Каких-нибудь 20–30 лет назад фотография, в особенности цветная, была делом весьма трудоемким. Занимались ею не многие. Но вот появились дешевые, простые в обращении «мыльницы». К ним добавили пункты для проявления и печати. И к фотографии приобщились миллионы. Казалось бы, здорово! Но фотопроцесс сегодня, как и два века назад, основан на серебре. Многочисленные попытки разработать бессеребряную фотографию закончились неудачей. Между тем серебра в мире немного, хватит лет на двадцать…
Однако теперь, можно сказать, повода для паники нет. Уже сегодня четвертая часть всех выпускаемых фотоаппаратов — аппараты электронные цифровые. Они мгновенно выдают результат и снимают вообще без пленки!
Как же они устроены?
Еще 80-е годы XIX века заметили, что сопротивление селена под действием света уменьшается, и появилась идея относительно телевидения.
Представьте цепь из селеновой пластины, батареи и лампочки. Чем ярче свет, падающий на селен, тем ярче светится лампочка. Собрав много таких цепей, можно передавать изображения. Но для получения самой грубой картины нужны тысячи пластин селена, лампочек и столько же проводов.
Допустим, применив переключатель, число проводов можно было бы сократить до двух. Но делать такую систему при помощи молотка и паяльника столь трудно, что даже не пытались, а другой технологии долго не было. Зато сегодня это уже не проблема. Ведь появилась технология интегральных схем, позволяющая за один прием получать миллионы транзисторов и притом всего лишь на квадратном сантиметре.
Цифровая фотокамера выглядит вполне обычно. Но за объективом у нее не пленка, а матрица из сотен тысяч фотоэлементов, а на задней стенке миниатюрный плоский экран, состоящий из тысяч светящихся элементов. На нем видно в цвете изображение, создаваемое объективом на матрице, — будущий снимок. (Узнаете старинную схему из фотоэлементов и лампочек?) Вот как все это работает.
В каждом фотоэлементе матрицы под действием света накапливается электрический заряд и сохраняется там до получения команды. Ее подает переключающее устройство, поочередно соединяя их с усилителем. Они отдают ему свой заряд, и на выходе усилителя формируется видеосигнал. Он несет всю информацию об изображении. Все элементы матрицы связаны с внешним миром за счет передачи своих зарядов. Поэтому принят термин — матрица приборов с зарядовой связью (ПЗС).
Каждый элемент экрана имеет аналогичную природу, только он светится под действием поступившего на него заряда.
Несостоявшийся телеканал XIX века.
Собрав миллион подобных цепей, можно прекрасно передавать изображение.
Итак, от матрицы к экрану передается видеосигнал. Остается его записать, и фотоаппарат готов. В принципе для этого годится даже видеомагнитофон. На обычной его кассете помещается полуторачасовой фильм с частотой 24 кадра в секунду. Если учесть, что нам достаточно записать всего лишь 36 кадров, то потребуется совсем крохотный кусок пленки. На таком принципе тридцать лет назад работали первые экспериментальные фотоаппараты.
Но пользоваться пленкой неудобно. Вместо нее применили крохотный магнитный диск. Электронные фотоаппараты с магнитным диском продаются. Они неплохо работают, но постепенно сходят со сцены. И это связано с тем, что устройство для записи информации удалось сделать на ПЗС. И оно получилось гораздо более дешевым и емким, чем диск.
А теперь разъясним, почему современные электронные фотоаппараты называют еще и цифровыми.
На экране осциллографа видеосигнал выглядит как непрерывная линия. Усиление и запись такого сигнала неизбежно искажают его, что особенно заметно при воспроизведении цветного изображения. Поэтому видеосигнал переводят в цифровую форму и передают двоичным кодом. Он выглядит как серия импульсов и почти не подвержен искажению. Для сохранения цифровой сигнал подается на сменный блок памяти, представляющий собою ПЗС-матрицу. Здесь он хранится в виде мозаики из заряженных элементов. Когда требуется воспроизвести изображение, каждый элемент матрицы получает сигнал-запрос о своем состоянии и, если на нем есть заряд, отвечает посылкой импульса. После математической обработки этих импульсов можно получить изображения на экране фотоаппарата, компьютера или телевизора. Для этого в каждом цифровом аппарате установлен мини-компьютер для обработки изображения.
Нелишне отметить, что, еще когда ваши отцы учились ходить, такие компьютеры уже были. Только они размещались 8 отдельных зданиях. А сегодня даже найти его внутри аппарата можно лишь с большим трудом. Вот как он уменьшился!..
А теперь об одном удивительном деле, на которое способен цифровой фотоаппарат.
На сменный блок памяти размером с ластик, вмещающий сорок полноценных фотокадров, можно снять кинофильм… длительностью десять минут. Это удивительно. Начнем с того, что в этом фильме, будь он снят на обычную кинопленку, должно быть 24x60x10 = 14 400 кадров. И все эти кадры имеются. Во всяком случае любой из них вы можете остановить и воспроизвести. Однако, рассуждая логически, их там быть не должно. Ведь место в памяти хватает только на сорок кадров. В чем же дело? Посмотрите на кинопленку. Кадры мало отличаются друг от друга. Почти неподвижен фон. Движется только герой. Но и в его позах можно найти много общего. Этим и пользуется специальная математическая программа. Она создает некий образ, в котором один кадр плавно перетекает в другой. За счет этого и происходит сокращение, свертывание объема информации, необходимого для записи движущегося изображения, в сотни раз.
На этот процесс, конечно, можно смотреть лишь как на услугу, потребительское удобство. Экзюпери как-то заметил, что «идя по лужам, можно промочить ноги, но можно и увидеть отражение неба».
Компьютер цифрового фотоаппарата, свертывая в плотный комок кинофильм, делает это в процессе успешного поиска закономерностей меняющегося мира. Не в этом ли предназначение и суть мышления? А если так, то снимем шляпу пред теми, кто создал этот маленький прибор — цифровой фотоаппарат.
С.СИНЕЛЬНИКОВ
Рисунки А. ИЛЬИНА