Oko w Sieci

Jeszcze do niedawna kupno kamery cyfrowej podłączanej do komputera pozostawało w sferze marzeń przeciętnych użytkowników pecetów. Dziś za umiarkowaną cenę można przeobrazić swój "blaszak" w pełnowartościowe centrum multimedialne.

Jeszcze do niedawna kupno kamery cyfrowej podłączanej do komputera pozostawało w sferze marzeń przeciętnych użytkowników pecetów. Dziś za umiarkowaną cenę można przeobrazić swój "blaszak" w pełnowartościowe centrum multimedialne.

Kamera internetowa od środka

Kamera internetowa od środka

Cyfrowe kamery internetowe znacznie się różnią od cyfrowych aparatów fotograficznych i kamer. Te ostatnie to samodzielne, bardzo specjalistyczne i skomplikowane urządzenia, które zapewniają doskonałą jakość zdjęć i filmów, co oczywiście kosztuje niemało (najtańsze aparaty cyfrowe od 900 złotych, kamery cyfrowe od 3000 złotych). Kamera internetowa z reguły działa jedynie wtedy, gdy jest podłączona do komputera, i nie ma własnych układów pamięci, w których można zapisywać uchwycone obrazy (choć jak zwykle są wyjątki od reguły - aparaty cyfrowe mogą pracować jako kamery internetowe, a te z kolei często oferują funkcję robienia zdjęć). Uproszczony schemat budowy tego typu urządzeń znajduje się na następnej stronie.

Oprócz obiektywu i pierścienia do ustawiania ostrości za obraz odpowiedzialna jest przede wszystkim matryca. To ona pozwala na powstanie cyfrowego zapisu obserwowanego obiektu. Jej centralną częścią jest płytka zbudowana z tysięcy miniaturowych diod światłoczułych, które zamieniają padające fotony (czyli światło) na elektrony (ładunki elektryczne). Im jaśniejsze światło pada na diodę, tym większy ładunek jest na niej kumulowany. Potem specjalny moduł, przetwornik analogowo-cyfrowy (analog-to-digital converter, ADC), mierzy natężenie ładunku elektrycznego na każdej diodzie (zapis analogowy) i koduje to, używając systemu binarnego (zapis cyfrowy).

W ten sposób mierzone jest natężenie światła. Jednakże diody nie są w stanie ustalić, jakie kolory niesie padające światło. Aby to zmierzyć, matryce filtrują padające światło pod kątem zawartości trzech podstawowych barw: czerwonej, zielonej i niebieskiej (system RGB). Metod filtrowania światła jest kilka - najdroższe kamery internetowe mają zwierciadło półprzezroczyste (beam splitter), które kieruje wiązki światła na trzy osobne matryce (po jednej dla każdego koloru).

Parametry techniczne i wyniki testów kamer internetowych

Parametry techniczne i wyniki testów kamer internetowych

W tej metodzie na każdej matrycy znajduje się identyczny obraz, ale w innym kolorze. Następnie te obrazy składa się w jeden, przypisując każdemu pikselowi zdjęcia wcześniej zmierzoną "ilość" każdej z barw. Schemat działania zwierciadła półprzezroczystego przedstawia rysunek "Kamera internetowa od środka".

Alternatywną metodą (i tańszą w produkcji) jest naświetlanie jednej matrycy wiązką światła przechodzącego kolejno przez filtr przepuszczający tylko światło czerwone, zielone i niebieskie. Podobnie jak przy użyciu zwierciadła na końcu tej operacji każdy piksel obrazu ma zapisaną zawartość każdej z barw, ale cały proces jest czasochłonny. Aby obraz był czytelny, w trakcie naświetlania każdym kolorem kamera i obiekt nie powinny się poruszać, co jest bardzo niepraktyczne (szczególnie w przypadku kamer). W celu wyeliminowanie tej niedogodności umieszczono jednokolorowy filtr na stałe nad każdą diodą światłoczułą. W ten sposób cała matryca została podzielona na miliony punktów (generalnie można nazywać je także pikselami), które tworzą siatkę składającą się z trzech podstawowych kolorów.

