デジタルカメラ。発明と生産の歴史

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デジタルカメラ。発明と生産の歴史

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1989 年、Svema 工場は 8 mm のアマチュアフィルムの最後のバッチを生産しました。ホームビデオの時代は終わり、アマチュアビデオの時代がやってきました。お気に入りの写真にも同じ運命が待ち受けているようです。

高品質で、すでにそれほど高価ではない電子デジタルカメラの作成における最近の進歩は、これを確信させます。

全国から集まったクラスメートの年次総会に到着すると、通常のカメラのように見えるデジタルカメラを手に入れ、XNUMX〜XNUMXダースの写真を撮ることができます。しかし、集合写真の構図に疑問を持った場合、このシーンを撮り直すかどうかはすぐに判断できます。これを行うには、カメラの後壁に組み込まれた液晶ディスプレイのフレームを見てください。

家に帰ったら、クレジットカードサイズのメモリディスクをカメラから取り外して、ポータブルラップトップに挿入し、フルサイズとカラーで画像の品質を画面で確認できます。ここで写真を編集することもできます。一部を明るくしたり、暖色を追加したり、スケールを変更したりします。これには、グラフィックス処理プログラムが使用されます。必要に応じて、元の同級生にすぐに写真を送ることができます...

上記はもはやファンタジーではありません。その結果、写真家は古いスキル、おそらくレンズを操作してシャッターを押すだけのスキルを残されます。そして、写真の情報の本質そのものを変えること、つまり画像を取得して処理するアナログプロセスからデジタルプロセスへの移行について話しているのであれば、そうでなければどうしてでしょうか?

Canon EOS 5D Mark III デジタルカメラ

ちなみに、最近まで「光化学」がエレクトロニクスに取って代わられたとしても、そのような移行は避けられないと思われていました。ごく最近まで、多くの企業は、テレビ形式での磁気ビデオ録画、つまりアナログプロセスも、電子写真の非常に現実的な技術的基盤であると考えていました。そして、彼らは単に数えるだけでなく、これに基づいて完全に機能するデバイスをリリースしました。

現代のデジタルカメラへの道のりは、時には非常に岩の多い道に沿った頑固な上り坂でした。 XNUMX つ目は、CCD マトリックス上に画像を形成し、続いてビデオカメラのような磁気テープにアナログ記録するデバイスでした。得られた写真は、特別なビデオディスクにコピーされました。

「純粋なコンピュータ」デジタル形式で画像を作成および保存するデバイスは、1990 年代初頭に作成されました。彼らは、「ラップトップ」やラップトップなど、コンピューターと同じ要素を使用していました。クレジットカードサイズの長方形のプレートの形で作成され、端にコネクタがあり、指定されたコンピュータの特別なポートに挿入されます。追加のメモリブロックに加えて、たとえば、ファックスモデム、ハードディスク、サウンドカードなどのデバイスがこれに該当します。比容量の増加に伴うデジタルメモリの要素とデバイスのコストの着実な低下、コンパクトディスクのコストの削減、ビデオファイルの処理と圧縮の方法の急速な進歩など-これらすべてが最終的に行われましたこの分野の「基本的な」デジタルデバイス - コンピュータであり、ビデオレコーダーではなく、テレビでもありません。

デジタル写真の真の転換点は、1997 年 XNUMX 月に富士通マイクロエレクトロニクス (富士通) とシエライメージング (シエラ) がデジタルイメージング回路製造の分野で共同開発に関する契約を結んだことです。この契約の下で、富士通はPISCプロセッサのファミリを提供し、Sierraは「配管」全体 - チップセット - 「マザーボード」、つまり必要なすべてのコントローラと開発ツールを組み合わせて開発ツールを開発し、そのソフトウェアを提供することを提案しました。 (イメージエキスパート)。さらに、Sierra は、この技術ソリューションのマーケティング、配布、およびサポートを担当しています。

この共同契約により、デジタルカメラの設計と実装のための完全なハードウェアとソフトウェアのパッケージが作成されました。その結果、デジタルカメラの市場は毎年倍増し、XNUMX 世紀末には年間 XNUMX 万台を超えました。

