Принцип работы цифровой камеры

Ликбез: как работает цифровая камера

В основном устройство цифровой камеры повторяет конструкцию аналоговой. Главное их различие — в светочувствительном элементе, на котором формируется изображение: в аналоговых фотоаппаратах это пленка, в цифровых – матрица. Свет через объектив попадает на матрицу, где формируется картинка, которая затем записывается в память. Теперь разберем эти процессы подробнее.

Состоит камера из двух основных частей – корпуса и объектива. В корпусе находятся матрица, затвор (механический или электронный, а иногда и тот и другой сразу), процессор и органы управления. Объектив, съемный или встроенный, представляет собой группу линз, размещенных в пластиковом или металлическом корпусе.

Где получается картинка

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждая ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, а чтобы она была цветной, приходится прибегать к разным хитростям. Ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксел покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!) в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue). Почему именно эти цвета? Потому что они – основные, а все остальные получаются путем их смешения и уменьшения или увеличения их насыщенности.

На матрице фильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному. Так делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету. Световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в ячейку лучи лишь своего цвета. Полученная картинка состоит только из пикселов красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат). Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселов. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Такое расположение фильтров на ячейках матрицы называется шаблоном Байера

Основных типов матриц два, и они различаются способом считывания информации с сенсора. В матрицах типа CCD (ПЗС) информация считывается с ячеек последовательно, поэтому обработка файла может занять довольно много времени. Хотя такие сенсоры «задумчивы», они относительно дешевы, и к тому же, уровень шума на полученных с их помощью снимках меньше.

В матрицах типа CMOS (КМОП) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. Каждый пиксел обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера и автофокусировки.

Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные, где каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн.

Выше уже был упомянут процессор камеры – он отвечает за все процессы, в результате которых получается картинка. Процессор определяет параметры экспозиции, решает, какие из них нужно применить в данной ситуации. От процессора и программного обеспечения зависят качество фотографий и скорость работы камеры.

По щелчку затвора

Затвор отмеряет время, в течение которого свет воздействует на сенсор (выдержку). В подавляющем большинстве случаев это время измеряется долями секунды – что называется, и моргнуть не успеешь. В цифровых зеркальных камерах, как и в пленочных, затвор представляет собой две непрозрачные шторки, закрывающих сенсор. Из-за этих шторок в цифровых зеркалках невозможно визирование по дисплею – ведь матрица закрыта и не может передавать изображение на дисплей.

В компактных камерах матрица не закрыта затвором, и поэтому можно компоновать кадр по дисплею

Когда кнопка спуска нажата, шторки приводятся в движение пружинам или электромагнитами, открывается доступ свету, и на сенсоре формируется изображение – так работает механический затвор. Но в цифровых камерах бывают еще и электронные затворы – они используются в компактных фотоаппаратах. Электронный затвор, в отличие от механического, нельзя пощупать руками, он, в общем-то, виртуален. Матрица компактных камер всегда открыта (именно потому и можно компоновать кадр, глядя на дисплей, а не в видоискатель), когда же нажимается кнопка спуска, кадр экспонируется в течение указанного времени выдержки, а затем записывается в память. Благодаря тому что у электронных затворов нет шторок, выдержки у них могут быть ультракороткими.

Как уже говорилось выше, часто для автофокусировки используется сама матрица. Вообще же, автофокусировка бывает двух типов – активная и пассивная.

Для активной автофокусировки камере нужны передатчик и приемник, работающие в инфракрасной области или с ультразвуком. Ультразвуковая система измеряет расстояние до объекта по методу эхолокации отраженного сигнала. Пассивная фокусировка осуществляется по методу оценки контраста. В некоторых профессиональных камерах сочетаются оба типа фокусировки.

В принципе, для фокусировки может использоваться вся площадь матрицы, и это позволяет производителям размещать на ней десятки фокусировочных зон, а также использовать «плавающую» точку фокуса, которую пользователь сам может разместить где ему угодно.

Борьба с искажениями

Именно объектив формирует на матрице изображение. Объектив состоит из нескольких линз – из трех и более. Одна линза не может создать совершенное изображение – по краям оно будет искажаться (это называется аберрациями). Грубо говоря, пучок света должен идти прямо на сенсор, не рассеиваясь по пути. В какой-то мере этому способствует диафрагма – круглая пластинка с дыркой посередине, состоящая из нескольких лепестков. Но сильно закрывать диафрагму нельзя – из-за этого уменьшается количество света, попадающее на сенсор (что и используется при определении нужной экспозиции). Если же собрать последовательно несколько линз с различными характеристиками, искажения, даваемые ими вместе, будут гораздо меньше, чем аберрации каждой из них по отдельности. Чем больше линз – тем меньше аберрации и тем меньше света попадает на сенсор. Ведь стекло, каким бы прозрачным оно нам ни казалось, не пропускает весь свет – какая-то часть рассеивается, что-то отражается. Чтобы линзы пропускали как можно больше света, на них наносят специальное просветляющее напыление. Если посмотреть на объектив камеры, будет видно, что поверхность линзы переливается радугой – это и есть просветляющее напыление.

