Những nguyên lý sáng tạo ứng dụng trong sự hình thành và phát triển của camera kĩ thuật số

K hoa học còn được hiểu là một hoạt động xã hội nhằm tìm t òi, phát hiện quy luật, hiện tượng và vận dụng các quy luật ấy để sáng t ạo ra nguy ên lý các giải pháp tác đ ộng vào các sự vậ

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ N HIÊN TH ÀN H PHỐ HỒ CHÍ M IN H

KHO A CÔ NG NGHỆ THÔ NG TIN

_ _

BÀI THU HOẠCH PHƯƠNG PHÁ P NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC

Đề tài:

Những nguyê n lý sáng tạo ứ ng dụng trong

sự hình thành và phát triển của Came ra kĩ thuật số

Giảng viên hướng dẫn: G S.TSKH.Hoàng Kiếm

S inh viên thực hiện: N gô Thị M ỹ Thanh

Mã s ố: 0208480140

TP HCM, 12/12/2012

Mục lục

Lời nói đầu 2

I Tổng quan về phương pháp n ghiên c ứu khoa học v à sáng tạo 3

1 Khái n iệm khoa học: 3

2 Ý n ghĩa của khoa họ c 3

3 Nghiên cứu khoa học 3

II Các phươn g pháp giải quyết vấn đề khoa họ c 4

1 Phươn g pháp thử và sai 4

2 Lý thuyết giải các bài toán sáng chế(T RIZ) 5

3 40 nguyên tắc sán g tạo cơ bản: 5

III Lịch sử hình thành và ph át triển của camera k ĩ thuật số 11

1 Chi ếc máy ảnh số đầu tiên (1975) 12

2 Phiên bản thương mại đầu tiên (1989) 12

3 Dấu ấn Ko dak và Nikon (1991 – 1992) 13

4 Máy ảnh số m àu x uất hiện 13

5 Sự xuất hiện của L CD 14

6 Nhữn g tên tuổi m ới x uất hiện 15

7 Cách thức lưu trữ mới 15

8 Giai đoạn cuố i thập niên 90 16

9 Máy ảnh cho trẻ em 16

10 Máy ảnh SLRs x uất hiện 17

11 Thời đại của m áy ảnh nhỏ gọn 17

12 Máy ảnh fullfram e x uất hiện 18

13 Sự ph át triển mạnh m ẽ của m áy ảnh kĩ thuật số (2003 -2004) 18

14 Máy ảnh DSL R tốt nhất 19

15 Máy ảnh 3D 19

16 Nhữn g sản phẩm cao cấp nhất 20

I V Phân tích các nguyên lý sán g tạo được áp dụn g trong Cam era kĩ thuật số 21

V Kết luận 24

VI T ài liệu tham khảo 25

Lời nói đầu

Ngày nay, khoa học công nghệ đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các lĩnh vự c đời s ống xã hội.Khoa học công nghệ đã t húc đẩy sự phát triển của nhân loại

Để khoa học công nghệ ngày càng phát triển, phương pháp nghiên cứu khoa học là một môn học vô cùng quan trọng, làm nền tảng cho ngư ời nghiên cứu tìm cho mình con đường nghiên cứu khoa học đúng đắn

Bài thu hoạch này là k ết quả lĩnh hội được sau khi học môn phư ơng pháp nghiên cứu khoa học, trong đó em xin t ìm hiểu về các nguy ên lý s ang tạo đã đư ợc áp dụng trong quá trình hình thành và phát triển của máy camera kĩ thuật số

Em xin chân thành cám ơn G S TSKH Hoàng K iếm, giảng viên môn học Phư ơng pháp nghiên cứ u khoa học trong tin học, Thầy đã truyền đạt cho chúng em nhữ ng kiến thứ quý báu về nguyên lý s áng t ạo cũng như n hững phương pháp nghiên cứu khoa học, giúp chúng em có thêm niềm đam mê cũng như hiểu rõ về con đường nghiên cứu khoa học

I Tổng quan về phương pháp ng hiê n cứu khoa học và s áng tạo

1 Khái ni ệm khoa h ọc:

K hoa học đư ợc hiểu là một hệ thống tri thứ c tự nhiên về xã hội và tư duy

về những quy luật phát triển khách quan của tự nhiên, xã hội và tư duy N ó giải thích một cách đúng đắn nguồn gốc của những sự kiện ấy, phát hiện ra nhữ ng mối liên hệ giữ a các hiện tư ợng, tr ang bị cho con người những tri thứ c

về qui luật khách quan của thế giới hiện thự c để con người áp dụng vào thự c tiến sản xuất và đời sống

