Digitální fotografie - vznik, historie, současnost a vývojové trendy

V několika posledních letech jsme svědky velkého boomu digitálních technologií, spojeným s rozšiřováním výpočetní techniky téměř do každé domácnosti. Rozhodl jsem se proto shrnout do několika řádků minulost technologie pořizování digitálních snímků a důvody pro vznik, ale také současnost a trendy ve světě digitálních fotografií.

Než se podíváme na vznik a historii digitálních fotoaparátů, musíme si nejprve položit základní otázku: proč fotografovat digitálně? Klasická fotografie provází lidstvo od předminulého století, prožila velký vývoj a stále se ještě vyvíjí. Přestože nehrozí, že by digitální fotografie zcela nahradila klasický film, trend posledních let ukazuje, že si stále více lidí pořizuje digitální fotoaparáty. Právě rozdíly mezi digitální a klasickou fotografií jsou odpovědí na otázku vzniku a expanze do mnoha oblastí. Jaké tedy jsou?

Primární důvod je rychlost získání výsledného produktu. Klasické fotografie jsou pořizovány na negativ. Teprve po dofotografování celého filmu musíme vyhledat fotografickou laboratoř a až po vyvolání filmu se dostaví kýžený efekt. Digitalizace je pak realizována uživatelem pomocí skeneru. (Pozn.: některé fotolaby již nabízejí digitalizaci z negativu při vyvolávání). Naproti tomu se tento zdlouhavý proces dá nahradit digitálním fotoaparátem, kde fotografie vzniká okamžitě.
Další výhoda vyplývá z možnosti zkontrolovat si výsledek na (barevném) displeji. V případě nespokojenosti není nic jednoduššího než nevhodný snímek odstranit z paměti přístroje (samozřejmě s nulovými náklady) a proces fotografování zopakovat. Máme tedy výrazně větší kontrolu nad výsledným snímkem a neplatíme za „nepovedené“ fotografie.
Cena je tedy další důvod. Přestože se říká, že digitální fotografie je velice drahá, není tomu tak. Přístroj je sice stále drahý, ale ceny celkem drasticky padají. A při vhodném používání tak, abyste využili maximálně veškeré schopnosti fotoaparátu a za předpokladu co největšího počtu pořízených snímků, je ekonomicky mnohem výhodnější pořízení digitálního přístroje.
Množství fotografií, které jsme schopni pořídit najednou (neplatí pro celé spektrum nabízených dig. fotoaparátů na trhu) je další z výhod. Výměna filmu po cca 36 snímcích je nepříjemná při pořizování stovky fotografií, nemluvě o nebezpečí osvícení a zničení pořízených fotek při manipulaci s negativem. Naproti tomu výměna paměti v digitálním fotoaparátu je jednoduchá, rychlá a bezpečná. Na 64MB výměnnou kartu (při použití v cenově nejdostupnějším 2MPix fotoaparátu) se přitom vměstná cca 200 snímků(samozřejmě záleží na kompresi snímků).
Abychom však stále jen nechválili, i digitální fotografie má své nevýhody. Mezi nejčastější výtky patří nízké rozlišení (cenově dostupných přístrojů), absence kvalitních výměnných objektivů, pomalý zápis snímků do paměti a vysoká spotřeba energie. Tato negativa však výrobci postupně odstraňují.

Vznik technologie digitálního fotoaparátu je spojen s technologií záznamu televizního obrazu. V roce 1951 poprvé páskový videorekordér (VTR) zaznamenal obraz z televizní kamery konverzí do elektrických impulsů a uložil je na magnetickou pásku v laboratořích Binga Crosbyho (výzkumný tým sponzorovaný Crosbym vedený Johnem Mullinem). V roce 1956 se zdokonalila technologie VTR díky objevu Charlese P. Ginsburga (Ampex Corp.) a dostala se do běžného užívání v televizním průmyslu. Televizní a video kamery využívají velmi podobnou technologii, jako CCD snímač u digitálních fotoaparátů (viz obr. č. 1).