Линзы располагаются внутри объектива примерно таким образом

Одна из характеристик объектива – светосила, значение максимально открытой диафрагмы. Она указывается на объективе, например, так: 28/2, где 28 – фокусное расстояние, а 2 – светосила. Для зум-объектива маркировка выглядит так: 14-45/3,5-5,8. Два значения светосилы указываются для зумов, поскольку в широкоугольном и в телеположении у них разные минимальные значения диафрагмы. То есть на разных фокусных расстояниях светосила будет разной.

Фокусное расстояние, которое указывают на всех объективах – это расстояние от передней линзы до светоприемника (в данном случае, матрицы). От фокусного расстояния зависит угол обзора объектива и его, так сказать, дальнобойность, то есть как далеко он «видит». Широкоугольные объективы отдаляют изображение относительно нашего обычного видения, а телеобъективы – приближают, и у них маленький угол обзора.

Угол обзора объектива зависит не только от его фокусного расстояния, но и от диагонали светоприемника. Для 35 мм пленочных камер нормальным (то есть примерно соответствующим углу обзора человеческого глаза) считается объектив с фокусным расстоянием 50 мм. Объективы с меньшим фокусным расстоянием – «широкоугольники», с большим – «телевики».

Левая часть нижней надписи на объективе – фокусное расстояние зума, правая часть — светосила

Здесь и кроется проблема, из-за которой рядом с фокусным расстоянием объектива цифровика часто указывают его эквивалент для 35 мм. Диагональ матрицы меньше диагонали 35 мм кадра, и поэтому приходится «переводить» цифры в более привычный эквивалент. Из-за этого же увеличения фокусного расстояния в зеркальных камерах с «пленочными» объективами становится почти невозможна широкоугольная съемка. Объектив с фокусным расстоянием 18 мм для пленочной камеры – суперширокоугольный, но для цифрового фотоаппарата его эквивалентное фокусное расстояние будет около 30 мм, а то и больше. Что касается телеобъективов, то увеличение их «дальнобойности» только на руку фотографам, ведь обычный объектив с фокусным расстоянием, скажем, 400 мм, стоит довольно дорого.

В пленочных камерах компоновать кадр можно только пользуясь видоискателем. Цифровые же позволяют вовсе забыть о нем, поскольку в большинстве моделей для этого удобнее использовать дисплей. В некоторых очень компактных камерах видоискателя вовсе нет – просто из-за того, что нет для него места.

Самое важное в видоискателе – что через него можно увидеть. Например, зеркальные камеры так называются как раз из-за особенностей конструкции видоискателя. Изображение через объектив посредством системы зеркал передается в видоискатель, и таким образом фотограф видит реальную площадь кадра. Во время съемки, когда открывается затвор, загораживающее его зеркало поднимается и пропускает свет на чувствительный сенсор. Такие конструкции, конечно, отлично справляются со своими задачами, но занимают довольно много места и потому совершенно неприменимы в компактных камерах.

Вот так изображение через систему зеркал попадает в видоискатель зеркальной камеры

В компактных камерах применяют оптические видоискатели реального видения. Это, грубо говоря, сквозное отверстие в корпусе камеры. Такой видоискатель не занимает много места, но обзор его не соответствует тому, что «видит» объектив.

Еще есть псевдозеркальные камеры с электронными видоискателями. В таких видоискателях установлен маленьких дисплей, изображение на который передается непосредственно с матрицы – точно так же, как и на внешний дисплей.

Вспышка, импульсный источник света, используется, как известно, для подсветки там, где основного освещения недостаточно. Встроенные вспышки обычно не очень мощные, но их импульса хватает, чтобы осветить передний план. На полупрофессиональных и профессиональных камерах есть еще контакт для подключения гораздо более мощной внешней вспышки, он называется «горячий башмак».

Это, в общем, основные элементы и принципы работы цифровой камеры. Согласитесь, когда знаешь, как устройство работает, легче добиться качественного результата.

Устройство фотоаппарата

В предыдущей статье в разделе технических основ фотодела мы рассматривали виды фотоаппаратов. Если кто не читал статью, настоятельно рекомендую ознакомиться, потому что тема сегодняшней статьи будет перекликаться с предыдущей. Для всех остальных еще раз повторю резюме. Существует три типа фотоаппаратов: компактные, беззеркальные и зеркальные. Компактные – самые простые, а зеркальные – самые продвинутые. Практический вывод статьи заключался в том, что для более-менее серьезного занятия фотографией следует остановить свой выбор на беззеркалках и зеркалках.