K hoa học còn được hiểu là một hoạt động xã hội nhằm tìm t òi, phát hiện quy luật, hiện tượng và vận dụng các quy luật ấy để sáng t ạo ra nguy ên lý các giải pháp tác đ ộng vào các sự vật, hiện tượng, nhằm biến đổi trạng thái của chúng

2 Ý ngh ĩa của khoa học

K hoa học chính là động lự c thúc đẩy sự phát triển của xã hội, làm cho con ngư ời ngày càng văn minh hơn, nhân ái hơn, sống tốt hơn và vững tin hơn vào bản thân mình trong cuộc s ống Cụ thể là:

- Con người hiểu được tự nhiên, nắm được các quy luật biến đổi, chuyển hóa vật chất, chinh phục tự nhiên theo quy luật của nó

- Con người nắm được các quy luật vận động của xã hội mình đang sống và vận dụng chúng để thúc đẩy xã hội phát triển nhanh chóng hơn

- Con ngư ời ngày càng có ý thức, càng thận trọng hơn trong việc nhận thức k hoa học: không vội vã, không ngộ nhận, không chủ quan, tiến vững chắc đến chân lý của tự nhiên

- Khoa học chân chính chống lại những quan điểm sai trái( mê tín dị đoan, phân biệt chủng tộc…)

- Khoa học làm giảm nhẹ lao động của con ngư ời, cải thiện chất lượng cuộc sống

3 N ghiên cứu khoa h ọc

N ghiên cứu là một công việc mang tính chất tìm tòi, xem xét cặn kẽ m ột vấn đề nào đó.Nếu đối tượng của công việc là m ột vấn đề khoa học thì công việc ấy gọi là nghiên cứu khoa học

N ếu con người làm việc, tìm kiếm, truy xét một vấn đề nào đó một cách

có phương pháp thì cũng có thể gọi là nghiên cứu khoa học

N ghiên cứu khoa học là sự tìm tòi, khám phá bản chất các sự vật( tự nhiên, xã hội, con người), nhằm thỏa mãn nhu cầu nhận thức, đồng thời sáng tạo các giải pháp tác động trở lại sự vật, biến đổi sự vật theo m ục đích sử dụng

N ghiên cứu khoa học là một hoạt động xã hội, với chứ c năng tìm kiếm nhữ ng điều mà kh oa học chưa biết, hoặc ph át hiện bản chất sự vật, p hát triển nhận thức khoa học về thế giới; hoặc là s áng tạo phương pháp mới và phương tiện kỹ thuật để cải t ạo thế giới

II Các ph ươ ng pháp giải quyết vấn đề khoa h ọc

1 Phươn g pháp thử và sai

Thực t ế cho th ấy, đa số mọi người suy nghĩ một cách tự nhiên để giải quyết m ột vấn đề và ra quy ết định.Sự tự nhiên này ở chỗ, người ta hiếm khi suy nghĩ về cách s uy nghĩ của chính m ình, cũng giống như người ta hít thở đi lại… m ột cách tự nhiên mà hiếm khi suy nghĩ về chúng và tìm cách cải tiến chúng

Nghiên cứ u và làm các thí nghiệm về tư duy s áng tạo, các nh à tâm lý nhận thấy, phần lớn mọi người khi có vấn đề thường nghĩ ngay đến việc áp dụng các phư ơng pháp, ý tưởng có s ẵn trong trí nhớ Sau khi phát hiện các

“phép thử” đó “sai”, người t a m ới t iến hành các phép thử khác K iến thức và kinh nghiệm riêng của ngư ời giải luôn có khuynh hư ớng đưa ngư ời giải đi theo con đư ờng mòn đã hình thành trong quá khứ Nếu các “phép thử” đ ó lại

“sai” t iếp, người giải trở nên m ất tự t in và các phép thử tiếp theo, nhiều khi mang tính chất hú họa, mò mẫm Thô ng thư ờng người giải thư ờng phải tốn khá nhiều các “phép thử -sai” ( bài toán càng khó, số lượng phép thử càng lớn)

để cuối cùng m ay mắn có một phép thử là lời giải đúng

Cách suy nghĩ tự nhiên như trên được gọi là phương pháp thử và sai.Phư ơng pháp thử sai này còn được gọi là phương pháp tự nhiên vì nó có sẵn trong tự nhiên và đư ợc các loài sinh vật dùng để giải quyết các vấn đề của chúng

