конспект лекций. Конспект лекций по МДК 02.02 Установка и конфигурирование перифе. 3 содержание тема ведение 5
 Скачать 4.73 Mb.
|
|
Тема 9. ЦИФРОВЫЕ ФОТО- И ВИДЕОКАМЕРЫ 9.1 Классификация фотоаппаратов. Цифровые фотоаппараты. Цифровой фотоаппарат - устройство, являющееся разновидностью фотоаппарата, в котором светочувствительным материалом является матрица или несколько матриц, состоящая из отдельных пикселей, сигнал с которых представляется, обрабатывается и хранится в самом аппарате в цифровом виде. Цифровой фотоаппарат можно разделить на три части. Первая составляющая - оптическая система, состоящая из объектива и затвора. Вторая часть - это регистратор изображения. Третья предназначена для хранения отснятых кадров. В обычном фотоаппарате функции второй и третьей составляющих выполняет пленка, а в цифровом для этого используются два разных устройства. Для регистрации изображения используется электронно- оптический преобразователь, а для хранения - флэш-память. Электронно-оптический преобразователь ООП - прибор, преобразующий световой поток в электрический сигнал. Характеризуется 244 разрешением - количеством точек по вертикали и горизонтали, а также соотношением сигнал/шум. Классификация Студийные камеры предназначены для стационарной съемки в специально отведенном для этого помещении - фотостудии. Полевые камеры предназначены для эксплуатации в разных условиях освещения, а объекты съемки могут быть самыми разнообразными, важное значение имеет широкий диапазон выдержки и диафрагмы, а также наличие встроенной вспышки. Фотоаппараты со встроенной оптикой (любительские) Компактные ("мыльница" традиционных размеров). Характеризуются малыми размерами и весом. Малый физический размер матрицы означает низкую чувствительность или высокий уровень шумов. Также этот тип камер обычно отличает отсутствие или недостаточная гибкость ручных настроек экспозиции. Сверхкомпактные, миниатюрные. Отличаются не только размерами, но часто и отсутствием видоискателя и экрана. Встроенные в другие устройства. Отличаются отсутствием собственных органов управления. Псевдозеркальные - внешним видом напоминают зеркальную камеру, а также, как правило, помимо цифрового дисплея, оснащены видо искателем - глазком. Изображение в видоискателе такого аппарата формируется на отдельном цифровом экране, или на поворачивающемся основном экране. Как правило, имеют резьбу на объективе для присоединения насадок и светофильтров (пример - Konica Minolta серия моделей Z ). Полузеркалка - жаргонный термин, описывающий класс аппаратов, в которых имеется наводка по матовому стеклу через съемочный объектив, однако нет возможности менять объектив. В таких аппаратах оптическая схема содержит светоделительную призму, которая направляет от 10 до 50 % 245 светового потока на матовое стекло, а остальное передается на матрицу (примеры - Olympus E-10, E-20 ). Камеры со сменной оптикой (профессиональные): Цифровые зеркальные фотоаппараты Цифровые дальномерные фотоаппараты Устройство цифрового фотоаппарата История развития фототехники привела к тому, что были выработаны определенные стандарты на интерфейс между фотографом и используемой им фототехникой. В результате цифровые фотоаппараты в большинстве своих внешних черт и органах управления повторяют наиболее совершенные модели пленочной техники. Принципиальное различие оказывается в "начинке" аппарата, в технологиях фиксации и последующей обработки изображения. Основные элементы цифрового фотоаппарата Матрица или светочувствительная матрица - специализированная аналоговая или цифро-аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных элементов - фотодиодов. 246 Предназначена для преобразования спроецированного на нее оптического изображения в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных (при наличии АЦП непосредственно в составе матрицы). Является основным элементом цифровых фотоаппаратов, современных видео- и телевизионных камер, фотокамер, встроенных в мобильный телефон, камер систем видеонаблюдения и многих других устройств. Применяется в оптических детекторах перемещения компьютерных мышей, сканерах штрих-кодов, планшетных и проекционных сканерах, системах астро- и солнечной навигации. Характеристики матриц Светочувствительность, отношение сигнал-шум и физический размер пикселя однозначно взаимосвязаны (для матриц, созданных по одной и той же технологии). Чем больше физический размер пикселя, тем больше получаемое соотношение сигнал-шум при заданной чувствительности, или тем выше чувствительность при заданном соотношении сигнал-шум. Физический размер матрицы и ее разрешение однозначно определяют размер пикселя. Пиксел (в разговорной речи пиксель, иногда пэл, англ. pixel, pel - сокращение от picture element или picture сell - элемент изображения) или элиз (редкоиспользуемый русский вариант термина) - наименьший логический элемент двумерного цифрового изображения в растровой графике. Пиксел представляет собой неделимый объект прямоугольной, обычно квадратной, или круглой формы, обладающий определенным цветом. 247 Растровое компьютерное изображение состоит из пикселов, расположенных по строкам и столбцам. Объектив - оптическое устройство, проецирующее изображение на плоскость. В оптике рассматривается, как равнозначное собирающей линзе. Обычно объектив состоит из набора линз (в некоторых объективах - и зеркал), рассчитанных для взаимной компенсации аберраций и собранных в единую систему внутри оправы. Характеристики объективов Главное фокусное расстояние (и возможность его изменения); Максимальное относительное отверстие (светосила); Уровень и характер оптических искажений (аберраций); Разрешающая способность Тип байонета или диаметр резьбы для крепления к камере для съемных объективов Затвор Цифровые камеры оснащены электронным эквивалентом затвора, который встроен в матрицу и выполняет работу, аналогичную механическому. В более дорогих камерах вмонтированы два затвора, и механический служит для предотвращения попадания на сенсор света после окончания времени выдержки, что позволяет избежать появления артефактов ореола, частично блюминга и смазывания. В некоторых цифровых фотоаппаратах при нажатии клавиши затвора