Сегодня мы поговорим об устройстве фотоаппарата. Как и в любом деле, нужно понимать принцип работы своего инструмента для уверенного управления. Не обязательно досконально знать устройство, но основные узлы и принцип действия понимать надо. Это позволит взглянуть на фотоаппарат с другой стороны – не как на черный ящик со входным сигналом в виде света и выходом в виде готового изображения, а как на устройство, в котором вы разбираетесь и понимаете, куда дальше проходит свет и как получается итоговый результат. Компактные камеры затрагивать не будем, а поговорим о зеркальных и беззеркальных аппаратах.

Устройство зеркального фотоаппарата

Глобально фотоаппарат состоит из двух частей: фотоаппарата (его еще называют body — тушка) и объектива. Тушка выглядит следующим образом:

Тушка — вид спереди

Тушка – вид сверху

А вот так выглядит фотоаппарат в комплекте с объективом:

Теперь посмотрим на схематическое изображение фотоаппарата. Схема будет отображать структуру фотоаппарата “в разрезе” с такого же ракурса, как на последнем изображении. На схеме цифрами обозначены основные узлы, которые мы и будем рассматривать.

После настройки всех параметров, кадрирования и фокусировки фотограф нажимает кнопку спуска. При этом зеркало поднимается и поток света попадает на главный элемент фотоаппарата – матрицу.

С матрицы изображение поступает на АЦП (аналого-цифровой преобразователь), оттуда в процессор, обрабатывается (или не обрабатывается, если ведется съемка в RAW) и сохраняется на карту памяти.

Еще к важным деталям зеркалок можно отнести репетир диафрагмы. Дело в том, что фокусировка производится при полностью открытой диафрагме (насколько это возможно, определяется конструкцией объектива). Выставляя в настройках закрытую диафрагму, фотограф не видит изменений в видоискателе. В частности, ГРИП остается постоянной. Чтобы увидеть, каким будет выходной кадр, можно нажать на кнопку, диафрагма прикроется до установленного значения и вы увидите изменения до нажатия на кнопку спуска. Репетир диафрагмы устанавливается на большинстве зеркалок, но мало кто им пользуется: новички часто о нем не знают или не понимают назначения, а опытные фотографы примерно знают, какой будет ГРИП в тех или иных условиях и им легче сделать пробный кадр и в случае необходимости поменять настройки.

Устройство беззеркального фотоаппарата

Давайте сразу посмотрим на схему и будем обсуждать предметно.

Беззеркалки не в пример проще зеркалок и по сути являются их упрощенным вариантом. В них нет зеркала и сложной системы фазовой фокусировки, а также установлен видоискатель другого типа.

В общем все выглядит просто замечательно – убраны сложные конструктивные механические элементы (зеркало, датчики фокусировки, фокусировочный экран, пентапризма, затвор). Это значительно облегчило и удешевило производство, уменьшило в размере и весе аппараты, но также создало массу других проблем. Надеюсь, вы помните их из раздела о беззеркалках в статье о типах фотоаппаратов. Если нет, то сейчас мы их обсудим, попутно разбирая, какими техническими особенностями обусловлены эти недостатки.

Первая главная проблема – видоискатель. Так как свет попадает прямо на матрицу и никуда не отражается, то мы не можем видеть изображение напрямую. Мы видим лишь то, что попадает на матрицу, потом непонятным образом преобразуется в процессоре и выводится на непонятно какой экран. Т.е. в системе существует множество погрешностей. Мало того, у каждого элемента имеются свои задержки и изображение мы видим не сразу, что неприятно при съемке динамических сцен (из-за постоянно улучшающихся характеристик процессоров, экранов видоискателей и матриц это не так критично, но все равно имеет место быть). Изображение выводится на электронный видоискатель, у которого высокое разрешение, но которое все равно не сравнится с разрешением глаза. Электронные видоискатели имеют свойство слепнуть при ярком свете из-за ограниченной яркости и контрастности. Но более чем вероятно, что в будущем эту проблему преодолеют и чистое изображение, пропущенное через ряд зеркал канет лету также, как и “правильная пленочная фотография”.

Вторая проблема возникла из-за отсутствия фазовых датчиков автофокуса. Вместо них используется контрастный метод, который по контуру определяет, что должно быть в фокусе, а что – нет. При этом линзы объектива перемещаются на определенное расстояние, определяется контрастность сцены, линзы перемещаются опять и снова определяется контрастность. И так до тех пор, пока не будет достигнута максимальная контрастность и камера не сфокусируется. Это занимает слишком много времени и такая система менее точна, чем фазовая. Но в то же время контрастный автофокус представляет собой программную функцию и не занимает дополнительного места. Сейчас в матрицы беззеркалок уже научились встраивать фазовые датчики, получив гибридный автофокус. По скорости он сопоставим с системой автофокусировки у зеркалок, но пока что устанавливается только в избранных дорогих моделях. Думаю, в будущем эта проблема также будет решена.