Ưu điểm lớn nhất của phương pháp thử sai: đó chính là cơ chế của sự tiến hóa và ph át triển trong tự nhiên, xã hội và tư duy cho đến t hời gian gần đây

Nhược điển của phương pháp thử s ai:

- Lãng phí lớn

- Tính ì tâm lý có ảnh hưởng xấu

- Các tiêu chuẩn đánh giá “ đúng”, “sai” mang t ính chủ quan và ngắn hạn

- Năng suất phát ý tư ởng thấp

- Thiếu cơ chế định hướng và tư duy về phía lời giải

Do các như ợc điểm của phư ơng pháp “thử-sai” ngày càng bộc lộ rõ Nó không đáp ứng đư ợc các đòi hỏi của sự phát triển và không thích hợp để giải quyết các vấn đề hiện đại Trong lĩnh vực sáng tạo và đổi mới, nhiều nhà nghiên cứu đã xây dự ng các phương pháp, phươn g pháp luận nhằm cải tiến và cao hơn nữ a, thay thế phương pháp “thử-s ai”

Hiện nay trên thế giới có khá nhiều phương pháp, phương pháp luận như vậy đư ợc xây dự ng dựa trên những cách t iếp cận khác nhau Một cách gần đúng có thể chia các cách tiếp cận này thành bốn loại:

- Cách tiếp cận thuần túy tâm lý

- Cách tiếp cận kết hợp t âm lý với một số kinh nghiệm mang tính khái quát của những ngư ời có thành tích s áng tạo tốt

- Cách tiếp cận nhằm bao quát tất cả các phép thử có thể có để từ đó có thể tìm ra tất cả các lời giải có thể có

- Cách tiếp cận dựa trên các quy luật phát triển của hệ thống nhắm xây dựng cơ chế định hướng trong tư duy s áng tạo như “Lý thuyết giải các bài toán sáng chế” TRIZ của Genrikh Saulovich Alts huller(1926-1998)

2 Lý thuyết giải các bài toán sáng chế(TRI Z)

Ngày nay, TRIZ là hệ lý thuyết lớn, với hệ thống công cụ thuộc loại hoàn chỉnh nhất trong lĩnh vực s áng tạo và đổi m ới TRIZ bao gồm :

- 9 quy luật phát triển hệ thống

- 40 nguy ên t ắc s áng tạo cơ bản dùng để khắc phục các m âu thuẫn kỹ thuật

- 11 biến đổi mẫu dùng để khắc phục các mâu thuẫn vật lý

- Hệ thống 76 chuẩn dùng để giải các bài toán sáng chế

- Chường trình giải các b ài toán – ARIZ…

Ngư ời sử dụng còn có thể tiếp tục tổ hợp những thành phần này lại với nhau theo vô vàn cách để có đư ợc sự đa dạng vô tận

3 40 n gu yên tắc sáng tạo cơ bản:

1 Nguyên tắc phân nhỏ

- Chia đối tượng thành các phần độc lập

- Làm đối tượng trở nên tháo lắp được

- Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng

2 Nguyên tắc tách khỏi

- Tách phần gây phiền phứ c ra khỏi đối tượng

- Hoặc tách phần chính, duy nhất cần thiết của đối tượng ra khỏi phần gây phiền phức

3 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ

- Chuyển đối tượng có cấu trúc đồng nhất thành không đồng nhất

- Các thành phần khác nhau của đối tượng phải có các chức năng khác nhau

- Mỗi phần của đối tượng phải ở trong điều kiện thích hợp nhất của công việc

- Gây ứng suất trư ớc với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc

- Hoặc gây ứng suất trước để khi làm việc đối tượng sẽ ứng suất ngư ợc lại

10 Nguyên tắc thự c hiện sơ bộ

- Thực hiện trư ớc sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần đối với đối tượng

- Cần sắp xếp đối tượng trước, s ao cho nó có thể hoạt động ở vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển

13 Nguyên tắc đảo ngược

- Thay vì hành động như y êu cầu bài toán, hành động ngược lại

- Làm phần chuyển động của đối tư ợng th ành phần đứng y ên và ngư ợc lại phần đứ ng yên thành chuyển động

- Lật ngược đối tượng

14 Nguyên tắc cầu (tròn) hóa

- Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, m ặt phẳng thành m ặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu

- Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn

- Chuyển sang chuyển động quay, lự c ly tâm

- Nếu như khó nhận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiều hơn một chút Lúc đó bài toán trở nên đơn giản

và dễ giải hơn

17 Nguyên tắc chuyển s ang chiều k hác

- Những khó khăn do chuyển động (hay s ắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ đư ợc khắc phục n ếu đối tư ợng có khả năng

di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều) Tư ơng tự nhữ ng bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tư ợng trên m ặt phẳng s ẽ đư ợc đơn giản hóa khi chuyển s ang không gian 3 chiều

