الكاميرا الرقمية تعمل. كيف يعمل جهاز فك التشفير التلفزيوني لمشاهدة القنوات الرقمية؟ الطباعة الرقمية – كيف تعمل

إذا كنت ترغب في مشاهدة التلفزيون عالي الجودة في روسيا، فلا يمكنك الاستغناء عن المفاهيم الأساسية حول الرقمية. وأهم شيء يجب أن تعرفه هو أجهزة استقبال التلفزيون الرقمي أو أجهزة فك التشفير. سنخبرك بكل شيء عنهم!

جهاز الاستقبال الرقمي هو جهاز لاستقبال الإشارة التلفزيون الرقميوتحويله ونقله إلى تلفزيون تمثيلي من أي طراز على الإطلاق. غالبًا ما تسمى أجهزة الاستقبال الرقمية أيضًا بصناديق فك التشفير الرقمية أو موالفات التلفزيون أو أجهزة فك التشفير dvb-t2 أو ببساطة أجهزة استقبال dvb-t2. يشير التعيين "dvb-t2" إلى معيار التلفزيون الرقمي الذي يدعمه هذا المتلقي أو ذاك. اليوم، هناك العديد من معايير التلفزيون الرقمي المختلفة بشكل أساسي:
- DVB-T/T2 – التلفزيون الرقمي الأرضي
- DVB-S – القنوات الفضائية
- DVB-C – تلفزيون الكابل
- DVB-T – التلفزيون الرقمي الأرضي
- DVB-H – تلفزيون متنقل

أبسط وأكثرها سهولة اليوم هو التلفزيون الرقمي الأرضي بمعيار DVB-T2. هذا هو ما يجب أن يحل محل جميع أجهزة التلفزيون التناظرية في روسيا في المستقبل القريب جدًا كجزء من برنامج حكومي خاص. لذلك، سنناقش في هذه المقالة بشكل أكثر تحديدًا أجهزة استقبال التلفزيون الرقمية المصممة لاستقبال إشارة بمعيار DVB-T2. هناك أجهزة فك التشفير لأجهزة التلفاز المنزلية وللسيارات، وجميعها تعمل على نفس المبدأ، وتتميز جميعها بالتشغيل البسيط والوظائف الواسعة.

تعتبر مشاهدة القنوات التلفزيونية الرقمية هي المهمة الرئيسية للمتلقي، وتشمل الخيارات الإضافية ما يلي:

1. دعم صيغ الفيديو والصوت المختلفة
2. وظيفة التسجيل بث مباشرالتلفاز
3. تشغيل ملفات الوسائط المتعددة من محركات أقراص USB
4. وظيفة إيقاف البث المباشر مؤقتًا واستمرار التشغيل من لحظة توقفه
5. TimeShift - القدرة على تأخير مشاهدة برامج التلفزيون الرقمي

كيف يعمل جهاز استقبال التلفزيون الرقمي؟

مخطط العمل جهاز فك التشفير الرقميبسيط جدا. عند التردد المتوسط ​​الأول، تمر إشارة في نطاق 950-2150 ميجاهرتز من خرج مضخم الصوت المنخفض للمحول عبر الكابل إلى مستقبل الميكروويف الخاص بالمستقبل، ويتم تصحيح الأخطاء المحتملة في مزيل التشكيل، ويتم ينتقل الدفق المحدد عند الإخراج إلى أداة إزالة تعدد الإرسال، التي تفصل دفق المعلومات إلى فيديو وصوت وما إلى ذلك، حيث يتم تنفيذ فك التشفير. في وحدة فك ترميز دفق الفيديو MPEG-2، يتم فك تشفير إشارات الفيديو إلى فك ضغطها الإشارات الرقمية، والتي يتم تقسيمها أيضًا إلى مكونات: السطوع (U)، والأخضر (G)، والأحمر (R)، والأزرق (B).

يقوم جهاز تشفير التلفزيون الرقمي بتحويل المعايير، لذلك يمكنك توصيل جهاز استقبال يعمل بأحد المعايير الثلاثة للتلفزيون التناظري بمخرجه: PAL أو SECAM أو NTSC. ومن وحدة فك ترميز الصوت، يتم إخراج كل من الإشارات الرقمية والتناظرية. تم تصميم المعالج المتعدد للتحكم في وحدة فك تعدد الإرسال وعزل الإشارة عند استخدام نظام اتصال تفاعلي، وكذلك لعزل حزم البيانات المتكاملة. وبفضل الوحدة التحكم الرقميومستشعر IR، ومن الممكن التحكم في أجهزة الاستقبال باستخدام جهاز التحكم عن بعد.

سأبدأ في هذا العدد موضوعًا "طويل الأمد" حول كيفية تصميم الكاميرا الرقمية وعملها، وما تعنيه جميع أنواع الكلمات الذكية مثل "التصحيح" و"تعويض التعريض الضوئي"، والأهم من ذلك، كيفية استخدامها كل هذا عمدا.

