Cesta do hlubin digitálního fotoaparátu - obraz reality, složený z jedniček a nul

Digitální fotoaparát, digiťák, digitální foťák či anglicky digital camera, se k
radosti výrobců a technomilů zařadil mezi veřejností pozitivně přijatá

digitální zařízení. Co to je a jaké má výhody, to zná povšechně snad

nadpoloviční většina populace. Nedosáhl sice zatím rozšířenosti počítače či

mobilního telefonu, ale co není, může být. A pravděpodobně časem i bude.



Zachytit obraz reálného života, krásnou přírodní scenérii, zajímavou událost,

či tvář milého člověka po tom touží lidé odnepaměti. Jen ti umělecky nadaní

toto dokáží vlastními silami s pomocí tužky a papíru, a i jim tento způsob

zachycení trvá delší dobu, pročež jej nelze použít ve všech situacích. Není

proto divu, že si vynález fotografie získal ihned řadu příznivců a

podporovatelů. Jedním z prvních fotoaparátů, uzpůsobených pro masovější

použití, byl zhruba před sto lety, roku 1900, Kodak Brownie Camera ten byl

prodáván za 1 dolar a film v ruličce k němu stál 15 centů.



První digitální fotoaparáty určené pro spotřebitelský trh se na pultech

objevily koncem osmdesátých let, pochopitelně z dnešního ohledu se směšnými

parametry a nehoráznými cenami. Za pár roků už digitály nabízelo více výrobců,

a to nejen z řad dodavatelů klasické fotografické techniky, ale i z oblasti

techniky výpočetní. Propojení těchto odvětví se však stále vyvíjí, protože řada

velkých a slavných (a konzervativních) firem světa klasické fotografie ještě

zvažuje či dolaďuje podobu své účasti v tomto mladém segmentu. Nicméně drtivá

většina klasických výrobců má už dnes též modely digitální své vlastní či

kooperativní (částečně či plně vyráběné někým jiným). Snad i díky tomu se v

uplynulém roce prodalo dle odhadů 12 milionů digitálních fotoaparátů (což je

dvakrát více než v roce 1999). Další vývoj budou kromě rozhodnutí gigantů

nadále ovlivňovat inovativní řešení snímacích prvků, kterážto se objevují jako

houby po dešti a mohou přinést zcela nové dimenze v poměru cena/výkon.



Stejně jako v oblasti klasické fotografie, musíme i svět digitálních obrázků

rozdělit na dva hlavní tábory: amatérský (spotřebitelský) a profesionální

(náročný). Druhý se s prvním moc v lásce nemá, za což je však ochoten zaplatit

nebývalé částky, a proto s tím výrobci souhlasí. Pokud tedy budeme dále hovořit

o hlubinách digitální fotografie, mějte napaměti, že se jedná o oblast

fotografie amatérské o profesionální technice se zmiňuji ve vloženém článku.





Cestou světla



Vydejme se nyní cestou v obrázek se proměňujících fotonů a sledujme dění kolem.

Ať již máme nějaký objekt „pouze“ vidět nebo jej chceme zachytit na film či

digitalizovat CCD snímačem, musí být osvětlen musí na něj dopadat a od něj se

odrážet vlnění, ve zmíněných případech ve viditelném spektru lidského oka.

Nejštědřejším, bezkonkurenčně nejvýkonnějším a zároveň nejlevnějším zdrojem

fotonů je naše slunce, v případě jeho výpadku či nedostupnosti poslouží blesk

či jiné pomocné zdroje.



Takže foton už letí, podle své vlnové délky se odráží od objektu a najednou je

tu čočka, druhá, třetí a tato čočka, nebo skupina čoček, zvaná objektiv, vám

fotony z různých směrů pochytá, trochu je zmáčkne k sobě a směruje na snímač. V

případě našeho oka je snímačem jedinečná sítnice, v klasické fotografii jsou to

oxidy stříbra v želatinové vrstvě na celuloidovém pásku a u digitálního

zařízení nejspíše CCD snímač. Smekněme, zde cesta fotonu končí, ten předává

svou energii, čímž anihiluje.