- Chuyển đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng

- Đặt đối tượng nằm n ghiêng

- Sử dụng m ặt sau của diện tích cho trước

- Sử dụng các luồng ánh s áng tới diện tích bên cạnh hoặc t ới mặt sau của diện tích cho trư ớc

18 Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học

- Làm đối tư ợng dao động Nếu đã dao động, tăng tần số dao động (đến tầng s ố siêu âm)

- Sử dụng tầng số cộng hư ởng

- Thay vì dùng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện

- Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ

19 Nguyên tắc tác động theo chu k ỳ

- Chuyển tác động liên tục thành t ác động theo chu kỳ (xung)

- Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ

- Sử dụng các khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động khác

20 Nguyên tắc liên tục tác động có ích

- Thực hiện công việc một cách liên tục (t ất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ t ải)

- Khắc phục vận hành không t ải và trung gian

- Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay

21 Nguyên tắc vượt nhanh

- Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn

- Vượt nhanh để có đư ợc hiệu ứng cần thiết

22 Nguyên tắc biến hại thành lợi

- Sử dụng những tác nhân có hại để thu được hiệu ứng có lợi

- Khắc phục t ác nhân có hại bằng cách kết hợp với tác nhân có hại khác

- Tăng cư ờng tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa

23 Nguyên tắc quan hệ phản hồi

- Thiết lập quan hệ phản hồi

- Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó

24 Nguyên tắc sử dụng tr ung gian

- Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp

25 Nguyên tắc tự phục vụ

- Đối tượng phải tự phục vụ bằng các thao tác phụ trợ, sử a chửa

- Sử dụng chất thải, phế liệu, năng lư ợng dư

27 Nguyên tắc rẻ thay cho đắt

- Thay thế đối tư ợng đắt tiền bằng đối tư ợng rẻ có chất lượng kém hơn (ví dụ tuổi thọ của đối tượng)

28 Nguyên tắc thay thế s ơ đồ cơ học

- Thay thế s ơ đồ cơ học bằng quang, điện, nhiệt, âm hoặc mùi vị

- Sử dụng điện trư ờng, từ trư ờng, điện từ trường trong tương tác với đối tượng

- Chuyển các trường đứng y ên s ang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất s ang có cấu trú c nhất định

- Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ

29 Nguyên tắc sử dụng các k ết cấu khí và lỏng

- Thay cho các phần của đối tượng ở thể rắn, sử dụng các chất khí

và lỏng: nạp khí, nạp chất lỏng, đệm không khí, thủy tĩnh, thủy phản lự c

30 Nguyên tắc sử dụng vỏ dẻo v à màng m ỏng

- Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng thay cho các kết cấu khối

- Cách ly đối tư ợng với bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng

31 Nguyên tắc sử dụng vật liệu nhiều lỗ

- Làm đối tư ợng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết có nhiều lỗ

- Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ, sơ bộ tẩm n ó bằng chất nào đó

32 Nguyên tắc thay đổi màu sắc

- Thay đổi m àu sắc của đối tư ợng hay môi trường bên ngoài

- Thay đổi độ trong suốt của đối tượng hay môi trư ờng bên ngoài

- Để có t hể quan sát được đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng các chất phụ gia màu, huỳnh quang

- Nếu các chất phụ gia đó đã đư ợc sử dụng, dùng các n guyên tử đánh dấu

- Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp

33 Nguyên tắc đồng nhất

- Những đối tượng, tương tác với đối tượng cho trước, phải đư ợc làm từ cùng m ột vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các t ính chất) với vật liệu chế t ạo đối tư ợng cho trước

34 Nguyên tắc phân hủy hoặc tái s inh các phần

- Phần đối tư ợng đã hoàn thành nhiệm vụ hoặc trở nên không cần thiết phải tự phân hủy (hòa tan, bay hơi…) hoặc phải biến dạng

- Các phần mất mát của đối tượng phải được phục hồi trực t iếp trong quá trình làm việc

35 Nguyên tắc thay đổi các thông số hóa lý của đối tượng

- Thay đổi trạng thái đối tư ợng

- Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc

- Thay đổi độ dẻo

- Thay đổi nhiệt độ thể t ích

36 Nguyên tắc sử dụng chuyển pha

- Sử dụng các hiện tư ợng nảy sinh trong quá trình chuyển pha như : thay đổi thể tích, tỏa hay hấp thu nhiệt lư ợng…