Третья проблема представляет собой низкую автономность из-за напичканности электроникой, которая постоянно работает. Если фотограф работает с камерой, то все это время свет поступает на матрицу, постоянно обрабатывается процессором и выводится на экран или электронный видоискатель с высокой скоростью обновления – фотограф ведь должен видеть происходящее в реальном времени, а не в записи. Кстати, последний (я про видоискатель) тоже потребляет энергию, и не мало, т.к. его разрешение высоко и яркость с контрастностью должны быть на уровне. Отмечу, что при увеличении плотности пикселей, т.е. при уменьшении их размера при одном и том же энергопотреблении неизбежно снижается яркость и контрастность. Поэтому на питание качественных экранов с высоким разрешением расходуется много энергии. В сравнении с зеркалками количество кадров, которое можно сделать от одного заряда батареи, в несколько раз меньше. Пока что эта проблема критична, потому что значительно уменьшить энергопотребление не получится, а рассчитывать на прорыв в элементах питания не приходится. По крайней мере такая проблема долгое время существует на рынке ноутбуков, планшетов и смартфонов и ее решение успехом не увенчалось.

Четвертая проблема представляет собой как преимущество, так и недостаток. Речь идет об эргономике камеры. Вследствие избавления от “ненужных элементов” зеркалочного происхождения уменьшились размеры. Но беззеркалки пытаются позиционировать как замену зеркалкам и размеры матриц это подтверждают. Соответственно, используются объективы не самого маленького размера. Небольшая беззеркалка, похожая на цифрокомпакт, просто исчезает из поля зрения при использовании телевика (объектива с большим фокусным расстоянием, сильно приближающим объекты). Также многие элементы управления спрятаны в меню. В зеркалках они вынесены на корпус в виде кнопок. Да и просто приятнее работать с аппаратом, который нормально ложится в руку, не норовит выскользнуть и в котором можно наощупь, не задумываясь оперативно менять настройки. Но размер камеры – это палка о двух концах. С одной стороны большой размер обладает выше описанными преимуществами, а с другой — малая камера помещается в любой карман, ее можно чаще брать с собой и люди обращают на нее меньше внимания.

Что касается пятой проблемы, то она связана с оптикой. Пока что существует множество байонетов (типов креплений объективов к камерам). Под них сделано на порядок меньше объективов, чем под байонеты основных систем зеркалок. Проблема решается установкой переходников, с помощью которых на беззеркалках можно использовать абсолютное большинство зеркалочных объективов. Простите за каламбур)

Устройство компактного фотоаппарата

Что касается компактов, то у них масса ограничений, основным из которых является малый размер матрицы. Это не позволяет получить картинку с низким шумом, высоким динамическим диапазоном, качественно размыть фон и накладывает еще массу ограничений. Далее идет система автофокусировки. Если в зеркалках и беззеркалках используется фазовый и контрастный виды автофокуса, которые относятся к пассивному типу фокусировки, так как ничего не излучают, то в компактах используется активный автофокус. Камерой излучается импульс инфракрасного света, который отражается от объекта и попадает обратно в камеру. По времени прохождения этого импульса определяется расстояние до объекта. Такая система работает очень медленно и не работает на значительных расстояниях.

В компактах используется несменная низкокачественная оптика. Для них недоступен широкий набор аксессуаров, как для старших собратьев. Визирование происходит в режиме Live View по дисплею или через видоискатель. Последний представляет собой обычное стекло не очень хорошего качества, не связан с оптической системой фотоаппарата, из-за чего возникает неправильное кадрирование. Особенно сильно это проявляется при съемке близлежащих объектов. Продолжительность работы компактов от одного заряда невелика, корпус маленький и его эргономичность еще намного хуже, чем у беззеркалок. Количество доступных настроек ограничено и они спрятаны в глубине меню.

Если говорить об устройстве компактов, то оно простое и представляет собой упрощенную беззеркалку. Здесь меньше и хуже матрица, другой тип автофокуса, нет нормального видоискателя, отсутствует возможность замены объективов, невысокая продолжительность работы от аккумулятора и непродуманная эргономика.

Вкратце мы рассмотрели устройство фотоаппаратов различных типов. Думаю, теперь вы имеете общее представление о внутреннем строении камер. Эта тема очень обширна, но для понимания и управления процессами, происходящими при съемке теми или иными фотоаппаратами при различных настройках и с разной оптикой вышеизложенной информации, думаю, будет достаточно. В дальнейшем мы все-таки поговорим об отдельных важнейших элементах: матрице, системах автофокусировки и объективах. А пока давайте на этом остановимся.

Видеокамеры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Благодаря новым технологиям сегодня удается решать многие задачи в обеспечении безопасности многих объектов, включая жилые здания. Одним из главных способов охраны объектов сейчас считается видеонаблюдение. Видеокамеры различаются по принципу работы, техническим свойствам и конструкции. Большое разнообразие камер видеонаблюдения позволяет подобрать устройство для всех сфер применения.