наполовину происходит срабатывание систем автоматики. Автофокус и система определения экспозиции фиксируют параметры съемки и ждут полного нажатия. При полном нажатии клавиши спусковой кнопки: 248 в незеркальных цифровых аппаратах механический затвор (при наличии) закрывается; происходит сброс заряда в ячейках матрицы механический затвор открывается на время экспонирования. механический затвор закрывается. происходит считывание кадра из матрицы механический затвор открывается матрица переходит в режим Live View в зеркальном цифровом аппарате (без или при выключенном режиме Live View ) поднимается зеркало, срабатывает "прыгающая" диафрагма включается ранее выключенная матрица открывается на время экспонирования механический затвор закрывается мех затвор опускается зеркало, открывается диафрагма происходит считывание и обработка кадра из матрицы 9.2 Видеоаппаратура Видоискатель, Визир, Визирное устройство - Видоискатель - элемент фотоаппарата, показывающий границы будущего снимка и в некоторых случаях резкость и параметры съемки. На бытовых цифровых фотоаппаратах в качестве видоискателя используются ЖК экраны (на зеркалках в режиме LiveView и на "мыльницах") и различные виды оптических видоискателей. Процессор Процессоры в цифровых фотоаппаратах выполняют следующие функции: управление работой затвора; управление объективом в автоматическом и ручном режимах съемки; 249 выбор баланса белого, измерение освещенности объекта, определение экспопары, выбор цветовой температуры; управление работой вспышки; управление брекетингом - возможностью серийной съемки (обычно сериями по 3 или 10 кадров); управление специальными эффектами из имеющегося набора (сепия, черно-белая съемка, устранение эффекта красных глаз и др.); формирование и выдачи на дисплей информации о выбранных режимах съемки, настройках, самого изображения и т. д. Карта памяти Карта памяти - носитель информации, который обеспечивает длительное хранение данных большого объема, в том числе изображений, получаемых цифровым фотоаппаратом. Разъемы и интерфейсы Внешний интерфейс подключения к компьютеру общего назначения имеется практически во всех цифровых камерах. На сегодня (2008) самым распространенным из них является USB . Также применяются специальные виды разъемов для подключения к телевизору или принтеру. Появились первые модели фотокамер с беспроводными интерфейсами. Работа цифрового фотоаппарата До нажатия клавиши затвора в зеркальных фотоаппаратах между объективом и матрицей расположено зеркало, отражаясь от которого, свет попадает в видоискатель. В незеркальных фотоаппаратах и зеркальных фотоаппаратах в режиме Live View свет из объектива падает на матрицу, при этом на ЖК экран выводится изображение, сформированное на матрице. В некоторых фотоаппаратах при этом может происходить автоматическая фокусировка. При неполном нажатии клавиши затвора (если такой режим предусмотрен) происходит выбор всех автоматически выбираемых 250 параметров съемки (фокусировка, определение экспопары, чувствительности фотоматериала ( ISO ) и т. д.). При полном нажатии происходит съемка кадра, и считывание информации с матрицы во встроенную память фотоаппарата (буфер). Далее производится обработка полученных данных процессором с учетом установленных параметров коррекции экспозиции, ISO , баланса белого и др., после чего данные сжимаются в формат JPEG и сохраняются на флэш-карту. При съемке в формат RAW данные сохраняются на флэш-карту без обработки процессором (возможна коррекция битых пикселей и сжатие алгоритмом без потерь). Так как запись на флэш-карту изображения занимает достаточно большое количество времени, многие фотоаппараты позволяют снимать следующий кадр до окончания записи предыдущего на флэш-карту, если в буфере есть свободное место. Веб-камера Веб-камера - цифровая видео или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети интернет. Модели камер, используемые в охранных целях, могут снабжаться дополнительными устройствами и функциями (такими, как детекторы движения, подключение внешних датчиков и т. п.) Первая в истории вебкамера была запущена в 1991 году. Подобно многим сетевым технологиям, вебкамеры и видеочаты приобрели массовую популярность. Необходимость в "живых" видеоизображениях породила вебкамеры, способные вещать через интернет в формате видеопотока, не требующего от зрителя необходимости вручную обновлять изображение. Устройство веб-камеры Веб-камера содержит объектив, оптический фильтр, ПЗС или КМОП матрицу, схему цифровой обработки изображения, схему компрессии изображения и опционально веб-сервер для подключения к сети. 251 Видеотелефония, видеоконференции По мере того, как возможности работы с вебкамерами появлялись в приложениях, изначально предназначенных для текстового чата (в программах типа Instant Messenger ) - в том числе в Yahoo Messenger, AOL Instant Messenger, Windows Live Messenger и Skype - миллионы обычных пользователей по всему миру получили возможность общения друг с другом по видеофону. Улучшение качества видеоданных позволило вебкамерам конкурировать с существовавшими до этого системами видеоконференцсвязи. Некоторые вебкамеры снабжаются новыми функциями, направленными специально на увеличение популярности и удобства видеосвязи (в томчислефункциями,обеспечивающими автоматическое ретуширование снимка, сглаживание морщин, и т. п.) Сетевая веб-камера (ip-камера) Современная ip -камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. В отличии от обычной веб-камеры сетевая камера функционирует как вебсервер и имеет свой собственный IP -адрес. Таким образом, возможно непосредственное подключение камеры к интернету, что позволяет получать видео и аудиосигнал и обеспечивать управление камерой посредством интернета через браузер. Плата видеозахвата Плата видеозахвата (video grabber, видеограббер) выполняет захват кадров видео, их преобразование (в том числе и оцифровку) и запись в память компьютера. Платы видеозахвата бывают двух типов: грабберы кадров ( frame grabber ) предназначены для захвата неподвижных изображений; платы захвата ( capture board ) могут захватывать целые видеофильмы. Они позволяют получать с видеокамеры или видеомагнитофона отдельные кадры и их связанные последовательности 252 для дальнейшей обработки в компьютере и вывода на различные устройства. При оцифровке видеосигнала формируются огромные массивы информации. Видео файлы при передаче и записи в память сжимаются (выполняется компрессия видеоданных); при воспроизведении картинки выполняется обратная процедура - декомпрессия. В настоящее время существует несколько методов сжатия данных, реализуемых как программно, так и аппаратно. Средства сжатия данных обычно называют КОДЕКами ( CODEC - Compressor-DECompressor ). Платы видеозахвата второго типа, несмотря на указанные трудности, открывают широкие перспективы по созданию и обработке динамических изображений в реальном масштабе времени. 