37 Nguyên tắc sử dụng sự nở vì nhiệt

- Sử dụng sự nở (hay co) vì nhiệt của các vật liệu

- Nếu đã dùng sự nở nhiệt, s ử dụng với các vật liệu có hệ số nở nhiệt khác nhau

38 Nguyên tắc sử dụng chất oxy hóa mạnh

- Thay không khí thường bằng không khí giàu ôxy

- Thay không khí giàu ôxy bằng chính ôxy

- Dùng các bức xạ ion hóa tác động lên không khí hoặc ôxy

- Thay ôxy bằng ôzôn (hoặc ôxy bị ion hóa) bằng chính ôz ôn

39 Nguyên tắc thay đổi độ trơ

- Thay m ôi trường thông t hường bằng m ôi trường trung hòa

- Đưa thêm v ào đối tượng các chất, các thành phần, phụ gia trung hòa

- Thực hiện các quá trình trong chân không

40 Nguyên tắc sử dụng vật liệu hợp thành (composite)

- Chuyển từ vật liệu đồng nhất s ang sử dụng vật liệu hợp thành (composit e) Hay sử dụng các vật liệu mới

III Lịch sử hình thành và phát triển của camera kĩ thuật số

Cách nay hơn 35 năm , vào tháng 12 năm 1975, một thợ chụp ảnh t ên St even Sass on đã khai sinh ra kỉ nguyên máy ảnh và camera quan sát kĩ thuật số bằng t ấm hình đầu t iên chụp tại phòng kĩ thuật của công ty K odak Vào thời điểm đó, anh đã phải mất đến 23 giây để lưu đư ợc bứ c ảnh m ang nhiều ý nghĩa lịch sử này vào một cuốn băng casset e H ình ảnh đư ợc chụp từ chiếc máy ảnh này khi đó có độ phân giải 0.01-megapixel (100x100 m egapixel Đó có thể xem như là thời khắc trọng đại nhất của nền công nghiệp nhiếp ảnh hiện đại

Tuy nhiên, cũng phải mãi cho đến đầu thập niên 90, khi mà ngành kĩ thuật ảnh

số ngày càng được hoàn thiện, thì nền công nghiệp còn non trẻ này mới thật sự phát triển vư ợt bậc.Để có được sự phát triển m ạnh m ẽ như ngày hôm nay, chiếc máy ảnh

số quen thuộc mà chúng ta vẫn dùng thường ngày, đã phải trải qua biết bao nhiêu

thăng trầm.Tro ng bài viết này, hy vọng chúng ta s ẽ có được cái nhìn tổng quát về lịch

sử phát triển hơn 35 năm qua của thiết bị này

1 Chiếc m áy ảnh số đầu tiên (1975)

Như đã nói ở trên, chiếc máy ảnh số đầu tiên trên thế giới mang nhãn hiệu Kodak, cánh chim đầu đàn của nền công nghiệp nhiếp ảnh thời điểm này

Vào giai đoạn khai sinh, hình dáng chiếc máy ảnh số đầu tiên chắc chắn s ẽ làm nhiều người cảm thấy buồn cư ời bởi vẻ thô kệch, nặng nề.Với chiếc “hộp s ắt” to tướng này, người dùng chỉ có thể chụp đư ợc một bứ c ảnh có độ phân giải khá khiêm tốn 100x100 pixel (0.01 MP) Bức ảnh s au khi chụp sẽ đư ợc ghi vào một cuộn băng cát sét, được xem trên thiết bị hiển thị đặc biệt kết nối với T V

Hình 1 Chiếc máy ản h kĩ thuật số đầu tiên

2 Phi ên bản thươn g m ại đầu tiên (1989)

Máy ảnh kĩ thuật số được thương mại hóa khá trễ Sau gần 15 năm phát triển

âm thầm, phiên bản thư ơng mại đầu t iên mới xuất hiện H ai đại diện tiêu biểu nhất của giai đoạn này là: Fujix D S-1P (1989) 0.4MP và Dycam Model 1 (1990) 0.09M P Trong hai đại diện trên thì Fujix D S-1P chính là chiếc máy số thương mại đầu t iên trên thế giới, cho phép ghi các file ảnh lên một thẻ nhớ dạng rắn Tuy nhiên, thiết bị này chỉ đư ợc bán tại Nhật Bản trong khoảng thời gian khá ngắn Đ ại diện còn lại, Dycam là chiếc s ản phẩm đầu tiên được bán ra t ại M ỹ