Фото- и видеокамеры

Цифровые камеры - сравнительно недавно появившийся класс компьютерных устройств. Пока приличные цифровые камеры еще достаточно дороги, что значительно ограничивает их популярность, но эти устройства постоянно дешевеют, и вполне возможно, что в недалеком будущем именно цифровые камеры будут наиболее часто использоваться для получения фотографий и съемки видео. Впрочем, что касается видео, то уже сейчас в профессиональных студиях цифра становится стандартом, да и в продвинутых бытовых видеокамерах тоже начинают активно использоваться цифровые технологии.

Мы не будем вдаваться в подробности функционирования камер и процесса съемки вообще, так как я не фотограф и не кинооператор, ограничимся лишь особенностями цифровых фотоаппаратов и видеокамер и их основными отличиями от нецифровой техники.

Цифровая камера предназначена для быстрой и простой фиксации изображения и ввода его непосредственно в компьютер, что во многих случаях представляется очень важным. Например, журналисты, персонал правоохранительных органов, страховые агенты и т. д. могут пользоваться цифровыми фото- и видеокамерами для оперативного получения информации с места события. И в таких областях цифра является значительно экономичнее, чем фотосъемка на пленку или видеосъемка с помощью аналоговой камеры на кассету. Единственное, правда, что служит ограничением, это то, что при большом объеме съемок необходимо сбрасывать информацию в компьютер, так как емкость памяти все же не позволяет хранить в устройстве много фотографий или видеоматериала.

В настоящее время существует достаточно большой (хотя не сказать, чтобы он был богатый) выбор цифровых камер самого разного назначения и соответственно различной ценовой категории. Не очень дорогие устройства в основном предназначены для широкого круга пользователей, но есть и весьма солидные камеры для профессионального применения. Правда, стоимость последних может составлять несколько тысяч или даже десятков тысяч USD.

Фотокамеры

Беспленочные камеры очень похожи на традиционные фотоаппараты. Здесь также имеются объектив, затвор и диафрагма. Фактически в некоторых профессиональных беспленочных камерах используются готовые корпуса от 35-миллиметровых аппаратов Nikon, Minolta, Canon или других производителей. Главное различие же заключается во внутреннем устройстве и в способе сохранения изображения. В традиционных фотокамерах изображение фокусируется на пленке, покрытой светочувствительным слоем кристаллов галлоидного серебра. Затем пленка последовательно погружается в растворы химических реактивов для проявки и фиксации отснятого изображения. В цифровых камерах изображение фокусируется на фоточувствительном ъ размером с почтовую марку кристалле полупроводника, называемом прибором с зарядовой связью (сокращенно ПЗС). Эти приборы, кстати, используются и в большинстве планшетных сканеров (про сканеры написано тут). ПЗС содержат сотни тысяч или даже миллионы резисторов, или элементов выборки. Чем больше элементов-ячеек в ПЗС, тем выше разрешение и, следовательно, качество изображения. При открывании затвора фотокамеры свет, попадая на ячейки ПЗС, приводит к образованию электрического заряда, причем чем больше света, тем больше заряд. Для получения цветного изображения последнее пропускается через набор (красный, синий и зеленый) светофильтров. После этого свет попадает на пикселы ПЗС, которые чувствительны к красному, синему или зеленому цвету, и эта комбинация пикселов и образует полноцветную картинку. Затем электрические заряды усредняются и преобразуются посредством аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в сочетания нулей и единиц, а после этого цифровые данные подвергаются сжатию (наиболее часто используется JPEG) и запоминаются в памяти камеры.

Наиболее популярны камеры среднего или низшего ценового диапазона. Они очень похожи на пленочные аппараты (рисунок слева) и имеют много необходимых для бытового применения функций. Например, практически все устройства имеют систему подавления эффекта "красных глаз", автофокус, возможна вставка некоторых эффектов (впечатывание даты/времени, включение черно-белого режима и т. п.). Для профессиональной и фотографии существуют более продвинутые устройства, которые обычно располагают большим LCD-видоискателем, TV-выходом, а также, естественно, имеющие более высокое качество изображения и расширенный набор функций и настроек. Качество получаемого изображения в значительной степени определяется разрешением камеры. Очевидно, что имеется ввиду разрешение ПЗС-матрицы. Например, разрешающая способность чувсвительного элемента может быть равна 1901x1212 точек. Причем можно при желании уменьшать разрешение до какого-либо определенного камерой, это может быть полезно, например, для уменьшения размера файлов. Часто производители указывают количество чувствительных точек в матрице, оно может быть получено в результате произведения максимального разрешения камеры по ширине на соответственно максимальное разрешение по высоте. Так, в нашем случае матрица должна иметь как минимум 1901*1212=2304012 пикселов. Как минимум потому, что при применяемых при изготовлении ПЗС-матриц технологиях в последней неизбежно будут иметься бракованные элементы (несколько процентов от общего числа), и поэтому производители изготовляют ПЗС с определенным запасом светочувствительных элементов. Как всегда, следует помнить, что более высокое разрешение часто достигается программным способом путем интерполяции, и максимальное значение для той или иной камеры не обязательно должно совпадать с истинной разрешающей способностью ПЗС-элемента.

