doc-cam.ru

Информационный портал и
интернет-магазин
документ-камер
Удачный день! Сегодня 22.02.2018 на все камеры скидка 10%!
   (495) 366-90-06   info@doc-cam.ru

Технологии

 Увеличение: оптическое и цифровое




Увеличение: оптическое и цифровое

          Поскольку основное назначение документ-камеры – показ различных небольших предметов (или даже их отдельных участков) в увеличенном виде на большую аудиторию, то одной из важнейших ее характеристик является возможность увеличения отображаемого изображения. Отметим, что поскольку в английском языке эту функцию обозначают словом "zoom", то нередко технические специалисты используют жаргонные термины со словом зум, например, оптический зум или зум-объектив. Простейший способ увеличения – приближение объектива камеры к объекту наблюдения (путем изгибания или складывания ее штатива). При этом уменьшается физический размер видимого (фокусируемого на регистрирующей матрице) участка наблюдаемого объекта, что и приводит к видимому увеличению в отображаемом изображении объекта. Понятно, что максимальная величина подобного «механического» увеличения определяется как отношение максимально возможной высоты объектива над объектом (предметной плоскостью) к минимально допустимому расстоянию до объекта, при котором еще возможна фокусировка изображения. Здесь важно подчеркнуть, что поскольку общее число регистрируемых элементов в изображении всегда остается неизменным (равным числу пикселей матрицы), то при приближении к объекту наблюдения соответственно просто повышается детализация в изображении его наблюдаемого фрагмента (участка).

Этот очевидный вывод можно перефразировать по иному – реальное увеличение эквивалентно повышению детализации в изображении отображаемого фрагмента объекта при пропорциональном уменьшении его размера. Именно это является ключевым в понимании принципиального различия между оптическим и цифровым увеличением.

Оптическое увеличение, достигаемое увеличением эффективного фокусного расстояния объектива камеры, также приводит к уменьшению размера формируемого на регистрирующей матрице участка предмета (что эквивалентно приближению к нему, но без изменения физического расстояния до него), т.е. реально повышает детализацию в изображении. А вот чисто цифровое, эквивалентное простому увеличению физического размера отображения пиксела, но без реального изменения детализации изображения, создает лишь видимость увеличения, лишь визуальный эффект изменения масштаба. Хотя надо признать, что в небольших пределах такое увеличение может быть полезно, так как упрощает восприятие изображения (порой просто лучше видно). С цифровым увеличением мы постоянно сталкиваемся при просмотре и редактировании изображений на компьютере.

В любой соответствующей программе имеется функция изменения масштаба отображения. Подобное масштабирование производится с математической интерполяцией значений яркости между соседними пикселами, что улучшает визуальное восприятие, но конечно не добавляет информации в изображение. Если для процессора компьютера данная вычислительная операция является элементарной и фактически не имеет ограничений, то в документ-камерах она выполняется посредством встроенных электронных схем и обычно характеризуется максимальным значением, реализованным на аппаратном уровне. Понятно, что любое изображение с камеры, будучи сохраненным в компьютере, впоследствии может быть увеличено цифровым способом в десятки и сотни раз.

Таким образом, если оптическое увеличение это действительно важная, порой просто необходимая функция (причем чем больше, тем ценнее), то цифровое безусловно полезно (но в разумных пределах, примерно до 5х), но не может компенсировать отсутствие оптического.

Несколько особняком стоит так называемое smart («умное») цифровое увеличение. Компания Aver Information даже придумала для него собственный термин – AVerZoom (см. статью "Функция «Увеличение» в документ-камерах"). Его идея – увеличение детализации при отображении участка изображения за счет его изначальной регистрации с избыточным числом пикселей матрицы. Рассмотрим простой пример. Выходное разрешение у большинства современных видеопроекторов составляет 1024х768, что соответствует 786432 пикселей (независимых элементов) в отображаемом изображении, или с округлением – 0,8 мегапикселей (0,8М). Но, если регистрирующая матрица обладает разрешением 3,2 мегапикселей (3,2М), то изображение с нее получается 4-кратно избыточным (в 2 раза большим необходимого по каждой из сторон). Таким образом, через видеопроектор можно показать как все изображение целиком (вынужденно «отбросив» каждый из 4-х смежных пикселей, т.е. искусственно уменьшив масштаб в 2 раза), так и любой из его участков, по площади равный четверти исходного изображения, просто выбрав (выделив) для отображения соответствующий фрагмент на регистрирующей матрице. Таким способом и достигается полноценное увеличение, эквивалентное 2-кратному оптическому. При этом все элементы «увеличенного» фрагмента будут совпадать с реальными пикселами на матрице, т.е. увеличение будет сопровождаться соответствующей детализацией.

Здесь возникает закономерный вопрос - а можно ли таким образом получить увеличение, например, 1.5х? Ведь в этом случае большинство элементов соответствующего фрагмента увеличенного изображения будут «попадать» между реальными пикселами матрицы. Ответ да, можно. Необходим лишь математический расчет значений яркости фрагмента по реальным значениям смежных пикселей матрицы. Сам по себе алгоритм расчета незамысловат, хотя и требует большого массива вычислений, в чем то аналогичных используемым при чисто цифровом увеличении. Теоретический анализ показывает, что получаемые при этом значения будут очень близкими к реальным, как при соответствующем оптическом увеличении.

Интересно отметить, что данный метод увеличения часто используется в цифровых фотоаппаратах, когда эффективное разрешение снимаемых изображений сознательно выбирается заметно меньшим общего числа пикселей регистрирующей матрицы. Что касается документ-камер, то он не столь распространен, поскольку требует как матрицы с «избыточным» числом пикселей (не менее 3.2М), так и реализации необходимых вычислений в реальном времени на аппаратном уровне, за счет электронной части камеры.

Что важно, подобный SmartZoom (AVerZoom) эквивалентен оптическому увеличению и фактически расширяет диапазон последнего. Т.е. если камера обладает 3-кратным оптическим зумом и 2-кратным smart, то в совокупности это эквивалентно оптическому увеличению 6х. Данный подход используется почти во всех современных моделях AVerVision, а также у камер DOKO DC1+ и DOKO DC4. Но многие другие производители придерживаются классического подхода использования сложных объективов с изначально большим оптическим увеличением, от 9х до 16х. И в этом случае для презентационных целей достаточно сравнительно небольшой матрицы (до 2М) чтобы получать на выходе весь диапазон разрешений вплоть до 1920х1080.

           Подводя краткий итог заключаем, что при сравнении различных моделей камер в первую очередь надо обращать внимание на оптическое увеличение, затем на наличие и возможности SmartZoom (AVerZoom), и лишь в последнюю – на цифровой зум. Избегайте обмана цифр некоторых производителей, лукаво указывающих огромные значения общего увеличения (получаемого простым перемножением всех трех зумов), но скрывающих из каких величин оно получается.

наверх

Разработка сайта Halm