Теоретические основы цифрового фото и видео в школьном образовании
Основные понятия цифрового фото
Персональные компьютеры используются в качестве средства воспроизведения и редактирования цифрового фото. Каждый пользователь представляет себе основной принцип хранения и отображения графической информации на компьютере. Качественный рисунок, отображенный на экране монитора, не отличается от обычной фотографии. Однако, на уровне представления изображения это отличие различимо. Фотографический снимок создается на молекулярном уровне, рисунки на экране монитора формируются благодаря пикселям. Каждый пиксель имеет свой определенный цвет, но из-за малого размера отдельные пиксели неразличимы глазом, и у человека, рассматривающего картинку на экране монитора, их скопление создает иллюзию непрерывного изображения.
Термин « фотография » произошел из древнегреческого языка и подразумевает технику по рисованию светом. Наиболее распространенным понятием фотографии является получение конечного результата деятельности фотографа с использованием специальных приборов и технологий [20]. Термин фотография (снимок) можно обозначить как результат запечатления изображения на светочувствительном элементе (матрице вцифровой фотокамере). Принцип фотографирования появился еще в далекой древности, в то время он был максимально простым. В результате исследований появилась оптическая камера, которая значительно облегчила процесс переноса изображения на поверхность. С применением более современных приспособлений и технологий процесс фотографирования значительно облегчился и стал доступным для большинства людей, которые имеют хоть какое-то представление об основах фотографирования.Умело управляя световым потоком, попадающим на матрицу можно достигать различных художественных эффектов, да и просто получать хорошие фотографии. С появлением светочувствительных элементов, которые стало возможно применять для получения достаточно качественных изображений, появился новый термин - «цифровая фотография» [20].
В литературе существуют различные определения понятия цифровая фотография:
· это технология фотографии, использующая вместо светочувствительных материалов, основанных на галогениде серебра, преобразование света светочувствительной матрицей и получение цифрового файла, используемого для дальнейшей обработки и печати [17];
· это процесс получения и сохранения изображения, происходящие при помощи перемещения электрических зарядов (обычно в результате фотоэффекта и при дальнейшей обработке), но не происходит химических реакций или перемещения вещества [6];
· изображение, снятое на цифровой фотоаппарат, называют цифровой фотографией [2].
Термином «цифровая фотография», однако, называют также отсканированное аналоговое изображение. Поскольку обработка полученных файлов изображения производится на компьютере (или на другой цифровой технике), цифровая фотография часто относится к области информационных технологий.
Помимо цифрового оборудования, в сферу цифровой фотографии традиционно включены:
· аналоговые компоненты цифровых аппаратов (например, матрица содержит аналоговые части);
· теле- и видеокамеры, некоторые факсимильные и копирующие аппараты, использующие для получения изображения аналогичные фотоаппаратам матрицы, но передающие и записывающие аналоговый сигнал;
· некоторые исторические модели фототехники, например Sony Mavica, записывающие аналоговый сигнал [20].
Первая цифровая камера появилась в 1975 г., созданная инженером фирмы Кодак Стивом Сассоном (Steve J. Sasson) [14]. Для работы с цифровой фотографией необходимо следующие программное обеспечение:
· операционная система Windows (версия XP SP2 или выше);
· графические редакторы: Paint.NET, Adobe Photoshop, Corel Paint Shop Pro PHOTO XI Russian, CorelDRAW Graphics Suite X3 Russian и др.
На сегодняшний день существует множество программ, которые предназначены для обработки цифрового фото. Рассмотрим достоинства и недостатки некоторых графических редакторов (табл. 1).
