Аппаратно-программные средства цифровой фотографии

Многие экспертно-криминалистические подразделения оснаще­ны комплексами цифровых средств, позволяющими проводить ис­следования объектов, подготавливать текстовую и иллюстративную часть заключения эксперта. Такие комплексы называются — ком­пьютеризированные рабочие места эксперта (КРМ) по проведению различных видов экспертиз: почерковедческих — «Парм», балли­стических— «Балэкс», дактилоскопических— «Дактотекст» и др.

Применяемые в КРМ аппаратные и программные средства мож­но разделить на два вида: специализированные и адаптированные для решения криминалистических задач.

К профессиональным узкоспециализированным относятся им­портные и отечественные комплексы, например, разработки фирм «СОНДА-ПЛЮС», «Системы ПАПИЛОН», «БАРС Интернэшнл», научно-исследовательского института промышленного телевиде­ния «РАСТР» (г. Великий Новгород) и другие. Технология цифровой фотографии используется в компьютерных комплексах, созданных для производства различных видов экспертиз. В них используются принципы анализа изображений и распознавания образов, которые позволяют осуществлять диагностические и идентификационные исследования. В большинстве компьютерных комплексов преду­сматриваются функции по обработке графических изображений: увеличение-уменьшение, поворот изображения, изменение яркости и цвета выявляемых деталей, удаление помех, цветовая коррек­ция, выравнивание фона. Это позволяет работать с очень сложны­ми объектами, такими, как следы пальцев рук, следы орудий взло­ма и другие.

Адаптированные — это комплексы, созданные на базе обще­доступной бытовой теле-, видео- и цифровой фотоаппаратуры и пользовательских аппаратных средств и программных продуктов. Известны довольно удачные решения по использованию бытовых аналоговых и цифровых видеокамер для съемки различных крими­налистических объектов и следов, созданию баз данных по учету объектов. Они используются при микроскопических исследованиях, позволяют подготавливать иллюстрации к заключениям дактило­скопических, баллистических, почерковедческих, трасологических и других экспертиз. Однако в рамках судебной фотографии возмож­ности таких комплексов ограничены.

Основным отличием цифровой фотографии от традиционной является использование иных «цифровых» средств съемки и обра­ботки изображений. Для реализации цифровых технологий в фото­графии необходим комплекс цифровых средств— обязательный набор инструментальных средств, включающий: устройство ввода, графическую станцию (для преобразования в цифровой вид, обра­ботки и хранения изображений) и устройство вывода информации.

В качестве устройства ввода изображениямогут выступать: видеокамеры, телекамеры, сканирующие устройства (проекцион­ный или планшетный сканер), цифровые фотокамеры.

Существует два класса цифровых фотокамер — профессио­нальные и любительские. Профессиональные камеры, в свою оче­редь, подразделяются на студийные (стационарные) и репортер­ские (переносные).

Профессиональные студийные камеры пригодны для съемки различных криминалистических объектов и следов в условиях ла­боратории. Многие из них являются приставками для использова­ния с традиционными камерами и крепятся в кассетной части фо­тоаппарата. Такие приставки содержат световоспринимающее устройство с электронной схемой, используются со среднеформат-ными камерами и позволяют получать изображения высокого каче­ства. Студийные камеры не имеют внутренней памяти и записывают изображение непосредственно в компьютер. Основное преимуще­ство данного подкласса — высокая разрешающая способность. Разрешение световоспринимающего устройства студийных камер может достигать 7520x6000 точек при 24-битной глубине цвета, что

соответствует 45,1 мегапикселов¹. А размер одного графического файла может достигать 100 Мбайт, при времени его записи от 1 до 10 мин.

Профессиональные репортерские камеры используются авто­номно от компьютера (рис. 189). Такие цифровые камеры конструк­тивно выполнены, как правило, на базе популярных профессио­нальных традиционных камер таких известных фирм: Kodak, Nikon,

return false">ссылка скрыта

Рис. 189. Профессиональная циф| с i<n фотокамера Nikon D70

Canon и др. Отличие состоит в том, что вместо пленки в кадровом окне устанавливается оптоэлектронный светоприемник. При этом сохраняется возможность пользоваться традиционными фото­вспышками, светофильтрами и другими приспособлениями. Раз­решение световоспринимающего устройства таких фотокамер со-

¹ Мегапиксел — единица измерения разрешающей способности сенсора цифро­вого фотоаппарата, означающая миллион светочувствительных элементов матрицы — пикселов. Кроме того, каждый пиксел изображения имеет определенное значение яркости или цвета, т. н. битовое разрешение.

