Green.obob.tv на Obob.tv: 50 лет первой цифровой фотокамере и первому цифровому фотоснимку

Недавно наш партнерский сайт Green.obob.tv опубликовал увлекательный материал к 50-летию первой цифровой фотокамеры и первого цифрового фотоснимка. А конкретнее том, как, собственно, была изобретена цифровая фотокамера. Здесь мы приведем небольшой фрагмент из указанного большого материала. А полностью он здесь, на Green.obob.tv.

Итак, после того, как в 1975 году Стив Сассон (Steve Sasson), молодой инженер американской компании Eastman Kodak, производившей  фотоаппараты и фотопленку Kodak, сделал первый снимок на изобретенный им портативный цифровой фотоаппарат, фотография уже никогда не будет прежней…

Далее предлагаем наш перевод обзора (от 8 декабря текущего года) центральной англоязычной службы новостей Британской вещательной корпорации BBC, посвященного 50-летию изобретения первой цифровой фотокамеры Стива Сассона и первого цифрового снимка, сделанного этим изобретателем с данной фотокамеры.  Отметим, что указанная первая цифровая фотокамера Kodak 1975-го года (её теперь называют прототипом всех цифровых фотокамер) не поступила на потребительский рынок и осталась экспериментальной разработкой. Первая же фотокамера, выпущенная на потребительский рынок, появилась только в 1995-м году. Она была выпущена по лицензии той же компании Eastman Kodak японской фирмой Chinon (Chinon с 1997 года стала дочерней компанией Kodak Japan, подразделения Eastman Kodak).

А теперь к обзору BBC:

«Когда Стив Сассон начал работать в компании Eastman Kodak, этот американский производитель фотопленки был ярким символом американской промышленной изобретательности. Указанная компания, основанная Джорджем Истманом (George Eastman) еще в 1870-х годах, стала синонимом пленочной фотографии благодаря своему бренду Kodak. Люди покупали пленку Kodak и заряжали ее в пленочные фотоаппараты под маркой Kodak. Пленка обрабатывалась с использованием химикатов для проявки Kodak, а полученные отпечатки просматривались на фотобумаге Kodak. В конце XIX века компания даже придумала броский слоган, описывающий этот процесс изготовления фотографии на всех этапах: «Вы нажимаете кнопку, а мы делаем все остальное».

Но когда 23-летний Сассон присоединился к Kodak в 1973 году, он почувствовал себя не на своем месте. Он не был химиком-исследователем, работающим над новыми пленками, и не был инженером-механиком, готовым проектировать новые камеры, работающие с пленками Kodak. Вместо этого он был инженером-электриком, и что-то во всем процессе фотографии ему не нравилось.

«Когда вы только приходили в Kodak, вам приходилось брать уроки фотографии, —рассказывает ныне 75-летний Сассон, связываясь по видеосвязи с BBC из своего домашнего офиса в США.

И продолжает:

«Нужно было проявлять пленку… И, честно говоря, меня это очень раздражало. Делаешь снимок, затем долго ждешь, возишься с химикатами.

Ну, знаете, я вырос на сериале «Звёздный путь» (Star Trek, — американский научно-фантастический сериал, начавший выходить в 1966 году Прим. Green.obob.tv), и все хорошие идеи, на мой взгляд, берут начало именно в этом сериале. Поэтому я подумал: а что если бы мы могли делать фотографии электронным способом? Что если бы я мог хранить изображение в электронном виде, захватывать изображение электронным способом, и мне вообще не понадобилась бы плёнка?»

Строительные кирпичики для будущей фотокамеры, не нуждающейся в плёнке, тогда уже начали изобретаться, даже если никто не ставил перед собой цель её изобрести. На тот момент, уже протяжении десятилетий учёные знали, что при бомбардировке определённых металлов достаточно сильными волнами света они генерируют слабые электрические токи. Первые экспонометры — показывавшие фотографу, какие настройки камеры нужно установить для правильной экспозиции — использовали этот принцип с ячейкой из селена.

Примитивные цифровые изображения  уже получали к тому времени спутники НАСА (National Aeronautics and Space Administration – NASA, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства — независимое агентство федерального правительства США Прим. Green.obob.tv), такие как спутники Landsat (Landsat – проект  НАСА по созданию спутниковых снимков Земли. Первый из спутников в рамках указанной программы был запущен в 1972 году Прим. Green.obob.tv), которые использовали для этого своего рода цифровой датчик, основанный на технологии вакуумных ламп. Астрономы также уже тогда использовали компьютеры для преобразования данных, полученных с больших телескопов, в изображения, но они были чрезвычайно дорогими и громоздкими. Обычный потребитель не смог бы использовать все эти технологии для фотосъемки, например, во время своего отпуска.