Виды камер по принципу действия

Сегодня существуют многие различия между видеокамерами, но главное их отличие – это метод обработки и трансляции видеосигнала. По данному признаку устройства подразделяются на 2 вида:

Аналоговые

Используются давно (с 20 века). Конечно данная технология и конструкция этих устройств существенно поменялись, но их принцип работы по-прежнему остается таким же. В аналоговых камерах, изображение, попадая в объектив, передается на ПЗС (CCD) матрицу. Эта сложная архитектура преобразует изображение в электрический импульс. Посоле чего полученный импульс преобразуется в аналоговый сигнал, который обрабатывается процессором, усиливается и поступает на экраны обычных телевизоров или рекордеров.

Аналоговый сигнал считывается различными устройствами, потому что он такой же, как обычный телевизионный сигнала PAL или NTSC, который принимает любой телевизор.

Аналоговые устройства обладают достоинствами:

• Высокая степень надёжности.
• Просты в установке, подключении и настройке.
• Не возникает задержек во время трансляции.
• Недорого стоят.
• Совместимы с системами различных производителей.
• Могут комплектоваться микрофонами для записи звука.

• Не защищены от постороннего вмешательства.
• Могут транслировать сигнал только с помощью кабеля.
• Часто возникают помехи при подключении с помощью не специализированных кабелей.
• Не могут транслировать видеосигнал через интернет, а также не могут подключаться к ПК.
• Картинка низкого качества.

Цифровые

Принцип работы цифровых устройств отличается от аналоговых тем, что видеосигнал конвертируется в цифровой при помощи специального аналого-цифрового преобразователя и сжимается в один из существующих видеоформатов, часто используют JPEG, MPEG-4 и H.264 формат.

В конструкцию цифровой видеокамеры входит процессор, оперативная и постоянная память, а также Wi Fi-модуль и сетевой интерфейс Ethernet. В отличие от аналоговых устройств, цифровые устройства транслируют не видеосигнал, а поток цифровых данных, который легко передается по интернету.

С помощью технологии РоЕ питание может осуществляться по кабелю (витая пара). Они обладают большой чувствительностью и многократным зумом. Цифровую информацию проще хранить, и она легко поддается любой обработке.

Достоинства:

• Оснащаются микрофоном и динамиком, поэтому можно записывать звук и связываться с нарушителями без подключения других устройств.
• Могут использоваться на улице и в любых зданиях.
• Оснащаются процессором, оперативкой и ПО, поэтому можно делать циклическую запись.
• Миникамеры с датчиком движения можно настроить так, что они будут срабатывать после реагирования датчика.
• Большая степень защиты от постороннего вмешательства.

Основные недостатки цифровых камер:

• Большая стоимость.
• В процессе записи пропускаются незначительные фрагменты видеозаписи.

AHD камеры

В AHD-устройствах хорошо совмещены преимущества аналоговых и цифровых типов камер. Они оснащаются матрицей большого разрешения, снимающей качественную картинку в формате 720р и HD 1080p. При этом в них применяется шумоподавление, позволяющее добиться высочайшего качества записи в мало освещённых местах. Камеры данного типа позволяют качественно вести съемку объектов на удаленности до 500 м.

Разновидности камер по функциональности

По функциональности это оборудование можно разделить на группы. Не стоит рассматривать разнообразные шпионские камеры скрытого видеонаблюдения (выполненные в форме ручек, зажигалок и остальных аксессуаров), потому что они запрещены законодательством нашей страны.

Wi Fi видеокамеры

Передают видеосигнал с помощью беспроводного канала wi-fi, по которому картинка поступает на компьютер, роутер и современные мобильные устройства. Видеозапись может записываться на внутренний жесткий диск ПК или мобильного гаджета, или передаваться в сеть роутером.

Автономные видеокамеры с накопителем

Оснащаются аккумуляторами или батарейками. Для увеличения времени записи можно использовать и зарядные устройства, позволяющие устранять их основной минус – небольшой срок автономной работы (1-4 ч). Устройства этого типа записывают происходящее на CD накопитель или флешку. Потом для просмотра видеозаписи достаточно подключить съемный накопитель в компьютер, и запустить требуемый видеофайл в медиапроигрывателе.

Преимуществом этих камер является их миниатюрность и отсутствие проводов, что требуется для скрытой съемки объектов.

Микрокамеры

Видеокамеры данного типа самые миниатюрные, поэтому часто производители делают их в бескорпусном варианте. Благодаря маленьким размерам данное оборудование может встраиваться в элементы интерьера помещений (розетки, люстры и т.д.). Питаются микрокамеры тоже от аккумуляторов и блоков питания.

Устройство и технические параметры

Все видеокамеры — это высокотехнологичная аппаратура, состоящая из:

• Объективов, состоящих из линз, фокусирующих картинку на фотоприемник (матрицу).
• Матриц — фотоприемников, снимающих изображение и преобразующих его в электрические сигналы.
• Видеопроцессоров — обеспечивающих обработку поступающих с матрицы сигналов в видеосигнал, передающийся в последствие по кабелю или wi-fi на экран.
• Инфракрасной подсветки, позволяющей снимать объекты ночью, а также датчиков движения и звука, которые обеспечивают автоматическое включение устройства при появлении в радиусе их действия различных объектов.

