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Por falta de alternativas, a fotografia convencional reinou de
forma absoluta durante muito tempo. Evoluções, é claro,
ocorreram. Do monocromático para o colorido, revelações
rápidas, máquinas de baixo custo ou máquinas sofisticadas
controladas eletronicamente, etc.
A fotografia digital mudou a situação. De início os
equipamentos eram caros e a qualidade deixava a desejar. De forma
similar a outros aparelhos eletrônicos, a evolução tem sido
constante e os preços mais acessíveis, tornando a câmera
digital um dos objetos de consumo mais desejados dos tempos
atuais.
Nesta página, algumas informações sobre a matéria, que poderão ser ampliadas ou
atualizadas oportunamente.
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Fotografia convencional |
↑Topo • Fim↓
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Nesta página não cabem
muitos detalhes, apenas alguns comentários superficiais sobre o
funcionamento. Apesar da longa idade, ainda é o meio
que produz imagens de melhor qualidade por ser um processo
fotoquímico. A camada ativa do filme contém grãos microscópicos
de cristais produzidos pela combinação de nitrato de prata e
haletos.
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Fig 01
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Na máquina, um conjunto de lentes com diafragma e obturador projeta por um breve
período a imagem na superfície do filme.
Nos grãos sensibilizados
pela luz ocorre a separação de alguns átomos de prata, mas é
ainda uma imagem latente que só é visível após o processo de
revelação. Nesta, um agente redutor transforma os íons em prata
metálica e as partes mais sensibilizadas (ou seja, as mais claras
da imagem) ficam mais escuras e vice-versa, formando um negativo da
imagem.
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Na impressão da foto ocorre
um processo semelhante ao do filme. Desde que é projetado um
negativo, as partes mais escuras, que correspondem às mais claras
da imagem original, ficam mais claras, reproduzindo o original.
Na realidade, o processo é mais complexo, envolvendo vários outros
materiais e etapas, que não são do escopo desta página. Na
fotografia colorida, filmes e papéis fotográficos têm 3 camadas
de cores. Um processo similar (mas não igual) ao da formação de
cores em um cinescópio.
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Digitalizando uma imagem |
↑Topo • Fim↓
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Na figura abaixo, o quadro
da direita é uma ampliação de uma pequena área próxima do
centro da imagem do quadro esquerdo. Notar que ela é descontínua, formada
por uma matriz de pequenos quadrados ou elementos. Eles são
chamados de pixels (do inglês picture element).
Portanto, uma matriz formada por minúsculos fotossensores e um
circuito de leitura e processamento dos sinais captados podem
substituir o filme fotográfico, sendo este o princípio básico da
fotografia digital.
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Fig 01
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Os fundamentos são simples,
mas a implementação prática é mais complexa. Para obter uma
imagem de boa qualidade, a quantidade de pixels por unidade de área
deve ser alta e, portanto, as dimensões dos sensores elementares
devem ser mínimas, o que só foi conseguido com a evolução dos
processos de fabricação de circuitos integrados.
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As vantagens da fotografia digital são evidentes. Algumas delas: não há
revelação, as imagens podem ser vistas quase de imediato. Podem
ser enviadas para o computador sem ajuda de scanners. Podem ser
facilmente organizadas e, com procedimentos adequados, armazenadas
de forma segura e/ou confidencial.
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Curiosidade relacionada: o pioneirismo da fotografia convencional é
creditado a Nicéphore Niepce, pesquisador francês, que em 1826 usou
uma placa de liga de chumbo e estanho revestida com betume da Judéia
(um tipo de asfalto). Precisou de 8 h de exposição à luz solar. Na
realidade foi um processo de gravação, pois o material ficava
insolúvel se exposto à luz.
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O sensor mais comum usado em
câmeras digitais é denominado CCD (charge coupled device).
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Fig 01
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A Figura 01 dá idéia da estrutura de um pixel sensor. Quando
fótons de luz atingem a região, pares de elétrons e buracos
são criados devido ao efeito fotoelétrico. Os elétrons são
atraídos pelo potencial da porta, criando uma carga elétrica
na região, que será tanto maior quanto maior a intensidade
da luz incidente.
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Portanto, o valor da carga em cada pixel
tem relação com a intensidade da luz recebida e uma matriz dos
mesmos pode captar uma imagem.
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Fig 02
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Entretanto, não há como ler diretamente o valor da carga em cada
pixel. O potencial da porta é fixo, mantido apenas para segurar a
carga.
A Figura 02 mostra o processo que permite a leitura: na realidade,
cada pixel tem duas portas auxiliares. A aplicação sucessiva de
potenciais diferentes move as cargas ao longo de uma linha ou
coluna.
Com o uso de uma linha auxiliar na parte inferior conforme Figura 03,
a imagem pode ser movida linha a linha pela aplicação simultânea
em cada coluna dos potenciais sucessivos da Figura 04.
E, no canto inferior
direito, um eletrodo recebe a informação seqüencial de cada linha
da imagem.
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Notar que é um dispositivo analógico. O
sinal de saída, que é bastante fraco, precisa ser amplificado e
transformado em digital por um conversor apropriado.
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Fig 03
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As dimensões dos pixels são bastante pequenas. Valores típicos
estão na faixa de 10 a 20 µm. Assim, a área de imagem de um CCD
de 1024 x 1024 pixels pode ser tão reduzida como 10 x 10 mm.