9.3 Проекторы TFT и DLP проекторы. Проектор - световой прибор, перераспределяющий свет лампы с концентрацией светового потока на поверхности размера или в объеме. Проекторы являются в основном оптико-механическими или оптическо- цифровыми приборами, позволяющими при помощи источника света проецировать изображения объектов на поверхность, расположенную вне прибора - экран. Появление проекционных аппаратов обусловило возникновение кинематографа, относящегося к проекционному искусству. Виды проекционных приборов Диаскопический проекционный аппарат - изображения создаются при помощи лучей света проходящих, через светопроницаемый носитель с изображением. Это самый распространенный вид проекционных аппаратов. К ним относят такие приборы как: кинопроектор, диапроектор… Эпископический проекционный аппарат - создает изображения непрозрачных предметов путем проецирования отраженных лучей света. К ним относятся эпископы, мегаскоп. 253 Эпидиаскопический проекционный аппарат - формирует на экране комбинированые изображения как прозрачных, так и непрозрачных объектов. Мультимедийный проектор (также используется термин "Цифровой проектор") - с появлением и развитием цифровых технологий это наименование получили два, вообще говоря, различных класса устройств: На вход устройства подается видеосигнал в реальном времени (аналоговый или цифровой). Устройство проецирует изображение на экран. Возможно при этом наличие звукового канала. Устройство получает на отдельном или встроенном в устройство носителе или из локальной сети файл или совокупность файлов (слайдшоу) - массив цифровой информации. Декодирует его и проецирует видеоизображение на экран, возможно, воспроизводя при этом и звук. Фактически, является сочетанием в одном устройстве мультимедийного проигрывателя и собственно проектора. Лазерный проектор - выводит изображение с помощью луча лазера. Интерактивная доска Интерактивная доска - это удобный современный инструмент для эффективного проведения совещаний, деловых презентаций, семинаров и учебных занятий. Интерактивные доски не только совмещают в себе преимущества большого экрана для проектора и маркерной доски, но и позволяют сохранять все пометки и изменения, сделанные во время обсуждения и даже управлять компьютерными приложениями, не отходя от доски и не прерывая выступления. 254 Интерактивная доска - это устройство, позволяющее лектору или докладчику объединить три различных инструмента: экран для отображения информации, обычную маркерную доску и интерактивный монитор. Доска дает возможность демонстрировать слайды, видео, делать пометки, рисовать, чертить различные схемы, как на обычной доске, в реальном времени наносить на проецируемое изображение пометки, вносить любые изменения и сохранять их виде компьютерных файлов для дальнейшего редактирования, печати на принтере, рассылки по факсу или электронной почте. Достаточно подключить интерактивную доску к компьютеру и проектору, чтобы получить возможность работать с изображением от любого источника. Работа с интерактивной доской не требует специальных знаний и навыков. 255 С помощью специального электронного маркера или даже пальца можно делать пометки поверх проецируемого на доску изображения, которые будут сохраняться в специальный файл на компьютере. Докладчик может не только выделять с помощью маркера фрагменты изображения на экране, но и вносить исправления в текст, управлять компьютерными приложениями маркером или пальцем как компьютерной мышью, использовать многочисленные функции, делающие выступление или презентацию более живой и наглядной. Производители интерактивных досок используют разные технологии для определения положения пишущего инструмента на доске. резистивная матрица; сочетание инфракрасной и ультразвуковой технологии; электромагнитные волны; лазерная технология; оптическая технология. Резистивная технология основана на применении резистивных матриц и реализована в досках производства Smart и Polyvision . Резистивная матрица - это вмонтированная в пластиковую поверхность интерактивной доски сетка из двух слоев тончайших проводников, разделенных воздушным зазором. Проводники замыкаются от давления на поверхность при прикосновении. Таким образом, докладчик может использовать для работы с доской любой предмет - указку, маркер, собственный палец. Эта технология - сенсорная, она не требует применения специальных маркеров, не использует никаких излучений для работы и не подвержена внешним помехам. Недостатком этой 256 технологии является небольшая задержка реакции матрицы при быстром перемещении маркера или заменяющего его предмета. Оптическая технология основана на использовании для считывания координат курсора (маркера или пальца) расположенных по углам доски миниатюрных цифровых видеокамер. При применении этой технологии существенно повышаются быстродействие и точность позиционирования курсора, увеличиваются функциональные возможности. Эта технология реализована в досках SmartBoard. Инфракрасная и ультразвуковая технологии - снабжение поверхности доски инфракрасными и ультразвуковыми датчиками, определяющими положение маркеров и ластика. Пишущая часть маркеров вставляется в специальную оправу, взаимодействующую с датчиками. Инфракрасные и ультразвуковые датчики могут быть встроены в насадки, которые при креплении на обычную маркерную доску превращают ее в интерактивную. Недостаток технологии в том, что такие доски подвержены воздействию со стороны посторонних источников излучений. В основе лазерной технологии лежит использование двух инфракрасных лазеров, расположенных на верхней кромке доски, которые отслеживают движущийся по поверхности маркер. Лазерные сканеры, принимая отраженный сигнал от нанесенных на маркерах ободков, определяют точное положение маркера. Эта технология используется в интерактивных досках компании Polyvision. Электромагнитная технология основана на передаче электронных сигналов с пишущего устройства, которым может быть либо специальный электронный карандаш, либо вложенные в электронные держатели маркеры. Интерактивные доски могут быть прямой и обратной проекции. Существуют также интерактивные насадки для плазменных мониторов, превращающие их в сенсорные плазменные экраны. 