Elektrochemické obrazy



Svou energii však foton nevyplýtval nadarmo. V oxidech stříbra způsobil

chemickou reakci, v CCD snímači elektrickou a na sítnici lidského oka

elektrochemickou. Výsledky těchto reakcí je možné dále zužitkovat. Pokud nějaké

další světlo oxidy na filmovém pásku nezmění, bude po vyvolání a ustálení

viditelný obraz již neexistujícího okamžiku. V lidském oku se signály z

jednotlivých bodů (tyčinek a čípků) seběhnou prostřednictvím zrakového nervu do

mozku, ten je vyhodnotí, dopočítá nepřesnosti a obraz je k dispozici centrům

koordinace, myšlení, cítění a dle zajímavosti je též uložen pro pozdější

vzpomenutí.



Když se budeme z tohoto zjednodušeného úhlu dívat na CCD snímací čip, pak je

funkčně bližší právě oku. Jednotlivé body (buňky) čipu jsou polovodičové jamky,

výsledné informace se odvádějí sběrnicí (nervem) k dalšímu vyhodnocení.

Podívejme se ale na tento klíčový proces trochu podrobněji.





Úhelný kámen



Úhelným kamenem, na němž fotoaparát stojí nebo padá, je právě snímací čip.

Pokud vám tato informace stačí, přeskočte pár následujících odstavců, pokud si

rádi počtete o technických podrobnostech, pokračujte plynule dál.



Úplně první obvody typu CCD Charge Coupled Devices, obvody pracující s vázaným

nábojem vznikly koncem šedesátých let jako posuvné a paměťové registry. Teprve

později byly nad jednotlivé paměťové buňky umístěny fotodiody, což umožnilo

zachycení „světelné informace“. Fotodioda je polovodičový prvek (vodivý za

určitých okolností), který reaguje právě na dopad (na energii) fotonů a podle

intenzity světla (množství dopadnuvších fotonů) propustí odpovídající (nikoliv

však stejný) počet elektronů. Tyto uvolněné elektrony jsou přitaženy ke kladné

elektrodě a po dokončení snímání jsou podle principu posuvného registru

předávány dále, až se dostanou k okraji řádku.



Posun „hromádek elektronů“ je zajišťován trojfázovou soustavou elektrod:

skupina je z elektrody 1 přetažena pod elektrodu 2 (zapnuto napětí na 2, poté

vypnuto v 1), posléze z 2 do 3, a pak do 1 vedlejší buňky atd., až se skupina

(elektrický náboj) dostane k okraji do zesilovače a analogově-digitálního

převodníku.





Problém



Tyto dvě fáze jsou technologicky nejnáročnější, neboť se získané informace

přenášejí analogově, ale teprve po jejich digitalizaci je nic (kromě výpadku

napájení) neohrožuje. Problémy jsou v zásadě dva. Prvním je tzv. přetékání

prostor pro uvolněné elektrony v každé buňce (potenciálová jáma) má omezenou

kapacitu, a proto po jejím naplnění elektrony „přetékají“ do sousedních buněk a

narušují jimi získanou informaci, potažmo výsledné podání barev. Řešení nebo

neřešení tohoto problému je zároveň vhodným příkladem odlišnosti

profesionálních a amatérských přístrojů. Druhý náročný úkol je transport náboje

k převodníku žádné elektrony se nesmí poztrácet, neboť to by zvyšovalo šum

(nepřesnost) celého procesu. A právě způsob transportu rozděluje CCD snímací

prvky na dvě skupiny.





Prokládaný versus progresivní



Progresivní snímací prvek se používá u dražších přístrojů, neboť je

technologicky náročnější, ale zato poskytuje přesnější výstup snímací buňky

jsou rozmístěny po celé ploše naprosto rovnoměrně. Naproti tomu prokládaný

prvek má střídavě buňky snímací a buňky transportní získaná informace se

přesune do vedlejšího „transportního“ řádku, a tím pak putuje k převodníku. Viz

ilustrace.