В 1969 году исследователи из Bell Labs в США (Bell Labs — бывшая американская, она была создана концерном AT&T, а ныне финско-американская корпорация, крупный исследовательский центр в области телекоммуникаций, электронных и компьютерных систем. Ныне называется Nokia Bell Labs. Базируется в штате Нью-Джерси. Прим. Green.obob.tv) создали тип интегральной схемы, называемой прибором с зарядовой связью (ПЗС, charge-coupled device — CCD). Электрический заряд можно было хранить на металлооксидном полупроводнике (МОП, metal-oxide semiconductor — MOS) и передавать от одного МОП к другому. Создатели полагали, что одно из применений этой схемы может когда-нибудь заключаться в использовании её в качестве компонента устройства визуализации, хотя они ещё не придумали, как это можно осуществить.

Тем не менее, ПЗС-матрица была быстро разработана. К 1974 году американская компания Fairchild Semiconductors, занимающаяся производством микрочипов, создала первую коммерческую ПЗС-матрицу размером всего 100 x 100 пикселей — крошечные электронные фрагменты исходного изображения. Способность нового устройства захватывать изображение была лишь теоретической — никто еще не пытался сделать снимок и отобразить его. (Как выяснилось, НАСА также изучало эту технологию, но не для потребительских фотоаппаратов.)

Сассон говорит по поводу изобретения ПЗС-матрицы:

«Я не знал об этом, пока мой руководитель, Гарет Ллойд (Gareth Lloyd), не обратил на это мое внимание. В 1974 году он работал в Лаборатории прикладных исследований Eastman Kodak, настоящем раю для изобретателей. Мы разрабатывали идеи для продуктов, решали проблемы. Но это не были исследования разработок будущего. Однажды ко мне подошел Гарет — я помню это, потому что разговор длился меньше минуты… и сказал: «У меня есть для тебя две работы, временные, пока у нас не появится что-то действительно полезное для тебя».

Одной из задач, поставленных перед Сассоном, было моделирование элементов управления экспозицией для одной из потребительских кинокамер компании. А другая? Рассмотреть новый тип интегральной схемы, называемый ПЗС-матрицей.

Сассон комментирует:

«Мне очень понравилась идея о том, как свет может влиять на электронику и управлять ею. Я написал магистерскую диссертацию на эту тему».

Сассон даже создал небольшое устройство на основе полупроводника, которым можно было управлять с помощью световых импульсов. При этом Сассон считал, что технология для создания безпленочной камеры уже существует, ее нужно лишь правильно собрать.

Стив Сассон рассказывает о начале процесса изобретения своей безплёночной камеры так:

«Для работы безпленочной камеры мне нужно было всего несколько джоулей энергии для хранения заряда, оптического рисунка… В то же время я хотел создать камеру без движущихся частей. Это последнее я делал лишь для того, чтобы позлить инженеров-механиков. Большинство камер того времени были механическими чудесами, а я, чёрт возьми, не мог создать механическую камеру. Поэтому я подумал, раз уж эти ребята — лучшие из лучших, я просто сделаю камеру без движущихся частей, и это их ужасно разозлит».

Ллойд посоветовал Стиву Сассону купить одну из новых интегральных схем, появившихся на рынке. Когда они прибыли, Сассон принялся за работу

Сассон уточняет:

«В итоге я купил две… Это были очень, очень странные устройства. К ним нужно было подавать около 12 различных напряжений. Когда устройство привозили, сверху лежал сложенный листок бумаги, на котором были указаны 12 напряжений, при которых это конкретное устройство работало, когда покидало завод, а снизу было написано: «Удачи». Если какое-либо из этих напряжений было неправильным, вы просто не получали выходного сигнала, и вам приходилось самим выяснять, какое именно напряжение было неправильным».

Опыты Сассона показали, что новая интегральная схема была многообещающей, но имела и недостатки.

Он поясняет:

«Это было отличное устройство для получения изображений, но ужасное — для хранения данных. Если изображение экспонировалось на нем в течение 100 миллисекунд, оно сразу же начинало деградировать. Проблема заключалась в так называемом «темновом токе» (dark current) —слабом электронном токе, генерируемом тепловым воздействием, который мешал работе схемы. Это основной источник помех, которые мы сейчас называем «шумом».

