacita každé buňky CCD a hladina vlastního šumu buňky

32 Vady CCD Šum vzniká především tepelným pohybem krystalové mřížky polovodiče = rozostření obrazu Vinětace nedostatečný osvit krajních buněk čipu = postupné ztmavování obrazu směrem k okrajům Blooming přetečení náboje = kolem silného světla jsou na fotografii rovnoběžné čárky nepravidelných délek Obrázek: Šum Obrázek: Vinětace

35 Další typy čipů CMOS digitální výstup = odpadá použití A/D převodníku každá buňka čipu má svůj vlastní vývod = digitalizace v jeden časový okamžik menší spotřeba energie dobře zvládnutá technologie výroby Foveon X3 vychází z koncepce klasického kinofilmu každá fotocitlivá buňka má tři silikonové vrstvy = zachycuje tři barevné složky 4 Mpix Foevon X3, je schopen konkurovat CMOS a CCD s rozlišením 16 Mpix

36 Další typy čipů CMOS digitální výstup = odpadá použití A/D převodníku každá buňka čipu má svůj vlastní vývod = digitalizace v jeden časový okamžik menší spotřeba energie dobře zvládnutá technologie výroby Foveon X3 vychází z koncepce klasického kinofilmu každá fotocitlivá buňka má tři silikonové vrstvy = zachycuje tři barevné složky 4 Mpix Foevon X3, je schopen konkurovat CMOS a CCD s rozlišením 16 Mpix

37 Další typy čipů Backside sensor fotodiody jsou hned pod filtry snímač je fyzicky dvakrát citlivější oproti běžným CCD a CMOS náročnější technologie výroby než u CMOS Obrázek: Backside sensor

38 Závěr Současné trendy zvyšování kvality digitálních fotografií zvyšování barevné hloubky zvyšuje se výdrž digitálních fotoaparátů Každým rokem se tyto hranice posunují. Varování Zkontrolujte si svůj fotoaparát. Může být kouskem patřícím do muzea.

39 Literatura Použité zdroje Fotografovani.cz. POLÁČEK, Daniel. Fotografovani.cz [online] [cit ]. Dostupné z: df/sonz-xmor-cmos-senyor/ Digineff. Digineff [online] [cit ]. Dostupné z: MEGAPIXEL.CZ. MEGAPIXEL.CZ: Centrum digitální fotografie [online]. [cit ]. Dostupné z: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, [cit ]. Dostupné z:

40 Semestrální práce z předmětu Kartografická polygrafie a reprografie Děkuji za pozornost Autor: Magdaléna Kršnáková, Štěpán Holubec Editor: Zdeněk Poloprutský Praha, duben 2012 Katedra mapování a kartografie, Fakulta stavební ČVUT v Praze