Metamorfozy światła

Między wciśnięciem spustu migawki a zapisem gotowego zdjęcia na kartę pamięci w aparacie dokonywana jest olbrzymia liczba obliczeń, a wielkość przetwarzanych danych w kilka sekund mogłaby zapchać płytę DVD

Wydaje się, że nie ma nic prostszego od działania nowoczesnego aparatu fotograficznego: wciskamy spust migawki i ułamek sekundy później możemy podziwiać gotowe zdjęcie na ekranie LCD. W rzeczywistości proces digitalizacji obrazu przenoszonego przez obiektyw jest bardzo skomplikowany.

Rozruch

Jeszcze zanim zbliżymy palec do spustu migawki, elektronika cyfraka działa już na pełnych obrotach. Po przesunięciu włącznika uruchamiającego sprzęt następuje sprawdzenie poprawności pracy wszystkich komponentów i podzespołów. Jak bardzo skomplikowany jest to proces, może świadczyć fakt, że jeszcze niedawno trwał on nawet do czterech sekund. Dopiero najnowsze generacje procesorów DSP radzą sobie z tym zadaniem w mgnieniu oka.

Jałowy bieg?

Gdy aparat jest włączony, a my dopiero przymierzamy się do wyboru kadru, wewnątrz obudowy trwa już praca. Jeśli naszym narzędziem jest kompakt cyfrowy, obraz wpadający przez obiektyw pada na matrycę i jest stale digitalizowany, tak aby mógł ukazać się na ekranie LCD. Odczyt danych z sensora (patrz: $(LC134978: Uchwycić fotony)$), ich wstępna obróbka i przesłanie na umieszczony na tylnej ściance ekran odbywa się cały czas. Bez przerwy też jest orientacyjnie określana jasność sceny, dzięki czemu obraz na LCD pozostaje czytelny. W ten sposób przetwarzane są pokaźne ilości danych. Policzmy: pięciomegapikselowa matryca przesyła ładunki elektryczne zebrane z pięciu milionów komórek światłoczułych. Każda z nich rejestruje tylko natężenie światła, a nie pełen kolor RGB wybranego punktu. Mimo to do procesora spływa za pośrednictwem konwertera analogowo-cyfrowego, zamieniającego różnice potencjałów poszczególnych czujników w informację binarną, od 10 do 14 bitów danych dla każdego piksela. Daje to od ponad sześciu do blisko dziewięciu megabajtów danych, które procesor obrazowy przetwarza, rekonstruując prawdziwe kolory na podstawie natężenia światła sąsiednich fotoceli (patrz: $(LC135315: „Scalaki” do zadań specjalnych)$). Następnie obraz jest skalowany do rozdzielczości LCD i przesyłany na ten ekran. Cały ten proces powtarza się, w zależności od modelu aparatu, od 10 do 30 razy na sekundę, co daje od kilkudziesięciu do 260 megabajtów danych przetwarzanych w każdej sekundzie przez procesor w kompakcie. A wszystko to ma miejsce, gdy aparat znajduje się na jałowym biegu, zajmując się jedynie prezentacją na LCD tego, co „widzi” obiektyw.

W mgnieniu oka

Niezależnie od tego w momencie wciśnięcia spustu wykonywane są dodatkowe operacje. Ustalana jest pozycja układu optycznego, dająca ostry obraz obiektu znajdującego się w wybranym miejscu kadru (patrz $(LC134623: Zasada działania autofokusa)$). Często to „sztuczna inteligencja” aparatu ustala, który motyw jest najważniejszy, a więc który powinien być doskonale ostry. Czasem już w tym momencie realizowana jest zaawansowana analiza obrazu: np. najnowsze aparaty Nikona (Coolpiksy 7900, 5900 oraz 7600) mają tryb Face-Priority AF, w którym wbudowane w firmware algorytmy firmy Identix same znajdują w kadrze twarze osób i tak ustalają ostrość, by w miarę możliwości wszystkie one były wyraźne.

Kolejnym procesem, realizowanym w aparacie po naciśnięciu spustu migawki, jest pomiar ekspozycji, czyli jasności obrazu. W najbardziej zaawansowanym trybie, tzw. matrycowym, kadr dzielony jest na od kilku, przez kilkadziesiąt, do ponad 1000 (w systemie Nikona 3D Color Matrix) obszarów o różnym kształcie. Każdy fragment ma przydzieloną inną wagę. Oprogramowanie analizuje jasność każdej sekcji, starając się ustalić, z jakiego typu ujęciem ma tutaj do czynienia. Badany obraz jest zestawiany z biblioteką scen wzorcowych, liczącą nawet kilkadziesiąt tysięcy pozycji. Na tej podstawie jest „odgadywany” typ ujęcia i dobierana optymalna kombinacja czasu i wartości przysłony, tak by zostały idealnie naświetlone najważniejsze elementy kompozycji. Ponieważ aparaty różnych producentów różnią się tymi algorytmami, podziałem matrycy oraz bazą wzorców, ta sama scena będzie więc jaśniejsza lub ciemniejsza w zależności od tego, jakim cyfrakiem została zarejestrowana. Ustalenia te są modyfikowane o preferencje wynikające z wybranego przez użytkownika programu tematycznego. Teraz wysyłane są polecenia do układów przymykających przysłonę oraz sterujących pracą migawki i… pstryk.

Oczywiście w aparatach kompaktowych ten „pstryk” jest wirtualny, nie ma bowiem mechanicznej migawki, która mogłaby wydać jakikolwiek dźwięk. W wybranym momencie przysłona przymyka się, a padające wówczas przez określony czas na matrycę światło zostaje uznane za informacje dla właściwego zdjęcia. Cały opisany tu proces przygotowań powinien trwać jak najkrócej – idealnie jest, gdy mieści się on w granicach setnej części sekundy. Niestety, w praktyce może to zająć nawet ponad sekundę.

0
Zamknij

Choć staramy się je ograniczać, wykorzystujemy mechanizmy takie jak ciasteczka, które pozwalają naszym partnerom na śledzenie Twojego zachowania w sieci. Dowiedz się więcej.