Схема ПЗС-матрицы реагировала на свет, но могла формировать изображение только в том случае, если Сассону каким-то образом удавалось прикрепить к ней линзу. Затем он мог преобразовать свет в цифровую информацию — целую лавину единиц и нулей, — но была одна проблема: деньги.

Стив Сассон говорит:

«У меня не было денег на создание этой штуки. Никто не заставлял меня её строить, и я, конечно, не мог требовать за неё денег. Я, по сути, украл все детали. Я работал в Kodak, в подразделении по производству аппаратуры, где было много запчастей. Я украл оптический блок из кинокамеры XL, которая стояла внизу в ящике с подержанными деталями. Я просто проходил мимо, увидел — и забрал».

Ему также удалось найти аналого-цифровой преобразователь из цифрового вольтметра за 12 долларов (около 5 фунтов стерлингов в 1974 году), вместо того чтобы тратить сотни на саму деталь.

Стив Сассон вспоминает:

«Мне удалось достать все эти детали так, чтобы никто этого не заметил».

Камера постепенно начала обретать форму. Для этого громоздкого устройства требовался способ хранения информации, которую захватывала ПЗС-матрица, поэтому Сассон использовал кассетный магнитофон. Но ему также нужен был способ просмотра изображения после его сохранения на магнитной ленте.

Сассон рассказывает:

«Нам нужно было собрать устройство воспроизведения. И опять же, меня никто об этом не просил. Поэтому мне нужно было сделать все наоборот по сравнению с тем, что я делал с камерой, а затем преобразовать этот цифровой сигнал в телевизионный сигнал NTSC». NTSC (аббревиатура от National Television System Committee – «Национальный комитет телевизионных систем», система аналогового цветного телевидения, разработанная в США в 1953 году и введенная как в самих соединенных Штатах так и ряде стран Южной и Центральной Америки, Японии, Южной Корее, Тайване и ряде др. стран Прим. Green.obob.tv) — это стандарт преобразования, использовавшийся телевизорами в США.

Сассону нужно было преобразовать всего 100 строк цифрового кода, захваченных камерой, в 400 строк, которые должны были сформировать телевизионный сигнал. Ему нужно было их продублировать — или интерполировать. Но как?

«Единственное, что могло бы это сделать, — это микропроцессор. Они только начинали появляться, и существовала система разработки микропроцессоров от (американской) компании Motorola, которая могла работать с таким объемом памяти», — говорит Сассон.

Новый микропроцессор стоил несколько тысяч долларов — целое состояние по тем временам — и Сассон написал предложение с просьбой о его приобретении, чтобы изучить принцип его работы, а не то, что он собирался с его помощью создавать. К своему удивлению, он получил разрешение.

«Я мог бы изготовить карты памяти, установить их, и процессор мог бы обрабатывать их, перестраивать данные, выполнять всю необходимую мне интерполяцию», — вспоминает Сассон.

Вместе со своим коллегой Джимом Шуклером (Jim Schueckler) Сассон потратил более года на сборку всё более громоздкого устройства. К декабрю 1975 года камера и её блок воспроизведения были готовы. Камера имела затвор, который делал снимок примерно за 1/20 секунды, и — если всё работало как положено — кассета начинала двигаться, когда камера передавала сохранённую информацию со своей ПЗС-матрицы.

Новая камера Сассона не была изящным, привлекательным объектом, способным привлечь внимание на конференции фотоиндустрии или в магазине фототехники. Она выглядела как огромный тостер, собранная на скорую руку. Фотокамера собиралась методом проб и ошибок — когда одна за другой выявлялись проблемы, которые необходимо было преодолевать.

«Всё было собрано в самом устройстве в одном экземпляре. Всё было сделано вручную», — говорит Сассон.

Новая камера была громоздкой и весила 3,6 кг, но всё же она была портативной, т.е. её можно было переносить. Взяв её, Сассон и пошёл в ближайший кабинет, чтобы попытаться сделать первый снимок…», — передавала Британская вещательная корпорация.

Полностью данный материал на Green.obob.tv

На фотографии 1970-х гг: изобретатель первой цифровой фотокамеры Стив Сассон (Steve Sasson), в первые годы работы в компании Eastman Kodak. Кадр Британской вещательной корпорации из архива Стива Сассона.