Como funciona uma Câmera Digital?

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Como estreiamos a pouco tempo nossa categoria Cine e Foto aqui no Blog. Hoje decidimos escrever um artigo explicativo: Como funcionam as Câmeras Fotográficas Digitais?

A Ideia da Câmera Digital

No mundo tecnológico e digital, principalmente nos últimos 20 anos, podemos perceber um processo, digamos, “de praxe”: a conversão de informações analógicas convencionais (representadas por uma onda variável) em informações digitais (representadas por uns (1s) e zeros, ou bits). CDs, DVDs, HDTVs, MP3s e DVRs são todos feitos de acordo com esse processo. Essa mudança fundamental na tecnologia alterou totalmente a maneira como lidamos com as informações visuais e de áudio: ela redefiniu completamente o que foi possível.

E como não poderia ser diferente, a ideia da “Câmera Digital” é um dos exemplos mais marcantes dessa mudança porque é bem diferente de sua predecessora. As câmeras convencionais dependem totalmente de processos químicos e mecânicos: você nem precisa de eletricidade para utilizá-las. Por outro lado, todas as câmeras digitais possuem um computador embutido e todas elas registram imagens eletronicamente.

Do Começo

Digamos que você queira tirar uma foto e enviá-la por e-mail para um amigo. Para isso, precisará que a imagem seja representada em uma linguagem que o computador reconheça: bits e bytes. Essencialmente, uma imagem digital é uma longa sequência de 1s e 0s que representam todos os minúsculos pontos coloridos, ou pixels, que compõem a imagem (para informações sobre a amostragem e representações digitais de dados, veja esta explicação da digitalização de ondas sonoras). Digitalizar ondas de luz funciona de forma similar.

Se você quiser tirar uma foto desta forma, terá duas opções:

• Pode tirar uma fotografia usando uma câmera de filme convencional, processando o filme quimicamente, imprimindo-o em papel fotográfico e depois usando um scanner digital para digitalizar a impressão (gravar o padrão de luz como uma série de valores de pixels);
• Pode digitalizar diretamente a luz original refletida pelo seu objeto, decompondo imediatamente esse padrão de luz em uma série de valores de pixels. Em outras palavras, você pode usar uma câmera digital.

Em seu nível mais básico, uma câmera digital, assim como uma câmera convencional, possui uma série de lentes que focaliza a luz para criar a imagem de uma cena. Mas em vez de focalizar essa luz sobre um pedaço de filme, ela o faz sobre um dispositivo semicondutor que grava a luz eletronicamente. Um computador então decompõe essas informações eletrônicas em dados digitais. Todo o divertimento e os recursos interessantes das câmeras digitais vêm como um resultado direto desse processo.

Como funciona a Câmera Digital, agora sem filme

Em vez de um filme, uma câmera digital possui um sensor que converte luz em cargas elétricas.

O sensor de imagem utilizado pela maioria das câmeras digitais é um CCD, charge coupled device. Em vez disso, algumas câmeras usam a tecnologia de CMOS – complementary metal oxide semiconductor. Ambos os sensores de imagem CCD e CMOS convertem luz em elétrons. Uma maneira simplificada de pensar a respeito destes sensores é imaginar uma matriz bidimensional de milhares ou mesmo milhões de minúsculas células solares.

Assim que o sensor converte a luz em elétrons, ele lê o valor (a carga acumulada) de cada célula na imagem. É nesse ponto que estão as diferenças entre os dois principais tipos de sensores:

• Um CCD transporta a carga através do chip e a lê em um canto da matriz. Um conversor analógico para digital (conversor A/D) transforma o valor de cada pixel em um valor digital por meio da medição da quantidade de carga de cada photosite (diodo fotossensível) e converte essa medição para a forma binária;
• Os dispositivos CMOS usam diversos transistores em cada pixel para amplificar e mover a carga usando fios tradicionais. O sinal de CMOS é digital, assim ele não necessita do conversor A/D.

Exposição e foco

Assim como acontece com o filme, uma câmera digital precisa controlar a quantidade de luz que atinge o sensor. Os dois componentes que ela usa para isso, a abertura e a velocidade do obturador, também estão presentes nas câmeras convencionais.