Битовое разрешение (количество полутонов или глубина пиксела) — это вели­чина, которая определяет количество бит информации на один пиксел. Чем больше глубина пиксела, тем больше полутонов или цветовых оттенков содержится в изо­бражении. Например, пиксел с битовой глубиной, равной единице, имеет лишь два возможных состояния : черная или белая тональность. Пиксел с битовой глубиной в S единиц имеет 2 ⁸, или 256 возможных оттенков серого. Пиксел же с битовой глуби­ной в 24 и 32 единицы имеет соответственно 2^ди2 ³², или миллионы и миллиарды возможных цветовых значений. Современные цифровые фотокамеры используют 24-битное или 32-битное представления цвета.

ставляет от 8 до 18 мегапикселов (Kodak DCS Pro 14n, Nikon D 70, Canon EOS-1 D и др.). Данный подкласс цифровых фотокамер от­личается высококачественными объективами с переменным фо­кусным расстоянием, возможностью использования сменных объ­ективов, зеркальной системой, большим набором функций, а также ручных и автоматических настроек. Эти камеры имеют встроенную память для изображений, разъем для подключения дополнитель­ной карты памяти, автономное питание от аккумулятора, разъемы для подключения внешних устройств (внешних фотовспышек, дис­танционного управления камерой, различные разъемы для под­ключения к компьютеру). Недостатком профессиональных цифро­вых фотокамер как студийных, так и репортерских является их неизменно высокая стоимость (от 2000 до 30000 $).

Любительские цифровые фотокамеры. Наиболее распростра­ненным является класс любительских цифровых фотокамер. Ус­ловно любительские цифровые фотокамеры подразделяются еще на три подкласса: начального уровня, среднего уровня и полупро­фессиональные фотокамеры.

Цифровые любительские фотокамеры начального уровня отли­чаются малыми размерами, использованием жестко-встроенных объективов с переменным фокусным расстоянием (не более 3-кратного оптического зума), возможностью съемки только в авто­матическом режиме экспонирования. Тем не менее, в некоторых камерах предусмотрены полуавтоматические и даже полностью ручные настройки для светочувствительности, выдержки, диафраг­мы и фокусирования, отсутствует режим проведения макросъемки. Многие из фотокамер рассматриваемого подкласса позволяют за­писывать звук и видео. Графическое разрешение световосприни-мающего устройства таких фотокамер составляет от 3 до 5 мегапик­селов. На рис. 190 помещены наиболее характерные представители этого подкласса любительских цифровых фотокамер.

U

Рис. 190. Любительские цифровые фотокамеры начального уровня Olympus FE-120 (слева) и Canon Digital IXUS 50 (справа) 604

Цифровые любительские фотокамеры среднего уровня использу­ют более качественные объективы (некоторые камеры с 12-кратным оптическим зумом), снабжены оптическим стабилизатором изобра­жения, используют в качестве источника питания аккумулятор, имеют более богатый набор функциональных возможностей по сравнению с предыдущим подклассом. Так, рассматриваемые циф­ровые фотокамеры имеют функции: экспозиционной коррекции, возможность использования внешней лампы вспышки, работы ав­томатической вспышки в режиме с обычной и медленной синхрони­зацией, многозонной экспозиционной автоматики, ручной фокуси­ровки, позволяют проводить макросъемку с расстояния 1-2 см и другие. Фотокамеры рассматриваемого подкласса позволяют запи­сывать качественное видеоизображение с высокой частотой смены кадров (до 30 кадров в секунду). Графическое разрешение световос-принимающего устройства таких фотокамер составляет уже от 5 до 7 мегапикселов.

Рис. 191. Любительские цифровые фотокамеры среднего уровня Konica Minolta DIMAGE Z6 (слева) и Panasonic DMC-FZ20 (справа)

На рис. 191 представлены наиболее характерные любительские цифровые фотокамеры этого подкласса.

