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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Digitalkamera. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum 1989 produzierte die Svema-Fabrik die letzte Charge 8-mm-Amateurfilm, vor fünf Jahren wurde das letzte Labor zur Entwicklung dieses Films geschlossen, und wenig später verschwanden alle notwendigen Chemikalien aus dem Verkauf ... So, vor unseren Augen, Die Ära der Heimaufnahmen endete und die Ära der Amateurvideos ist angebrochen. Es scheint, dass das gleiche Schicksal bald Ihr Lieblingsfoto erwartet. Davon überzeugen die jüngsten Fortschritte bei der Herstellung hochwertiger und bereits nicht sehr teurer elektronischer Digitalkameras. Beim jährlichen Treffen von Klassenkameraden, die aus dem ganzen Land zusammengekommen sind, können Sie sich eine Digitalkamera besorgen, die wie eine normale Kamera aussieht, und zwei bis drei Dutzend Bilder machen. Wenn Sie jedoch Zweifel an der Zusammensetzung einer Gruppenaufnahme haben, können Sie schnell entscheiden, ob Sie diese Szene erneut drehen möchten. Schauen Sie dazu einfach auf den Rahmen der Flüssigkristallanzeige, die in der Rückwand der Kamera eingebaut ist. Und wenn Sie nach Hause zurückkehren, können Sie die scheckkartengroße Speicherkarte aus der Kamera nehmen und in Ihren tragbaren Laptop einlegen, um die Qualität der Bilder in voller Größe und Farbe auf dem Bildschirm zu überprüfen. Hier können Sie auch Ihre Fotos bearbeiten. Hellen Sie einige auf, fügen Sie anderen warme Töne hinzu und ändern Sie die Skala für andere. Dazu wird ein Grafikverarbeitungsprogramm verwendet. Wenn Sie möchten, können Sie sofort ein Bild an einen ehemaligen Klassenkameraden senden ... Das Obige ist keine Fantasie mehr. Infolgedessen bleibt dem Fotografen mit den alten Fähigkeiten vielleicht nur Manipulationen mit dem Objektiv und dem Drücken des Auslösers. Und wie sonst, wenn es um die Veränderung des eigentlichen Informationswesens der Fotografie geht - den Übergang von analogen Prozessen der Bildgewinnung und -verarbeitung zu digitalen?
Übrigens schien ein solcher Übergang bis vor kurzem auch dann nicht zwangsläufig, als die „Photochemie“ durch die Elektronik ersetzt wurde. Auch die magnetische Videoaufzeichnung im Fernsehformat, also ein analoges Verfahren, galt bis vor kurzem vielen Firmen als durchaus reale technische Grundlage für die elektronische Fotografie. Und sie haben nicht nur gezählt, sondern auf dieser Basis voll funktionsfähige Geräte herausgebracht. Der Weg zur modernen Digitalkamera war ein hartnäckiger Aufstieg auf teilweise recht steinigen Pfaden. Die ersten waren Geräte mit Bilderzeugung auf einer CCD-Matrix und anschließender analoger Aufzeichnung auf Magnetband - ähnlich wie Videokameras. Die entstandenen Fotos wurden dann auf eine spezielle Videodiskette kopiert. Geräte, die ein Bild in einem "rein computergestützten" digitalen Format erstellen und speichern, wurden in den frühen 1990er Jahren entwickelt. Sie verwendeten die gleichen Elemente von Computern wie "Laptop" und einen Laptop. Sie bestehen aus rechteckigen Platten in der Größe einer Kreditkarte mit Anschlüssen am Ende und werden in spezielle Ports bestimmter Computer eingeführt. Neben weiteren Speicherblöcken können dies beispielsweise Geräte wie Faxmodem, Festplatte, Soundkarte sein. Der stetige Rückgang der Kosten für Elemente und Geräte des digitalen Speichers bei gleichzeitiger Erhöhung ihrer spezifischen Kapazität, die Reduzierung der Kosten für CDs, der rasche Fortschritt bei den Verfahren zur Verarbeitung und Komprimierung von Videodateien usw. - all dies machte schließlich die digitales Gerät "Basic" in diesem Bereich - ein Computer und kein Videorecorder und kein Fernseher. Der wirkliche Wendepunkt in der Digitalfotografie ereignete sich im August 1997, als Fuijtsu Microelectronics – Fujitsu und Sierra Imaging – Sierra eine Vereinbarung über die gemeinsame Entwicklung im Bereich der Produktion digitaler Bildverarbeitungsschaltkreise unterzeichneten. Im Rahmen dieser Vereinbarung stellte Fujitsu seine Familie von PISC-Prozessoren zur Verfügung, und Sierra bot an, das gesamte "Piping" - den Chipsatz - das "Motherboard" zu entwickeln, dh alle erforderlichen Controller sowie Entwicklungstools zu kombinieren und seine Software bereitzustellen (Bildexperte). Darüber hinaus hat Sierra die Verantwortung für Marketing, Vertrieb und Support dieser technischen Lösung