Dispozitive de captare, procesare si transmitere a informatiei video

1.Aparatul foto cu pelicula

Camera ideala trebuie sa fie capabila sa realizeze fotografii bune in orice conditii de iluminare. In realitate, daca este multa lumina, este usor sa faci o fotografie buna, dar cu cat subiectul emite (reflecta) mai putina lumina, cu atat este nevoie de timp de expunere mai mare si de abilitati de fotograf. Daca este prea puitina lumina, poate fi extrem de dificil, daca nu imposibil sa realizezi o expunere.

Exista intotdeauna doi factori (sau parametrii) care trebuie adaptati unul la celalalt pentru a realiza o expunere buna:

- cantitatea de lumina;

- sensibilitatea la lumina a camerei.

Fiecare camera are o sensibilitate particulara, determinata de captorul sau de lumina (film sau dispozitiv electronic fotosensibil). Sensibilitatea se masoara in unitati ISO si indica rapiditatea cu care captorul este saturat cu lumina. Cu o sensibilitate mare se poate sa se fotografieze in conditii slabe de iluminare.

2. Masurarea luminii

Masurarea luminii trebuie sa aiba loc inainte de realizarea unei fotografii.Rezultatul masuratorii de lumina este adunat cu sensibilitatea camerei si in urma acestor informatii se poate seta diafragma camerei si expunerea.

Fig.2 . Aparat foto traditional cu pelicula.

Diafragma este o deschidere, prin care lumina patrunde in camera, si care poate fi marita sau micsorata. Declansatorul se deschide ca sa intre lumina, iar apoi se inchide. Cu cat declansatorul este deschis mai mult timp, cu atat mai multa lumina intra in zona filmului. Diafragma si viteza de declansare sunt folosite pentru reglarea cantitatii de lumina care este trimisa spre film. Aparatul de masura a iluminarii este exponometrul care de obicei e un dispozitiv separat de camera foto.

Daca se cunoste atat cantitatea de lumina cat si sensibilitatea filmului se poate calcula diafragma si viteza de declansare. Informatiile se pot gasi in tabele si se folosesc pentru a selecta expunerea corecta pentru camera

Astazi, atat masurarea iluminarii cat si reglajele necesare sunt calculate automat in interiorul camerei. Toate aparatele moderne au programe automate, iar micul procesor incorporat calculeaza expunerea optima prin setarea diafragmei si a vitezei de declansare. Cele mai sofisticate camere au programe semiautomate si manuale care le ofera utilizatorilor libertatea de a alege o expunere.

3. Camera foto digitala

Camera foto digitala contine elemente mecanice, electronice, optice, microprocesoare si software. Tehnologia a aparut in timpul Razboiului rece din 1960 cand americanii au avut nevoie de senzori de imagine pentru avioanele de spionaj.

Constructia camerei, si in special felul in care fotografiaza, este indeaproape legat de specificatiile fiecarui model in parte.

Camera foto digitala are multe in comun cu o camera foto traditionala. Daca privim modul de intrare a luminii in camera foto intalnim un sistem de lentile incluzand cateva elemente mecanice astfel incat lentilele sa poata fi ajustate pentru a se obtine focalizarea si zoom-ul, diafragma, sistemul de declansare, un instrument de masura pentru lumina si un sistem pentru calcularea setarilor de expunere.

Aceste informatii se regasesc la ambele tipuri de aparate. Lentilele aduna si focalizeaza lumina, astfel incat imaginea sa fie bine definita pe zona de sensibilitate a senzorului camerei. Diafragma si declansatorul regleaza cantitatea de lumina care este direct proportionala cu sensibilitatea camerei foto.

Specific unei camere foto digitale este ca senzorul de imagine si memoria inlocuiesc filmul clasic.

Camera foto digitala are un ecran LCD, cu mai multe functii iar in realizarea fotografiilor are mare importanta software-ul modul de procesare a datelor.

Fotografiile sunt stocate pe suport de memorie digital si pot fi imediat

evaluate si procesate.

In cazul unei camere foto digitale, intreg procesul de "developare' are loc electronic si digital inauntrul camerei intr-o secunda sau char mai putin. Lumina este captata de senzorul de imagine, unde este transformata in date in format digital si stocata in memorie sau in cardul de memorie suplimentara.