Цифровые полупрофессиональные фотокамеры по своему кон­структивному исполнению относятся к зеркальным камерам. Они имеют полный набор автоматических, полуавтоматических и руч­ных режимов съемки, множество настроек, объективы с большим диапазоном изменения фокусного расстояния, возможность ис­пользования различных дополнительных принадлежностей (ламп-вспышек, оптических конвертеров и пр.). При съемке такие камеры позволяют использовать длительные выдержки, а также скорост­ную серийную съемку. Графическое разрешение световосприни-мающего устройства таких фотокамер составляет уже от 6 до 11 мегапикселов. На рис. 192 наиболее характерные представители подкласса полупрофессиональных цифровых фотокамер.

Рис. 192. Полупрофессиональные цифровые фотокамеры Canon EOS-300D (слева) и Konica-Minolta DiMAGE A200 (справа)

Цифровые любительские фотокамеры среднего уровня и полу­профессиональные позволяют производить съемку в лаборатории и в полевых условиях, характеризуются несколько меньшим раз­решением, чем профессиональные камеры, но вполне пригодны для фиксации и исследования всех криминалистических объектов.

Конструктивные особенности цифровых фотокамер. Цифро­вая технология получения изображения во многом определила

особенности устройства цифровых съемочных средств. Принципи­альная схема цифровой фотокамеры приведена на рис. 193. Она включает в себя: объектив, фотоприемник, видоискатель, видео­процессор с блоком аналоговой обработки и аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), процессоры обработки и интерфейса, органы управления и карту памяти.

Двгофокус Диафрагма

Объектив

Фотаприеммик 1ПЗС или КМОП)

Схема

управления

Видеопроцессор

Блок аналоговой обработки

Усиление

АЦП

Процессор

обработки

 

ЖК

видоискатель

Процессор интерфейса

Органы управлении

 

Карта

памяти

__ \ К внешним

—>/' устройствам

Рис. 193. Принципиальная схема цифровой фотокамеры

Оптическая система цифрового фотоаппарата состоит из объек­тива, видоискателя и устройства автоматической фокусировки. В цифровых фотоаппаратах используются объективы, снабженные диафрагмой и имеющие переменное фокусное расстояние, анало­гичные применяемым в традиционных фотокамерах. При использо­вании в цифровых зеркальных фотокамерах объективов, предна­значенных для традиционных фотоаппаратов, они работают как длиннофокусные. В этом случае виртуальное фокусное расстояние объектива увеличивается в 1,3-1,6 раза из-за меньшего размера фотоприемника цифрового фотоаппарата относительно размера кадра малоформатной пленки.

Цифровые фотокамеры имеют оптический видоискатель и жид­кокристаллический монитор, расположенный на задней стенке кор-

пуса. Жидкокристаллический монитор может использоваться не только для визирования, но и для просмотра отснятых кадров, ин­дикации заданных режимов съемки фотокамеры.

Фокусировка в цифровых фотокамерах производится автоматиче­ски. Некоторые цифровые фотокамеры имеют также режим ручной фокусировки. Автофокусировка может осуществляться двумя путями: активным или пассивным. При активной фокусировке дополнительный излучатель и приемник, работающие в инфракрасной области или на ультразвуке, измеряют расстояние до объекта по принципу эхоло­кации отраженного сигнала. В пассивной системе специальный датчик анализирует изображение объекта по методу оценки кон­траста. При этом серводвигатель изменяет положение линз объектива до получения максимальной контрастности, а значит, и резкости.

Фотоприемники цифровых фотокамер состоят из набора от­дельных чувствительных к свету элементов. Под действием света на каждой ячейке фотоприемника накапливается электрический заряд, который потом преобразуется в напряжение и считывается с фотоприемника. Сигнал с выхода световоспринимающего устрой­ства поступает в видеопроцессор, где сначала происходит преобразо­вание по выделению полезной информации (устранению помех), а затем аналого-цифровое преобразование. В АЦП происходит трансформация световых и цветовых характеристик изображения в цифровую форму.