Представляю вашему вниманию пару фотографий, полученных с помощью 3-мегапиксельной камеры Nikon Coolpix 990.

Как можно заметить, изображение весьма на уровне и в ряде случаев полученные фотографии могут поспорить качеством с обычными фотографиями, полученных путем съемки на пленку. Более дешевые цифровые фотоапараты конечно же имеют несколько более низкое качество картинки, но и его обычно вполне хватает для, скажем, ведения собственного фотоальбома или публикации достаточно качественных снимков в сети, что делает их пригодными для полупрофессионального применения. А качество совсем недорогих устройств, рассчитанных на самого широкого потребителя, часто оставляет желать лучшего и может сгодиться разве что только для создания небольших по размером картинок и посылки их по электронной почте, размещения их на сайте, если там не предъявляются высокие требования к качеству, или другого подобного применения, когда более всего важно просто наличие хоть какого-нибудь снимка.

Отснятый материал сохраняется в памяти камеры. Для этого используются специальные карты памяти, они бывают различных форматов (см. cменные носители), сегодня наиболее распространенными являются три: CompactFlash, SmartMedia Card и MultiMedia Card. Обычно в стандартную комплектацию приличной камеры входит карта объемом около 8-20 Mb, что позволяет записать примерно столько же снимков, сколько можно сделать при фотографировании на одну кассету с пленкой. Дешевые камеры могут оснащаться менее емкой картой (2-4 Mb). Если такой объем вас не устраивает, то придется покупать другую карту. На момент написания статьи максимальная емкость карт формата CompactFlash составила 256 Mb. Естественно, максимальное количество вмещаемых картой файлов зависит от разрешения, при котором производилась съемка, и применяемом коэффициенте сжатия, но пользователи обычно очень быстро усваивают, что следует избегать любых режимов, кроме режима самого высокого качества. В камерах могут применяться различные алгоритмы компрессии, например JPEG, TIFF, DPOF, RAW, но обычно ограничиваются двумя первыми (чего уже достаточно) или вовсе только JPEG. После того, как место на карте закончилось, необходимо заменить карту, сбросить ее содержимое в компьютер либо удалить соответствующее число фотографий из памяти. Для соединения с РС обычно используется шина USB как наиболее универсальный интерфейс, иногда также возможно соединение другим способом (скажем, через COM-порт или с помощью PC Card, смотрите интерфейсы).

Существенное различие между беспленочными и обычными камерами состоит в задержке длительностью в несколько секунд, которая требуется беспленочной камере для фиксации изображения, его преобразования, сжатия и сохранения в цифровом виде. Также требуется некоторое время для приведения фотоаппарата в готовность, так как камера должна загрузить свою операционную систему. Многие приличные камеры позволяют производить съемку серии фотографий в непрерывном режиме со скоростью несколько кадров в секунду, что делает их пригодными для скоростной съемки объектов, например спортивных эпизодов.

Видеокамеры

Цифровые видеокамеры очень похожи на фотоаппараты. Отличие состоит лишь в том, что они производят съемку кадров со скоростью не менее 25 в секунду и записывают результат в файл (естественно, в сжатом виде). Такая скорость вообще является стандартной для видеотехники и обусловлена тем, что фотохимические реакции в человеческом глазу длятся обычно не менее 1/25 секунды. Эта частота кадров используется и в телевидении. Правда, более предпочтительна все же частота 30 Hz, так как при 25 неплавность изображения немного ощущается, хотя и не все это могут заметить.

Запись обычно производится на ленту, так как большой объем информации не позволяет использовать традиционные дисковые накопители, хотя существуют и камеры с жестким диском. Но зато от этого резко увеличивается ее цена, а диск не является таким же удобным как кассета носителем, так как при необходимости последнюю можно вынуть и вставить другую, а емкость жесткого диска, пусть даже очень большого, не позволит записать много видеоматериала. Поэтому кассетные видеокамеры получили наибольшее распространение (в последнее время, правда, стали появляться камеры, в которых информация пишется на CD-R/RW).

