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 изображения могут 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 среднеформатными 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 7520×6000 точек при 24-битной глубине цвета, что соответствует 45,1 мегапикселов[1]. 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. 187). Такие цифровые камеры конструктивно выполнены, как правило, на базе популярных профессиональных традиционных камер таких известных фирм: Kodak, Nikon, 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 составляет 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 $).

Рис. 187. Профессиональная цифровая фотокамера Nikon D70.

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 световоспринимающего устройства таких фотокамер составляет от 3 до 5 мегапикселов. На рис. 188 помещены наиболее характерные представители этого подкласса любительских цифровых фотокамер.

Рис. 188. Любительские цифровые фотокамеры начального уровня Olympus FE-120 (слева) и Canon Digital IXUS 50 (справа).

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 световоспринимающего устройства таких фотокамер составляет уже от 5 до 7 мегапикселов.

На рис. 189 представлены наиболее характерные любительские цифровые фотокамеры этого подкласса.

Рис. 189. Любительские цифровые фотокамеры среднего уровня Konica Minolta DIMAGE Z6 (слева) и Panasonic DMC-FZ20 (справа).

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 световоспринимающего устройства таких фотокамер составляет уже от 6 до 11 мегапикселов. На рис. 190 наиболее характерные представители подкласса полупрофессиональных цифровых фотокамер.

Рис. 190. 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. 191. 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.

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.

Рис. 191. Принципиальная схема цифровой фотокамеры.

Цифровые фотокамеры имеют оптический видоискатель и жидкокристаллический монитор, расположенный на задней стенке корпуса. 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. Емкость 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 2560×1920 пикселов и около 400 снимков записанных с тем же разрешением в сжатом формате JPEG.

По внешнему оформлению цифровые фотоаппараты во многом сходны с традиционными (см. рис. 192, 193). 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.).

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.

Рис. 192. Цифровой фотоаппарат Canon EOS-300D (вид спереди):

1 – 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. 193. Цифровой фотоаппарат Canon EOS-300D (вид сзади):

18 – кнопка удаления изображений; 19 – кнопка воспроизведения изображений; 20 – кнопка перехода; 21 – кнопка вывода информации на жидкокристаллический дисплей; 22 – кнопка меню; 23 – жидкокристаллический дисплей; 24 – окуляр видоискателя; 25 – наглазник видоискателя; 26 – кнопка установки величины диафрагмы / компенсации экспозиции; 27 - кнопка блокировки экспозиции в режиме съемки / индексного режима / уменьшения изображения; 28 – кнопка выбора точки автофокусировки / увеличения изображения; 29 – кнопка автоспуска / режим скоростной съемки; 30 – кнопка лампы подсветки жидкокристаллический дисплея / печати изображений; 31 – кнопка установки чувствительности ISO; 32 – кнопка перемещения по меню; 33 – кнопка установки параметров съемки; 34 – кнопка автофокусировки; 35 – кнопка баланса белого; 36 – жидкокристаллический монитор.

В качестве источников питания в цифровых камерах используются: стандартные перезаряжаемые сухие элементы питания (например, формата ААА 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, т.к. 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. 194 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. 194 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.

а б.

Рис. 194. 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. 195). С помощью проекционных сканеров проводят сканирование как объемных, так и плоских объектов, а планшетные сканеры предназначены для сканирования только плоских объектов.

Рис. 195. 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 съёмки 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 станция представляет 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 6.0, 7.0 или более новых версий, программы для просмотра изображений, программы для создания панорамных изображений и др.

К устройствам вывода (печати) изображений относятся 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.