257 При прямой проекции проектор светит "снаружи", со стороны докладчика. В досках обратной проекции проектор расположен за просветным интерактивным экраном в специальном корпусе. Применение интерактивных досок Область применения интерактивных досок и панелей весьма обширна. В сфере образования они дают возможность преподавателю работать с электронной картой, схемой, рисунком, картиной. Возможность передачи данных по сети Internet делает электронную интерактивную доску великолепным инструментом для дистанционного обучения. 258 Возможность сохранять нанесенные изображения в виде файла и обмениваться ими по каналам связи делает интерактивные доски удачным решением для оборудования ситуационных и кризисных центров. Другой широкий сектор применения интерактивных досок - деловые презентации, совещания и семинары. Помимо работы со стандартной деловой графикой, эти средства идеально подходят для демонстрации широкой аудитории программного обеспечения или интернет-сайта. В этом случае докладчик жестко не "привязан" к компьютеру, мыши и клавиатуре, поэтому выступление становится более живым и ориентированным на слушателей. Интерактивные доски находят все более широкий спрос со стороны туристических агентств, использующих их для демонстрации клиентам, выбора и согласования туристических маршрутов. Сенсорный экран Сенсорныйэкран - устройство ввода-вывода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему. Сенсорный экран изобрели в США в рамках исследований по программированному обучению. Компьютерная система PLATOIV , появившаяся в 1972 году, имела сенсорный экран на сетке ИК-лучей, состоявший из 16?16 блоков. Но даже столь низкая точность позволяла пользователю выбирать ответ, нажимая в нужное место экрана. Сенсорные экраны используются в платежных терминалах, информационных киосках, оборудовании для автоматизации торговли, карманных компьютерах, операторских панелях в промышленности. 259 Достоинства и недостатки использования в стационарных устройствах Достоинства недостатки В информационных и торговых автоматах, операторских панелях и прочих устройствах, в которых нет активного ввода, сенсорные экраны зарекомендовали себя как очень удобный способ взаимодействия человека с машиной. Повышенная надежность. Устойчивость к жестким внешним воздействиям (включая вандализм). Интуитивно понятный интерфейс. (Для экранов, реагирующих на пальцы.) Нет тактильной отдачи. Работая с вертикальным экраном, Пользователь вынужден держать руку на весу. Поэтому вертикальные экраны пригодны только для эпизодического использования наподобие банкоматов. На горизонтальном экране руки загораживают обзор. Даже с абсолютной точностью Отслеживания и острым пером Сенсорный экран не будет прецизионным инструментом из-за параллакса. Без специальных покрытий отпечатки пальцев могут мешать пользователю Принципы работы Существует множество разных типов сенсорных экранов, которые работают на разных физических принципах. Резистивные сенсорные экраны Четырехпроводной экран Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны. И на панель, и на мембрану нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, которые равномерно распределены по активной области экрана и надежно изолируют проводящие поверхности. 260 Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, и контроллер с помощью аналогово-цифрового преобразователя регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты прикосновения ( X и Y ). В общих чертах алгоритм считывания таков: На верхний электрод подается напряжение +5В , нижний заземляется. Левый с правым соединяются накоротко и проверяется напряжение на них. Это напряжение соответствует Y -координате экрана. Аналогично на левый и правый электрод подается +5В и "земля", с верхнего и нижнего считывается X-координата. Существуют также восьмипроводные сенсорные экраны. Они улучшают точность отслеживания, но не повышают надежности. Пятипроводной экран Пятипроводной экранболее надежен за счет того, что резистивное покрытиенамембране заменено проводящим (5-проводной экран продолжает работать даже с прорезанной мембраной). На заднем стекле нанесено резистивное покрытие с четырьмя электродами по углам. Изначально все четыре электрода находятся под напряжением +5В , а мембрана заземлена. Уровень напряжения на мембране постоянно 261 отслеживается аналогово-цифровым преобразователем. Когда ничто не касается сенсорного экрана, напряжение равно нулю. Как только на экран нажимают, микропроцессор улавливает изменение напряжения мембраны и начинает вычислять координаты касания следующим образом: 1. На два правых электрода подается напряжение +5В , левые заземляются. Напряжение на экране соответствует X -координате. 2. Y -координата считывается подключением к +5В обоих верхних электродов и к "земле" обоих нижних. Особенности Резистивные сенсорные экраны дешевы и обладают максимальной стойкостью к загрязнению. Резистивные экраны реагируют на прикосновение любым гладким твердым предметом: рукой (голой или в перчатке), пером, кредитной картой, тупым концом скальпеля. Их используют везде, где вандализм и низкие температуры полностью исключены: для автоматизации промышленных процессов, в медицине, в сфере обслуживания ( POS - терминалы), в персональной электронике (КПК). Недостатками резистивных экранов являются низкое светопропускание (не более 85 % для 5-проводных моделей и еще более низкое для 4- проводных), низкая долговечность (не более 35 млн нажатий в одну точку) и недостаточная вандалоустойчивость (пленку легко разрезать). Матричные сенсорные экраны Конструкция и принцип работы Конструкция аналогична резистивной, но упрощена до предела. На стекло нанесены горизонтальные проводники, на мембрану - вертикальные. При прикосновении к экрану проводники соприкасаются. Контроллер определяет, какие проводники замкнулись, и передает в микропроцессор соответствующие координаты. 