Таблица 1. Достоинства и недостатки графических редакторов
| Программа | Достоинства | Недостатки |
| Adobe Photoshop | - инструменты рисования и редактирования трехмерных объектов; - имеет русский интерфейс. - усовершенствованные средства редактирования анимационной графики; - создание 3D-форм с помощью Adobe Repousse; - объединение трехмерных и двухмерных изображений.; - улучшенная навигация и перемещение трехмерных объектов; - возможность экспериментировать с глубиной резкости 3D-экспозиции для - получения разных точек фокусировки; - простые средства создания теней; - освещение с учетом изображения; | - программа коммерческая; - высокие требования к системе; - сложен в усвоении. |
| Paint.NET | - для легкой обработки нескольких изображений, Paint.NET использует интерфейс с вкладками. Вместо текстовой информации они отображают интерактивные миниатюры изображений. Это делает навигацию простой и быстрой; - имеет русский интерфейс; - легок в усвоении; - программа позволят работать со слоями изображений; - программа ежемесячно обновления. - Paint.NET содержит достаточное количество эффектов для совершенствования изображений; - Paint.NET имеет уникальный 3D-эффект, позволяющий добавлять изображениям перспективу; - Paint.NET содержит простые инструменты для рисования фигур, включая легкий в использовании инструмент для рисования сплайнов или кривых Безье. Средства выделения остаются все-еще простыми для достаточно быстрой работы с ними. Другие мощные инструменты включают Волшебную Палочку для выделения регионов аналогичного цвета и клонирование для копирования или удаления части изображения. Есть также простой текстовый редактор, средства для масштабирования, и инструмент для замены цвета; - Paint.NET является бесплатной программой. | - недостаточное количество функций для профессиональной обработки графики. |
| Corel Paint Shop Pro PHOTO XI Russian | - имеет русский интерфейс; - поддерживаемые операционные системы (Home или Professional с пакетом обновления 2), Windows 2000 (с последним пакетом обновления), Windows Vista; - легка в усвоении программы; - программа многофункциональна: § Имитация традиционных средств живописи (карандаш, пастель, масляные краски, акварель, аэрограф; в сумме около 200 инструментов и их вариаций). § Цифровые средства живописи (около 200 разнообразных кистей и эффектов), система работы со слоями и их наложением, маски, каналы цвета. § Вспомогательные инструменты (ластик, мастихин, осветлитель, затемнитель и т.п.). Также есть возможность настраивать текущие инструменты / средства или создавать свои собственные; | -программа коммерческая. |
| GIMP | - GIMP может быть найден в репозиториях большинства популярных дистрибутивов Linux: Ubuntu, Fedora, openSUSE; - является свободной программой; - программа легка в усвоении; - GIMP поддерживает импорт и экспорт PDF-файлов при помощи Poppler; - В GIMP присутствует набор инструментов цветокоррекции: § кривые; § уровни; § микшер каналов; § постеризация; § тон-насыщенность; § баланс цветов; § яркость-контраст; § обесцвечивание. При помощи фильтров, инструментов, масок и слоёв с разными типами наложения (всего 22) можно: § выравнивать заваленный горизонт; § убирать искажения, вносимые оптикой; § корректировать перспективу; § выполнять клонирование объектов с учётом перспективы; § кадрировать фотографии; § удалять дефекты вроде пыли на матрице (штамп, лечебная кисть); § имитировать использование различных цветофильтров; § «вытаскивать» потерянную детализацию в тенях; § многое другое. Реализовано управление цветом. Рисование § несколько рисующих инструментов; § свободно масштабируемые кисти; § поддержка кистевой динамики; § поддержка графических планшетов. Экранные фильтры Дополнительные возможности по коррекции изображений на протяжении всей работы реализованы в виде экранных фильтров. К ним относятся: § имитация разных типов дальтонизма (протанопия, дейтеронопия, тританопия); § гамма-коррекция; § коррекция контраста; § управление цветом. | - Использование GIMP под Windows может быть неудобным из-за использования программой нескольких окон. |
| CorelDRAW Graphics Suite X3 Russian | - доступна Microsoft Windows, Macintosh, Linux; - Имеет русский интерфейс; - позволяет импортировать файлы следующих форматов PFB, BMP, BMP, CDR, GIF, HTML, JPEG. | -программа коммерческая; - программа малофункциональна. |
Таким образом, в данном параграфе нами были рассмотрены основные понятия цифрового фото, представление цифровой фотографии. Проведенный анализ графических редакторов показал, что у каждого из рассмотренных программных продуктов обладает мощным инструментарием для редактирования цифрового фото. Основными недостатками программ являются высокие требования к системе, стоимость и сложность освоения.