übernommen. Die gemeinsame Vereinbarung führte zur Schaffung eines vollständigen Hardware- und Softwarepakets für die Entwicklung und Implementierung von Digitalkameras. Infolgedessen verdoppelte sich der Markt für Digitalkameras jedes Jahr und überschritt am Ende des Jahrhunderts zehn Millionen Geräte pro Jahr. Damals bot nur Sierra den Kunden eine einzige Lösung mit allen notwendigen elektronischen Komponenten für die Erstellung von Digitalkameras und ist bis heute führend in diesem Bereich. Von nun an besteht kein Zweifel daran, dass die Popularität von Digitalkameras wie eine Lawine wachsen wird. Wie zu ihrer Zeit begann in den 1880er Jahren, nach dem Übergang von teuren, unbequemen fotografischen Glasplatten zu leichten und billigen fotografischen Filmen, die traditionelle Fotografie schnell die Massen zu erobern. Die Digitalkamera ist heute nicht nur das digitale Äquivalent einer Filmkamera. Sie kann andere Funktionen ausführen, die Sie nicht einmal von einer Filmkamera erwarten würden. Eine Digitalkamera ist eigentlich eher ein Mediensammler oder Multimedia-Speichermedium. Sie können es mitnehmen, um Fotos zu machen, Ton aufzunehmen, Objekte zu bewegen, sogar Gedanken. „Schauen Sie sich eine Digitalkamera genauer an, und noch besser, öffnen Sie sie und sehen Sie, was in ihr steckt“, rät Oleg Tatarnikov in seinem Artikel in Computer Press, „und Sie werden sehen, dass es nicht mehr eine Kamera als ein Computer ist eine Schreibmaschine. Selbst das fotografische Potenzial, das eine banale digitale "Seifenkiste" verbirgt, kann die Fähigkeiten ernsthafter Filmkameras deutlich übersteigen. Überzeugen Sie sich selbst - die Größe selbst eines kleinformatigen Rahmens auf 24x36-mm-Film übersteigt die Größe von CCD-Matrizen erheblich , und je größer die Bildgröße, desto schwieriger ist es, ein verzerrungsfreies Objektiv mit ausreichender Blende dafür zu entwickeln. Zum Beispiel haben die meisten Amateur-Digitalkamera-CCDs eine Diagonale von 1/3 Zoll oder 8,5 Millimetern. Daher " normal" (d. h. äquivalent zu einem 50-mm-Objektiv bei 35-mm-Filmkameras) für eine solche Matrix ist ein Objektiv mit einer Brennweite von nur 9 Millimetern. Damit ein solches Objektiv eine relative Blende hat,Zum Beispiel F / 2, der Objektivdurchmesser sollte jeweils gleich 4,5 Millimeter und für eine 35-mm-Kamera 25 Millimeter sein. Um beispielsweise bei einer herkömmlichen 35-mm-Kamera einen signifikanten Unterschied in der Brennweite zu realisieren, müssen Sie daher ein komplexes optisches System mit großen und teuren Objektiven herstellen, und bei Digitalkameras können Sie ein "Standard" -Objektiv mit einem Durchmesser von verwenden 2-4 Zentimeter und erhalten bis zu 20-fachen Zoom. Fühle den Unterschied? Und wenn Sie Makros auf einer kleinen Matrix mit demselben Objektiv aufnehmen, können Sie eine Schärfentiefe erzielen, die für die Filmfotografie unerreichbar ist. Darüber hinaus verfügen Digitalkameras jedoch über eine Reihe weiterer Merkmale, die eher für Computer als für Kameras typisch sind. Neben dem optischen System verfügt eine Digitalkamera über einen ausreichend leistungsstarken Steuerprozessor, um unter anderem komplexe Belichtungsanalysen durchzuführen und in Sekundenbruchteilen einen Aufnahmemodus festzulegen, wonach das resultierende Bild verarbeitet wird. Mit dem schnellen Datenbus können Sie die Zeit bis zur Empfangsbereitschaft für den nächsten Frame schnell verkürzen. Und in diesem Sinne haben Digitalkameras beispielsweise Videokameras bereits eingeholt und „verschmelzen“ weiter mit ihnen. Digitalkameras haben RAM: "gelötet", wie in alten Computern, oder progressiver, extern, auf austauschbaren Flash-Karten. Ihr integrales Zubehör ist eine Festplatte oder ein Standard-ATA-Gerät und manchmal sogar ein Diskettenlaufwerk oder ein SCSI-Laufwerk. Mit der Digitalkamera können Sie Ihre eigenen Programme für Aufnahme und Bildbearbeitung erstellen. Eine „Soundkarte“, ein Mikrofon oder ein Lautsprecher ermöglichen es, während der Dreharbeiten Sprachkommentare aufzunehmen, die später während der Wiedergabe abgehört werden können. Auch Kommunikationsmittel bleiben der Kamera nicht erspart: eine externe Schnittstelle über schnelle USB-, FireWire- oder SCSI-Busse sowie serielle (RS-232) und parallele Schnittstellen (zum direkten Drucken auf Druckern), die bereits alltäglich und veraltet sind. Einige moderne Kameras haben auch einen Infrarotanschluss oder sogar eine Netzwerkschnittstelle. Ganz