262 Особенности Имеют очень низкую точность. Элементы интерфейса приходится специально располагать с учетом клеток матричного экрана. Единственное достоинство - простота, дешевизна и неприхотливость. Обычно матричные экраны опрашиваются по строкам (аналогично матрице кнопок); это позволяет наладить мультитач. Постепенно заменяются резистивными. Eмкостные сенсорные экраны Принцип действия емкостного сенсорного экрана Eмкостный экран использует тот факт, что предмет большой емкости проводит переменный ток. Eмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую проводящим материалом. Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение (одинаковое для всех углов). При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Ток во всех четырех углах регистрируется датчиками и передается в контроллер, вычисляющий координаты точки касания. В более ранних моделях емкостных экранов применялся постоянный ток - это упрощает конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землей приводит к сбоям. Особенности Eмкостные сенсорные экраны надежны (порядка 200 млн нажатий), не пропускают жидкости и отлично терпят непроводящие загрязнения. 263 Прозрачность на уровне 90 %. Впрочем, проводящее покрытие все еще уязвимо. Поэтому емкостные экраны широко применяются в автоматах, установленных в охраняемом помещении. Не реагируют на руку в перчатке. Проекционно-емкостные сенсорные экраны Принцип действия проекционно-емкостного сенсорного экрана На внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор; электроника измеряет емкость этого конденсатора (подает импульс тока и измеряет напряжение). Особенности Прозрачность таких экранов до 90 %, температурный диапазон чрезвычайно широк. Очень долговечны (узкое место - сложная электроника, обрабатывающая нажатия). На ПЁЭ может применяться стекло толщиной вплоть до 18 мм, что приводит к крайней вандалоустойчивости. На непроводящие загрязнения не реагируют, проводящие легко подавляются программными методами. Поэтому проекционно-емкостные сенсорные экраны применяются в автоматах, устанавливаемых на улице. Реагирует на руку в перчатке. Невысокая точность дополняется параллаксом от толстого вандалоустойчивого стекла. Отличают нажатие рукой от нажатия проводящим пером. В некоторых моделях поддерживается мультитач. Поэтому такая технология применяется в тачпадах и мультитач-экранах. Сенсорные экраны ПАВ (на поверхностно-акустических волнах) 264 Конструкция и принцип работы На экране возбуждаются ультразвуковые колебания. Прикосновение к экрану изменяет характер прохождения ультразвука и регистрируется датчиками. Особенности Предельно высокая прозрачность (не нужны никакие электроды; мало того, ультразвук можно возбуждать прямо на экране). Реагирует на силу нажатия. Высокая надежность. Не реагирует на предмет, не поглощающий ультразвук (перо, карточка). Любой посторонний предмет (например, прилепленная жвачка) полностью блокирует работу экрана. Не удается надежно загерметизировать края экрана. Поэтому такие экраны применяют только в охраняемом помещении. Сетка инфракрасных лучей Принцип работы инфракрасной сенсорной панели прост - сетка, сформированная горизонтальными и вертикальными инфракрасными лучами, прерывается при касании к монитору любым предметом. Контроллер определяет место, в котором луч был прерван. Особенности Инфракрасные сенсорные экраны боятся загрязнений и поэтому применяются там, где важно качество изображения. Из-за простоты и ремонтопригодности схема популярна у военных. Оптические сенсорные экраны Стеклянная панель снабжена инфракрасной подсветкой. На границе "стекло-воздух" получается полное внутреннее отражение, на границе "стекло - посторонний предмет" свет рассеивается. Остается заснять картину рассеяния, для этого существуют две технологии: В проекционных экранах рядом с проектором ставится камера. Так устроен, например, Microsoft Surface Либо светочувствительным делают дополнительный четвертый субпиксель ЖК-экрана. 265 Особенности Позволяют отличить нажатия рукой от нажатий какими-либо предметами, есть мультитач. Такая технология позволяет делатьсколь угодно большие "сенсорные" поверхности, вплоть до классной доски. Тензометрические сенсорные экраны Реагируют на деформацию экрана. Точность тензометрических экранов невелика, зато они отлично выдерживают вандализм. Применение аналогично проекционно-емкостным: банкоматы, билетные автоматы и прочие устройства, расположенные на улице. Индукционные сенсорные экраны Индукционный сенсорный экран - это графический планшет со встроенным экраном. Такие экраны реагируют только на специальное перо. Применяются, когда требуется реакция именно на нажатия пером (а не на рукой): художественные планшеты класса high-end , некоторые модели планшетных ПК. Контрольные вопросы 1. Какие виды веб-камер существуют? 2. Для чего предназначены сетевые веб-камеры? 3. Что называется кодеками? 4. Какие типы карт видеозахвата существуют? 5. Какое устройство служит для выделения и демодуляции сигнала? 6. Какие стандарты телевизионных стандартов существую? Их отличия? 7. Что называют проектором? 8. Какие виды проекционных приборов вы знаете? 9. Что такое интерактивная доска? 10. Какие технологии используют для создания интерактивных досок? 11. Где применяются интерактивные доски и сенсорные экраны? 12. Какие достоинства и недостатки использования сенсорных экранов? 13. Какие технологии используются для создания сенсорных экранов? 266 Тема 10 УСТРОЙСТВА ВВОДА ИНФОРМАЦИИ В ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР 10.1 Клавиатура. Изучение принципа работы клавиатуры. Устройства ввода информации - это периферийные устройства, предназначенные для сбора информации, преобразования ее в цифровой вид, передачи информации в компьютер. Клавиатура Клавиатура - одно из важнейших устройств компьютера, используемое для ввода в систему команд и данных. Основные типы клавиатур: 83 -клавишная клавиатура PC и XT; 84-клавишная клавиатура AT; 101 -клавишная расширенная клавиатура; 104-клавишная расширенная клавиатура Windows. 