Основные параметры:

• Метод обработки сигнала (аналоговый или цифровой).
• Угол обзора, зависит от размера матрицы.
• Разрешение изображения.
• Чувствительность (уровень освещенности).
• Тип электропитания (от аккумуляторов или адаптеры питания).
• Тип связи (провод или Wi Fi-модуль) и т.д.

Как выбрать

В процессе выбора видеокамеры требуется учитывать особенности ее эксплуатации и поставленной цели.

Например, для установки камер на улице нужно учитывать допустимые рабочие температуры устройства, а также их устойчивость к различным природным воздействиям (дождь, пыль, солнце и т.д.). Необходимо учесть и возможное изменение удаленности объектов, поэтому следует выбирать с автоматической фокусировкой.

Если устройство будет использоваться в темном помещении, то лучше подойдут камеры с чувствительной матрицей и ИК подсветкой.

Также хорошим качеством устройства является видеозапись в цветном и черно-белом режиме, а также автоматическое переключение в необходимый вариант записи при изменении освещения. Например, ночью данные устройства видеозаписи сами переключаются в режим монохромной съемки и задействуют ИК подсветку, поэтому удается сохранить качество видеоизображения (чувствительность матрицы в черно-белом режиме выше), так как при цветной ночной съемке на изображении будут появляться различные помехи.

Если нужно максимально замаскировать оборудование, то требуется выбирать беспроводные микрокамеры, потому что не придется прятать где-либо кабель.

Что говорит законодательство РФ о скрытом видеонаблюдении

Есть перечень запретов в нашей стране, не позволяющих вести скрытую съемку в некоторых случаях. Также за реализацию и использование некоторых скрытых устройств по закону предусмотрено уголовное наказание (по статье 138 ч. 1 могут лишить свободы на срок до 4 лет). Такими являются все устройства установленные в бытовые предметы микрокамеры: зажигалки, часы и т.д.

Также запрещено использовать камеры, обладающие следующими параметрами:

• Имеющие выносной глазок pin hole.
• Способные делать съемку при освещенности меньше 0,01 Лк.

В любых законах имеются разные лазейки, поэтому они есть и в данном – скрытые видеокамеры запрещается монтировать в бытовые предметы, но в перекрытиях и стенах по закону использовать их разрешено.

В любом случае, перед монтажом скрытых камер, требуется изучить действующее законодательство. К примеру, оно разрешает вести скрытое наблюдение в своем жилье для контроля за работой домработниц, нянечек, других работников и т.д. Конечно они могут написать заявление и подать его в прокуратуру или суд, но любой адвокат быстро докажет законность ваших действий.

Но если скрытая съемка ведется на улице, то нужно установить угол обзора камер так, чтобы соседи не были в поле её действия, так как по закону это считается вмешательством в частную жизнь граждан.

Оборудование видеонаблюдения запрещается ставить и в общественных местах (подъезды, заправки, стоянки и т.д.), так как это разрешается делать только по постановлению суда. В этих случаях разрешается использовать для видеонаблюдения обычные видеокамеры, при этом обязательно нужно размещать информацию о том, что идет видеонаблюдение.

Видеокамеры

Видеокамера представляет собой телевизионную камеру, предназначенную для совместной работы с видеомагнитофоном и служит для преобразования световой информации в электрическую с последующей записью видеосигнала на магнитную ленту видеомагнитофона.

Видеокамера может быть построена по блочному принципу, когда малогабаритная телевизионная камера является отдельным блоком, соединенным простейшим кабелем с малогабаритным ВМ, или по моноблочному принципу, когда телекамера и видеомагнитофон объединены в одном неразборном корпусе. Такие видеокамеры (ВК) в зарубежных руководствах по эксплуатации часто называют словом «кам-кордер», полученным от сочетания английских слов camera (камера) и recorder (записыватель).

ВК пришли на смену кинокамерам. В отличие от киносъемочного аппарата ВК исключает сложный процесс фотохимической обработки и обеспечивает возможность просмотра отснятого материала сразу после съемки. Любительская видеокамера появилась около 20 лет тому назад благодаря изобретению прибора зарядовой связи (ПЗС). ПЗС превратил видеокамеру из оборудования телевизионной студии в аппарат массового, потребления. ВК вместе с ВМ позволили создать домашний видеокомплекс.

Устройство видеокамеры и принцип работы

По внешнему виду ВК напоминает кинокамеру и имеет с ней функциональное сходство, так как объект съемки с помощью объектива проецируется на плоскость изображения внутри ВК. Отличие заключается в том, что в плоскости изображения располагается не кинопленка, а оптоэлектрический преобразователь — прибор зарядовой связи ПЗС (см. «Цифровые фотоаппараты»).

Функциональные схемы ВК различных фирм-изготовителей могут весьма существенно отличаться друг от друга, что связано с использованием различных микросхем, различным набором функций и различными комбинациями органов управления.