zu schweigen von den verschiedenen Joystick-Tasten, darunter auch solche mit leicht erkennbaren Namen. Es gibt viele Möglichkeiten, mit einer Digitalkamera aufgenommenes Filmmaterial anzuzeigen. Zunächst einmal sieht man sie sofort auf dem eingebauten Flüssigkristalldisplay. Sie können Informationen an den Fernsehbildschirm senden, indem Sie ihn über ein Standardkabel anschließen. Das gleiche Kabel verbindet die Kamera mit einem Videorecorder, der ohne Probleme Bilder von seinem Film kopiert, wie ein gewöhnlicher Fernseher. Bilder in Postkartengröße können auf einem speziellen Drucker gedruckt werden. Schließlich steht auch der Computer nicht abseits: Bilder können über einen separaten Block an seinen Port gesendet werden. Im Allgemeinen ist eine echte Digitalkamera ein echter Multimedia-Computer, an dem sich sowohl ein ernsthafter Programmierer als auch ein Amateur versuchen können. Bis vor kurzem hinkte die Digitalkamera der konventionellen Kamera nur bei der Bildauflösung hinterher. Dafür gab es sachliche Gründe. Tatsache ist, dass die Mengen an Fotodateien in ihrer ursprünglichen, „rohen“ Form sehr groß sind. Je nach Qualität der lichtempfindlichen Schicht müssen sie bis zu 35 Millionen Pixel enthalten (die kleinsten unterscheidbaren Bildelemente überhaupt), um dem Bild eines 18-mm-Films zu entsprechen. Darüber hinaus trägt jedes Pixel mehr als ein Informationsbit. Dies gilt nur für ein Schwarz-Weiß-Bild ohne Halbtöne. Und für eine vollwertige Übertragung von Graustufen werden mindestens 8 Bit benötigt, für jede der drei Grundfarben sogar gleich viel. Daraus ergeben sich 24, 32 oder sogar 36 Bit pro Pixel. Daher waren digitalisierte Einzelbilder mit guter Auflösung und Farbwiedergabe von vornherein selbst für einigermaßen leistungsstarke Rechner „zu schwer“, nicht nur für Digitalkamera-Prozessoren. Aber eine Reihe neuerer Errungenschaften ermöglichen die Lösung des Problems. Erstens hat die Geschwindigkeit der genannten Prozessoren stark zugenommen. Zweitens sind High-Density-CCDs im Preis gefallen, ebenso wie Speichergeräte, sowohl für Computer als auch für Digitalkameras. Als Ergebnis werden hochauflösende Geräte für die Masse der Amateure verfügbar. Schließlich, drittens, werden schnellere und effizientere Bildkomprimierungsalgorithmen in einem schnellen Tempo entwickelt. So ist es möglich, die riesigen Mengen an Grafikdateien um ein Vielfaches zu reduzieren und dementsprechend die Anzahl der Bilder im Speicher der Kamera zu erhöhen und deren Rückschreiben auf den Computer zu beschleunigen. Nun, dort können Sie die Bilddateien bereits wieder auf die volle, ursprüngliche Auflösung erweitern. Und doch, wie sich herausstellte, können Sie das Design der CCD-Matrix selbst ändern. In Japan wurde kürzlich eine sogenannte Super-CCO-Matrix entwickelt. Im Gegensatz zu der bereits bekannten rechteckigen Anordnung von Fotodioden, die ein einziges Bildelement bilden – ein Pixel – haben Fotodioden in einer Super-CCD-Matrix eine achteckige Form und sind in einem Winkel von fünfundvierzig Grad zueinander angeordnet. Dank dieser "Waben"-Struktur sind die Fotodioden näher beieinander, dh die von ihnen eingenommene relative Fläche hat zugenommen. Dadurch hat sich die effektive Oberfläche, aus der Licht entnommen wird, deutlich vergrößert. Letztendlich steigt die Empfindlichkeit einer solchen Matrix, dh der Signalpegel pro Flächeneinheit der CCD-Matrix steigt und infolgedessen nimmt das parasitäre Rauschen ab. Laut Hersteller wird die effektive Oberfläche um das 1,6-fache vergrößert, die Farbwiedergabe und das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert, der Dynamikumfang erweitert, der Energieverbrauch reduziert sowie die Bildempfindlichkeit und Auflösung erhöht. Ein Foto, das von einem solchen 1,3-Megapixel-Super-CCD-Sensor aufgenommen wird, ist in der Qualität fast identisch mit dem eines herkömmlichen "quadratischen" Sensors mit einer Auflösung von 2,1 Megapixeln. Eine Digitalkamera ist immer noch teurer als herkömmliche. In Wirklichkeit ist es jedoch angesichts seiner Vorteile nicht so teuer. Es spart Zeit und die Wartungskosten können im Gegensatz zu Filmen auf fast Null reduziert werden. Denn der Speicher einer Digitalkamera lässt sich immer wieder nutzen, die Batterien wieder aufladen und die Bilder nicht auf Papier darstellen, sondern nur in elektronischer Form speichern. Autor: Musskiy S.A.
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