当時、Sierra だけが、デジタルカメラの作成に必要なすべての電子部品を備えた単一のソリューションを顧客に提供し、今日までこの分野をリードし続けています。

これからデジタルカメラの人気が雪崩のように伸びていくことは間違いありません。当時と同じように、1880 年代、高価で不便なガラス製写真乾板から軽くて安価な写真フィルムへの移行後、伝統的な写真が急速に大衆を征服し始めました。

今日、デジタルカメラは単なるフィルムカメラのデジタル版ではありません。フィルムカメラとは思えない機能を搭載。デジタルカメラは、実際にはメディアコレクターまたはマルチメディアストレージメディアに似ています。写真を撮ったり、音を録音したり、動いている物体を考えたりするために持ち歩くことができます。

Oleg Tatarnikov は Computer Press の記事で次のようにアドバイスしています。タイプライター. 平凡なデジタル「ソープボックス」が隠している写真の可能性でさえ、本格的なフィルムカメラの機能を大幅に超えることができます. 自分で判断してください.24x36 mmフィルムの小さなフォーマットのフレームでさえ、CCDマトリックスのサイズを大幅に超えています. 、そして画像サイズが大きくなればなるほど、それに十分な口径の歪みのないレンズを開発することはより困難になります. たとえば、ほとんどのアマチュアデジタルカメラCCDの対角線は1/3インチまたは8,5ミリメートルです. したがって、 "このようなマトリックスの通常の" (つまり、50 mm フィルムカメラの 35 mm レンズに相当する) は、焦点距離がわずか 9 mm のレンズになります。このようなレンズが相対的な開口を持つには、たとえば、F / 2の場合、レンズの直径はそれぞれ4,5ミリメートルに等しく、35 mmカメラの場合は25ミリメートルに等しくなければなりません. したがって、たとえば、従来の 35 mm カメラの焦点距離に大幅な違いを実装するには、大きくて高価なレンズを使用して複雑な光学系を作成する必要があり、デジタルカメラの場合、直径が2 ～ 4 センチメートルで、最大 20 倍のズームを取得できます。違いを感じます？また、同じレンズで小さなマトリックスをマクロ撮影すると、フィルム写真では得られない被写界深度が得られます。

ただし、これらすべてに加えて、デジタルカメラには、カメラよりもコンピュータに一般的な機能が他にも多数あります。

光学システムに加えて、デジタルカメラには、とりわけ複雑な露出分析を実行し、ほんの一瞬で撮影モードを決定するのに十分強力な制御プロセッサがあり、その後、結果の画像が処理されます。高速データバスにより、次のフレームを受信する準備が整うまでの時間をすばやく短縮できます。この意味で、デジタルカメラはすでにビデオカメラなどに追いつき、ビデオカメラとの「融合」を続けています。デジタルカメラには RAM があります。古いコンピューターのように「はんだ付け」されているか、よりプログレッシブな外付けで、取り外し可能なフラッシュカードに取り付けられています。不可欠なアクセサリは、ハードドライブまたは標準の ATA デバイスであり、場合によってはフロッピードライブや SCSI ドライブです。デジタルカメラでは、撮影と画像処理のための独自のプログラムを作成できます。「サウンドカード」、マイクまたはスピーカーを使用すると、撮影中に音声コメントを録音し、後で再生中に聞くことができます。

カメラは通信デバイスを奪われていません: 高速 USB、FireWire、または SCSI バスを介した外部インターフェイス、シリアル (RS-232) およびパラレルポート (プリンターでの直接印刷用) はすでに一般的で時代遅れになっています。最新のカメラの中には、赤外線ポートやネットワークインターフェイスさえ備えているものもあります。わかりやすい名前の付いたものを含む、さまざまなジョイスティックボタンは言うまでもありません。

デジタルカメラで撮影した映像を表示するには、さまざまな方法があります。まず、内蔵の液晶ディスプレイですぐに確認できます。標準ケーブルで接続することにより、テレビ画面に情報を送信できます。同じケーブルでカメラを VCR に接続すると、通常のテレビのようにフィルムからフレームを問題なくコピーできます。はがきサイズの写真を専用プリンターで印刷できます。最後に、コンピューターも脇に置きません。画像は、別のブロックを介してそのポートに送信できます。