بشكل عام، الكاميرا الرقمية هي جهاز يسمح لك بالحصول على صور للأشياء في شكل رقمي. بشكل عام، الفرق بين الكاميرا التقليدية والكاميرا الرقمية يكمن فقط في جهاز استقبال الصور. في الحالة الأولى، يكون مستحلبًا فوتوغرافيًا، والذي يتطلب بعد ذلك معالجة كيميائية. وفي الثانية يوجد مستشعر إلكتروني خاص يحول الضوء الساقط إلى إشارة كهربائية. يسمى هذا المستشعر بالمستشعر أو المصفوفة وهو في الحقيقة مصفوفة مستطيلة من الخلايا الحساسة للضوء موضوعة على بلورة واحدة من أشباه الموصلات.

عندما يضرب الضوء عنصر المصفوفة، فإنه ينتج إشارة كهربائية تتناسب مع كمية الضوء المستقبلة. ثم تتم قراءة الإشارات (في الوقت الحالي هي إشارات تناظرية) من عناصر المصفوفة وتحويلها إلى شكل رقمي بواسطة محول تناظري إلى رقمي (ADC). بعد ذلك، تتم معالجة البيانات الرقمية بواسطة معالج الكاميرا (نعم، تحتوي أيضًا على معالج) ويتم حفظها في شكل صورة.

لذا، فإن قلب أي كاميرا رقمية هو المستشعر. يوجد الآن تقنيتان رئيسيتان لإنتاج أجهزة الاستشعار - CCD (جهاز مقترن بالشحن) وCMOS. في مصفوفة CCD، أثناء التعرض (أي في لحظة التقاط الصور فعليًا)، تتراكم شحنة تتناسب مع شدة الضوء الساقط في العناصر الحساسة للضوء. عند قراءة البيانات، تنتقل هذه الشحنات من خلية إلى أخرى حتى تتم قراءة المصفوفة بأكملها (في الواقع، تتم القراءة صفًا تلو الآخر). في الأدب الشعبي، يحبون مقارنة هذه العملية بتمرير دلاء من الماء على طول سلسلة. يتم إنتاج مصفوفات CCD باستخدام تقنية MOS، وللحصول على صورة عالية الجودة، فإنها تتطلب توحيدًا عاليًا للمعلمات على كامل مساحة الشريحة. وفقا لذلك، فهي مكلفة للغاية.

بديل CCDs هو مصفوفات CMOS (أي CMOS باللغة الروسية). في جوهره، يشبه مستشعر CMOS تمامًا شريحة ذاكرة الوصول العشوائي - DRAM. أيضًا مصفوفة مستطيلة، وأيضًا المكثفات، وأيضًا قراءة الوصول العشوائي. تُستخدم الثنائيات الضوئية كعناصر حساسة للضوء في مصفوفات CMOS. بشكل عام، تعد مصفوفات CMOS أكثر ملاءمة للإنتاج باستخدام عمليات التصنيع المتطورة حاليًا. بالإضافة إلى ذلك، من بين أمور أخرى (كثافة تعبئة أعلى للعناصر، استهلاك أقل للطاقة، انخفاض السعر)، يتيح لك ذلك دمج الإلكترونيات ذات الصلة في شريحة واحدة باستخدام مصفوفة. صحيح، حتى وقت قريب، لم يتمكن CMOS من التنافس مع CCD من حيث الجودة، لذلك تم تصنيع الأجهزة الرخيصة بشكل أساسي مثل كاميرات الويب بناءً على مستشعرات CMOS. ومع ذلك، في الآونة الأخيرة، قامت العديد من الشركات الكبيرة (على وجه الخصوص، وحش الصناعة مثل كوداك) بتطوير تقنيات لإنتاج مصفوفات CMOS عالية الدقة وعالية الجودة. ظهرت أول كاميرا CMOS "خطيرة" (SLR رقمية بدقة 3 ميجابكسل) - Canon EOS-D30 - منذ عامين تقريبًا. وأظهرت كاميرات Canon EOS 1Ds وKodak Pro DCS-14n ذات التنسيق الكامل التي تم الإعلان عنها في معرض Photokina الأخير أخيرًا إمكانات مستشعرات CMOS. ومع ذلك، لا يزال يتم إنتاج معظم الكاميرات على أساس مصفوفات CCD.

أولئك الذين يرغبون في التعرف على كلتا التقنيتين بمزيد من التفاصيل يمكنهم البدء بهذا العنوان www.eecg.toronto.edu/~kphang/ece1352f/papers/ng_CCD.pdf، وسنواصل المضي قدمًا.

النقطة التالية هي أن عناصر المصفوفة (من أي نوع من الأنواع الموصوفة أعلاه) لا تدرك إلا شدة الضوء الساقط (أي أنها تعطي صورة بالأبيض والأسود). من أين يأتي اللون؟ للحصول على صورة ملونة، يوجد مرشح ضوء خاص بين العدسة والمصفوفة، يتكون من خلايا الألوان الأساسية (GRGB أو CMYG) الموجودة فوق وحدات البكسل المقابلة. علاوة على ذلك، بالنسبة للون الأخضر، يتم استخدام بيكسلين (في RGB، أو واحد في CMY)، لأن العين هي الأكثر حساسية لهذا اللون. يتم حساب اللون النهائي للبكسل في الصورة في مثل هذا النظام مع الأخذ في الاعتبار شدة العناصر المجاورة ذات الألوان المختلفة، ونتيجة لذلك، يتوافق كل بكسل أحادي اللون في المصفوفة مع بكسل ملون في الصورة. وبالتالي، فإن الصورة النهائية يتم دائمًا تحريفها بدرجة أو بأخرى (أي محسوبة ولا يتم الحصول عليها عن طريق تصوير الكائن مباشرة، مما يؤثر حتماً على جودة التفاصيل الصغيرة للصورة). أما بالنسبة لمرشحات محددة، في معظم الحالات يتم استخدام مصفوفة مستطيلة GRGB (مرشح باير).