Obr. č. 1- CCD snímač
http://www.fotografovani.cz/art/fo_reportaze/hp_labs.html

Během 60. let začala tuto technologii používat NASA ke snímání povrchu Měsíce a zasílání digitálních obrazů zpět na Zem. Přenos digitálních obrazů používaly (a zřejmě používají doposud) vládní organizace USA k zasílání snímků ze špionážních satelitů. Hlavně podpora vlády umožnila získat prostředky na vývoj digitálního zobrazení. První „bezfilmový“ fotoaparát si nechala patentovat firma Texas Instruments v roce 1972. Následovala firma Sony roku 1981 s přístrojem Sony Mavica (obr. č. 2). Jako záznamové médium používala Mavica mini-disk. Ve svém principu to byla videokamera pořizující statické obrázky.
V polovině 70. let objevila firma Kodak několik senzorů schopných snímat statické obrázky, které pracovaly také na principu převodu světla. V r. 1986 objevili vědci Kodaku celosvětově první megapixelový(MPix) senzor, schopný zaznamenat 1.4 milionů pixelů (což znamená záznam fotografie 10x15 cm ve fotografické kvalitě). V roce 1990 vyvinul Kodak systém Photo CD – první celosvětový standard pro definici barev v digitálním prostředí počítačů (a potažmo periferií – tiskáren). O rok později vydal první profesionální digitální fotoaparát (DCS) primárně určený pro novináře. Byl to Nikon F-3 vybavený 1.3 MPix senzorem. První fotoaparát s digitální technologii pořizování obrazu, určený širší veřejnosti komunikující s PC pomocí sériového portu byl Apple QuickTake 100 (17. února 1994 - obr. č. 3), následoval Kodak DC40 (28. května 1995 - obr. č. 4), dále Casio QV-11 (obr. č. 5), který měl jako první LCD monitor(uvedený koncem roku 1995). Nejednalo se však o nic jiného než o technologický výstřelek určený jen bohatší vrstvě.

Obr. č. 2 - Původní Sony Mavica
http://www.digicamhistory.com/Sony%20Mav%2081%20sep.html

Obr. č. 3- Apple Quicktake 100
http://www.digicamhistory.com/1994.html#Apple QT 100

Obr. č. 4- Kodak DC40
http://www.digicamhistory.com/1995%20D-Z.html#Kodak DC-50

Obr. č. 5- Casio QV11 - první aparát s barevným LCD panelem
http://www.digicamhistory.com/1997%20A-D.html#Casio QV-11

Velká reklamní kampaň přístroje DC40 pomohla rozšířit ideu digitálního fotografování do široké veřejnosti. V době jejich uvedení na trh si málokdo dokázal představit potenciál této technologie. Microsoft podpořil Kodak vydáním software na zpracování digitálních obrázků a Kinko vyvinul software na vytváření Photo CD disků. Spoluprací IBM a Kodaku vznikl standard pro výměnu obrázků po síti internet. Firma Hewlett-Packard uvedla první inkoustovou tiskárnu umožňující tisk digitálních obrázků. Zlomové však byly až roky 1998 a 1999, kdy se na trh vrhla většina velkých hráčů. Díky tomu se nakumuloval dostatek kapitálu pro investice do vývoje.
Především v letech 2000 a 2001 vyrostla digitální fotografie po technologické stránce. Od snímačů s rozlišením 0,3 MPix až ke komerčně nabízenému profi CMOS snímači s rozlišením 22 MPix. Od plastových objektivů ke špičkovým ultrazoom objektivům. Aparáty sice stále trpěly řadou nedostatků, ale kvalitativní úroveň již byla na takové úrovni, že přechod z klasické techniky na digitální stál za zvážení.
Loňský rok byl pro digitální technologii nezvykle poklidný. Bylo uvedeno mnohem méně nových modelů než v předcházejícím roce. Jediný parametr, který zaznamenal výraznou změnu, byla cena. Cena byla hlavní překážkou v masovějším rozšíření, které bylo zase podmínkou dalších investic do vývoje a výroby. Zatímco koncem roku 2001 se amatérský digitální fotoaparát prodával za 10 – 90.000 Kč a profesionální modely začínaly zhruba na 300.000 Kč, koncem roku 2002 se cena průměrného amatérského digitálního fotoaparátu dostala pod 20.000 Kč a komerčně použitelná zrcadlovka byla k mání za cca 80.000 Kč. Výsledek byl minimálně dvojnásobný počet prodaných přístrojů ve srovnání s rokem předchozím. Profi zrcadlovky jsou již dostupné ale stále v řádu statisíců (např. Canon EOS 1Ds - cena zhruba 250 tisíc Kč - obr. č. 6).