Unitatea centrala a unei camere digitale este senzorul de imagine, un cip electronic cu o suprafata sensibila la lumina. Rezolutia este unul dintre parametri importanti. Senzorii de imagine individuali au o rezolutie fixa absoluta. Cuvantul reprezinta numarul "punctelor' care alcatuiesc imaginea. Cu cat sunt mai multe puncte intr-o imagine, cu atat rezolutia este mai mare si cu atat este mai clara si fin granulata imagiea. Cand vorbim despre imaginile digitale, numim "punctele' elemente de imagine sau pixeli. Fiecare camera digitala are o rezolutie maxima, adica un numar maxim de pixeli pe care-i poate inregistra senzorul sau.

Fig.3. Modele de aparate foto digitale (Canon si Sony)

Rezolutia se masoara in megapixeli (MP), care inseamna milioane de pixeli. Primele camere digitale aveau rezolutii de pana la 1 milion de pixeli, dar in zilele noastre se pot gasi camere cu 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 MP. Cu 6 mega pixeli, rezolutia este aproape la fel de buna cu cea a unui aparat foto traditional

4. Televiziunea. Dezvoltarea televiziunii.Televizorul

Televiziunea se constituie ca un sistem electronic de transmitere a maginilor si sunetelor prin intermediul unui cablu sau prin aer si spatiu. Televiziunea cuprinde un intreg sistem de receptare si de transmitere a informatiilor aflat in stransa legatura cu telefonia, radioul, internetul  si satelitii avand o mare varietate de optiuni de program.

Trimiterea de imagini vizuale la distanta a devenit ambitia multor inventatori care au experimentat diferite proiecte la inceputul anilor 1920.

Fig.4.Unul dintre primele televizoare (Charles Francis Jerkins).

Televiziunile timpurii au avut o slaba calitate a imaginii. In schimb, ecranele erau atat de mici incat o persoana trebuia sa stea foarte aproape si direct in fata ecranului pentru a vedea imaginea. In ciuda acestui lucru, impactul pe care televiziunea l-a avut asupra publicului a fost enorm. La inceput, majoritatea oamenilor au crezut ca televiziunea va fi folosita numai pentru divertisment. Curand a devenit vizibil ca aceasta "masinarie de fotografii" are utilizari in educatie si distribuirea informatiilor. In 1939, erau difuzate zilnic, numai unul sau maxim doua programe. La inceputul anilor 1940, efortul razboiului a incetinit dezvoltarea si raspandirea televiziunii dar pana in 1946 avantul televiziunii a pornit oricum.

Unul dintre primele televizoare dezvoltate in America este receptorul construit de Charles Francis Jerkins in jurul anului 1928. Se proiecteaza o imagine printr-o deschizatura in partea de sus a cutiei folosind o miscare de scanare. Oglinda reflecta imaginea prin dispozitivul de marire. Spectatorul, privind prin dispozitivul de marire, vede o imagine portocalie si neagra.

Astazi, imaginea este clara si intensa, la fel si sunetul si o retea complexa este programata sa transmita programele de televiziune in jurul lumii douazeci si patru de ore pe zi.

Functionarea televiziunii

Un televizor functioneaza dupa cateva principii foarte simple. Imaginile televizate sunt concentrate si directionate pe o suprafata tinta speciala dintr-un tub catodic pe care se formeaza imaginea. Aceasta suprafata este impartita in aporximativ 167 000 de elemente microscopice de imagine. Lumina de la imaginea televizata da fiecarui element de imagine o sarcina electrica. Sarcina variaza in functie de cantitatea de lumina care cade pe fiecare element si fiecare element are o sarcina egala cu cantitatea de lumina.Acest sablon al elementelor de imagine este examinat in detaliu de o multime de electroni cu diametrul unui varf de ac. Multimea se misca de la stanga la dreapta pe intreaga suprafata tinta de 525 de ori pentru fiecare imagine iar 30 de imagini sunt scanate la fiecare secunda. Electronii trec pe suprafata tinta si se creeaza un semnal video electric (imagine) care se transmite. Televiziunea color se bazeaza pe principiul ca diferite amestecuri de rosu, verde si albastru pot produce orice culoare din natura.

Amestecul de raze de lumina nu este acelasi lucru cu amestecul de culori sau vopsea. Vopseaua doar reflecta lumina. Camerele video color au trei tuburi pentru rosu, verde si albastru . Lumina trece prin scaner si loveste trei oglinzi. Fiecare oglinda este directionta spre un alt tub. In fata fiecarui tub este un filtru care permite sa treaca mai departe o singura culoare.

