Цифровая фотография: зигзаги истории

Евгений Лебеденко / 15.06.2011 / 11:59

Покупая очередную электронную новинку, мы даже не удивляемся, что в списке ее функций числится возможность фото- и видеосъемки. Без этого сейчас никуда: практически все социальные сервисы в той или иной степени связаны с возможностью поделиться изображениями и видеороликами нас любимых или обстановки, в которой мы оказались. Способности встроенной в гаджет цифровой камеры являются одним из критериев его статусности – наряду с тактовой частотой процессора и диагональю экрана.

Ну а в мире профессиональной и любительской фотографии цифровые камеры уверенно отвоевали позиции у своих пленочных предков еще десять лет назад. В цифровой фотоармии имеются как рядовые, представленные легионом цифромыльниц, так и генералы, наподобие пятидесятимегапиксельной Hasselblad H4D-50MS, и даже генералиссимусы, вроде умопомрачительной DECam с 570-мегапиксельным сенсором, разработанной исследовательским центром Fermilab для съемок темной материи.

Кажется, что поступь цифровой фотосъемки всегда была прямолинейно уверенной. А между тем, заглянув за занавес истории, можно увидеть, что по дорожке коммерческого успеха дело современной фотографии шло сильно петляя.

Между пленкой и цифрой

Потребность в фотокамерах, способных не только сделать фотографию, но и самостоятельно передать ее в цифровом виде на большое расстояние, возникла в эпоху первых шагов человечества в освоении космоса. В 1959 году автоматическая космическая станция «Луна-3», облетев наш естественный спутник, сделала и передала на Землю первые в мире изображения обратной стороны Луны. За этим удивительным триумфом советской космонавтики стоял труд специалистов ленинградского Всесоюзного научно-исследовательского института телевидения и Красногорского завода имени С.А. Зверева, разработавших фототелевизионный комплекс «Енисей».

Бортовая часть фототелевизионного комплекса «Енисей» была оснащена обычной пленочной камерой.

Предназначенный для передачи и приема неподвижных изображений, «Енисей» состоял из наземной и бортовой частей. Бортовая составляющая комплекса включала в свой состав двухобъективный фотоаппарат АФА-Е1, проявочный комплекс, а также транслятор телевизионного сигнала.

Фотопленка с изображениями лунной поверхности, сделанными с расстояния около 65 000 километров, автоматически проявлялась и перематывалась в специальный накопитель.

В составе бортовой части «Енисея» была собственная проявочная лаборатория.

Из него пленка покадрово передавалась в устройство телепередачи. Для надежной отправки телесигнала с такого далекого расстояния комплекс «Енисей» работал в так называемом «медленном» режиме. Длительность одной строки, содержащей около тысячи элементов, составляла 1,25 секунды. Кадр передавался на Землю в течение тридцати минут, где фиксировался наземным комплексом «Енисей II» на магнитофон, 35-миллиметровую кинопленку с помощью фоторегистрирующего устройства и на специальный экран скиатрон – электронно-лучевую трубку с длительным послесвечением.

Наземная часть комплекса «Енисей II» для «медленного» приема изображения.

Первым изображением, переданным на Землю, была штриховая мира.

Вот так выглядела обратная сторона Луны на экране скиатрона.

Правда первой фотографией, которую получили на Земле, была не поверхность Луны, а... штриховая мира – телевизионная тест-сетка, заблаговременно впечатанная на пленку. Фототелевизионный комплекс «Енисей» был, конечно же, пленочный и аналоговый. Тем не менее он на годы вперед определил принцип работы будущих беспленочных (filmless) фотоаппаратов – получение фотоизображения путем фиксации и последующего сохранения видеокадра.

Фотосенсоры – сердце фотоцифры

В 1969 году сотрудники лаборатории Bell Labs, принадлежащей американскому коммуникационному гиганту AT&T, Уиллард Бойл и Джордж Смит, сделали открытие, ставшее началом конца пленочной фотографии. Работая над новым видом полупроводниковой памяти, которая должна была заменить широко используемую в тогдашних ЭВМ память на магнитных сердечниках, инженеры разработали прибор с зарядовой связью (CCD – Charge-Coupled Device). Неожиданной для Бойла и Смита функцией их нового элемента памяти стал фотоэлектрический эффект, позволяющий передавать и сохранять информацию о величине заряда каждого элемента CCD-матрицы в зависимости от степени его освещенности. Быстро оценив перспективы применения CCD, изобретатели предложили руководству AT&T идею видеотелефона. Для ее демонстрации Бойл и Смит в 1970-м создают прототип видеокамеры на базе CCD-матрицы, который на целые пять лет так и остается прототипом.

