2. Kako deluje?

(kaj so tipala (ang. Senzors), kako delujejo, tipi tipal in vrste uporabe).

• Število fotodiod v tipalu CCD (resolucija). Tipala CIS. Podobnosti v delovanju optičnih čitalcev (skenerjev), kamer in fotoaparatov.

• Prenos slike na medij (film, pomnilnik) in oblike zapisa.

• Pretvorniki iz analognega vira v digitalni zapis.

Na prikazani animaciji je razvidno:

- Slike so sestavljene iz mozaika barvnih ali črnobelih kvadratkov (pik), ki so postavljene ena poleg druge
- Če je pik dovolj in so dovolj majhne, človeško oko ne zazna posamezne pike, marveč jih sestavi v sliko

I. OSNOVE FOTOGRAFIRANJA

Bistvena razlika med klasičnim in digitalnim fotoaparatom je v zaznavanju slike in zapisu posnetka. Klasični fotoaparati uporabljajo sistem zaslonke, ki se, ko pritisnemo sprožilec, odpre za delček sekunde (lahko tudi več - odvisno od želenega efekta) in spusti svetlobo, tj. fotone, na film. Film ni nič drugega kot posebna folija premazana s fotobčutljivo kemikalijo, ki ob stiku s svetlobo spremeni svoje kemične lastnosti . Film ob koncu še "razvijemo", da dobimo sliko. (Tako na kratko.)

II. ZAZNAVANJE SLIKE

Z digitalnim fotoaparatom ni bistveno drugače. Fotoni pridejo skozi leče v ohišje do "filma". V digitalnih fotoaparatih je to enota CCD (charge-coupled device). To je poseben čip pravokotne oblike z velikostjo stranice nekaj manj kot centimeter. Da svetloba pade ravno na majhen CCD, poskrbi optika. CCD je sestavljen iz množice fotodiod. To so celice občutljive na gostoto svetlobnega toka. Te diode spremenijo mimoidoči foton v električno napetost, ki požene elektrone do elektronike, ki ga "prebere" kot sporočilo o tem, koliko svetlobe je padlo na dotično diodo.

II. a) KAKO JE SESTAVLJENO TIPALO CCD

Fotodiode so razporejene po CCD-ju ena poleg druge v ravno vrsto, vrste pa ena nad drugo. Tako dobimo nekakšno matriko (m x n) elementov, ki se običajno imenuje kar optična ločljivost fotoaparata. Kakovostnejši fotoaparati imajo preko milijon fotodiod, tisti malce slabši pa za polovico manj. Zaradi narave razporeditve fotodiod je tudi rezultat v obliki matrike. Slika za računalniško obdelavo, naj bo fotografirana s klasičnim aparatom in nato skenirana ali pa posneta z digitalno kamero ali fotoaparatom, je raster sestavljen iz kvadratkov različnih barv in svetlosti. Ti kvadratki so razporejeni po sliki tako kot fotodiode po enoti CCD. Če ima ta slika dovolj kvadratkov (vemo že, da imajo kakovostnejši CCD-ji preko milijon fotodiod) in to sliko pogledamo iz dovolj velike razdalje, naše oko sestavi vse te kvadratke (pike, piksle) v prepoznavno, originalu podobno sliko. Tu vidimo, zakaj je pomembno število fotodiod na enoti CCD. Več kot jih je, več detajlov bo na posneti sliki in bolj jo bomo lahko povečali.

charge-coupled device
ali po domače: film digitalnih fotoaparatov

II. b) BARVNA SLEPOTA FOTODIOD

Pomembno je še, da te fotodiode in s tem tudi CCD niso občutljivi na barvo, pač pa le na gostoto svetlobnega toka. Po domače, ne vedo, kakšne barve je foton, ampak le kako je močan. Barve na sliki dosežemo tako, da za vsako piko na posnetku poskrbijo tri fotodiode. Načinov kako uporabiti te tri fotodiode in kako prisiliti vsako, da bere samo eno od osnovnih barv, je več. Lahko so to prizme nad temi tremi fotodiodami, ki lomijo svetlobo tako, da vsaka dioda dobi le svojo barvo (t.i. tipalo 3CCD), lahko so to barvni filmi nad diodo, ki preprečujejo prehod vsem razen eni barvi do diode ali pa kaj drugega.

II. c) ALGORITEM ZA POVEČAVO SLIKE - INTERPOLACIJA

Prav slednji način pa je povezan z uporabo t.i. interpolacije, ki je prisotna predvsem pri cenejših modelih. Če imamo v vrstici nad vsako diodo en filter, to pomeni, da vsaka dioda bere le eno barvo. Kako pa potem dobimo barvno sliko? No, vedeti moramo, da so filtri razporejeni po nekem pravilu, tako da vsak nastopi približno enakokrat in je gostota njegove porazdelitve približno enakomerna. Interpolacija pa je metoda, s katero elektronika iz podatkov o svetlosti na posameznih diodah izračuna vrednosti manjkajočih barv. Interpolacija se pri cenejših fotoaparatih, kjer je manj fotodiod na CCD-ju, uporablja tudi za nadomestitev manjkajočih diod. S tem proizvajalci navidezno povečajo ločljivost aparata, pa naj bo to skener, kamera ali fotoaparat. Seveda je slika z uporabo interpolacije manj podrobna, kot pa če bi bila dejansko posneta v taki ločljivosti. Zato je pravi podatek o zmogljivosti naprave njegova optična ločljivost, saj le ta zagotavlja jasno sliko do podane vrednosti.