В цифровых фотоаппаратах автоматическое управление про­цессом съемки осуществляет процессор. Он анализирует распре­деление света на световоспринимающем устройстве или на сенсоре освещения, обрабатывает полученную информацию и устанавли­вает экспозиционные параметры для съемки. Для работы процес­сора требуется программное обеспечение, содержащее алгоритмы обработки изображений и библиотеку функций фотокамеры. В ра­боте процессора можно выделить два функциональных блока: об­работка изображений и обеспечение функционирования интерфей­са. Процессор интерфейса предназначен для вывода информации на экран видоискателя посредством органов управления, записи изображений на карту памяти и обеспечения взаимодействия с внешними устройствами (персональным компьютером, принтером) и т. п. Конструктивно для каждой группы функций цифровой фото­камеры, как правило, предусмотрен свой специальный процессор.

Сохранение изображений цифровыми фотокамерами произво­дится на внешних картах памяти, в качестве которых выступают карты флэш-памяти следующих форматов PCMCIA, Compact Flash, Smart Media, MultiMedia Card, Memory Stick, xD-Picture Card. Ем-

кость этих карт зависит от количества блоков памяти, заложенного при съемке разрешения и формата записи изображений. В настоя­щее время выпускаются карты памяти емкостью 256, 512 Мб и 1 Гб. При этом на стандартную карту памяти емкостью 512 Мб помеща­ется 32 снимка, записанных в формате TIFF с разрешением 2560x1920 пикселов, и около 400 снимков, записанных с тем же разрешением в сжатом формате JPEG.

По внешнему оформлению цифровые фотоаппараты во многом сходны с традиционными (рис. 194, 195). В цифровых фотокамерах присутствуют практически те же органы управления, что и в тради­ционных (например, кнопка спуска затвора, диск установки автома­тических режимов выдержки и диафрагмы и др.), но добавляются жидкокристаллический экран и ряд дополнительных органов управ­ления (кнопка цифровых режимов, кнопки просмотра, удаления и печати изображений и т. д.).

8 9 Ю 11 12

Рис. 194. Цифровой фотоаппарат Canon EOS-300D (вид спереди):

7 — солнцезащитная бленда; 2 — фокусировочное кольцо; 3 — кольцо привода

трансфокации; 4 — объектив; 5 — лампа уменьшения эффекта красных глаз;

6— кнопка спуска затвора; 7— главный диск управления; 8 — кнопка выбора

режимов перевода кадров; 9 — выключатель питания; 10 — диск установки

режимов работы фотоаппарата; 11 — встроенная лампа-вспышка;

12— разъем для подключения внешней лампы-вспышки; 13— кнопка

открывания вспышки; 14 — крепление ремня к фотоаппарату; 15— переключатель

режима фокусирования (автоматический / ручной); 16— кнопка фиксатора

объектива; 17— кнопка предварительного просмотра глубины резкости

Рис. 195. Цифровой фотоаппарат Canon EOS-300D (вид сзади):

1 — кнопка удаления изображений; 2— кнопка воспроизведения изображений;

3 — кнопка перехода; 4 — кнопка вывода информации

на жидкокристаллический дисплей; 5 — кнопка меню;

6 — жидкокристаллический дисплей; 7— окуляр видоискателя;

8 — наглазник видоискателя; 9— кнопка установки

величины диафрагмы / компенсации экспозиции; 10 — кнопка блокировки

экспозиции в режиме съемки / индексного режима / уменьшения изображения;

11 — кнопка выбора точки автофокусировки / увеличения изображения;

12 — кнопка автоспуска / режим скоростной съемки; 13 — кнопка лампы подсветки жидкокристаллического дисплея / печати изображений;

14— кнопка установки чувствительности ISO; 15 — кнопка перемещения

по меню; 16 — кнопка установки параметров съемки;

17— кнопка автофокусировки; 18 — кнопка баланса белого;

19 — жидкокристаллический монитор

На всех цифровых фотокамерах обязательно имеется встроен­ная лампа-вспышка, работающая в ручном и автоматическом ре­жимах, а также стандартный разъем для подключения внешних ламп-вспышек. К такому разъему могут быть подключены разные стандартные лампы-вспышки, позволяющие обеспечить световой поток, который можно регулировать по мощности, направлению и характеру освещения.

Для работы цифровых фотокамер необходимо электрическое питание. Потребление энергии у таких камер достаточно велико. Значительное количество энергии в цифровой фотокамере потреб­ляет вспышка, встроенный жидкокристаллический монитор и уст­ройство автоматической фокусировки.