هناك أيضًا شيء يسمى SuperCCD، اخترعه Fuji Photo Film ويستخدم في كاميرات Fuji منذ عام 2000. جوهر هذه التقنية هو أن وحدات البكسل (وعناصر مرشح الضوء - أيضًا GRGB) يتم ترتيبها على شكل مصفوفة قطرية غريبة.

علاوة على ذلك، لا تقوم الكاميرا بتحريف ألوان البكسلات نفسها فحسب، بل أيضًا ألوان النقاط الموجودة بينها. وبالتالي، تشير كاميرات Fuji دائمًا إلى دقة تبلغ ضعف عدد وحدات البكسل المادية (أحادية اللون)، وهذا غير صحيح. ومع ذلك، لا تزال تقنية Fuji ناجحة تمامًا - فمعظم الأشخاص الذين قارنوا جودة الصور من SuperCCD والكاميرات التقليدية يتفقون على أن جودة الصورة من SuperCCD تتوافق مع مصفوفة تقليدية بدقة تبلغ حوالي 1.5 مرة أكبر من الدقة المادية لـ SuperCCD . ولكن ليس 2 مرات، كما ذكر فوجي.

بعد الانتهاء من الحديث عن المرشحات، حان الوقت لذكر تقنية الاستشعار البديلة الثالثة، وهي Foveon X3. تم تطويره بواسطة Foveon وتم الإعلان عنه في ربيع هذا العام. يتمثل جوهر هذه التقنية في القراءة الفعلية للألوان الثلاثة لكل بكسل (من الناحية النظرية، ستكون دقة هذا المستشعر مكافئة لدقة المستشعر التقليدي الذي يحتوي على ثلاثة أضعاف عدد البكسلات). في هذه الحالة، لتقسيم الضوء الساقط إلى مكونات ملونة، يتم استخدام خاصية السيليكون (التي صنع منها المستشعر) لنقل الضوء بأطوال موجية مختلفة (أي اللون) إلى أعماق مختلفة. في الواقع، كل بكسل Foveon عبارة عن هيكل ثلاثي الطبقات، ويتوافق عمق العناصر النشطة مع الحد الأقصى لانتقال ضوء السيليكون للألوان الأساسية (RGB). في رأيي، فكرة واعدة جدا. على الأقل من الناحية النظرية. لأنه من الناحية العملية، تظل أول كاميرا تم الإعلان عنها تعتمد على Foveon X3 هي الوحيدة في الوقت الحالي. ولم تبدأ عمليات التسليم فعليًا بعد. وقد كتبنا بمزيد من التفصيل عن هذه التقنية في العدد السادس من الصحيفة هذا العام.

ومع ذلك، دعونا نعود إلى أجهزة الاستشعار. السمة الرئيسية لأي مصفوفة، من وجهة نظر المستخدم النهائي، هي دقتها - أي عدد العناصر الحساسة للضوء. يتم الآن تصنيع معظم الكاميرات على أساس مصفوفات بدقة 2-4 ميجابكسل (مليون بكسل). وبطبيعة الحال، كلما زادت دقة المصفوفة، كلما كانت الصورة أكثر تفصيلا التي يمكنك الحصول عليها عليها. وبطبيعة الحال، كلما كانت المصفوفة أكبر، كلما كانت أكثر تكلفة. ولكن عليك دائمًا أن تدفع مقابل الجودة. ترتبط دقة المصفوفة وحجم الصورة الناتجة بالبكسل ارتباطًا مباشرًا، على سبيل المثال، في كاميرا ميجابكسل سنحصل على صورة بحجم 1024 × 960 = 983040. ويجب القول أن زيادة دقة المصفوفة هي إحدى المهام الرئيسية التي يواجهها مصنعو الكاميرات الرقمية حاليًا. لنفترض، قبل ثلاث سنوات، كانت معظم الكاميرات ذات النطاق السعري المتوسط ​​\u200b\u200bمجهزة بمصفوفات ميجابكسل. قبل عامين، ارتفع هذا العدد إلى اثنين ميغابيكسل. قبل عام كان يساوي بالفعل ثلاثة أو أربعة ميجابكسل. الآن، تم تجهيز معظم طرازات الكاميرات الحديثة بأجهزة استشعار بدقة 4-5 ميجابكسل. وهناك بالفعل العديد من النماذج شبه الاحترافية المجهزة بمصفوفات أكبر من 10 ميجابكسل. على ما يبدو، في مكان ما على هذا المستوى، سيتوقف السباق، لأن الصورة من مصفوفة 10 ميجابكسل تساوي تقريبا في التفاصيل الصورة الملتقطة على فيلم قياسي 35 ملم.