III. SHRANJEVANJE SLIKE

Če ima film pri klasični fotografiji vlogo prepoznavanja svetlobe in nosilca rezultata, je pri digitalni fotografiji ta vloga deljena na že omenjeni CCD in na pomnilniške kartice. Slednji so nekakšni nosilci slike. Preden pa pride slika do pomnilnika, jo obdela še algoritem za shranjevanje. Ta ponavadi še dodatno popači sliko, ker ji želi zmanjšati velikost (v bitih). Namen je seveda spraviti čimveč slik na kartico. Predvsem cenejši fotoaparati nimajo možnosti izključevanja tega algoritma, tisti boljši pa jo navadno imajo. Število slik na pomnilniški kartici se močno razlikuje med posameznimi aparati. Lahko jih je le nekaj, lahko pa jih je tudi preko 100, odvisno kakšno kompresijo uporablja aparat in kako velike so njegove pomnilniške kartice. Nekateri aparati nudijo možnost zamenjave (dragih) kartic, drugi pa tega ne omogočajo.

IV. POSLASTICE

Pomemben je tudi podatek, da nekateri aparati omogočajo predogled posnetkov na zaslončku, spet drugi nudijo priključitev na TV zaslon itd. Dodatna oprema pa se nekako po pravilu širi s ceno. Tako lahko govorimo o dodatni opremi že pri bliskavici, zumu (spremenljiva goriščna razdalja) in še čem, kar je pri klasičnih fotoaparatih domala že povsem običajno.

V. NOVE RAZVOJNE MOŽNOSTI

Poleg tipal CCD so na tržišču še t.i. tipala CIS (Contact Image Sensor). V digitalni fotografiji jih še ni zaslediti, pojavila pa so se že pri skenerjih. Samo za opombo naj povem, da digitalne kamere in skenerji v principu delujejo enako kot fotoaparati, zato je mogoče najti med njimi veliko skupnih točk.

Tehnologija je še dokaj nova in slike poskenirane s tipali CIS še zaostajajo po kvaliteti za slikami posnetimi s CCD čipi. Glavna prednost tipal CIS je, da ne potrebujejo toliko dodatne optike kot tipala CCD, zato so skenerji na osnovi čipov CIS tudi dvakrat tanjši od navadnih. Kot že rečeno, pa njihova ločljivost ne dosega tiste pri CCD. Za primer naj navedem, da skenerji s CCD tehnologijo dosegajo ločljivosti preko nekaj tisoč pik, medtem ko so CIS skenerji zaenkrat omejeni na okoli 300x600 pik. Res pa je, da vse več podjetij ponuja skenerje s tehnologijo CIS, ki se (tudi zaradi tega dejstva) zelo hitro razvija.

Panasonic-ova digitalna kamera

Ploski skaner

VI. UPORABA TIPAL CCD

Kot že rečeno lahko tipala CCD uporabimo tudi v optičnih čitalcih in videokamerah. Skenerje ali optične čitalce uporabljamo za prenos slik v digitalni zapis, t.j. v pravokoten raster sestavljen iz pik različnih barv. Ta zapis potrebujemo za nadaljnjo obdelavo fotografij ali računalniško manipulacijo slik. Področja, ki se ukvarjajo s tem so razna: založništva, grafično oblikovanje, arhiviranje najrazličnejših dokumentov (od dnevnega časopisja do zemljevidov in kart) in še mnogo več. Prav tako veliko možnosti uporabe nudijo tudi digitalne videokamere. Zaradi digitalnega zapisa lahko prenašamo posneto gradivo iz enega medija na drug skoraj brez izgub in s tem podaljšujemo njegovo življenjsko dobo praktično v nedogled. Tudi cenovno so digitalne kamere bolj ugodne od klasičnih. Res je, da je sama kamera dražja od navadnih, vendar je obdelava posnetega gradiva zaradi digitalnega zapisa (namesto analognega) bistveno cenejša, saj lahko montiramo zvok in sliko že na navadnem osebnem računalniku v kakovosti, ki presega domala vse navadne kamere in je enaka tisti, ki jo vidimo na TV zaslonih.

Skratka, digitalni svet omogoča neslutene možnosti na eni strani, na drugi pa ponuja nova in nova obzorja razvoju, ki je šele na prvih korakih, zato lahko pričakujemo veliko sprememb že v kratkem. Samo za primer naj ponovim, da je bil v začetku desetletja digitalni fotoaparat pravi bav bav, ki je bil povrh vsega še precej neuporaben, sedaj pa je že sposobna “igrača” dosegljiva za relativno malo denarja.