104-клавишная клавиатура Клавиатура, подобная 101-клавишной, которая выросла до 104- клавишной. У такой клавиатуры есть дополнительные клавиши: левая и правая Windows-клавиша и клавиша 267 Режим USB Legacy Набор микросхем системной платы и драйверы ROM BIOS позволяют использовать клавиатуру USB вне среды пользовательского графического интерфейса (GUI) Windows. Режим USB Legacy дает возможность использовать клавиатуру USB в среде MS DOS, для конфигурирования системной BIOS, при использовании командной строки во время работы в Windows или же при первой установке Windows в системе. Клавиатуры для портативных компьютеров Ограниченный размер портативного компьютера не позволяет использовать стандартную раскладку клавиатуры. Наиболее очевидное отличие клавиатуры портативных компьютеров состоит в отсутствии вспомогательной цифровой клавиатуры. Для переключения клавиатуры обычно используется комбинация, в которую входит клавиша Конструкции клавиш В клавиатурах используется несколько типов клавиш. В большинстве клавиатур установлены механические переключатели, в которых происходит замыкание электрических контактов при нажатии клавиш. Также используются бесконтактные емкостные датчики. Разновидности контактных клавиатур: с механическими переключателями; с замыкающими накладками; с резиновыми колпачками; мембранные. Механические переключатели В механических переключателях происходит замыкание металлических контактов. Для обратной связи устанавливаются пружины и смягчающие пластинки. Они выдерживают до 20 млн. срабатываний и стоят вторыми по долговечности после емкостных датчиков. 268 Замыкающие накладки В таких клавиатурах состоит из пористого материала с приклеенной снизу фольгой, которая соединяется с кнопкой клавиши. При нажатии клавиши фольга замыкает печатные контакты на плате. Когда клавиша отпускается, пружина возвращает ее в исходное положение, а пористая прокладка смягчает удар. Недостаток в том, что она чувствительна к коррозии фольги и загрязнению контактов на печатной плате. Резиновые колпачки Клавиатура с резиновыми колпачками похожа на предыдущую конструкцию, вместо пружины в ней используется резиновый колпачок с замыкающей вставкой из той же резины, но с угольным наполнителем. При нажатии клавиши шток надавливает на резиновый колпачок, деформируя его. Деформация колпачка сначала происходит упруго, а затем он "проваливается". При этом угольный наполнитель замыкает проводники на печатной плате. При отпускании резиновый колпачок принимает первоначальную форму и возвращает клавишу в исходное состояние. Замыкающие вставки делаются из очищенного угля, потому они не подвержены коррозии и сами по себе очищают металлические контакты, к которым прижимаются. Колпачки обычно прессуются все вместе в виде листов резины, покрывающих плату целиком и защищающих ее от пыли, 269 грязи и влаги. Количество деталей в такой конструкции минимально. Все это обеспечивает высокую надежность клавиатуры и ее широкое распространение. Мембранная клавиатура Эта клавиатура является разновидностью предыдущей, но в ней нет отдельных клавиш: вместо них используется лист с разметкой, который укладывается на пластину с резиновыми колпачками. В настоящее время такие клавиатуры не годится для обычной печати, но используются для управления станками, агрегатами. Мембранные клавиатуры обеспечивают более надежный и жесткий контакт, но при этом требуется усилие для нажатия клавиш. , 270 Емкостные датчики Это единственные бесконтактные переключатели, которые получили широкое распространение. Для обеспечения обратной связи в них используются цилиндрические (винтовые) пружины. В емкостных датчиках нет замыкающихся контактов. Их роль выполняют две смещающиеся относительно друг друга пластинки и специальная схема, реагирующая на изменение емкости между ними. Когда верхняя пластинка приближается к нижней, емкость между ними увеличивается, что регистрируется схемой компаратора, установленной в клавиатуре. Ее долговечность - до 25 млн. нажатий, в отличие от 10-12 млн. для клавиатур других типов. Интерфейс клавиатуры Клавиатура состоит из набора переключателей, объединенных в матрицу. При нажатии клавиши процессор, установленный в самой клавиатуре, определяет координаты нажатой клавиши в матрице. Кроме того, процессор клавиатуры определяет продолжительность нажатия и может обработать даже одновременное нажатие нескольких клавиш. В клавиатуре установлен буфер емкостью 16 байт, в который заносятся данные при слишком быстрых или одновременных нажатиях. Затем эти данные в соответствующей последовательности передаются в систему. Клавиатура, подключенная к порту USB, микросхемы контроллера, установленные в клавиатуре, используются для получения и интерпретации данных перед тем, как они будут переданы через порт USB в систему. Некоторые микросхемы включают в себя логическую часть концентратора USB, что позволяет клавиатуре работать непосредственно в качестве концентратора USB. При получении данных от клавиатуры порт USB передает их на 8042-совместимый контроллер, который обрабатывает данные так же, как и любую другую информацию клавиатуры. 271 При нажатии клавиши встроенный в клавиатуру процессор (8048 или 6805) определяет координаты замкнутого переключателя в матрице. После этого он передает на системную плату последовательный пакет данных, содержащий скан-код нажатой клавиши. Это называется кодом активизации ( make code ). Когда клавиша возвращается в первоначальное состояние, отправляется код останова ( break code ), указывающий системной плате на то, что клавиша отпущена. 