Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

Transkrypt

1 Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

2 camera obscura to pierwowzór aparatu fotograficznego

3 Aparaty cyfrowe to urządzenia optoelektroniczne, które służą do rejestrowania obrazów statycznych i ich magazynowania w cyfrowej pamięci

4 Typowe elementy aparatu cyfrowego Obiektyw wbudowany lub wymienny Matryca światłoczuła w większości przypadków niewymienna Wyświetlacz LCD nieruchomy lub ruchomy Gniazdo kart pamięci konieczne minimum do zapisu Procesor Sygnałowy przetwarzanie rejestrowanego obrazu

5 Budowa typowego aparatu kompaktowego przykład źródło: PC WORLD KOMPUTER

6 Matryce CCD (Charge Coupled Devices) budowa filtr kolorów matryca filtrów kolorowych. Nad każdym pikselem znajduje się pojedynczy filtr czerwony (R) zielony (G) lub niebieski (B). Informacje z pikseli są przetwarzane do złożenia ostatecznych barw. Najpopularniejszy układ filtrów nosi nazwę filtru Bayera

7 Matryce CCD cechy układy ze sprzężeniem ładunkowym wysokie koszty produkcji w stosunku do CMOS układy wzmacniające i konwertery są poza powierzchnią piksela współczynniki wypełnienia bliskie 100% (powierzchnia piksela rejestrująca światło do całkowitej powierzchni piksela) odczyt danych następuje rzędami (rejestr wyjściowy) obliczenie koloru wynikowego piksela odbywa się przy wykorzystaniu wartości jasności pikseli sąsiadujących firma DALSA wyprodukowała matrycę o rozmiarze 100 x 100 mm liczącą ponad 111Mpix tak duży fizyczny rozmiar umożliwia wykonywanie zdjęć w bardzo słabych warunkach oświetleniowych (zdjęcia kosmiczne)

8 Matryce CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductors) budowa

9 Matryce CMOS cechy niższe koszty produkcji w stosunku do CCD każdy piksel posiada własny kwantyzator, wzmacniacz i konwerter współczynnik wypełnienia piksela mniejszy niż w CCD każdy piksel jest odczytywany indywidualnie (rejestr pionowy i poziomy) możliwość odczytu wybranej partii obrazu z matrycy skuteczność w ogólności gorsza niż w CCD Canon wytworzył matrycę o wymiarach 28,7 x 19 mm licząca 120 Mpix Canon wytworzył największą na świecie matrycę o wymiarach 205 x 205 mm

10 Fotodiody obecne na matrycach światłoczułych nie rozróżniają kolorów, rejestrują natężenie światła, zatem jedynie odcienie szarości. Każda fotodioda znajduje się pod filtrem o konkretnym kolorze, dlatego wynikowy obraz powstaje jako matematyczne wyliczenie wartości sąsiadujących ze sobą pikseli o różnych kolorach, przy użyciu interpolacji. Procesor sygnałowy przelicza zatem dane wejściowe by uzyskać plik graficzny.

11 Procesor sygnałowy oblicza kolor i jasność każdego z pikseli. Dane wyjściowe porównywane są z wartościami pikseli sąsiadujących i wykorzystując algorytm demozaikowania ostateczna wartość jasności i koloru jest obliczana. Procesor sygnałowy oblicza także dystrybucję wartości kontrastu dla całego obrazu, wykorzystując korekcję gamma (zwiększenie bądź zmniejszenie jasności średnich tonów w obrazie), tak by uzyskać naturalne kolory skóry, nieba i innych części obrazu.

12 Szum to zjawisko występujące w każdym obwodzie elektronicznym. W przypadku fotografii cyfrowej objawia się jako plamy pikseli na obrazie o kolorze odbiegającym od jednorodnego otoczenia. Szum wzrasta ze wzrostem temperatury, wydłużaniem czasu ekspozycji oraz wzrostem wzmocnienia matrycy (wzrost wartości ISO). Procesor sygnałowy stara się odróżnić szum od informacji użytecznej, co bywa szczególnie trudne gdy obraz jest szczegółowy o dużej dynamice.

13 Ponieważ wartość koloru i jasności każdego piksela jest wyliczana w oparciu o sąsiadujące wartości i nie ma tu zależności 1 do 1 (interpolacja), wówczas pojawią się pewne zmiękczenie obrazu. Aby obraz był bogaty w szczegóły procesor sygnałowy wykonuje operację wyostrzania krawędzi kontrastów, konturów. By efekt był jak najlepszy algorytm wykrywania krawędzi musi działać prawidłowo, nie można również przeostrzyć obrazu wynikowego.

14 Ustawianie ostrości detekcja kontrastu Automatyczny dobór parametrów ekspozycji Automatyczny dobór punktu bieli Cyfrowy zoom Podgląd obrazów na wyświetlaczu LCD Zapis obrazów na kartę pamięci Stosowanie efektów specjalnych na żywo i w trybie podglądu Przetwarzanie obrazu podczas rejestracji wideo wiele innych

15 Canon DIGIC (bazujący na Texas Instruments OMAP) Casio EXILIM Epson EDiART Fujifilm Real Photo Engine Leica MAESTRO (bazujący na Fujitsu Milbeaut) Nikon EXPEED (bazujący na Fujitsu Milbeaut) Olympus TruePic (bazujący na Panasonic MN103/MN103S) Panasonic Venus engine (bazujący na Panasonic MN103/MN103S) Pentax PRIME (bazujący na Fujitsu Milbeaut) Samsung DRIMe (bazujący na Samsung Exynos) Sigma True (bazujący na Fujitsu Milbeaut) Sony BIONZ

16 Rodzina procesorów sygnałowych rozwijana przez firmę Canon DIGIC: W aparacie PowerShot G3, pierwszy procesor w roku 2002 DIGIC II: procesor w postaci pojedynczego układu, wzrost prędkości, pamięć DDR-SDRAM DIGIC III: szybszy, poprawiona jakość obrazu, wsparcie większych rozdzielczości LCD, wsparcie kart typu SD, zastosowanie konwertera A/D 14 bitowego, wbudowana detekcja twarzy z ustawianiem AF, rozpoznawanie sceny (isaps), zastosowanie 2 procesorów w wiodącym aparacie pozwoliło uzyskać zapis 10 kl/s o rozdzielczości 10MP każda w serii 110 zdjęć JPEG. DIGIC 4: zaprezentowany w 2008 roku, m.in. 5D MkII, szybsze przetwarzanie obrazu, lepsza redukcja szumów na wysokich ISO, szybsze przetwarzanie 14 bitowych plików RAW, AF oparty o detekcję twarzy w LV, H.264 w 1080p. DIGIC 5: 6x szybszy od DIGIC 4, zmniejszenie szumu o 75%, analizuje 4x więcej informacji o obrazie, współtworzony przez Texas Instruments DIGIC 5+: 17x szybszy od D4, zapis obrazów z większym kl/s DIGIC 6: PowerShot G16, lepsze ISO 6400, szybszy AF, mniejsze opóźnienia, szybkość zdjęć 14 kl/s, 60 kl/s w 1080p Dual DIGIC 6+: 1D X Mark II, 170 RAW w serii przy 14 kl/s, wideo 4K przy 60 kl/s DIGIC 7 w roku 2016, Powershot G7 X Mark II, EOS M5

17 KONIEC