Obr. č. 6- profi SLR zrcadlovka Canon EOS 1Ds
www.canon.cz

V současnosti se stále čeká na přelom, ve kterém prodej digitálních fotoaparátů převáží nad prodejem klasických filmových přístrojů. Dle dosavadního vývoje trhu lze předpokládat, že letos ani v letech bezprostředně následujících ještě kýžený zlom nenastane. Pravděpodobnější je postupné zlepšování digitální techniky. Nepochybně má digitální fotografie zajištěnou skvělou budoucnost, ale nemá smysl pochybovat o existenci fotografie klasické.
Letos se zřejmě výrobci zaměří na stále přetrvávající problém, a to obecná pomalost digitálních fotoaparátů, která snižuje spokojenost uživatelů s jinak kvalitativně dostatečnou a cenově přijatelnou digitální fotografií. Jaké budou zbraně pro boj s pomalostí fotoaparátů? U posledních modelů byla výrazně snížena prodleva spouště, komunikace s PC je realizována pomocí rozhraní USB 2.0 a FireWire. Ve fotoaparátech se používají rychlejší procesory se stejnou spotřebou energie jako starší a pomalejší verze. To vše dohromady znamená zrychlení záznamů a manipulace s fotkami s výsledkem větší spokojenost uživatelů a nárůst rozlišení.
Vzhledem ke stálému růstu rozlišení lze očekávat lepší možnosti „uskladnění“ pořízených fotografií. Zatímco před pár lety si přístroj vystačil bez problémů s 2MB interní pamětí (kam se dalo uskladnit až 100 snímků), dnešní fotoaparát vybavený cca 8MB paměti umožňuje uchovat cca 20 fotografií (při cenově nejdostupnějším přístroji, pracujícím se senzorem 2MPix). Proto vznikla potřeba ukládat pořízené fotografie na externí paměťové čipy. V současnosti jsou ohlášeny paměťové karty CompactFlash s kapacitou vyšší než 1GB! Řada výrobců však stále nabízí pouze karty s kapacitou 16 – 128MB. Proč tomu tak je? Skupina společností schopných fyzicky vyrábět paměťové obvody je značně omezená. Paměťové karty desítky značek jsou pouze produktem OEM dodávek a ve skutečnosti je na světě jen několik málo továren produkujících NAND obvody. Nejvýznamnějšími producenty jsou Toshiba, Hitachi a Samsung. Společný projekt Toshiby a Sandisku nazvaný 50-50 FlashVision Japan je jeden z nejvýznamnějších vývojářů a producentů Flash karet. Prodejce paměťových karet musí uzavřít dlouhodobý kontrakt s některým z těchto výrobců obvodů. Podle poptávky je dána minimální (v současnosti spíše maximální) produkce. Vývoj a produkce je tedy otázkou dlouhodobého plánování. Objem výroby je dán 2 roky předem (základní plánování se aktuálně provádí pro období 2006 – 2008). Odhad potřeby trhu s tak obrovským předstihem je prakticky nemožný. To je důsledek fatálního nedostatku fotoaparátů, který právě prožíváme.
Technologie NAND obvodů je aktuálně považována za extrémně perspektivní kvůli šíři použití. Používají ji kromě digitálních fotoaparátů také mobilní telefony, kapesní počítače a digitální videokamery. Investice do vývoje je proto na místě, stejně jako investice do produkčních kapacit. Technologie směřuje k nárůstu rychlosti zpracování, jako např. MLC (multi level cell), či paralelnímu uspořádání paměťových čipů. Co se týče formátů karet, nelze předpokládat razantní změny. Snad jen novinka nazvaná xD Picture Card. Za uvedením stojí Fujifilm a Olympus, které se vrhly na výrobu fotoaparátů s těmito paměťovými kartami. Je to nástupce karet SmartMedia, u kterých byl ukončen vývoj (končí velikostí 128 MB). Paměť nemá vestavěný řadič, což znamená dvě výhody: jednodušší a levnější výrobu a každý fotoaparát podporující tyto karty bude umět komunikovat se všemi kartami xD, které budou vyrobeny. Výrobci připravili vše tak, že až do kapacity 8GB by nemělo dojít k problémům s kompatibilitou či změnou standardu.