10.2 Оптико-механические манипуляторы. Мышь Устройство ввода, обеспечивающее взаимосвязь между пользователем и компьютером. Мышь воспринимает свое перемещение в рабочей плоскости (обычно - на участке поверхности стола) и передает эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения Первым компьютером, в комплект которого включалась мышь, был миникомпьютер Xerox 8010 Star Information System (англ.), представленный в 1981 году. Шаровой привод В шаровом приводе движение мыши передается на выступающий из корпуса гуммированный стальной шарик (его вес и резиновое покрытие 272 обеспечивают хорошее сцепление с рабочей поверхностью). Два прижатых к шарику ролика снимают его движения по каждому из измерений и передают их на датчики, преобразующие эти движения в электрические сигналы. Основной недостаток шарового привода - загрязнение шарика и снимающих роликов, приводящее к заеданию мыши и необходимости в периодической ее чистке Контактные датчики Контактный датчик представляет из себя текстолитовый диск с лучевидными металлическими дорожками и тремя контактами, прижатыми к нему. Основными недостатками контактных датчиков является окисление контактов, быстрый износ и невысокая точность. Поэтому со временем все мыши перешли на бесконтактные оптопарные датчики. Оптопарные (оптомеханические) датчики Оптронный координатный датчик в мыши с шаровым приводом Оптронный датчик состоит из двойной оптопары - светодиода и двух фотодиодов (обычно - инфракрасных) и диска с отверстиями или лучевидными прорезями, перекрывающего световой поток по мере вращения. При перемещении мыши диск вращается, и с фотодиодов снимается сигнал с частотой, соответствующей скорости перемещения мыши. Второй фотодиод, смещенный на некоторый угол или имеющий на диске датчика смещенную систему отверстий/прорезей, служит для 273 определения направления вращения диска (свет на нем появляется/исчезает раньше или позже, чем на первом, в зависимости от направления вращения). Оптические мыши первого поколения Оптические датчики призваны непосредственно отслеживать перемещение рабочей поверхности относительно мыши. Исключение механической составляющей обеспечивало более высокую надежность и позволяло увеличить разрешающую способность детектора. Первое поколение датчики с непрямой оптической связью - светоизлучающих и воспринимающих отражение от рабочей поверхности светочувствительных диодов. Для таких мышек требуются специальные коврики со специальной штриховки (перпендикулярными или ромбовидными линиями). На некоторых ковриках эти штриховки выполнялись красками, невидимыми при обычном свете (такие коврики даже могли иметь рисунок). Оптические мыши второго поколения Оптические мыши второго поколения сделаны на базе микросхемы, содержащей фотосенсор и процессор обработки изображения. Фотосенсор периодически сканирует участок рабочей поверхности под мышью. При изменении рисунка процессор определяет, в какую сторону и на какое 274 расстояние сместилась мышь. Сканируемый участок подсвечивается светодиодом (обычно - красного цвета) под косым углом. При нахождении мыши в состоянии покоя, что проявляется дрожанием указателя на экране, иногда с тенденцией сползания в ту или иную сторону. Некоторые модели оборудуются двумя датчиками перемещения сразу, что позволяет, анализируя изменения сразу на двух участках поверхности, исключать возможные ошибки. Лазерные мыши В таких мышках вместо оптического датчика, использующего для подсветки полупроводниковый лазер. Такие мыши более надежны, разрешение выше, низкое энергопотребление, могут работать на стеклянных и зеркальных поверхностях. В отличии от оптических свечение лазера незаметно. Индукционные мыши Индукционные мыши используют специальный коврик. Имеют хорошую точность, и их не нужно правильно ориентировать. Мышь работает на специальном графическом планшете. Зачастую беспроводная, причем не требует аккумуляторов т.к. питание индукционное. Инерционные мыши Инерционные мыши используют акселерометры (приборы, измеряющие проекцию кажущегося ускорения) для определения движений мыши по каждой из осей. Обычно инерционные мыши являются 275 беспроводными и имеют выключатель для отключения детектора движений, для перемещения мыши без влияния на указатель. Гироскопические мыши Мышь, оснащенная гироскопом, распознает движение не только на поверхности, но и в пространстве: ее можно взять со стола и управлять движением кисти в воздухе. Мыши с MEMS-датчиками Мышь, использующая MEMS (микроэлектромеханические системы) для отслеживания движения также способна работать в пространстве. Вместе с тем, MEMS миниатюрнее гироскопов, поэтому такие мыши легче и меньше Кнопки Кнопки - основные элементы управления мыши (Однокнопочная, двухкнопочная и трехкнопочная мышь Apple ), служащие для выполнения основных манипуляций: выбора объекта (нажатиями), активного перемещения (то есть перемещения с нажатой кнопкой, для рисования или обозначения начала и конца отрезка на экране, который может трактоваться как диагональ прямоугольника, диаметр окружности, исходная и конечная точка при перемещении объекта, выделении текста и т. п.). Дополнительные кнопки горизонтальная прокрутка; двойное нажатие ( double click ); навигация в браузерах и файловых менеджерах; управление уровнем громкости и воспроизведением аудио- и видеоклипов; запуск приложений; и т. п. Интерфейсы подключения устройств позиционирования Последовательный коммуникационный интерфейс RS-232 PS/2 порт c разъемом mini-DIN Разъем DIN (Deutche Industrie) может быть двух видов: 276 5ти контактный, применяемый в PC -совместимых компьютерах с системными платами Baby-AT ; (первые по горизонтали.) 