Практически все сегодняшние камеры совместимы со стандартом DV. Этот формат обеспечивает высокое качество изображение и не уступает аналоговому формату Betacam SP - основному формату телетехники профессионального качества. Единственный параметр, по которому DV хуже Betacam SP - это разрешение: 500 твл против 650 твл. Но это не так уж и важно, так как, во-первых, при обычной телевизионной трансляции разрешение редко бывает выше 380 твл (обычно 250-350 твл), а, во-вторых, существующие стандарты бытовой записи (я имею ввиду MPEG-2, который широко используется в DVD и при спутниковом вещании) и рассчитаны где-то на 500 твл, да и не все телевизоры способны обеспечить большее разрешение при воспроизвении. Зато соотношение сигнал/шум составляет 54 Db (по сравнению с 49 для Betacam SP), а полоса частот сигнала цветности равна 1.5 MHz, что совпадает с Betacam SP и певышает полосу частот у S-VHS и Hi-8. Сжатие сигнала осуществляется в соотношении 5:1 по технологии, аналогичной M-JPEG (об этом алгоритме, а также немного о видеостандартах и представлении видеосигнала написано здесь), при этом скорость потока равна 3.4 Mb/s. Стандарт также предусматривает схему исправления ошибок, так что можно без потерь воспроизвести кадры даже в случае, если на ленте будут испорчены две из десяти дорожек. Кассета имеет весьма меленькие размеры (примерно как коробочка из-под Tic-Tac), в ней используется лента шириной 6.35 mm. Уменьшение размера кассеты приводит к уменьшению размеров и массы самой камеры - масса современной DV-камеры составляет около 1 Kg, в то время как камеры формата Betacam SP имеют массу около 6 Kg и больше.

Видеокамеры стандарта DV для связи с компьютером имеют интерфейс Fire Wire. Таким образом, передача данных в компьютер происходит в полностью цифровом виде, что обеспечивает высокое качество изображения. В то же время DV-камеры имеют и TV-выходы, и их можно подключать напрямую к телеаппаратуре. Другим большим преимуществом таких камер является их цена - по сравнению со стоимостью аналогичных камер Betacam SP она ниже в несколько раз. Поэтому видеокамеры стандарта DV очень хорошо подходят для профессионального видео и могут составить сильную альтернативу набору "аналоговая камера плюс плата монтажа" (см. здесь). Обычно с помощью DV-камер можно и фотографировать (данные пишутся на карту памяти или диск, как у обычных фотоаппаратов), но качество при этом довольно неважное по сравнению со специализированными фотокамерами.

Другой, более простой и дешевый класс видеокамер - USB-камеры, или, как их еще часто называют, Web-камеры, так как они хорошо подходят для проведения телеконференций в сети (естественно, при модемном соединении все равно вряд ли выйдет что-нибудь путное). Принцип действия их аналогичен DV-камерам, но они не всегда имеют собственный накопитель (а если он и есть, то очень скромного объема - в комплект поставки входит небольшая карта памяти), а передача видео осуществляется по шине USB. Так как шина USB имеет пропускную способность всего 12 Mbps, то качетво картинки очень низкое. Разрешение у этих камер может быть равно 640х480, но тогда частота кадров будет не более 12-15 в секунду. Необходимая скорость в 25-30 кадров в секунду достижима только при разрешении 320х240 и меньше. При этом все это возможно, как правило, только в случае использования фирменного программного обеспечения, а с альтернативными программами качество обычно гораздо хуже. Цветопередача тоже часто оставляет желать лучшего, так как никто не захочет делать особо качественным продукт максимального удешевления и спроса. В целом же качество сравнимо с качеством видеокассеты средней паршивости. Впрочем, с телеконференциями USB-камеры справляются неплохо, да это и есть их основная задача. Хотя можно также записывать и ролики, если требования к изображению не высоки. Большинство камер для этого имеют встроенный микрофон (неважный, правда) для записи звукового сопровождения. Аналогично DV-камерам, некоторые USB-камеры тоже позволяют фотографировать. Однако в связи со все той же аналогией качество мало куда годится.

Различное программное обеспечение позволяет оснастить камеру различными полезными и не очень функциями. Скажем, фотографирование с заданной частотой с возможностью отправки снимков на e-mail, что может пригодиться, например, фермеру, если он захочет наблюдать процесс созревания (похищения) урожая на своей плантации. Или анализирование наличия движения в заданной области (при его обнаружении программа может предпринять какое-либо действие или запустить другую программу) - так вы сможете превратить свою камеру в своего рода охранную систему по совместительству. Правда, на очень медленные или незначительные движения программное обеспечение обычно не реагирует, так что злоумышленник все же может незаметно подкрасться и унести ваш компьютер вместе с пресловутой камерой.