1. Abertura: tamanho da abertura na câmera. A abertura é automática na maioria das câmeras digitais, mas algumas permitem o ajuste manual para dar aos fotógrafos profissionais e amadores um controle maior sobre a imagem final.
2. Velocidade do obturador: a quantidade de tempo que a luz pode passar através da abertura. Ao contrário do filme, o sensor de luz de uma câmera digital pode ser reajustado eletronicamente, de maneira que as câmeras digitais possuem um obturador digital em vez de um obturador mecânico.

Esses dois aspectos trabalham juntos para capturar a quantidade de luz necessária para produzir uma boa imagem. Em termos fotográficos, eles ajustam a exposição do sensor.

Tipos de Lente

1. Lentes de foco fixo e zoom fixo – estes são os tipos de lentes das câmeras de filme baratas e descartáveis: são boas para fotos instantâneas, mas bastante limitadas.
2. Lentes de zoom óptico com foco automático – similar à lente de uma câmera de vídeo, possuem opções “grande angular” e “teleobjetiva”, além de foco automático. A câmera pode ou não suportar foco manual. Elas realmente mudam a distância focal da lente em vez de apenas ampliar a informação que atinge o sensor.
3. Lentes de zoom digital – com o zoom digital, a câmera pega pixels do centro do sensor de imagem e os interpola para gerar uma imagem de tamanho completo. Dependendo da resolução da imagem e do sensor, esta abordagem pode criar uma imagem granulosa ou embaçada. Você pode fazer a mesma coisa manualmente com um software de processamento de imagem: basta recortar a seção central da imagem e ampliá-la.
4. Sistemas de lentes intercambiáveis – são similares às lentes intercambiáveis de uma câmera de 35 mm. Algumas câmeras digitais podem usar lentes de uma câmera 35 mm.

Armazenamento

A maioria das câmeras digitais possui uma tela de cristal líquido (LCD), de modo que você pode visualizar sua foto imediatamente. Essa é uma das grandes vantagens de uma câmera digital: você obtém um retorno de informação imediato daquilo que captura. É claro, visualizar a imagem em sua câmera perderia o charme se isto fosse a única coisa que você pudesse fazer. Você também pode carregar a foto para seu computador ou enviá-la diretamente para uma impressora. E há várias maneiras para isso.

As primeiras gerações de câmeras digitais tinham armazenamento fixo em seu interior. Você precisava conectar a câmera diretamente a um computador por meio de cabos para transferir as imagens. Apesar de a maioria das câmeras de hoje ser capaz de se conectar por meio de conexões seriais, paralelas, USB ou FireWire, geralmente elas também possuem algum tipo de dispositivo de armazenamento removível.

As câmeras digitais usam diversos sistemas de armazenagem. Eles são como um filme digital reutilizável e usam um leitor de cartões para transferir os dados para um computador. Muitos deles envolvem memória flash fixa ou removível. Os fabricantes de câmeras digitais freqüentemente desenvolvem seus próprios dispositivos de memória flash, incluindo cartões SmartMedia, cartões CompactFlash e Memory Sticks.

Resumo de Como Funciona uma Câmera Digital

São necessárias várias etapas para que uma câmera digital tire uma foto. Veja o que acontece em uma câmera CCD, do início ao fim:

• Você aponta a câmera para o tema da foto e ajusta o zoom óptico para se aproximar ou se afastar;
• Você pressiona levemente o botão de liberação do obturador;
• A câmera focaliza automaticamente a imagem e faz uma leitura da luz disponível;
• A câmera ajusta a abertura e a velocidade do obturador para a exposição ideal;
• Você pressiona completamente o botão de liberação do obturador;
• A câmera reinicializa o CCD e o expõe à luz, acumulando uma carga elétrica até que o obturador se feche;
• O conversor A/D mede a carga e cria um sinal digital que representa os valores da carga em cada pixel;
• Um processador interpola os dados provenientes dos diferentes pixels para criar a cor natural. Em muitas câmeras, neste estágio é possível ver o resultado no visor de LCD;
• Um processador pode efetuar um nível pré-estabelecido de compactação dos dados;

• As informações são armazenadas em alguma forma de dispositivo de memória (provavelmente um cartão de memória Flash);

Bem, hoje ficamos por aqui. Confira agora nossa página de câmeras digitais na Mundomax. http://www.mundomax.com.br/_cameras_digitais