Основные понятия цифрового видео
Видео на компьютере создается быстрому чередованию отдельных статических изображений, называемых кадрами. Количество кадров, демонстрируемых в течение одной секунды, называется частотой кадров. При чередовании с частотой более 20-ти кадров в секунду они создают иллюзию просмотра динамической картины. При работе с цифровым видео большое значение имеет нумерация отдельных кадров. Способ и формат расстановки числовых меток, связанных с каждым кадром, называется тайм-кодом кадра. Чаще всего используется отображение тайм-кода в стандарте NTSC. Цифровое видео характеризуется четырьмя основными факторами: частота кадра (Frame Rate), экранное разрешение (Spatial Resolution), глубина цвета (Color Resolution) и качество изображения (Image Quality) [20]. Первая цветная видеокамера была разработана в 1980 г. компанией Sony, в качестве светочувствительного элемента использовалась ПЗС-матрица [14].
Термин видеозапись можно определить как, электронная технология записи, обработки, хранения и воспроизведения движущегося изображения, основанная на принципах телевидения. Слово «видео» используется применительно к самому записанному таким способом изображению со звуковым сопровождением на физическом носителе: видеокассете, видеодиске и т.п. [23].
Таким образом, видео - это форма фиксирования и архивации эмпирического материала с помощью технических средств. В свою очередь, цифровое видео можно определить как множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуального материала в цифровом представлении [22]. Основное отличие от аналогового видео являются видеосигналы, которые кодируются и передаются в виде последовательности бит. Цифровое видео может распространяться на различных видео носителях, посредством цифровых видеоинтерфейсом в виде потока или файлов.
Основной принцип цифрового представления видео: эффект восприятия человеческим зрением динамической картины создается благодаря последовательной демонстрации (с достаточной частотой) отдельных кадров. При этом каждый кадр является стандартным компьютерным рисунком, обладая всеми его характерными качествами, а для уменьшения размеров видеофайлов часто применяются специальные программы, называемые кодеками, большинство из которых используют принцип схожести последовательных кадров друг с другом [14].
В цифровое видео часто сопровождается звуком. Цифровой звук определяется, как кодирование аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности [6]. В основе же кодирования звуковых сигналов лежит сложный процесс оцифровки звука, который преобразовывает механические колебания воздуха в электрические колебания тока, а уже после производится дискретизация полученного аналогового электрического сигнала. При дискретизации звуковых сигналов, при двоичном кодировании звука, принято говорить о дискретизации по вертикали и горизонтали. Дискретизация по вертикали это дискретизация по времени - один из способов дискретизации звука в цифровую форму за счет разбивания волны, на отдельные участки, называемые дискретами, где происходит квантование уровней сигналов. Дискретизация по горизонтальному уровню это дискретизация по уровню или ее ещё называют квантование по уровню сигнала. Процесс оцифровки звука - это технология преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой вид [22]. Заключается он в осуществлении замеров амплитуды сигнала с определенным временным шагом и последующей записью полученных значений в численном виде. Хранить цифровой звук можно представив его в последовательности различных кодовых комбинаций. Цифровая звукозапись - это представление звука в виде набора бит, который последовательно описывает значение уровня амплитуды звуковой волны в каждый момент времени звучания звукозаписи, для обработки этого значения устройством воспроизведения [22]. Представление аудиоданных в цифровом виде, позволяет очень эффективно изменять исходный материал при помощи специальных устройств или компьютерных программ - звуковых редакторов.
Для работы с цифровым видео необходимо следующие программное обеспечение:
· операционная система Windows (версия XP SP2 или выше);
· звуковой редактор Audacity, проигрыватель Windows Media, Windows - Звукозапись;
· программа видеомонтажа Pinnacle Studio, Movie Maker.
