МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессиональ...
57 downloads
235 Views
7MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ» Кафедра
киновидеоаппаратуры
2010 Трубникова Т.А., Гудинов К.К., Двуреченский С.А., Гусев В.П. Цифровая фотоаппаратура: Учебное пособие. – СПб.: Изд. СПбГУКиТ, 2010. - 158 с. Рецензент: профессор Нестерова Е.И.
Т.А.ТРУБНИКОВА, К.К. ГУДИНОВ, С.А. ДВУРЕЧЕНСКИЙ, В.П. ГУСЕВ
ЦИФРОВАЯ ФОТОАППАРАТУРА
Рекомендовано к изданию в качестве пособия кафедрой киновидеоаппаратуры. Протокол № 3 от 6.12.10
Учебное пособие для студентов дневного, вечернего и заочного отделений специальности 200101 «Приборостроение» и направления 200100 «Приборостроение»
Санкт-Петербург
© Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения, 2010.
учебного
Введение В настоящее время все большее применение находят способы получения изображения, основанные на переводе оптического сигнала изображения в электрический сигнал с последующей его обработкой, возможностью хранения, преобразования, вывода на телевизионный экран или на монитор компьютера, а также – воспроизведения с помощью современных принтерных устройств. Настоящее учебное пособие предназначено для изучения курса «Цифровая фотоаппаратура» студентами всех форм обучения специальности 200101 «Приборостроение», а также направления (бакалавриат) 200100 «Приборостроение». Курс «Цифровая фотоаппаратура» изучается на кафедре киновидеоаппаратуры студентами 5-го курса (9 семестр) очного отделения и 6-го курса заочного отделения.
1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВОГО ФОТОАППАРАТА 1.1 Структурная схема цифрового фотоаппарата Поскольку назначение цифрового фотоаппарата (ФА) не отличается от обычного, то и его внешний вид, и ряд устройств аналогичны обычному фотоаппарату (см. рис. 1.1.).
Рис. 1.1 Структурная схема цифрового фотоаппарата
157
158
Необходимо отметить, что электронный фотоаппарат может осуществлять запись и аналогового сигнала, а цифровая форма записи появилась для взаимодействия с компьютерами (с целью программной обработки изображения). Объектив 1 фокусирует изображение в плоскости фото-преобразователя 4 (назначение затвора и диафрагмы аналогично традиционному фотоаппарату). В фотопреобразователе 4 сигнал изображения преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный по величине в каждой данной точке сигналу изображения. В качестве фотопреобразователя в современных цифровых фотоаппаратов используются ПЗС - линейки, ПЗС - матрицы, а также – КМОП-структуры, о которых будет рассказано ниже. Для преобразования аналогового сигнала, снимаемого с фото-преобразователя, в цифровую форму, служит аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 5, с которого оцифрованный сигнал поступает в блок 6, необходимый для достижения совместимости полученного сигнала с компьютером, и далее – на носитель записи 7. В качестве носителей записи в современных цифровых фотоаппаратах служат карты ФЛЭШ-памяти (флэш-карты), а также гибкие и жесткие магнитные диски. Питание электромеханических элементов осуществляется в блоке 10. В некоторых фотоаппаратах предусмотрены видеоконтрольные устройства, которые могут выполнять роль обычного визира, либо служат для просмотра отснятой информации. В качестве таких устройств используются жидкокристальные дисплеи (ЖКД), однако в ряде цифровых фотоаппаратов оптические визирные устройства также предусмотрены. Более сложно устройство для получения цветных изображений, но об этих особенностях будет рассказано позже. В некоторых цифровых аппаратах имеется возможность одновременной записи звуковых сигналов, для чего 157
служит специальная «звуковая» карта. В этом случае фотоаппарат снабжается также микрофоном и преобразователем звукового сигнала. Таким образом, ЦФА становится «короткометражной» видеокамерой. Цифровые фотоаппараты могут иметь телевизионный выход в основных стандартах (PAL,SEKAM). В этом случае изображение можно просматривать на экране телевизора, записывать на видеомагнитофон и воспроизводить в аналоговом виде. 1.2. Устройство и принцип работы ПЗС - элементов ПЗС - элементы – это приборы с зарядовой связью (CCD-charje-coupled-device) . Принцип действия ПЗС основан на свойствах соединения МОП (металл – окисел – полупроводник),в котором при энергетическом воздействии (как электрическом, так и световом) образуются заряды, пропорциональные количеству энергии (см. рис 1.2). При воздействии световой энергии в таком соединении образуются так называемые «не основные» носители заряда – «дырки», которые при помощи управляющего напряжения выводятся из ПЗС – элементов и подвергаются дальнейшей обработке (рис.1.2.). На подложку из полупроводника - кремния (Si) или германия (Ge) наносится тонкий слой диэлектрика (окиси кремния, окиси германия и т. д..), и сверху – тонкие ячейки из металла – электроды. Они, как правило, изготавливаются из алюминия или поликремния. По вертикали сочетание этих материалов представляет собой микроконденсаторы, а по – горизонтали – набор таких микроконденсаторов. Толщина каждого слоя не превышает 0,1 – 0,6 мкм (а в настоящее время эти размеры становятся все меньше). Если к электроду 1 (см. рис.1.2.) приложить отрицательное напряжение U1, электроны в подложке (не основные 158
носители заряда) уйдут от поверхности в глубину n- полупроводника, и в области электрода 2 на границе раздела «полупроводник – диэлектрик» образуется область, обедненная электронами, то есть, потенциальная яма для не основных носителей заряда – «дырок».
Рис. 1.2 Принцип работы ПЗС - элементов При освещении этой области определенной величиной светового потока в электроде образуются свободные электроны, вызванные воздействием лучистой энергии, а их количество пропорционально величине светового потока. Начинает работать «ячейка – конденсатор» МОП: все «дырки» в потенциальной яме притягиваются к границе диэлектрика, причем количество притянутых «дырок» также пропорционально величине светового потока. Таким образом, под каждым микроконденсаторм образуется так называемый «пакет зарядов». Теперь, если приложить к электроду 3 напряжение 157
\U3\ ,\U1\ ,которое не равно \U2\. Заряды перетекут в потенциальную яму под ламелью 3 одновременно во всех элементах сдвигового регистра. Налево они не потекут, так как \U1