Jak se zjišťují barvy



Fotodiody, sloužící v CCD snímači jako světlocitlivé buňky, rozlišují intenzitu

dopadajícího světla, ale nikoliv jeho barvu (vlnovou délku) a mají dokonce

záběr sahající mimo lidským okem viditelnou oblast spektra. (Pravděpodobně jste

zaregistrovali informace o videokamerách, používajících taktéž CCD, které

filmují i když lidské oko žádné světlo nezachytí, nebo jsou schopné nahlédnout

pod oblečení zde se tyto vlnové délky využívají). Aby bylo možné získat

barevnou informaci, musí se před fotodiody předřadit barevné filtry, takže

jedna buňka zjišťuje červenou, druhá modrou a třetí zelenou část spektra.

Protože jsou buňky rozmístěny v pravoúhlé matici a protože má lidské oko

slabost pro zelenou, používá se rozvržení do čtverce R-G-G-B (červená-zelená-

zelená-modrá).





Konec dobrý, všechno dobré



Když se nakonec přese všechna úskalí podaří signál dopravit ven ze snímače, je

zesílen, roztříděn a navzorkován, neboli zdigitalizován. A konečně jsou zde

digitální data, exaktní stabilní informace, které je možné uchopit a prohnat

algoritmy, beze ztrát kopírovat, ukládat a načítat. První úpravy probíhají hned

ve fotoaparátu nebo v transportním softwaru korigují se zde známé odchylky a

chyby CCD prvku (např. se vyvažuje bílá, dopočítávají nefunkční buňky, upravuje

se průběh odstínů a sytost jednotlivých složek).



Když je digitální obrázek poskládán dohromady, je uložen do vestavěné paměti,

na paměťovou kartu nebo v některých výjimečnějších případech na disketu, pevný

disk či CD-R. Rychlost a případně vyrovnávací paměti tohoto systému zpracování

obrazových dat určují možnosti přístroje při focení více snímků rychle za sebou

(při tzv. sekvenčním snímání).





Přenos obrázků



Hotové obrázky budeme pravděpodobně přenášet do počítače nebo digitálního

minilabu za účelem tisku a archivace. Ať je kapacita paměti jakákoliv, jednou

se zaplní a při větším rozlišení přijde tento okamžik poměrně záhy. Systémy

přenosu dat do počítače se vyhranily v zásadě dva buď přímé propojení

fotoaparát-počítač prostřednictvím USB rozhraní (některé přístroje ještě

podporují sériový port, ale ten je zoufale pomalý), nebo prostřednictvím

výměnných paměťových karet (CompactFlash nebo SmartMedia) a jejich čteček

připojených k počítači. Oba způsoby mají své klady a zápory a dnes je

nejrozšířenější jejich kombinace foťák má konektor a kabel pro přímé propojení

a zároveň výměnné karty (samostatnou čtečku dostanete s málokterým).





Funkce a legrácky



Aby výrobci přístroje výrazněji odlišili, kombinují kromě standardního snímání

ještě řadu dalších vlastností, funkcí a vylepšení. Posouzení toho, které

spadají do kategorie užitečných a jaké jsou už zbytečnou nadstavbou, musí

provést každý zákazník po dobrém zvážení předpokládaného způsobu použití

přístroje.



Mezi tyto nadstandardní funkce patří záznam hlasového komentáře ke každému

snímku (pokud se snad bojíte, že na nějakou souvislost zapomenete), dávkové,

sekvenční či časosběrné snímání, vložení textu či obrázku do záběru (kromě

klasické datumovky se tam může objevovat vaše jméno, logo či copyright),

efektové úpravy obrázků (barevné a umělecké filtry, doplňování ozdobných

rámečků) či vyšší stupeň přehlednosti (zařazováním snímků do určitého alba

přímo ve foťáku).



Při všech experimentech s těmito funkcemi zůstává zachována výhoda digitální

fotografie, že okamžitě vidíte výsledek a můžete nezdařilé snímky smazat a

obratem přefotit.





Co nás čeká v budoucnosti



Úspěchy vývoje a stoupající křivka prodeje povedou bezesporu k dalšímu

zvyšování rozlišení přístrojů a snižování jejich cen. Mluví a píše se o nové

generaci CCD snímače, označovaného jako SuperCCD, který přináší řadu

technologických inovací. Přístroje Fuji vybavené touto novinkou by měly právě

nyní vstupovat na trh. Dobrou zprávu pro nadšence uveřejnila i společnost Sony

ukončila vývoj CCD snímače s rozlišením 2 560 × 1 920, tedy 5 miliony bodů na

čipu o úhlopříčce 11 mm.