بالمناسبة، لا تخلط بين دقة المصفوفة بالشكل الذي حددناه أعلاه والدقة. ويعرف الأخير بأنه قدرة الكاميرا على فصل صورة كائنين ويتم قياسه عادة عن طريق التقاط صورة خطية ذات مسافة معروفة بين الخطوط. تصف الدقة خصائص النظام البصري بأكمله للكاميرا - أي المصفوفة والعدسة. من حيث المبدأ، يرتبط القرار وقوة التحليل، ولكن هذه العلاقة لا تتحدد فقط من خلال معلمات المصفوفة، ولكن أيضًا من خلال جودة البصريات المستخدمة في الكاميرا.

السمة التالية للكاميرا الرقمية المرتبطة مباشرة بالمصفوفة هي الحساسية. أو بتعبير أدق حساسية للضوء. تصف هذه المعلمة، كما يوحي اسمها، حساسية المصفوفة للضوء الساقط، ومن حيث المبدأ، تشبه تمامًا الحساسية للضوء الخاصة بمواد التصوير الفوتوغرافي التقليدية. على سبيل المثال، يمكنك شراء فيلم من متجر بحساسية 100 أو 200 أو 400 وحدة. بنفس الطريقة، يمكنك ضبط حساسية المصفوفة، ولكن ميزة الكاميرا الرقمية هي أنه يتم ضبط الحساسية بشكل فردي لكل إطار. على سبيل المثال، في ضوء الشمس الساطع، يمكنك التصوير بحساسية 100 أو 50، وللتصوير الليلي، يمكنك التبديل إلى 400 (وفي بعض الكاميرات حتى 1400). تتيح لك معظم الكاميرات الرقمية ضبط قيم الحساسية القياسية - 50 و100 و200 و400. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام التعريض التلقائي تغيير الحساسية بسلاسة. نظرًا لأنه يتم ضبط الحساسية فعليًا عن طريق تغيير كسب الإشارة من المصفوفة، فمن السهل جدًا تنفيذ ذلك في الكاميرا.

يتم قياس الحساسية بوحدات ISO (على الأقل بالنسبة للكاميرات الرقمية فقد أصبحت بالفعل المعيار). يمكنك أن ترى كيف يتم تحويلها إلى وحدات DIN وGOST في الجدول.

غوست	8	11	32	65	90	180	250
ايزو	9	12	35	70	100	200	300
الدين	10	11-20	16	19-20	21	24	25-26

ومع ذلك، فإن الحساسية القابلة للتعديل لها عيوبها. نظرًا لأن خصائص المصفوفة لا تتغير فعليًا في هذه الحالة، ولكن يتم تضخيم الإشارة الموجودة ببساطة، فإن خاصية الضوضاء لأي جهاز إلكتروني تبدأ في الظهور أكثر فأكثر في الصورة. يؤدي هذا إلى تقليل النطاق الديناميكي العامل للكاميرا بشكل كبير، لذلك لن تحصل على صورة جيدة عند الحساسية العالية. بالمناسبة، يمكن مواجهة مشكلة مماثلة مع التعرض الطويل - أي مصفوفة صاخبة، ومع مرور الوقت تتراكم الضوضاء. في الوقت الحاضر، تطبق العديد من الكاميرات خوارزميات خاصة لتقليل الضوضاء من أجل التعرض الطويل، ولكنها تميل إلى تلطيف الصورة وطمس التفاصيل الدقيقة. بشكل عام، لا يمكنك الجدال مع قوانين الفيزياء، ولكن لا تزال القدرة على ضبط الحساسية تعد إضافة كبيرة للكاميرات الرقمية.

كونستانتين أفاناسييف

© 2014 الموقع

لكي تتمتع بالتحكم الكامل في عملية الحصول على صورة رقمية، يجب أن يكون لديك على الأقل فهم عام لهيكل الكاميرا الرقمية ومبدأ تشغيلها.

الفرق الأساسي الوحيد بين الكاميرا الرقمية وكاميرا الفيلم هو طبيعة المادة الحساسة للضوء المستخدمة فيها. إذا كان الفيلم موجودًا في الكاميرا السينمائية، فهو في الكاميرا الرقمية عبارة عن مصفوفة حساسة للضوء. وكما أن عملية التصوير الفوتوغرافي التقليدية لا يمكن فصلها عن خصائص الفيلم، فإن عملية التصوير الفوتوغرافي الرقمي تعتمد إلى حد كبير على كيفية تحويل المصفوفة الضوء الذي تركز عليه العدسة إلى رمز رقمي.

مبدأ تشغيل المصفوفة الضوئية

المصفوفة الحساسة للضوء أو المستشعر الضوئي هي دارة متكاملة(وبعبارة أخرى، رقاقة السيليكون) تتكون من أصغر العناصر الحساسة للضوء - الثنائيات الضوئية.