Разработчики CCD-матрицы Смит и Бойл демонстрируют прототип первой электронной телекамеры.

Между тем в 1973 году компания Fairchaild Imaging, дочернее предприятие известного производителя полупроводников Fairchild, начинает коммерческий выпуск черно-белых CCD-матриц с разрешающей способностью 100 на 100 пикселей. Именно эти простенькие микросхемы и приводят к фактическому появлению первых прототипов нынешних цифровых камер.

Первая коммерчески успешная CCD-матрица была разработана компанией Fairchild Imaging.

Параллельно с фотовозможностями технологии CCD чувствительность к свету была выявлена и в CMOS (Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) элементах, объединенных в матрицу. Изобретенные в 1963 году сотрудником все той же Fairchild Френком Ванлассом CMOS-элементы мучительно долго пробивали себе дорогу в мир цифровой фотографии. Являясь более дешевыми в производстве, CMOS-матрицы долгое время не могли соревноваться в светочувствительности и разрешающей способности с сенсорами CCD. По сути, составить конкуренцию приборам с зарядовой связью CMOS-технология смогла только в середине 90-х годов прошлого столетия, когда в лаборатории реактивного движения NASA была разработана APS (Active Pixel Sensor) – CMOS-матрица нового поколения, каждый пиксель которой имел собственный усилитель.

Таким образом, благодаря определенной конкуренции технологий современный цифровой фотомир получил в свое распоряжение сенсоры двух типов, каждый из которых обладает своими достоинствами. Высокая светочувствительность CCD и дешевизна производства CMOS-матриц позволяют реализовать идеи цифровой фотографии и в камерах премиум-класса, и в бюджетных мобильных телефонах.

Kodak – первый цифровой

Удивительно то, что первая фотокамера, имеющая все признаки современных цифровых камер (автономность, использование светочувствительного сенсора, сохранение полученного изображения на каком-либо носителе, возможность последующего воспроизведения записанного изображения), была разработана в недрах компании, являющейся оплотом традиционной пленочной фотографии.

В декабре 1975 года сотрудник компании Eastman Kodak Стивен Сессон (Steve J. Sasson) совместно с коллективом сотрудников возглавляемой им лаборатории создает уникальный прототип – фотокамеру, не использующую пленку.

Стивен Сессон со своим цифровым первенцем.

В качестве сенсора Сессон использует ту самую серийно производимую компанией Fairchild Imaging черно-белую CCD-матрицу разрешением 0,01 мегапикселя. В качестве оптической системы – объектив от обычной пленочной кинокамеры Super 8. Блок обработки сигналов CCD-матрицы был собран из отслужившего цифрового вольтметра. Но это еще не все. В корпус камеры был вмонтировал магнитофон, попиксельно записывающий каждое полученное изображение на стандартную кассету. Одна фотография сохранялась на кассету 23 секунды. Эдакий цифровой эквивалент дагеротипа.

Кстати говоря, детище Сессона было переносным, поскольку запитывалось от аккумуляторов. Правда, шестнадцать тяжелых никель-кадмиевых батарей делали ее практически непригодной для переноски.

Первая цифровая фотокамера благодаря аккумуляторам была переносной. Почти.

Для воспроизведения фотографий Сессон использовал персональный компьютер с подключенным кассетным магнитофоном и модулем преобразования ста линий цифрового изображения в четыреста линий сигнала NTSC для возможности просмотра его на телевизоре.

Роль постпроцессора в изобретении Сессона выполнял персональный компьютер.

Как видите, все компоненты современного цифрового фото налицо. Между тем руководство компании Kodak отнеслось к демонстрации камеры нового типа ее сотрудником с известной долей скепсиса. Укажите нам хотя бы одну причину, по которой хоть кто-нибудь захотел для просмотра фотографий использовать телевизор? Как будет выглядеть фотоальбом для хранения фотографий? Как скоро ваша камера станет соизмерима по размеру с нашими пленочными камерами? Вот только несколько вопросов, которые руководители Kodak задали Сессону.

Сегодня мы легко можем дать на них ответы, но в 1975-м Сессон затруднялся сказать что-либо конкретное. Не получив ответов, Kodak предает забвению изобретение, сосредоточившись на оптимизации пленочной фотографии.