一般に、真のデジタルカメラは真のマルチメディアコンピューターであり、本格的なプログラマーとアマチュアの両方が手を試すことができます。

最近まで、デジタルカメラは画像の解像度の点でのみ従来のカメラに遅れをとっていました。それには客観的な理由がありました。実際には、元の「生の」形式の写真ファイルのボリュームは非常に大きいです。感光層の品質にもよりますが、35 mm フィルムのフレームと同等にするには、最大 18 万ピクセル (何らかの方法で識別可能な最小の画像要素) を含める必要があります。さらに、各ピクセルは 8 ビット以上の情報を保持します。これは、ハーフトーンのない白黒画像にのみ当てはまります。そして、グレースケールの本格的な伝送には、少なくとも24ビットが必要であり、32原色のそれぞれについても同じ量が必要です. それが、36 ピクセルあたり XNUMX、XNUMX、または XNUMX ビットでさえあるところです。

したがって、優れた解像度と色再現を備えたデジタル化されたフレームは、デジタルカメラプロセッサだけでなく、かなり強力なコンピューターにとっても最初から「重すぎる」ものでした。しかし、最近の多くの成果により、問題を解決することができます。

まず、前述のプロセッサの速度が大幅に向上しました。第二に、コンピュータとデジタルカメラの両方で、高密度 CCD とメモリデバイスの価格が下落しました。その結果、多くのアマチュアが高解像度の機器を利用できるようになります。最後に、より高速で効率的な画像圧縮アルゴリズムが急速に開発されています。そのため、グラフィックファイルの膨大な量を数回削減し、それに応じてカメラのメモリ内のフレーム数を増やし、コンピューターへの書き換えを高速化することができます。画像ファイルを再び完全な元の解像度に拡張することができます。

それでも、結局のところ、CCD マトリックス自体の設計を変更することができます。日本では、いわゆるスーパーCCOマトリックスが最近開発されました。単一の画像要素 (ピクセル) を形成するフォトダイオードの既によく知られている長方形の配置とは対照的に、スーパー CCD マトリックスのフォトダイオードは八角形の形状をしており、互いに 1,6 度の角度で配置されています。この「ハニカム」構造のおかげで、フォトダイオードは互いに接近しています。つまり、フォトダイオードが占める相対的な面積が増加しています。その結果、光が取り込まれる有効表面積が大幅に増加しました。最終的に、そのようなマトリックスの感度が向上します。つまり、CCDマトリックスの単位面積あたりの信号レベルが増加し、その結果、スプリアスノイズが減少します。メーカーによると、有効面がXNUMX倍になり、色再現と信号対雑音比が改善され、ダイナミックレンジが拡大し、エネルギー消費が減少し、画像感度と解像度が向上します。

このような 1,3 メガピクセルのスーパー CCD センサーで撮影した写真は、解像度が 2,1 メガピクセルの従来の「正方形」センサーで得られたものとほぼ同じ品質です。

デジタルカメラは、従来のカメラよりもまだ高価です。ただし、実際には、その利点を考えるとそれほど高価ではありません。時間を節約し、フィルムとは異なり、メンテナンスのコストをほぼゼロにすることができます。結局のところ、デジタルカメラのメモリは繰り返し使用でき、バッテリーは再充電でき、写真は紙に表示できず、電子形式でのみ保存できます。

著者：Musskiy S.A.

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2014 年の初めに、Movidius は最初のビジュアルプロセッサである Myriad-1 (VPU - 同社の用語では Vision Processing Unit) を発表しました。 Google はこのチップをスマートフォンの Project Tango に使用し、大きな関心を集めました。 Movidius は、来年商用製品に登場する新世代の VPU Myriad-2 を発表しました。

Myriad-1 は、できるだけ早く VPU 機能を開発者の手に渡すことを目標に設計されましたが、Myriad-2 の主な目標は、エネルギー効率を犠牲にすることなくパフォーマンスを向上させることです。新しいチップは Myriad-1 と下位互換性があるため、既存のコードは変更なしで実行できますが、Movidius ハードウェアの多くの深い最適化のおかげではるかに高速です。

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課題は、アルゴリズムと追加データ (マルチフレーム、セカンドカメラ、統計など) を使用して視覚情報を再構築することです。各フレームには数百万のピクセルがあるため、データを処理するには多くの計算能力が必要です。ただし、モバイルデバイスに関しては、消費電力についても考慮する必要があります。

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