هناك نوعان رئيسيان من أجهزة الاستشعار: CCD (جهاز مقترن بالشحن، المعروف أيضًا باسم CCD - جهاز مقترن بالشحن) وCMOS (أشباه الموصلات المعدنية المكملة، المعروف أيضًا باسم CMOS - أشباه الموصلات المعدنية المكملة). يقوم كلا النوعين من المصفوفات بتحويل طاقة الفوتونات إلى إشارة كهربائية، والتي تخضع بعد ذلك للرقمنة، ومع ذلك، إذا كانت الإشارة الناتجة عن الثنائيات الضوئية، في حالة مصفوفة CCD، تدخل معالج الكاميرا في شكل تناظري، وعندها فقط يتم رقمنتها مركزيًا، ثم في مصفوفة CMOS، يتم تجهيز كل ثنائي ضوئي بمحول رقمي تناظري فردي (ADC)، وتدخل البيانات إلى المعالج في شكل منفصل. بشكل عام، الاختلافات بين مصفوفات CMOS وCCD، على الرغم من أنها أساسية بالنسبة للمهندس، إلا أنها غير ذات أهمية على الإطلاق بالنسبة للمصور. بالنسبة لمصنعي معدات التصوير الفوتوغرافي، من المهم أيضًا أن تكون مصفوفات CMOS، نظرًا لكونها أكثر تعقيدًا وتكلفة في التطوير من مصفوفات CCD، أكثر ربحية من الأخيرة في الإنتاج الضخم. لذا فإن المستقبل على الأرجح يكمن في تقنية CMOS لأسباب اقتصادية بحتة.

تتمتع الثنائيات الضوئية، التي تشكل أي مصفوفة، بالقدرة على تحويل طاقة تدفق الضوء إلى الشحنة الكهربائية. كلما زاد عدد الفوتونات التي يلتقطها الثنائي الضوئي، زاد إنتاج الإلكترونات عند الخرج. من الواضح أنه كلما كانت المساحة الإجمالية لجميع الثنائيات الضوئية أكبر، كلما زادت كمية الضوء التي يمكنهم إدراكها، وكلما زادت حساسية المصفوفة للضوء.

لسوء الحظ، لا يمكن وضع الثنائيات الضوئية بالقرب من بعضها البعض، حيث لن يكون هناك مساحة على المصفوفة للإلكترونيات المصاحبة للثنائيات الضوئية (وهو أمر مهم بشكل خاص لمصفوفات CMOS). يبلغ متوسط ​​سطح المستشعر الحساس للضوء 25-50% من مساحته الإجمالية. لتقليل فقدان الضوء، يتم تغطية كل ثنائي ضوئي بعدسات ميكروية أكبر في المساحة وتتلامس فعليًا مع العدسات الدقيقة للثنائيات الضوئية المجاورة. تقوم العدسات الدقيقة بجمع الضوء الساقط عليها وتوجيهه إلى الثنائيات الضوئية، وبالتالي زيادة حساسية المستشعر للضوء.

عند الانتهاء من التعريض، تتم قراءة الشحنة الكهربائية الناتجة عن كل ثنائي ضوئي، وتضخيمها، وتحويلها إلى كود ثنائي بعمق بت معين باستخدام محول تناظري إلى رقمي، والذي يتم بعد ذلك إرساله إلى معالج الكاميرا لمزيد من المعالجة. يتوافق كل ثنائي ضوئي للمصفوفة (وإن لم يكن دائمًا) مع بكسل واحد من الصورة المستقبلية.

شكرًا لكم على اهتمامكم!

فاسيلي أ.

ما بعد السيناريو

إذا وجدت المقالة مفيدة وغنية بالمعلومات، يمكنك دعم المشروع من خلال المساهمة في تطويره. إذا لم يعجبك المقال، ولكن لديك أفكار حول كيفية تحسينه، فسيتم قبول انتقاداتك مع امتنان لا يقل عن ذلك.

يرجى تذكر أن هذه المقالة تخضع لحقوق الطبع والنشر. يُسمح بإعادة الطبع والاقتباس بشرط وجود رابط صالح للمصدر، ويجب عدم تشويه النص المستخدم أو تعديله بأي شكل من الأشكال.

الكاميرات الحديثة تفعل كل شيء بنفسها - لالتقاط صورة، يحتاج المستخدم فقط إلى الضغط على الزر. ولكن لا يزال الأمر مثيرًا للاهتمام: بأي سحر تدخل الصورة إلى الكاميرا؟ سنحاول شرح المبادئ الأساسية للكاميرات الرقمية.

الأجزاء الرئيسية

في الأساس، تصميم الكاميرا الرقمية يتبع تصميم الكاميرا التناظرية. يكمن الاختلاف الرئيسي بينهما في العنصر الحساس للضوء الذي تتشكل عليه الصورة: في الكاميرات التناظرية يكون فيلمًا، وفي الكاميرات الرقمية يكون مصفوفة. يمر الضوء عبر العدسة إلى المصفوفة، حيث يتم تشكيل الصورة، والتي يتم بعد ذلك تسجيلها في الذاكرة. الآن دعونا نلقي نظرة على هذه العمليات بمزيد من التفصيل.

تتكون الكاميرا من جزأين رئيسيين - الجسم والعدسة. يحتوي الجسم على مصفوفة، ومصراع (ميكانيكي أو إلكتروني، وأحيانا كليهما)، ومعالج وعناصر تحكم. العدسة، القابلة للفصل أو التكامل، هي مجموعة من العدسات الموجودة في غلاف بلاستيكي أو معدني.