На рис. приводится упрощенная обобщенная структурная схема ВК.

Оптическое изображение, сфокусированное объективом на матрице преобразователя свет-сигнал, преобразуется в электрический сигнал, содержащий информацию как о яркостной составляющей снимаемой сцены, так и о ее цветовом содержании. В канале обработки сигнала в результате усиления, коррекции, сложения с импульсами синхронизации и гашения на выходе процессора формируется полный телевизионный сигнал, который поступает в ВМ и в электронный видоискатель.

В блоке малогабаритного ВМ осуществляются оптимизация и преобразование сигналов к виду, удобному для записи на магнитную ленту. Так же, как и в блоке малогабаритной ВК, в блоке ВМ обработка сигналов изображения осуществляется раздельно. После преобразования оба сигнала суммируются и подаются на вращающиеся видеоголовки, которые и осуществляют запись сигналов изображения на магнитную ленту.

В электронном видоискателе осуществляется визуальный контроль записываемой информации, просмотр отснятого материала, отражается режим работы ВК.

На магнитную ленту также записываются сигналы звукового сопровождения от встроенного в ВК микрофона или

от внешнего микрофона, установленного на объекте съемки; запись звукового сопровождения от внешнего микрофона позволяет устранить шумы, возникающие при работе ВК.

Оптическая система ВК представляет сложное оптико-механическое устройство. В большинстве случаев это вариообъективы (трансфокаторы) с ручным и автоматическим управлением фокусным расстоянием, диафрагмой и временем экспозиции. Технические параметры и эксплуатационные возможности ВК во многом определяются характеристиками используемого объектива (см. раздел «Фототовары»).

Прибор с зарядовой связью ПЗС (Charge-Coupled Device-CCD) преобразует сфокусированное на него оптическое изображение в электрический видеосигнал.

ПЗС представляет полупроводниковый прибор, содержащий в одном твердотельном блоке секции накопления и хранения зарядов, а также регистр выходов (см. рис.). Основной является секция накопления зарядов, в которой на подложку (1) из полупроводникового материала — кремния, покрытую слоем оксида кремния (2), нанесена линейка тончайших и поэтому прозрачных металлических электродов (3). Электроды имеют очень малый размер, примерно 5×5 мкм, и образуют вместе со слоем оксида и полупроводника элементарные фотоэлементы, называемые пикселями 1 . Количество пикселей в линейке соответствует числу элементов в строке ТВ-изображения. Если элек-

трод освещен, то под ним возникают и накапливаются пакеты электрических зарядов (4), в которых количество зарядов пропорционально освещенности электрода. Считывание накопленных зарядов в ПЗС производится подаваемыми на электроды 3-тактовыми импульсами. Придавая этим импульсам особую форму и очередность следования, можно перемещать зарядовые пакеты (4), возникающие под каждым электродом, от одного электрода к другому и один за другим перемещать их в секцию хранения зарядов. Оттуда зарядовые пакеты подаются на сопротивление, с которого снимается видеосигнал. В ВК применяют матрицы или чипы ПЗС, состоящие из набора линеек по числу строк в кадре. Количество пикселей в матрицах — от 500 тыс. до 2 млн.

Электронный затвор является неотъемлемой частью матричного ПЗС. Скорость электронного затвора является одной из основных характеристик видеокамеры, объявляемой производителем при анонсировании новых ВК.

Скорость электронного затвора — это интервал времени, в течение которого на матрице ПЗС происходит накопление заряда для создания потенциального рельефа изображения (электронного изображения). Когда говорят о той или иной скорости электронного затвора, подразумевают соответствующий режим работы ПЗС. Назначение электронного затвора такое же, как и затвора ФА.

Преобразователи с зарядовой связью для цветных ВК должны обеспечивать раздельное формирование сигналов различного цвета. Для этого ВК могут строиться на двух или трех матрицах ПЗС.

Система автоматического баланса белого. Для правильного воспроизведения цвета объекта съемки необходимо, чтобы основные цвета, формируемые на выходе преобразователя свет-сигнал, в зависимости от условий освещения смешивались в правильном соотношении, определяемом коэффициентами колориметрического уравнения. Для этого ВК оборудованы системой баланса белого (WB — White Balance), основным элементом которой является так называемый датчик

цветовой температуры. В качестве датчика обычно используется инфракрасный фоточувствительный элемент (фотодиод). Спектральный состав цвета определяется путем сравнения показателей датчика и уровня цветовых составляющих, получаемых на выходе матрицы ПЗС. На основании показаний датчика цветовой температуры происходит корректировка сигналов основных цветов, поступающих с матрицы ПЗС.

Блок управления контролирует состояние клавиш и в зависимости от выбранного режима вырабатывает управляющие сигналы для остальных блоков ВК. Отдельной задачей блока управления является формирование сигналов для процессора управления двигателями ЛПМ.