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O nome (charge coupled device)
é dado em razão do processo de movimento das cargas. Existem
também sensores com tecnologia CMOS, que usam fotodiodos e transistores
para os pixels. Nestes, o acesso a cada pixel é individual, não
há movimento de cargas. Em geral, os sensores CMOS apresentavam
qualidade de imagem inferior, menores resoluções e sensibilidades.
Mas o custo é menor e o consumo de energia também. E a velocidade
é maior pois não há o processo de transferência de cargas.
A tecnologia CMOS também evolui e já é possível encontrar
performance parecida, com a significativa vantagem do menor consumo.
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Se fossem usados apenas
sensores conforme tópico anterior, a imagem seria monocromática, pois
só há informação da intensidade em cada pixel, não da cor.
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Fig 01
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Existem vários meios de captura de cor.
Um deles é indicado na Figura 01 ao lado. Um dispositivo ótico dotado de
filtros para cada cor fundamental (vermelho, verde, azul) dirige a
imagem para o respectivo sensor.
Por usarem 3 sensores, máquinas deste tipo são obviamente mais
caras e não podem ser muito compactas.
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Fig 02
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A Figura 02 dá outro arranjo que já foi
usado. Um disco giratório com filtros permite a projeção de cada
cor em um único sensor.
Não é uma solução muito prática. Ocupa espaço físico e, desde
que as informações das cores não são obtidas de forma
simultânea, a câmera e a cena devem estar imóveis para melhor
resultado.
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Fig 03
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O método de captura de cor mais usado é
indicado na Figura 03. É chamado filtro Bayer. Em frente a cada
pixel são colocados filtros de cores fundamentais, dispostas de
forma alternada.
Na recomposição da imagem, o software usa um algoritmo que calcula
a cor de cada pixel pela média dos adjacentes, resultando numa boa
aproximação com a imagem real.
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Notar que a quantidade de verdes é maior que as demais. Isso serve
para compensar a sensibilidade da vista humana, que não é igual
para todas as cores.
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É evidente que a qualidade da imagem
será tanto melhor quanto maior for o número de pixels por unidade
de área do sensor. Esta propriedade é chamada resolução e em
geral é dada pela quantidade na horizontal e na vertical ou pelo
produto das mesmas (em megapixels).
É também evidente que o preço aumenta com a resolução. A tabela
abaixo dá algumas resoluções encontradas no mercado.
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| Pixels |
Megapixels |
Obs |
| 256 x 256 |
0,06 |
Máquinas de baixo custo.
Qualidade da imagem é ruim. |
| 640 x 480 |
0,3 |
Suficiente para imagens em
páginas na Internet. |
| 1216 x 912 |
1,1 |
Melhor qualidade. Para
impressões até cerca de 12 x 20 cm. |
| 1600 x 1200 |
1,9 |
Para impressões até cerca de
20 x 25 cm. |
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Atualmente é possível encontrar
máquinas com resoluções próximas de 10 megapixels. Não há
especificação igual para o filme fotográfico convencional. Neste,
o processo é analógico e, na prática, podemos dizer que existem
ilimitados valores
de intensidades e cores possíveis. O que se define é o tamanho
médio dos grãos. Um filme de 35 mm de grão fino tem uma
capacidade de resolução maior que 50 vezes a de uma máquina
digital de 3 megapixels.
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O processamento digital da
imagem permite recursos como a aproximação (zoom), quando se
deseja detalhes de uma área pequena da cena.
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Fig 01
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Entretanto, sempre há perda de
qualidade, por melhores que sejam os algoritmos de interpolação do
software.
O exemplo da Figura 01 não foi feito com máquina, mas com um
programa gráfico. Pode-se notar a perda de nitidez da área
ampliada.
Câmeras mais sofisticadas têm zoom ótico, para aproximação sem
perda de qualidade.
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Uma vez tomada a foto, o
microprocessador faz seu trabalho e a imagem está pronta para ser
vista e/ou armazenada. A maioria das máquinas atuais dispõe de um
visor de cristal líquido (LCD) que permite a visualização.
Encontram-se no mercado câmeras diversos meios de armazenagem das
imagens em forma de arquivos: disquete, memória flash (no circuito
ou removível em forma de cartão), disco rígido e, mais
recentemente, até CD e DVD. Normalmente, são usados softwares de
compressão de imagens para maximizar o aproveitamento da memória.
Muitas máquinas permitem mais de um nível de compressão, de
acordo com a qualidade desejada (alta compressão significa arquivos
menores e menor qualidade também).
O tipo e o tamanho da memória mais adequados dependem muito da
utilização pretendida. Exemplo: um cartão de memória flash de
128 MB permite armazenar até cerca de 75 fotos de uma imagem 1600 x
1200 pixels em formato JPEG de alta qualidade. Para transferir os
arquivos para o computador sem uso de cabos é preciso uma interface
no mesmo.
Algumas coisas são similares às das máquinas convencionais.
Exemplo: diafragma, para regular a intensidade de luz de acordo com
a cena e obturador para controlar o tempo de exposição. Nas
máquinas digitais este último não precisa ser mecânico, pois o
sensor pode ser ativado e desativado eletricamente. Algumas usam uma
combinação de ambos os tipos.
O sistema ótico também é similar, com as diferenças técnicas
exigidas pela menor área projetada em relação ao filme
convencional (menor distância focal). Podem ter lentes com foco
fixo e sem zoom, lentes com foco automático ou manual e com zoom e
mesmo sistemas removíveis para as mais sofisticadas.
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