من أين تأتي الصورة؟

تتكون المصفوفة من العديد من الخلايا الحساسة للضوء - البكسلات. كل خلية، عندما يضربها الضوء، تنتج إشارة كهربائية تتناسب مع شدة تدفق الضوء. نظرا لأنه يتم استخدام المعلومات حول سطوع الضوء فقط، فقد تبين أن الصورة بالأبيض والأسود، ولجعلها ملونة، عليك اللجوء إلى الحيل المختلفة. تتم تغطية الخلايا بمرشحات الألوان - في معظم المصفوفات، يتم تغطية كل بكسل بمرشح أحمر أو أزرق أو أخضر (واحد فقط!) وفقًا لنظام الألوان RGB (الأحمر والأخضر والأزرق) المعروف. لماذا هذه الألوان بالذات؟ لأنها هي الأساسية، ويتم الحصول على الباقي عن طريق مزجها وتقليل تشبعها أو زيادته.

في المصفوفة، يتم ترتيب المرشحات في مجموعات من أربعة، بحيث يكون لكل اثنين من المرشحات الخضراء واحد أزرق وواحد أحمر. وذلك لأن العين البشرية هي الأكثر حساسية للون الأخضر. الأشعة الضوئية ذات الأطياف المختلفة لها أطوال موجية مختلفة، وبالتالي فإن المرشح ينقل فقط الأشعة ذات اللون الخاص به إلى داخل الخلية. تتكون الصورة الناتجة فقط من وحدات بكسل حمراء وزرقاء وخضراء - وهذا هو الشكل الذي يتم به تسجيل ملفات RAW (التنسيق الخام). للتسجيل ملفات جبيغو TIFF، يقوم معالج الكاميرا بتحليل قيم الألوان للخلايا المجاورة وحساب لون البكسلات. تسمى عملية المعالجة هذه باستيفاء الألوان، وهي مهمة للغاية لإنتاج صور فوتوغرافية عالية الجودة.

يسمى هذا الترتيب للمرشحات على خلايا المصفوفة بنمط باير

هناك نوعان رئيسيان من المصفوفات، ويختلفان في طريقة قراءة المعلومات من المستشعر. في المصفوفات من نوع CCD، تتم قراءة المعلومات من الخلايا بشكل تسلسلي، لذلك يمكن أن تستغرق معالجة الملفات وقتًا طويلاً. على الرغم من أن هذه المستشعرات "مدروسة"، إلا أنها رخيصة نسبيًا، بالإضافة إلى أن مستوى الضوضاء في الصور الملتقطة بمساعدتها أقل.

مصفوفة نوع CCD

في مصفوفات نوع CMOS (CMOS)، تتم قراءة المعلومات بشكل فردي من كل خلية. يتم تحديد كل بكسل بإحداثيات، مما يسمح لك باستخدام المصفوفة لقياس التعريض والتركيز التلقائي.

مصفوفة CMOS

أنواع المصفوفات الموصوفة هي طبقة واحدة، ولكن هناك أيضًا ثلاث طبقات، حيث تدرك كل خلية ثلاثة ألوان في وقت واحد، وتميز تدفقات الألوان الملونة المختلفة حسب الطول الموجي.

مصفوفة ثلاثية الطبقات

لقد سبق ذكر معالج الكاميرا أعلاه - فهو المسؤول عن جميع العمليات التي تنتج الصورة. يحدد المعالج معلمات التعرض ويقرر أي منها يجب تطبيقه في موقف معين. من المعالج و برمجةتعتمد جودة الصور وسرعة الكاميرا.

مع النقر على مصراع الكاميرا

يقيس الغالق مقدار الوقت الذي يتعرض فيه الضوء للمستشعر (سرعة الغالق). في الغالبية العظمى من الحالات، يتم قياس هذه المرة بأجزاء من الثانية - كما يقولون، ولن يكون لديك وقت للرمش. في كاميرات SLR الرقمية، كما هو الحال في كاميرات الأفلام، يتكون الغالق من ستائر غير شفافة تغطي المستشعر. بسبب هذه الستائر في كاميرات SLR الرقمية، من المستحيل عرض الشاشة - لأن المصفوفة مغلقة ولا يمكنها نقل الصورة إلى الشاشة.

في الكاميرات المدمجة، لا يتم تغطية المصفوفة بواسطة مصراع، وبالتالي يمكنك تكوين الإطار وفقًا للشاشة

عند الضغط على زر الغالق، يتم تشغيل الستائر بواسطة النوابض أو المغناطيسات الكهربائية، مما يسمح للضوء بالدخول وتشكيل صورة على المستشعر - هذه هي الطريقة التي يعمل بها الغالق الميكانيكي. لكن الكاميرات الرقمية تحتوي أيضًا على مصاريع إلكترونية، وهي تُستخدم في الكاميرات المدمجة. الغالق الإلكتروني، على عكس الميكانيكي، لا يمكن لمسه بيديك، فهو افتراضي بشكل عام. تكون مصفوفة الكاميرات المدمجة مفتوحة دائمًا (وهذا هو السبب في أنه يمكنك التقاط لقطة أثناء النظر إلى الشاشة، وليس من خلال عدسة الكاميرا)، ولكن عند الضغط على زر الغالق، يتم تعريض الإطار لوقت التعرض المحدد، ثم مسجلة في الذاكرة. نظرًا لأن المصاريع الإلكترونية لا تحتوي على ستائر، فقد تكون سرعات مصراعها قصيرة جدًا.

دعونا نركز

كما ذكر أعلاه، غالبا ما يتم استخدام المصفوفة نفسها للتركيز التلقائي. بشكل عام، هناك نوعان من التركيز التلقائي - النشط والسلبي.