Audacity - это свободный и бесплатный аудиоредактор файлов звукозаписи, ориентированный на работу с несколькими дорожками, работающий под управлением операционных систем: Microsoft Windows, Linux, Mac OSX и др. Интерфейс программы и сопутствующая документация переведены на русский язык. Позволяет редактирование звуковых файлов: Ogg Vorbis, FLAC, MP3 и WAV. Возможности Audacity:
· запись звука через микрофон или линейный вход аудиокарты;
· редактирование звука. Изменение исходного звукового фрагмента: изменение длины, копирование, вырезание или вставка фрагмента; изменение громкости, темпа, высоты звучания; добавление эффектов (эхо, реверберация, эквалайзер и т.д.);
· создание звуковой композиции из нескольких звуковых файлов. Одновременное оперирование с несколькими звуковыми файлами (театральные шумы, фоновые мелодии, голосовые партии);
· сохранение созданной звуковой композиции в отдельный звуковой файл. Сохранив проект в отдельный звуковой файл формата MP3 или WAV.
Проигрыватель Windows Media - это проигрыватель звуковых и видео файлов для операционных систем семейства Windows. Осуществляет просмотр видеофайлов: AVI, MPEG, WMV, и проигрывание музыки: WAV, MP3, WMA, MIDI, Windows Media Player можно использовать для сохранения музыки с компакт-дисков на компьютер, синхронизации содержимого переносных MP3 проигрывателей и проигрывания DVD (только при наличии установленного DVD декодера).
Windows - Звукозапись - это программа для звукозаписи, входящая в состав Microsoft Windows. Позволяет записать звук, подаваемый на линейный вход звуковой карты, с микрофона компакт-диска или любого другого источника. Полученную запись можно прослушать. Если качество звучания не удовлетворяет можно изменить параметры записи и перезаписать звуковую информацию. Программа позволяет провести некоторые операции редактирования и наложения эффектов, а затем сохранить полученную композицию в отдельном файле или вставить в качестве фрагмента в различные документы. Имеется русский интерфейс.
Pinnacle Studio - это программа для нелинейного видеомонтажа. Имеется русский интерфейс.Понятный интерфейс, на основе перетаскивания упрощает захват фотографий и видеозаписей с видеокамеры или цифровой фотокамеры, телефона или компьютера для создания собственных высококачественных фильмов высокой четкости. Программа является коммерческой.
Movie Maker - видеоредактор от Microsoft, предназначен, для создания не сложных, но порой очень эффектных роликов из домашнего видео или фото. Поддерживает множество форматов видео: AVI, ASF, DVR-MS, MPEG, MPG, MP2, WMV, M1V, WM, MPV2. Сохраняется видео в формате WMV. Создаваемый проект можно сохранить с расширением MSWMM. Легок в использовании и освоении. Программа Movie Maker способна брать и обрабатывать видеофайлы с цифровой видеокамеры. Возможности Movie Maker:
· обрезание или склеивание видео;
· добавление заголовков и титров, создание переходов между фрагментами видео;
· добавление простых эффектов.
В данной главе мы рассмотрели основные понятия:
цифровая фотография - это технология фотографии, использующая вместо светочувствительных материалов, основанных на галогениде серебра, преобразование света светочувствительной матрицей и получение цифрового файла, используемого для дальнейшей обработки и печати [17];
цифровое видео - это множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуального материала в цифровом представлении [22];
цифровой звук - это кодирование аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности [6].
Персональные компьютеры используются в качестве средства воспроизведения и редактирования цифрового фото и видео. Для этого необходимо овладеть умениями работы с редакторами и иметь соответствующее программное обеспечение. На сегодняшний день существует множество программ, которые предназначены для обработки цифровой фотографии и видео, например, такие как GIMP, Adobe Photoshop, Pinnacle, Studio, Movie Maker[20].
Практические основы изучения цифрового фото и видео в школьном курсе информатики и ИКТ