Между тем в 1977 году сотрудник компании Texas Instruments Уиллис Эдкок (Willis A. Adcock) патентует систему электронной фотографии, фактически переизобретя прототип Сессона. Патент талантливого изобретателя Эдкока более чем исчерпывающий и практически в деталях описывает видение современного нам мира цифровой фотографии, включая разнообразные форм-факторы фотоаппаратов.

В патенте инженера Эдкока были проработаны все аспекты современной цифровой фотографии – даже беспроводная передача изображения на телевизор.

Уже вдогонку, в 1978-м, Сессон патентует устройство своего аппарата.

Свое изобретение Стив Сессон запатентовал только в 1978 году.

Избежать патентной войны ему помогает наличие действующего прототипа. Более детальный патент Эдкока был только теорией, что резко понижало его приоритет. И снова благодаря конкуренции мир цифровых фототехнологий обретает направляющий вектор своего развития.

Sony Maviсa – цифра потребителю

Прототипы прототипами, но технология начинает жить только в массовом производстве. Это лучше других понимает японский инженер Казуо Ивама (Kazuo Iwama), занимавший в 1971-1973 годах пост президента Sony Corporation of America.

Мир современной цифровой фото- и видеосъемки существует благодаря энергии и напору Казуо Ивамы.

Ивама мгновенно осознает перспективы, которые открываются благодаря изобретению CCD-матрицы. Он подбирает команду талантливых инженеров, названную им «Команда проекта 80» (Project 80 team) и ставит перед ней удивительную задачу: «Мы не собираемся конкурировать с другими производителями полупроводниковой техники. Наш конкурент – компания Eastman Kodak». Инженеры «Команды проекта 80» озадачены: как электронщикам можно соревноваться с крупнейшим производителем пленочной фото- и видеотехники? Но Ивама непреклонен. Он строго контролирует разработку своими подопечными CCD-матриц высокой плотности. Благодаря этому жесткому контролю команда в сжатые сроки и в обстановке строгой секретности создает коммерческие образцы матриц с 190 и 250 тысячами пикселей.

На их основе в 1980-м Sony демонстрирует миру первую беспленочную видеокамеру Video Movie, а в 25 августа 1981 года – фотокамеру Sony Mavica (Magnetic Video Camera).

По нынешним меркам Sony Mavica была простейшей фотомыльницей.

Первый вариант Sony Mavica базировался на CCD-матрице площадью 10х12 миллиметров, имеющей разрешение 570х490 пикселей. Конечно, фотопервенцу Sony было далеко до профессиональных пленочных камер. Хотя бы потому, что Mavica имела всего одно значение выдержки – 1/60 секунды. Зато она умела сохранять полученные изображения на специальный магнитный диск Mavipac. На нем умещалось пятьдесят фотографий, которые затем можно было просмотреть на экране телевизора или компьютерном мониторе. Как видите, именно Sony удалось довести прототип сотрудника Kodak Сессона до коммерческой реализации.

Конечно, в нынешнем понимании Sony Mavica не была цифровой камерой. Это была видеокамера, захватывающая и сохраняющая видеокадр, что и отражалось в ее названии. Возможность включить в состав цифровой фотокамеры специальные процессоры обработки изображения появилась только в начале 90-х годов прошлого столетия.

Фактически первой серийно выпускаемой цифровой фотокамерой (в современном понимании этого словосочетания) стала представленная в феврале 1994 года модель Quicktake 100 от компании Apple. Quicktake 100 делала черно-белые фотографии с VGA-разрешением и благодаря демократичной цене (749 долларов) стала настоящим прорывом на рынке потребительской цифровой фотографии.

Apple и в мире цифровой фотографии оказалась одной из первых.

Компания Kodak практически навсегда осталась в роли догоняющего. И это несмотря на то, что в 1986 году первой разработала 1,4 мегапиксельный CCD-сенсор. Выпускаемая ей вдогонку Sony и другим конкурентам линейка цифровых фотокамер бытового и профессионального уровня Kodak Digital Camera System была не слишком популярна, хотя из-за ряда инноваций и достойна отдельного рассказа.

Линейка цифрового фотооборудования Digital Camera System была разработана Kodak в 1987-м и в разных модификациях выпускалась до 2005 года.

История цифровой фотографии – запутанный клубок конкурирующих технологий, патентов, неожиданных и забытых изобретений. Однако именно благодаря всему этому сегодня любая домохозяйка в своем простеньком телефоне имеет фотокамеру, фотохудожники получили еще одно измерение своего творчества, а Голливуд стал кузницей цифровых компьютерных спецэффектов.

Источник: mobi.ru
blog comments powered by Disqus
Обратная связь
Имя
E-mail
Сообщение:

Отправить