В качестве источников питания в цифровых камерах использу­ются: стандартные перезаряжаемые сухие элементы питания (на­пример, формата AAA или АА), стандартные аккумуляторы или се­тевой блок питания. Источники питания первых двух видов предназначены для автономного питания цифрового фотоаппара­та, емкости комплекта таких аккумуляторов хватает на съемку при­мерно 100 кадров. В дальнейшем они требуют подзарядки с помощью зарядного устройства. Сетевой блок питания цифровой фотокаме­ры целесообразно использовать при съемке в помещении.

С каждым цифровым фотоаппаратом поставляется программ­ное обеспечение, которое позволяет переносить в персональный компьютер или сразу отправлять на печать полученные им изобра­жения. При работе в среде Windows XP нет необходимости в ис­пользовании программ, поставляемых с фотоаппаратом, так как в ней уже содержатся необходимые программные средства для пе­реноса изображений в компьютер из большинства цифровых фото­аппаратов и сканеров.

Подключение цифрового фотоаппарата к компьютеру для переда­чи изображений осуществляется посредством USB кабеля, который подсоединяют к стандартным USB разъемам цифрового фотоаппа­рата и компьютера (рис. 196 а). При этом цифровой фотоаппарат должен быть включен и находиться в режиме воспроизведения. USB разъем цифрового фотоаппарата, как правило, обозначается «Digital» или «AV OUT». Во время подсоединения цифровой фото­камеры к персональному компьютеру следует для электропитания фотоаппарата использовать адаптер переменного тока. Аналогич­но посредством USB кабеля цифровой фотоаппарат подключается к принтеру (рис. 196 б). При этом вначале в меню цифровой фото­камеры выбирают нужные снимки, затем задают параметры их пе­чати (размер и расположение отпечатков) и выбирают в меню функций фотокамеры команду печатать.

Рис. 196. Схемы подключения цифровой фотокамеры

к персональному компьютеру (а) и принтеру (б):

А — USB кабель; В — адаптер переменного тока;

С— контакт, подключаемый к USB разъему цифровой фотокамеры

Сканеры — устройства для считывания графической информа­ции в компьютер (от англ. scan — разглядывать, рассматривать). Различают проекционные и планшетные сканеры (рис. 197). С по­мощью проекционных сканеров проводят сканирование как объем­ных, так и плоских объектов, а планшетные сканеры предназначе­ны для сканирования только плоских объектов.

/

 

Рис. 197. Планшетный сканер

В качестве устройств ввода используют также видеокамеры (те­лекамеры), снабженные высококачественными объективами с пе­ременным фокусным расстоянием. Практически любая видеокаме­ра позволяет проводить как обычную съемку, так и макросъемку объектов. Бытовые видеокамеры аналоговых и цифровых форма­тов, имеющиеся в экспертных подразделениях МВД, могут разме­щаться на штативе распространенных макрофотографических ус­тановок типа «Уларус» и использоваться для съемки различных объектов и следов.

Для преобразования изображения, полученного устройством ввода, в цифровой вид, а также для редактирования и хранения цифровых изображений в комплексе средств цифровой фотогра­фии используется графическая станция. Графическая станцияпредставляет собой персональный компьютер, оснащенный платой видеоввода (видеозахвата) изображений и обладающий достаточ­ным объемом памяти и быстродействием работы с графическими изображениями (компьютер с процессором Pentium IV и выше, с объемом оперативной памяти не менее 512 Мбайт и объемом же­сткого диска не менее 120 Гбайт). Совместимость цифровой съе­мочной и компьютерной техники позволяет использовать в качест­ве графической станции любой современный мультимедийный компьютер, оснащенный в стандартном исполнении необходимыми интерфейсами для ввода фотоснимков с цифровой фотокамеры

или видеокамеры (USB, FireWire, а также считывающими устройст­вами или переходниками для различных карт памяти цифровых фотоаппаратов), В качестве программного обеспечения для работы с изображениями используются: программа управления платой ви­деоввода (видеозахвата), графический редактор Adobe Photoshop 6. О, 7. О или более новых версий, программы для просмотра изо­бражений, программы для создания панорамных изображений и др. К устройствам вывода (печати) изображенийотносятся печа­тающие устройства — принтеры, позволяющие получить изображение объекта на бумаге. Наиболее подходящими являются струйные, ла­зерные и термосублимационные принтеры, так как позволяют вос­производить на бумаге мелкие детали изображения и полутона.