6ти контактный mini-DIN, используемый в компьютерах PS/2 и в большинстве компьютеров с системными платами LPX, ATX и NLX. (вторые по горизонтали) USB Bluetooth Беспроводные мыши В беспроводных мышках используется выбор частоты, это мыши не имеющие сигнальный провод и питание от компьютера. При таком взаимодействии на манипуляторе устанавливается источник сигнала, соответственно на компьютере приемник сигнала. Оптическое соединение это соединение использующее инфракрасное соединение, такая связь имеет один существенный недостаток: любое препятствие между мышью и приемником мешает работе. Радиосвязь это соединение использующие Bluetooth -соединение Индукционные мыши такие мыши получают питание от индукционной рабочей площадки ("коврика") или графического планшета. Стоит отметить, что рабочая площадка подключается кабелем, хотя и не мешает двигать мышь по рабочей площадке. Световое перо 277 Световое перо (англ. light pen, также - стило, англ. stylus) - один из инструментов ввода графических данных в компьютер, разновидность манипуляторов. Внешне имеет вид шариковой ручки или карандаша, соединенного проводом с одним из портов ввода-вывода компьютера. Обычно на световом пере имеется одна или несколько кнопок, которые могут нажиматься рукой, удерживающей перо. Ввод данных с помощью светового пера заключается в прикосновениях или проведении линий пером по поверхности экрана монитора. В наконечнике пера устанавливается фотоэлемент, который регистрирует изменение яркости экрана в точке, с которой соприкасается перо, за счет чего соответствующее программное обеспечение вычисляет позицию, "указываемую" пером на экране и может, в зависимости от необходимости, интерпретировать ее тем или иным образом, обычно как указание на отображаемый на экране объект или как команду рисования. Световое перо было распространено во время распространения графических карт стандарта EGA, которые обычно имели разъем для подключения светового пера. Световое перо невозможно использовать с обычными ЖК-мониторами. Также световое перо может быть элементом дигитайзера (графического планшета). В этом случае пером пишут или рисуют не по экрану монитора, а по поверхности планшета. Графический планшет (Дигитайзер) Графический планшет (или дигитайзер, диджитайзер, от англ. digitizer) - это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Первые графические планшеты, подобные современным, были представлены в 1964 году под названием "графакон" (от англ. Graphic Converter ). 278 Они содержали сетку тонких проволок, создающих последовательность слабых магнитных импульсов, которые улавливались пером, что позволяло определять текущее положение пера. Принцип действия В современных планшетах основной рабочей частью также является сеть из проводов (или печатных проводников), подобная той, что была в "Графаконах". Эта сетка имеет достаточно большой шаг (3-6 мм), но механизм регистрации положения пера позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 100 линий на мм). По принципу работы и технологии есть разные типы планшетов. В электростатических планшетах регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под пером. В электромагнитных перо излучает электромагнитные волны, а сетка служит приемником. В обоих случаях на перо должно быть подано питание. Фирма Wacom (англ.) создала технологию на основе электромагнитного резонанса, когда сетка и излучает, и принимает сигнал, а перо лишь отражает его. Поэтому в таком устройстве запитывать перо не нужно. Но при работе электромагнитных планшетов возможны помехи от излучающих устройств, в частности мониторов. На таком же принципе действия основаны некоторые тачпэды. Также есть планшеты, в которых нажим пера улавливается за счет пьезоэлектрического эффекта. При нажатии пера в пределах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка из тончайших проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов, что позволяет определять координаты нужной точки. Такие планшеты вообще не требуют специального пера и позволяют чертить на рабочей поверхности планшета как на обычной чертежной доске. Кроме координат пера в современных графических планшетах также могут определяться давление пера на рабочую поверхность, наклон, направление и сила сжатия пера рукой. 279 Также в комплекте графических планшетов совместно с пером может поставляться мышь, которая, однако, работает не как обычная компьютерная мышь, а как особый вид пера. Такая мышь может работать только на планшете. Поскольку разрешение планшета гораздо выше, чем разрешение обычной компьютерной мыши, то использование связки мышь+планшет позволяет достичь значительно более высокой точности при вводе. Характеристики Рабочая площадь. Рабочая площадь обычно приравнивается к одному из стандартных бумажных форматов (А7-А3). Стоимость приблизительно пропорциональна площади планшета. Разрешение. Разрешением планшета называется шаг считывания информации. Разрешение измеряется числом точек на дюйм (англ. dots per inch, dpi ). Типичные значения разрешения для современных планшетов составляет несколько тысяч dpi. Число степеней свободы. Количество степеней свободы описывает число квазинепрерывных характеристик взаимного положения планшета и пера. Минимальное число степеней свободы - 2 ( X и Y положения проекции чувствительного центра пера), дополнительные степени свободы могут включать давление, наклон пера относительно плоскости планшета, вращение (положение пера относительно своей вертикально оси). Применение Графические планшеты применяются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближенным к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода (хотя ввод относительных перемещений с помощью планшета и возможен, он зачастую неудобен). Кроме того, их удобно использовать для переноса (отрисовки) уже готовых изображений в компьютер. 280 Некоторые программы мгновенного обмена сообщениями (например, MSN Messenger (теперь Windows Live Messenger ) и Skype 2 ) позволяют пользователю, имеющему графический планшет, интерактивно демонстрировать рисуемое абоненту на другом конце. Некоторые такие приложения имеют функцию совместного редактирования изображений (англ. whiteboard ) с использованием, например, протоколов Jabber. Среди них - IM-клиент Coccinella (англ.), IM клиент Tkabber и графический редактор Inkscape. Ведется разработка поддержки whiteboard и в клиенте Jabber Psi. Некоторые пользователи предпочитают небольшие графические планшеты компьютерной мыши за меньшую нагрузку на руку, как, например, и трекболы. Ведущие производители: Acecad, Adesso, Aiptek, Genius, GTCO CalComp, Hitachi, Trust, Wacom. Устройство TrackPoint II/III/IV Устройство появилось в эксплуатации с октября 1992 года, не имеет подвижных частей, которые могли бы сломаться или загрязниться. Отличие моделей зависит от чувствительности, удобством использования, программного обеспеченья, изготовление разного материала (силиконовая резина, шероховатый материал). TrackPoint это маленький резиновый рычажок красного цвета, расположенный между клавишами |