Устройство пленочного фотоаппарата

Корпус.
Корпус фотоаппарата не пропускает свет, имеет крепления для объектива и фотоспышки, удобную форму ручки для захвата и место для крепления к штативу. Внутрь корпуса помещается фотопленка, которая надежно закрыта светонепропускающей крышкой.

Видоискатель.
Оптический объектив через которое фотограф видит в рамке будущий кадр. Зачастую имеет дополнительные метки для определения положения объекта и некоторые шкалы настройки светка и контрастности.

Объектив.
Объектив — мощный оптический прибор, состоящий из нескольких линз, позволяющий делать изображения на различном расстоянии со сменой фокусировки. Объективы для профессиональной фотосъемки помимо линз состоят еще из зеркал. Стандартный объектив имеет расстояние фокусаокругленно равное диагонали кадра, угол 45 градусов. Фокусное расстояние широкоугольного объектива меньшее диагонали кадра служит для съемки в небольшом пространстве, угол до 100 градусов. для удаленных и панорамных объектов применяется телескопический объектив у которого фокусное расстояние гораздо больше диагонали кадра.

Катушка фотплёнки
Катушка на которую крепится фотопленка внутри корпуса фотоаппарата.По окончании кадров на пленке в механических моделях пользователь перематывал фотопленку в обратном направлении в ручную, в более современных фотоаппаратах пленка перематывалась по окончании с помощью электромоторного привода, работающего от пальчиковых батареек.

Устройство цифрового фотоаппарата

Принцип работы цифрового фотоаппарата на стадии прохождения света через линзу объектива тот же, что и у пленочного. Изображение преломляется через систему оптики, но сохраняется не на химическом элементе фотопленки аналоговым путем, а преобразуется в цифровую информацию на матрице от разрешающей способности которой и будет зависеть качество снимка. Затем перекодированное изображение в цифровом виде сохраняется на сменном носителе информации. Информацию в виде изображения можно редактировать, перезаписывать и отправлять на другие носители данных.

Корпус цифрового фотоаппарата имеет вид по аналогии с пленочным фотоаппаратом, но за счет отсутствия необходимости фильмового канала и места для катушки с пленкой, корпус современного цифрового фотоаппарата значительно тоньше обычного пленочного и имеет место для ЖК экрана, встроенного в корпус, либо выдвижного, и слоты для карт памяти.

Видоискатель. Меню. Настройки (ЖК экран) .

Жидкокристалический экран неотъемлимая часть цифрового фотоаппарата. Он имеет совмещенную функцию видоискателя, в котором можно приближать объект, видеть результат автофокусировки, выстраивать экспозицию по границам, а также использовать его в качестве экрана меню с настройками и опциями набора функций съемки.

В профессиональных цифровых фотоаппаратах объектив практически ничем не отличается от аналоговых фотокамер. Он также состоит из линз и набора зеркал и имеет те же механические функции. В любительских камерах объектив стал гораздо меньших форм и помимо оптического зума (приближение объекта) имеет встроенный цифровой зум, который способен многократно приблизить отдаленный объект.

Главный элемент цифровой фотокамеры небольшая пластина с проводниками которая формирует качество изображения, четкость которого и зависит от разрешающей способности матрицы.

Отвечает за все функции работы цифровой камеры. Все рычаги управления камеры ведут к процессору в котором зашита программная оболочка (прошивка), которая отвечает за действия фотокамеры: работа видоискателя, автофокус, программные сцены съемки, настройки и функции, электрический привод выдвижного объектива, работа фотовспышки.

При покачивании камеры во время нажатия на спусковой завтор или при съемке с движущейся поверхности, например, с качающегося на волнах катера, изображение может получится размытое. Оптический стабилизатор практически не ухудшает качество полученной картинки за счет дополнительной оптики, которая компенсирует отклонения изображения при покачивании, оставляя изображение неподвижным перед матрицей. Схема работы цифрового стабилизатора изображения фотоаппарата при дрожании картинки заключается в условных поправках, вносимых при расчете картинки процессором, задействовав дополнительную треть пикселей на матрице, учавствующих только в коррекции изображения.

Полученное изображение сохраняется в памяти фотоаппарата в виде информации на внутренней, либо внешней памяти. Фотоаппараты имеют разъемы для карт памяти SD, MMC, CF, XD-Picture и др., а также разъемы для подключения к другим источникам храненияинформации компьютеру, HDD сменным носителям и т.п.

Цифровая фототехника сильно поменяла представления в истории фотографии о том какое должно быть художественное фото. Если в прежние времена фотографу приходилось идти на различные ухищрения, чтобы получить интересный цвет или необычный фокус для определения жанра фотографии, то теперь есть целый набор примочек, включенных в программное обеспечение цифровой фотокамеры, коррекция размеров изображения, изменение цвета, создание рамки вокруг фото. Также любую отснятую цифровую фотографию можно подвергнуть редактированию в известных фоторедакторах на компьютере и легко установить в цифровую фоторамку, которые следом за пошаговым наступлением цифровых технологий становятся все более популярными для украшения интерьера чем-то новым и необычным.