Z hlediska snižování cen je však daleko důležitější vývoj na poli CMOS

snímacích prvků. Tato technologie, používaná i při výrobě procesorů, je výrazně

levnější a má též menší energetické nároky. Také je při jejím použití možné

integrovat do jednoho bloku jak část snímací, tak i „zpracovatelskou“ a

vytvořit „kameru na čipu“. Jejich nedostatkem je nižší citlivost a vyšší šum,

takže zatím nedosahují kvalit CCD řešení bude vyžadovat ještě nějaký čas.



Každopádně budoucnost digitální fotografie je světlá a plnobarevná.









Tipy pro práci s digitálním foťákem



1. Čím větší, tím lepší. U digitálních snímků platí maximálním způsobem

pravidlo, že čím větší, tím lepší. Vzhledem k poměrně omezené kvalitě snímku

(ještě navíc většinou ve ztrátové JPEG kompresi) nepočítejte se zvětšováním či

výřezem, pokud nemáte snímek v dostatečném rozlišení. Jestliže vás netlačí

omezená kapacita paměti, nastavte rozlišení alespoň 1 000 bodů našíř.

Zmenšování snímků (třeba na Web) je bezproblémové. Navíc zmenšený snímek

většinou vypadá lépe, než snímek nafocený přímo v malém rozlišení. Pokud však

zmíněné zvětšování či výřezy neplánujete, nemusíte si s rozlišením až tak lámat

hlavu.



2. Využijte maximum. Z prvního bodu také potažmo vyplývá nutnost využít plochu

obrázku co nejlépe klíčový objekt nebo kompozice by měly naplnit co největší

plochu záběru, a tím získat dostatečné množství snímacích bodů (a tak i ostrost

a detailní kresbu). Využívejte proto funkce optického zoomu (změna ohniskové

vzdálenosti, neboli přiblížení či vzdálení objektu) a makra (úprava ostření pro

fotografování zblízka).



3. Není hezké, co se třpytí. Digitální foťák, respektive jeho CCD snímací

prvek, má menší pružnost než klasický film. Z toho vyplývá, že přesvětlené

plochy (okna, lesklé předměty na slunci či proti blesku, blízké předměty při

focení s bleskem) se slinou do jednoho bílého fleku. Snažte se proto takových

kompozic vyvarovat, změňte úhel, případně je umístěte mimo hlavní motiv.



4. Dobře miřte. K uvedené nižší pružnosti CCD se váže i další rada nastavujte

expozici co nejpřesněji. Při protisvětle či focení ve stínu je nutné nastavit

expozici podle klíčového objektu jinak dostanete pouze černou siluetu. Většina

přístrojů umožňuje „podržet“ nastavení polovičním stiskem spouště: namiřte

foťák např. na nohy osoby stojící ve stínu, stiskněte spoušť do poloviny,

zdvihněte jej, zaměřte žádanou kompozici a spoušť domáčkněte. Pokud je to

možné, přepněte v takovéto situaci na bodové měření expozice.



5. Nekupujte baterie. Jestliže váš digitální foťák není od výrobce vybaven

akumulátory či dobíjecím bateriovým modulem, obratem si akumulátorky pořiďte.

Každé zakoupené baterie jsou vyhozené peníze, protože si akumulátory

(povětšinou tužkové) dříve nebo později pořídíte tyto foťáky mají až na světlé

výjimky stále značně vysokou spotřebu. Doporučuji dvě sady akumulátorů a

cestovní nabíječku.









Zajímavé odkazy na Internetu



Pro anglicky čtoucí:



www.all-digital-links.com

www.steves-digicams.com

www.digitalkamera.de





Pro domorodce:



www.digineff.cz

www.grafika.cz









Profesionální Fototechnika



Jak již bylo zmíněno, profesionálové kladou na svá zařízení jiné nároky než

běžný uživatel, a proto jsou jim určeny samostatné modelové řady a řešení.



