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

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN __________ BÀI THU HOẠCH PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Đề tài: Những nguyên lý sáng tạo ứng dụng trong sự hình thành và phát triển của Camera kĩ thuật số Giảng viên hướng dẫn: GS.TSKH.Hoàng Kiếm Sinh viên thực hiện: Ngô Thị M ỹ Thanh Mã số: 0208480140 TP HCM, 12/12/2012 1 Mục lục Lời nói đầu ............................................................................................................................... 2 I. Tổng quan về phương pháp nghiên cứu khoa học và sáng tạo. ...................................... 3 1. Khái n iệm khoa học:.................................................................................................. 3 2. Ý nghĩa của khoa học ................................................................................................ 3 3. Nghiên cứu khoa học................................................................................................. 3 II. Các phương pháp giải quyết vấn đề khoa học. ................................................................ 4 1. Phương pháp thử và sai ............................................................................................. 4 2. Lý thuyết giải các bài toán sáng chế(TRIZ) .............................................................. 5 3. 40 nguyên tắc sáng tạo cơ bản:.................................................................................. 5 III. Lịch sử hình thành và phát triển của camera k ĩ thuật số. ............................................ 11 1. Chiếc máy ảnh số đầu tiên (1975) ........................................................................... 12 2. Phiên bản thương mại đầu tiên (1989) .................................................................... 12 3. Dấu ấn Kodak và Nikon (1991 – 1992) .................................................................. 13 4. Máy ảnh số màu xuất hiện ....................................................................................... 13 5. Sự xuất hiện của LCD ............................................................................................. 14 6. Những tên tuổi mới xuất 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 xuất hiện ......................................................................................... 17 11. Thời đại của máy ảnh nhỏ gọn ................................................................................ 17 12. Máy ảnh fullframe xuất hiện ................................................................................... 18 13. Sự phát triển mạnh mẽ của máy ảnh kĩ thuật số (2003 -2004)................................ 18 14. Máy ảnh DSLR tốt nhất........................................................................................... 19 15. Máy ảnh 3D ............................................................................................................. 19 16. Những sản phẩm cao cấp nhất ................................................................................. 20 IV. Phân tích các nguyên lý sáng tạo được áp dụng trong Camera kĩ thuật số. ................ 21 V. Kết luận .......................................................................................................................... 24 VI. Tài liệu tham khảo....................................................................................................... 25 2 Lời nói đầu Ngày nay, khoa học công nghệ đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các lĩnh vực đời sống 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 người nghiên cứu tìm cho mình con đường nghiên cứu khoa học đúng đắn. Bài thu hoạch này là kết quả lĩnh hội được sau khi học môn phương pháp nghiên cứu khoa học, trong đó em xin t ìm hiểu về các nguy ên lý sang tạo đã được 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 Kiếm, giảng viên môn học Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học, Thầy đã truyền đạt cho chúng em những kiến thứ quý báu về nguyên lý sáng t ạo cũng như những 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. 3 I. Tổng quan về phương pháp nghiên cứu khoa học và s áng tạo. 1. Khái ni ệm khoa học: Khoa học được hiểu là một hệ thống tri thức tự nhiên về xã hội và tư duy về những quy luật phát triển khách quan của tự nhiên, xã hội và tư duy. Nó giải thích một cách đúng đắn nguồn gốc của những sự kiện ấy, phát hiện ra những mối liên hệ giữa các hiện tượng, trang bị cho con người những tri thức về qui luật khách quan của thế giới hiện thực để con người áp dụng vào thực tiến sản xuất và đời sống. Khoa học còn được hiểu là một hoạt động xã hội nhằm tìm tòi, 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 động vào các sự vật, hiện tượng, nhằm biến đổi trạng thái của chúng. 