System wylicza ostateczny kolor każdego punktu z osobna, biorąc pod uwagę natężenie jego barwy (liczbę ładunków, które się zebrały na diodzie światłoczułej po filtrowaniu), natężenie barwy sąsiadujących z nim punktów oraz ogólne natężenie światła. Proces ten nazywany jest interpolacją. Aby go ułatwić, do podziału matrycy na kolorowe punkty stosuje się wzór filtru Bayera lub wzór filtru CMYK. Rysunek "Skąd się bierze kolor" pokazuje, jak wygląda matryca po nałożeniu tych filtrów. Gdy każdy punkt obrazu ma już wyliczony kolor, mikroprocesor układu uśrednia barwy sąsiadujących ze sobą pikseli, aby uniknąć efektu szachownicy. Postępuje przy tym zgodnie z algorytmem demozaikującym (demosaicing algorithm). W sumie dzięki tej procedurze kamery internetowe mogą rejestrować obrazy o 24-bitowej głębi kolorów (16 milionów kolorów). Gdy obraz jest już przygotowany, zostaje skompresowany i następnie przesłany do komputera.

Kupujemy kamerę internetową

Skąd się bierze kolor

Skąd się bierze kolor

Decydując się na zakup kamery internetowej, należy zwrócić szczególną uwagę na kilka najważniejszych parametrów technicznych. Łatwo się domyślić, że kluczową rolę odgrywa tutaj rodzaj matrycy obrazu. Obecnie na rynku dostępne są matryce produkowane w dwóch technologiach: CCD (Charge Coupled Device) oraz CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Generalna zależność między nimi jest następująca: matryce CCD oferują lepszy obraz i są droższe od matryc CMOS. Bardziej szczegółowo różnice między tymi technologiami omawiamy w ramce "CCD kontra CMOS".

Jeżeli bardzo zależy Ci na jakości obrazu, a mniej na pieniądzach, wybierz raczej kamerę z matrycą CCD. Natomiast oszczędnym zdecydowanie polecamy urządzenia oparte na technologii CMOS.

Po dokonaniu wyboru rodzaju matrycy warto się przyjrzeć rozdzielczości przechwytywanego obrazu (np. 640x480). Rozdzielczość oznacza w tym wypadku liczbę pionowych i poziomych linii pikseli. Im więcej, tym lepiej - obraz będzie wyraźniejszy i większy. Producenci przeważnie wymieniają dwie wielkości: maksymalną rozdzielczość wideo i maksymalną rozdzielczość zdjęć. Pierwsza wielkość określa jakość obrazu, gdy kamera przekazuje go w płynny sposób w postaci filmu, natomiast druga mówi o jakości zdjęć wykonanych kamerą. Czasami określa się, że kamera ma np. 0,3 megapiksela. Jest to całkowita liczba pikseli przypadających na obraz (640 x 480 - 307200 pikseli - 0,3 megapiksela).

CCD kontra CMOS

To właśnie wprowadzenie matryc CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) obok CCD (Charge Coupled Device) umożliwiło tak znaczny spadek cen kamer internetowych. W matrycach CCD diody światłoczułe są gęsto upakowane obok siebie, aby praktycznie każdy padający foton został wychwycony i przekonwertowany na ładunek elektryczny. Dzięki temu osiągnięto wyjątkową czułość na natężenie światła. Po konwersji zakumulowany ładunek elektryczny z każdej diody (piksela) jest transportowany przez układ scalony do przetwornika analogowo-cyfrowego znajdującego się z reguły na rogu płytki z diodami. Tam jest mierzony, a wynik zostaje przekonwertowany na postać cyfrową. Aby taka procedura była możliwa, matryce CCD muszą być produkowane na ściśle wyspecjalizowanych liniach produkcyjnych i wymagają bardzo skomplikowanego procesu wytwarzania. Dzięki temu otrzymujemy obraz o znakomitej jakości i wysokiej rozdzielczości (ze względu na gęstość upakowania diod - pikseli), odporny na zakłócenia.

Matryce CMOS budową przypominają tradycyjne chipsety, dlatego można je z powodzeniem wytwarzać na już istniejących liniach produkcyjnych, korzystając z technologii krzemowej.

W matrycy CMOS każdej diodzie towarzyszy kilka tradycyjnych transformatorów, które służą do pomiaru zbierającego się na niej ładunku. Ponieważ zajmują trochę miejsca, część fotonów uderzających w płytkę trafia w transformator zamiast w diodę. Z tego powodu matryce CMOS znacznie gorzej sprawują się w słabszym oświetleniu. Również brak miejsca sprawia, że oferują gorszą rozdzielczość (mniej pikseli mieści się na płytce). Rekompensatą za gorszą jakość jest znacznie mniejszy pobór mocy niż w przypadku matryc CCD (prawie stokrotnie) oraz dużo mniejszy koszt wytworzenia.


Zobacz również