Prvním a studiově zřejmě nejšikovnějším řešením digitálního fotografování pro

profesionály jsou zadní stěny odborník si ke svému stávajícímu milovanému

přístroji s oblíbenou optikou a ohmatanou spouští připojí pouze jinou zadní

stěnu, a místo na filmu je výsledek v počítači. Tyto stěny jsou vyráběny pro

vybrané modely profesionální přístrojů. Přičemž by se daly dále dělit na stěny

určené pro čistě statické focení (víceprůchodové) a univerzálnější

jednoprůchodové. Tyto jsou určeny například pro přístroje Mamiya či Hasselblad.



Aby bylo možné fotoaparát maximálně přizpůsobit digitálnímu způsobu snímání a

současně jej i objemově minimalizovat, přistoupili někteří výrobci ke stavbě

celých digitálních přístrojů. Zároveň bývají tyto stroje vybaveny rychlou

závěrkou a sekvenčním snímáním, takže je možné jejich použití i při reportážní

fotografii. Nicméně v zájmu budování důvěry u odborníků a v zájmu kompatibility

příslušenství jsou tyto přístroje stavěny na těle známých fotoaparátů. Mezi ty,

kdo se vydali touto cestou, patří například Kodak se svými DCS660 a 620

(postavenými na Nikonu F5) či DCS560 (postaveným na Canonu EOS 1N).



Z hlediska parametrů vás možná překvapí, že udávané rozlišení profesionálních

přístrojů není zase o tolik vyšší (okolo 3 000 × 2 000 bodů). Je to však

rozlišení skutečné neprokládané a neinterpolované a zároveň s určitými

zárukami. U amatérských přístrojů je běžné posunutí barev, rozzáření bodů, šum

v jednobarevné ploše a nižší citlivost, to je však v profesionální řadě

minimalizováno technologické hranice snímačů jsou nákladně roztahovány a v

některých ohledech dodatečně kompenzovány. Také celková funkčnost přístroje,

schopnosti záznamové části a kompatibilita s příslušenstvím jsou na úplně jiném

stupni. To vše, pochopitelně, v úplně jiné cenové hladině.









Zajímavá řešení



Nejmenší



K nejmenším fotoaparátům s rozumným rozlišením patří v současné době

2megapixelový Canon S-10 s rozměry 106 × 70 × 34 mm a hmotností 320 g. S

podobným rozlišením a rozměry ještě menšími vstupuje na trh Kodak DC3800

(rozměry: 95 × 61 × 33 mm, hmotnost: 165 g bez baterií). O trochu větší, ale

zato s třímegovým čipem (2 048 × 1 536 bodů) je tu Sony DCS-P1, ukrývající se v

pouzdru s rozměry 114 × 54 × 44 mm a vážící 250 g.





Pohyblivý objektiv



Pravděpodobně prvním výrobcem digitálních přístrojů, který použil koncepci

otočného objektivu, byla společnost Agfa u přístrojů řady ePhoto. Tento nápad

pak dotáhl Ricoh, který objektiv dokonce oddělil a připojil kablíkem.





Odolný



Fotografovat asi chceme leckde, ale digitální fotoaparáty jsou stále přeci jen

trochu drahé vybavení na to, abychom riskovali jejich poničení. Tohoto faktu si

všimli návrháři Kodaku a připravili vlhku a deštivzdorný model DC5000. Kvalitu

tohoto řešení stvrdila i armáda USA, která jej certifikovala k internímu

použití.





S laserem



Invenci v ukládání digitálních snímků prokazuje Sony jejich „disketová“ Mavica

si získala na mnoha trzích značnou oblibu, a špičková MVC-CD1000 dokonce snímky

vypaluje. Na malé CD-R disky se vejde 156 MB obrazových dat.





Oni off-line



Zcela specifickou oblastí jsou webové kamery/digitální foťáčky, které dnes

vyrábí například Creative, Logitech či Kodak. Tyto přístroje jsou určeny

víceméně pro práci na Internetu, ale pro méně náročné použití mohou jimi

pořizované fotky s 640 × 480 body posloužit také.