In timp ce camerele inregistreaza partea video a unei emisiuni de televiziune si o tranforma  in semnale electrice, microfoanele inregistreaza partea audio (sunetul). Microfoanele (la fel cu cele folosite in radio) transforma undele sonore intr-un semnal electric. Semnalele audio si video sunt amplificate, modulate, combinate, amplificate din nou si apoi trimise spre antena de unde se transmit. (In cazul televiziunii prin cablu aceste semnale sunt transmise prin cablu spre televizoare).

Semnalele video si audio sunt separate. Semnalele audio sunt transmise spre difuzor, care transforma semnalele in sunete iar semnalele video sunt transmise spre tubul de imagine.

Fig.1. Camera video color cu trei tuburi rosu - verde - albastru. Camera alb-negru are numai un tub si proceseaza imaginea in acelasi mod.

Fig.2. Cele trei raze electrizeaza punctele de fosfor potrivite astfel incat sa creeze imaginea color de pe ecran.

Capatul relativ plat al tubului de imagine (ecranul) este acoperit cu saruri de fosfor. (Fosforul este o substanta care emite lumina cand i se transmite energie). In spatele tubului de imagine este tunul de electroni. Tunul de elecroni proiecteaza o raza pe ecranul acoperit cu fosfor. Raza merge in directia stanga-dreapta de 525 de ori de-a lungul ecranului, de 30 de ori pe secunda, ca atunci cand camera scaneaza elementele imaginii. De vreme ce scena este inlocuita de 30 de ori pe secunda, creierul interpreteaza aceste schimbari rapide ca o imagine in continua miscare. Raza impresioneaza sarurile fosforice si le face sa straluceasca. Aceste puncte stralucitoare (pixeli) creaza imaginea pe care o vedem.

Un tub de imagine color are tei tunuri de electroni care strabat suprafata plata a tubului. Suprafata tubului de imagine color este acoperita de grupurile de puncte de fosfor rosii, verzi si albastre, care alcatuiesc culoarea imaginii.

Dupa separare si decolare, semnalul video este transmis la tubul de imagine.Tunul de electroni arunca electronii spre ecran, care este acoperit cu saruri fosforice.

6. Sisteme de videoconferinta

Odata cu dezvoltarea retelelor de calculatoare, comunicatiile la distante foarte mari nu mai sunt o problema nici de timp, nici de bani si nici de tehnologie. Ca urmare au aparut diverse sisteme de comunicatii prin retea, cu performante excelente, performante limitate aproape in exclusivitate de capacitatea retelelor de calculatoare de a vehicula informatia (latimea de banda).

Sistemele de video-conferinta ridica standardele in comunicatii la niveluri de performanta neatinse pana nu demult. Video-conferinta presupune ca mai multi participanti sa poata comunica sonor si vizual fiecare-cu-fiecare, ca si cand s-ar afla in aceeasi incapere. In prezent, din punct de vedere al cerintelor hardware, video-conferinta nu este nici pe

departe atat de pretentioasa pe cat suna, fiind accesibila fara probleme oricarui utilizator de PC (de generatie mai recenta). O arhitectura uzuala de sistem echipat pentru video-conferinta cuprinde:

- un calculator personal (cu facilitati multimedia) conectat la reteaua de calculatoare (Network Multimedia Personal Computer - NMPC);

- un set de boxe audio;

- un kit de video-conferinta (un pachet hardware si software disponibil la preturi rezonabile);

latime de banda suficienta la retea.

7. Televiziunea interactiva

Televiziunea interactiva specifica posibilitatea ca telespectatorul sa poata deveni un participant mult mai activ decat este in prezent. Exista mai multe tipuri de interactivitate ce poate fi utilizata in astfel de sisteme. Cel mai simplu tip este acela in care telespectatorul poate 'produce' programele pe care le vizioneaza. De exemplu, utilizatorul poate selecta un anumit unghi de vizionare a unui eveniment televizat, din mai multe variante posibile, sau poate cere informatii suplimentare in timp real despre o echipa sau despre

un anumit sportiv.

Un alt exemplu ar putea fi o emisiune educativa in care utilizatorul poate selecta un anumit nivel educational din mai multe disponibile, poate cere documentatie suplimentara despre un anumit subiect, sau chiar poate raspunde la diferite intrebari de verificare a cunostintelor.