للتركيز التلقائي النشط، تتطلب الكاميرا جهاز إرسال واستقبال يعمل بالأشعة تحت الحمراء أو بالموجات فوق الصوتية. يقيس نظام الموجات فوق الصوتية المسافة إلى الجسم باستخدام طريقة تحديد الموقع بالصدى للإشارة المنعكسة. يتم التركيز السلبي باستخدام طريقة تقدير التباين. تجمع بعض الكاميرات الاحترافية بين كلا النوعين من التركيز.

من حيث المبدأ، يمكن استخدام منطقة المستشعر بأكملها للتركيز، وهذا يسمح للمصنعين بوضع العشرات من مناطق التركيز عليه، وكذلك استخدام نقطة تركيز "عائمة"، والتي يمكن للمستخدم وضعها أينما يريد.

مكافحة التشويه

إنها العدسة التي تشكل الصورة على المصفوفة. تتكون العدسة من عدة عدسات - ثلاث أو أكثر. لا يمكن لعدسة واحدة إنشاء صورة مثالية، بل ستتشوه عند الحواف (وهذا ما يسمى الانحراف). بشكل تقريبي، يجب أن يذهب شعاع الضوء مباشرة إلى المستشعر دون أن ينتشر على طول الطريق. إلى حد ما، يتم تسهيل ذلك بواسطة الحجاب الحاجز - لوحة مستديرة مع ثقب في المنتصف، تتكون من عدة شفرات. لكن من المستحيل إغلاق الفتحة كثيرًا - ولهذا السبب، تقل كمية الضوء التي تدخل المستشعر (والذي يستخدم عند تحديد التعرض المطلوب). إذا قمت بتجميع عدة عدسات متسلسلة ذات خصائص مختلفة، فإن التشوهات الناتجة عنها معًا ستكون أقل بكثير من انحرافات كل منها على حدة. كلما زاد عدد العدسات، قل الانحراف وقل الضوء الذي يصل إلى المستشعر. بعد كل شيء، الزجاج، بغض النظر عن مدى شفافيته بالنسبة لنا، لا ينقل كل الضوء - جزء ما مبعثر، جزء ينعكس. للتأكد من أن العدسات تنقل أكبر قدر ممكن من الضوء، فهي مغلفة بطبقة خاصة مضادة للانعكاس. إذا نظرت إلى عدسة الكاميرا، فسترى أن سطح العدسة يلمع بقوس قزح - وهذا طلاء مضاد للانعكاس.

وتقع العدسات داخل العدسة بهذا الشكل تقريبًا

إحدى خصائص العدسة هي الفتحة، وهي قيمة الفتحة القصوى المفتوحة. يشار إليه على العدسة، على سبيل المثال، على النحو التالي: 28/2، حيث 28 هو البعد البؤري و2 هي نسبة الفتحة. بالنسبة لعدسة التكبير، تبدو العلامات كما يلي: 14-45/3.5-5.8. تتم الإشارة إلى قيمتين للفتحة للتكبير/التصغير، حيث أن لهما قيمًا دنيا مختلفة للفتحة عند الزاوية العريضة والمقربة. أي أنه عند الأطوال البؤرية المختلفة ستكون نسبة الفتحة مختلفة.

الطول البؤري، المشار إليه في جميع العدسات، هو المسافة من العدسة الأمامية إلى مستقبل الضوء (في هذه الحالة، المصفوفة). يحدد البعد البؤري زاوية رؤية العدسة ونطاقها، إذا جاز التعبير، أي إلى أي مدى "ترى". تعمل العدسات ذات الزاوية الواسعة على نقل الصورة بعيدًا عن رؤيتنا الطبيعية، بينما تعمل العدسات المقربة على تقريبها ولها زاوية رؤية صغيرة.

لا تعتمد زاوية رؤية العدسة على طولها البؤري فحسب، بل تعتمد أيضًا على قطري مستقبل الضوء. بالنسبة لكاميرات الأفلام مقاس 35 مم، تعتبر العدسة ذات البعد البؤري 50 مم عادية (أي تقابل تقريبًا زاوية الرؤية للعين البشرية). العدسات ذات البعد البؤري الأقصر هي "زاوية واسعة"، وتلك ذات البعد البؤري الأطول هي "المقربة".

الجزء الأيسر من النقش السفلي على العدسة هو البعد البؤري للزوم، والجزء الأيمن هو نسبة الفتحة

وهنا تكمن المشكلة، حيث يُشار غالبًا إلى ما يعادل 35 مم بجوار البعد البؤري للعدسة الرقمية. قطري المصفوفة أصغر من قطري الإطار 35 مم، وبالتالي من الضروري "تحويل" الأرقام إلى مكافئ أكثر دراية. وبسبب هذه الزيادة نفسها في البعد البؤري، يصبح التصوير بزاوية واسعة مستحيلًا تقريبًا في كاميرات SLR المزودة بعدسات "فيلم". العدسة ذات البعد البؤري 18 مم في كاميرا الأفلام هي عدسة ذات زاوية واسعة للغاية، ولكن في الكاميرا الرقمية سيكون البعد البؤري المكافئ لها حوالي 30 مم، أو حتى أطول. أما بالنسبة للعدسات المقربة، فإن زيادة "نطاقها" يفيد المصورين فقط، لأن العدسة العادية ذات البعد البؤري 400 ملم، على سبيل المثال، باهظة الثمن للغاية.