Obr. 7- srovnání paměťových karet
(zleva PC card, CompactFlash, Memory Stick, SmartMedia, Secure Digital, xD)
http://www.fotografovani.cz/art/nov_df_am/xD_l.html

Bohužel však situace na trhu paměťových karet je značně nepřehledná. Ve shrnutí se dá říci, že CompactFlash zřejmě zakotvila na zmíněné kapacitě 1GB a začíná se hnát za rychlostí. MMC/SD sílí a je otázkou času, kdy se stane výrazně dominujícím řešením. Doufejme, že paměťové karty xD budou podporovány více producenty fotoaparátů, než jen Fujifilmem a Olympusem. SmartMedia zřejmě postupně zmizí z trhu. Snad konečná stanice nebude co fotoaparát, to jiná paměť.

Na poli fotocitlivých senzorů nedochází k závažným předělům, výrobci pouze zvyšují rozlišení. Za zmínku stojí pouze firma Fujifilm, která používá na rozdíl od svých konkurentů tzv. SuperCCD snímače. V jádru fungují na stejném principu jako CCD. Konstrukčně používá plástvové buňky. Nedávno oznámil Fujifilm již 4. generaci těchto snímačů ve dvou verzích. U SuperCCD HR (High Resolution) je důraz kladen na dosažení max. rozlišení při dodržení standardizované malé plochy snímače (z důvodu použití stejné optiky objektivů). Uvedeny byly dvě verze HR, určené pro střední třídu (až 6MPix) a pro sekci vyšší amatérské třídy (až 12MPix), současně zachovají stejné množství el. náboje při zachování odstupu šumu od signálu. Druhá novinka je z konstrukčního hlediska ještě zajímavější. Jedná se o SuperCCD SR (Superdynamic Range, obr. č. 8). Používá dvě fotodiody umístěné do jedné buňky. Jedna z buněk, označená jako primární, má výrazně větší plochu a stará se o snímání světla v běžném rozsahu kontrastů. Informace z této buňky je zkombinována s informací získanou ze sekundární fotodiody. Ta snímá pouze obrazovou informaci ve velmi světlých plochách. Výsledkem by mělo být výrazné zlepšení tonální dynamiky snímků. Primární (méně citlivá) fotodioda by měla zajišťovat dobré prokreslení tmavých a běžných odstínů, citlivější sekundární fotodioda zase světlých pasáží snímků (obr. č. 9). Navíc kombinace dvou fotodiod otevírá potenciální prostor pro lepší řešení problémů se šumem a fotografováním za extrémních světelných podmínek. Tato technologie je jistě zajímavým počinem, otázkou však je reálný rozdíl proti běžnému CCD. Nejedná se konstrukčně o závratnou změnu, ale potírá handicap polovičního fyzického rozlišení při srovnání s počtem buněk používaných v CCD ve stejné kategorii.

Obr. č. 8 - Uspořádání fotodiod a model SuperCCD SR
http://www.fujifilm.cz/produkty/index3.php?sel_produkt=295

Co říci závěrem? Digitální fotografie jako vědní obor existuje již desítky let, mezi běžné uživatele se ale dostala až zhruba v posledních 4 letech. Za tuto relativně krátkou dobu urazila technologie obrovský technologický, kvalitativní i obchodní kus cesty. V současnosti ceny přístrojů padají a budou padat. Výrobci fotoaparátů zpomalují vývoj a snaží se zúročit investice. Žádné závratné novinky uvedeny zřejmě nebudou, spíše se budou výrobci soustřeďovat na vylepšování současných modelů. Do popředí se dostávají především služby (zpracování fotografií). V sektoru ukládání snímků nezbývá než doufat, že se ustálí situace s paměťovými kartami. O digitální fotografii se rozhodně bát nemusíme. Je nepochybné, že bude pokračovat její celosvětové rozšiřování, a to tempem neklesajícím. Na druhou stranu to rozhodně neznamená, že by klasická fotografie umírala.

Zdroje:
www.digineff.cz
http://www.fotografovani.cz/trendy/index.html
http://www.mediaibc.com/cine/Tech/cam_tech/cam_tech/Digital%20Cameras.shtml
http://www.fujifilm.cz/produkty/index3.php?sel_produkt=295
www.digicamhistory.com

Petr Černoch, xcernoc1, UČO: 50822

2003-05-08