Acest tip de aplicatie multimedia necesita diferite tipuri de solutii tehnologice, deoarece programele TV interactive vor fi prea specializate pentru a putea fi transmise pe canalele TV comune. Astfel, va fi necesara inscrierea doritorului la un serviciu TV special, achizitionarea unui decodor pentru semnalul TV respectiv si a unui echipament specializat pentru comunicatia telespectator - studio TV - producator.

8. Dispozitivele de scanare

Dispozitivele de scanare (scanerele) permit citirea statica a unui obiect (de obicei coala de hartie), printr-o serie de operatii de scanare a suprafetei acestuia (de unde ii provine numele).

Fig.8.1. Arhitectura de baza a unui scaner.

Imaginea ce se doreste scanata este parcursa de o linie de lumina generata de o lampa puternica - linia de scanare. Imaginea reflecta razele de lumina incidente spre o serie de dispozitive cuplate prin sarcina senzorului (CCD - Charge-Coupled Devices), dispuse in linie paralela cu linia de scanat. Dispozitivele CCD au proprietatea de a acumula sarcina electrica direct proportionala cu cantitatea de lumina incidenta pe ele. Scanerele color functioneaza in principiu la fel, avand filtre pentru lumina rosie, albastra si verde. Scanarea se va executa intr-o singura trecere, sau in trei - cate una pentru fiecare culoare de baza.

Parametrii importanti ai scanerelor sunt rezolutia, dictata de distanta minima posibila din punct de vedere tehnologic dintre elementele CCD, si adancimea de culoare ,parametru dictat de sensibilitatea elementelor CCD.

a b

c d

Fig.8.2. Scaner fix a si b. Scaner mobil c si d.

Din punct de vedere constructiv exista doua variante mai uzuale de scanere: manuale si fixe. Cele manuale, in afara faptului ca sunt mai ieftine, prezinta o serie de dezavantaje si anume parcurgerea obiectului de scanat se va face de catre utilizator, rezultand o viteza de scanare ce nu e constanta pe

tot parcursul operatiei. Astfel, calitatea imaginii obtinute este in general slaba. De asemenea, dimensiunile scanerului fiind reduse, scanarea imaginilor mai mari va trebui sa se faca pe portiuni. Imaginile rezultate in acest fel vor fi apoi alipite corespunzator (cu ajutorul unui program specializat furmizat impreuna cu scannerul). De multe ori insa, programul respectiv nu este in stare sa construiasca imaginea finala din bucati.

Al doilea tip de scanere, cele fixe, rezolva aproape toate problemele enumerate mai sus: coala de hartie se plaseaza pe un suport static de sticla, si este automat scanata de catre dispozitiv. Scannerele fixe sunt de dimensiuni mari, permitand scanarea colilor de hartie de format A4 sau A3. Imaginile rezultate dupa scanare sunt in general bune spre foarte bune. Ca dezavantaje se pot mentiona pretul mai mare si spatiul pe care il vor ocupa.

9. Realitatea virtuala (VR - Virtual Reality)

Sistemele de realitate virtuala identifica complexul hardware + software care, interactionand inteligent cu utilizatorul, ii da acestuia falsa senzatie de realitate. Termenul de 'realitate virtuala' promite insa mult mai mult decat poate oferi tehnologia actuala, el este utilizat pentru diverse descrieri de interfete cu utilizatorul, de la mediile fizice sintetizate in castile video HMD (Head-Mouted Devices) si pana la grafica obisnuita afisata pe monitoarele conventionale, sau la

jocurile multi-user in mod text.

Primele sisteme VR au aparut inainte de utilizarea calculatoarelor in domeniu. Morton Heiling a dezvoltat, o masina denumita 'Sensorama', care implica toate simturile omului cu exceptia gustului, intr-o calatorie virtuala cu motocicleta prin Manhattan. De asemenea simulatoarele de zbor din primele generatii realizau medii virtuale fara ajutorul calculatoarelor. Ele utilizau filme sau clipuri video ce inregistrau pe viu miscarea unor modele.

In prezent, platformele hardware utilizate in mediile virtuale sunt compuse din casti video HMD stereo color, sunet stereo spatial, interfete care interschimba cu utilizatorul informatie tactila, manusi digitale, etc. Pe partea de software, se utilizeaza grafica 3D pentru afisare, sisteme de operare in timp real pentru controlul proceselor din mediile virtuale si programe evoluate de interfatare cu utilizatorul, de tip reactie-la-eveniment si cu anticiparea actiunilor urmatoare.