عدسة الكاميرا

في كاميرات الأفلام، يمكنك فقط إنشاء إطار باستخدام عدسة الكاميرا. تسمح لك الأجهزة الرقمية بنسيان الأمر تمامًا، لأنه في معظم الطرز يكون من الملائم أكثر استخدام الشاشة لهذا الغرض. لا تحتوي بعض الكاميرات المدمجة جدًا على عدسة الكاميرا على الإطلاق، وذلك ببساطة لأنه لا يوجد مكان لأحدها. أهم شيء في عدسة الكاميرا هو ما يمكنك رؤيته من خلاله. على سبيل المثال، تسمى كاميرات SLR على وجه التحديد بسبب ميزات تصميم عدسة الكاميرا. تنتقل الصورة من خلال العدسة عبر نظام المرايا إلى عدسة الكاميرا، وبذلك يرى المصور المساحة الحقيقية للإطار. أثناء التصوير، عندما يفتح الغالق، ترتفع المرآة التي تحجبه وتسمح بدخول الضوء إلى المستشعر الحساس. هذه التصاميم، بطبيعة الحال، تتعامل مع مهامها بشكل مثالي، لكنها تشغل مساحة كبيرة جدًا، وبالتالي فهي غير قابلة للتطبيق تمامًا في الكاميرات المدمجة.

هذه هي الطريقة التي تدخل بها الصورة من خلال نظام المرآة إلى عدسة الكاميرا الخاصة بكاميرا SLR

تستخدم الكاميرات المدمجة محددات الرؤية البصرية ذات الرؤية الحقيقية. هذا، تقريبًا، ثقب في جسم الكاميرا. لا يشغل معين المنظر هذا مساحة كبيرة، لكن نظرة عامة عليه لا تتوافق مع ما "تراه" العدسة. هناك أيضًا كاميرات ذات مرآة زائفة مع محددات منظر إلكترونية. تحتوي معينات المنظر هذه على شاشة صغيرة، يتم نقل الصورة إليها مباشرة من المصفوفة - تمامًا مثل الشاشة الخارجية.

فلاش

من المعروف أن الفلاش، وهو مصدر ضوء نابض، يستخدم للإضاءة حيث لا تكون الإضاءة الرئيسية كافية. عادةً ما لا تكون الفلاشات المدمجة قوية جدًا، لكن نبضها يكفي لإضاءة المقدمة. يوجد أيضًا في الكاميرات شبه الاحترافية والاحترافية جهة اتصال لتوصيل فلاش خارجي أكثر قوة، ويسمى "الحذاء الساخن".

هذه بشكل عام هي العناصر والمبادئ الأساسية لتشغيل الكاميرا الرقمية. أوافق، عندما تعرف كيف يعمل الجهاز، فمن الأسهل تحقيق نتائج عالية الجودة.

أصبح التوقيع الرقمي الإلكتروني معروفًا على نطاق واسع الآن - حيث تتحول العديد من الشركات الحديثة ببطء إلى إدارة المستندات الإلكترونية. نعم وفي الحياة اليوميةربما واجهت هذا الشيء. باختصار، جوهر التوقيع الرقمي بسيط للغاية: يوجد مركز لإصدار الشهادات، وهناك مولد مفاتيح، والمزيد من السحر، وفويلا - تم توقيع جميع المستندات. يبقى معرفة نوع السحر الذي يسمح به توقيع إلكترونيعمل.

خريطة الطريق

هذا هو الدرس الخامس في سلسلة "الغوص في التشفير". جميع دروس السلسلة بالترتيب الزمني:

1. توليد المفاتيح

يكمن سبب قوة RSA في صعوبة تحليل الأعداد الكبيرة. بمعنى آخر، من الصعب للغاية استخدام القوة الغاشمة للعثور على مثل هذه الأعداد الأولية التي تعطي في المنتج معامل n. يتم إنشاء المفاتيح بنفس طريقة التوقيع والتشفير.

بمجرد إنشاء المفاتيح، يمكنك البدء في حساب التوقيع الإلكتروني.

2. حساب التوقيع الإلكتروني

3. التحقق من التوقيع الإلكتروني

RSA، كما نعلم، على وشك التقاعد لأن قوة الحوسبة تنمو بسرعة فائقة. ليس بعيدًا اليوم الذي يمكن فيه تخمين مفتاح RSA 1024 بت في دقائق. ومع ذلك، سنتحدث عن أجهزة الكمبيوتر الكمومية في المرة القادمة.

بشكل عام، لا يجب الاعتماد على قوة نظام توقيع RSA هذا، خاصة مع المفاتيح "القوية للتشفير" كما في مثالنا.

الاستمرارية متاحة فقط للأعضاء

الخيار 1. انضم إلى مجتمع "الموقع" لقراءة جميع المواد الموجودة على الموقع

ستمنحك العضوية في المجتمع خلال الفترة المحددة إمكانية الوصول إلى جميع مواد Hacker، وزيادة الخصم التراكمي الشخصي الخاص بك وتسمح لك بتجميع تصنيف Xakep Score الاحترافي!