2. Ý nghĩa của khoa học Khoa học chính là động lực thúc đẩy sự phát triển của xã hội, làm cho con người ngày càng văn minh hơn, nhân ái hơn, sống tốt hơn và vững tin hơn vào bản thân mình trong cuộc sống. 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 người ngày càng có ý thức, càng thận trọng hơn trong việc nhận thức khoa 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 người, cải thiện chất lượng cuộc sống. 3. Nghiên cứu khoa học Nghiên cứu là một công việc mang tính chất tìm tòi, xem xét cặn kẽ một vấn đề nào đó.Nếu đối tượng của công việc là một vấn đề khoa học thì công việc ấy gọi là nghiên cứu khoa học. 4 Nếu 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. Nghiên 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 mục đích sử dụng. Nghiên cứu khoa học là một hoạt động xã hội, với chức năng tìm kiếm những điều mà khoa học chưa biết, hoặc phát hiện bản chất sự vật, phát triển nhận thức khoa học về thế giới; hoặc là sáng tạo phương pháp mới và phương tiện kỹ thuật để cải t ạo thế giới. II. Các phương pháp giải quyết vấn đề khoa học. 1. Phương pháp thử và sai Thực t ế cho thấy, đa số mọi người suy nghĩ một cách tự nhiên để giải quyết một vấn đề và ra quy ết định.Sự tự nhiên này ở chỗ, người ta hiếm khi suy nghĩ về cách suy nghĩ của chính mình, cũng giống như người ta hít thở đi lại… một cách tự nhiên mà hiếm khi suy nghĩ về chúng và tìm cách cải t iến chúng. Nghiên cứu và làm các thí nghiệm về tư duy sáng tạo, các nhà tâm lý nhận thấy, phần lớn mọi người khi có vấn đề thường nghĩ ngay đến việc áp dụng các phương pháp, ý tưởng có sẵn trong trí nhớ. Sau khi phát hiện các “phép thử” đó “sai”, người t a mới t iến hành các phép thử khác. Kiến thức và kinh nghiệm riêng của người giải luôn có khuynh hướng đưa người giải đi theo con đường mòn đã hình thành trong quá khứ. Nếu các “phép thử” đó lại “sai” t iếp, người giải trở nên mất tự t in và các phép thử tiếp theo, nhiều khi mang tính chất hú họa, mò mẫm. Thông thường người giải thường phải tốn khá nhiều các “phép thử-sai” ( bài toán càng khó, số lượng phép thử càng lớn) để cuối cùng may mắn có một phép thử là lời giải đúng. Cách suy nghĩ tự nhiên như trên được gọi là phương pháp thử và sai.Phương pháp thử sai này còn được gọi là phương pháp tự nhiên vì nó có sẵn trong tự nhiên và được 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 phát triển trong tự nhiên, xã hội và tư duy cho đến t hời gian gần đây. Nhược điển của phương pháp thử sai: 5 - 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 tưởng thấp - Thiếu cơ chế định hướng và tư duy về phía lời giải Do các nhược điểm của phương pháp “thử-sai” ngày càng bộc lộ rõ. Nó không đáp ứng được 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 dựng các phương pháp, phương pháp luận nhằm cải tiến và cao hơn nữa, thay thế phương pháp “thử-sai”. Hiện nay trên thế giới có khá nhiều phương pháp, phương pháp luận như vậy được xây dựng 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 người có thành tích sáng 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 sáng tạo như “Lý thuyết giải các bài toán sáng chế” TRIZ của Genrikh Saulovich Altshuller(1926- 1998). 2. Lý thuyết giải các bài toán sáng chế(TRIZ) Ngày nay, TRIZ là hệ lý thuyết lớn, với hệ thống công cụ thuộc loại hoàn chỉnh nhất trong lĩnh vực sáng tạo và đổi mới. TRIZ bao gồm: - 9 quy luật phát triển hệ thống - 40 nguy ên t ắc sáng tạo cơ bản dùng để khắc phục các mâu 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 bài toán – ARIZ… Người sử dụng còn có thể tiếp tục tổ hợp những thành phần này lại với nhau theo vô vàn cách để có được sự đa dạng vô tận. 3. 40 nguyên 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 6 - Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng 2. Nguyên tắc tách khỏi - Tách phần gây phiền phức 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 4. Nguyên tắc phản đối xứng - Chuyển đổi đối tượng từ hình dạng đối xứng thành không đối xứng 5. Nguyên tắc kết hợp - Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dùng cho các hoạt động kế cận - Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận 6. Nguyên tắc vạn năng - Đối tượng thực h iện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của các đối tượng khác 7. Nguyên tắc chứa trong - Một đối tượng được đặt bên trong một đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối tượng thứ ba… - Một đối tượng chuy ển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác 8. Nguyên tắc phản trọng lượng - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng các gắn nó với đối tượng khác có lực nâng - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng tương tác với môi trường như sử dụng các lực thủy động, khí động … 9. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ 7 - Gây ứng suất trước 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 ngược lại 10. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ - Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần đối với đối tượng - Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho nó có thể hoạt động ở vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển 11. Nguyên tắc dự phòng - Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn 12. Nguyên tắc đẳng thế - Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng 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 tượng thành phần đứng y ên và ngược lại phần đứng yên thành chuyển động - Lật ngược đối tượng 14. Nguyên tắc cầu (tròn) hóa - Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu - Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn - Chuyển sang chuyển động quay, lực ly tâm 15. Nguyên tắc linh động - Cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc - Phân chia đối tượng thành từng phần có khả năng dịch chuyển với nhau 16. Nguyên tắc giải thiếu hoặc thừa 8 - 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 sang chiều khác - Những khó khăn do chuyển động (hay s ắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu đối tượng có khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều). Tương tự những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hóa khi chuyển sang không gian 3 chiều - Chuyển đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng - Đặt đối tượng nằm nghiêng - Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước - Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc t ới mặt sau của diện tích cho trước 18. Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học - Làm đối tượng dao động. Nếu đã dao động, tăng tần số dao động (đến tầng số siêu âm) - Sử dụng tầng số cộng hưởng - 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 kỳ - Chuyển tác động liên tục thành tác 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 được hiệu ứng cần thiết 22. Nguyên tắc biến hại thành lợi 9 - 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 cường 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 trung 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, sửa chửa - Sử dụng chất thải, phế liệu, năng lượng dư 26. Nguyên tắc sao chép - Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợi hoặc dễ vỡ, sử dụng bản sao - Thay thế đối tượng hoặc hệ các đối tượng bằng bản sao quang học với tỷ lệ cần thiết - Nếu không thể sử dụng bản sao quang học ở vùng biểu kiến, chuyển sang sử dụng các bản sao hông ngoại hoặc tử ngoại 27. Nguyên tắc rẻ thay cho đắt - Thay thế đối tượng đắt tiền bằng đối tượng rẻ có chất lượng kém hơn (ví dụ tuổi thọ của đối tượng) 28. Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học - Thay thế sơ đồ cơ học bằng quang, điện, nhiệt, âm hoặc mùi vị - Sử dụng điện trường, từ trường, điện từ trường trong tương tác với đối tượng - Chuyển các trường đứng y ên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc 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 10 - 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 lực 30. Nguyên tắc sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng - Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng thay cho các kết cấu khối - Cách ly đối tượng với bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng 31. Nguyên tắc sử dụng vật liệu nhiều lỗ - Làm đối tượng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết có nhiều lỗ - Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ, sơ bộ tẩm nó bằng chất nào đó 32. Nguyên tắc thay đổi màu sắc - Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài - Thay đổi độ trong suốt của đối tượng hay môi trường 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 được sử dụng, dùng các nguyên 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 được làm từ cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các t ính chất) với vật liệu chế t ạo đối tượng cho trước 34. Nguyên tắc phân hủy hoặc tái s inh các phần - Phần đối tượng 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 tượng - 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 11 - Sử dụng các hiện tượng nảy sinh trong quá trình chuyển pha như: thay đổi thể tích, tỏa hay hấp thu nhiệt lượng… 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, sử 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 ôzôn 39. Nguyên tắc thay đổi độ trơ - Thay môi trường thông t hường bằng môi trường trung hòa - Đưa thêm vào 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 sang 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 Sasson 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 Kodak. Vào thời điểm đó, anh đã phải mất đến 23 giây để lưu được bức ảnh mang nhiều ý nghĩa lịch sử này vào một cuốn băng casset e. Hình ảnh được chụp từ chiếc máy ảnh này khi đó có độ phân giải 0.01-megapixel (100x100 megapixel. 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,