Апертура камеры: Что такое апертура камеры и для чего она нужна

Что такое апертура камеры и для чего она нужна

Статьи

24.02.2018

Автор: Алексей Резчиков

На протяжении последних лет каждый раз при анонсе смартфонов разработчики говорят о характеристиках камеры и почти всегда среди них проскакивает слово «апертура». Не за горами анонс Galaxy S9, когда мы услышим это слово снова.

Если говорить максимально упрощённо, апертура камеры — отверстие, через которое проходит свет. В фотоаппаратах это отверстие находится перед линзами, и слово «апертура» обозначает одну из настроек камеры. Апертура — один из трёх «столпов» фотосъёмки вместе с ISO и скоростью затвора. Апертура важна по многим причинам — о них мы и расскажем в этой статье.

«Любовный треугольник» фотографии

Три основных параметра вместе известны как треугольник экспозиции. Каждый из них оказывает огромное влияние на качество изображения. Они влияют не только на экспозицию (яркость фотографии), как можно подумать, исходя из их общего названия.

Все три параметра должны быть сбалансированы, поэтому нельзя говорить об одном из них, не принимая во внимание другие. Камера должна быть способной запечатлеть нужный момент, точно передать свет, правильно определить края объектов. За это и отвечают апертура, скорость затвора и ISO. Рассмотрим, что представляет собой каждый из параметров.

ISO

ISO — показатель чувствительности сенсорной матрицы к свету. Когда фотографы использовали плёнку с разным значением ISO, менять этот параметр экспозиции было невозможно. Современные цифровые камеры дают возможность контролировать чувствительность матрицы к свету. Фотограф регулирует интенсивность света, что облегчает работу матрицы — результат при этом остаётся столь же качественным.

В теории, чем меньше значение ISO, тем меньше цифрового шума, который предстоит убирать во время обработки после съёмки. Когда программное обеспечение удаляет лишние пиксели, оно получает информацию от пикселей, находящихся рядом — то есть действует почти наугад. Чем меньше программе приходится «гадать», тем более качественной получается фотография.

Нет смысла использовать очень низкое значение ISO, поскольку скорость затвора и апертура не смогут соответствовать ему.

При увеличении значения ISO повышается чувствительность матрицы к свету — а значит, можно снимать при менее интенсивном освещении.

Фотографу важно запомнить три вещи:

• Чем ниже ISO, тем меньше чувствительность матрицы к свету, и наоборот.
• Чем выше чувствительность, тем больше цифрового шума. Чем ниже ISO, тем меньше шума, и наоборот.
• Когда нельзя сделать апертуру шире или уменьшить скорость затвора, нужно увеличивать ISO — тогда фотографии не будут размытыми.

Скорость затвора (выдержка)

Этот параметр отвечает за то, насколько долго затвор остаётся открытым при съёмке фото или видео. Когда затвор открыт, свет падает на сенсорную матрицу, поэтому при высокой скорости затвора света может не хватать — как следствие, экспозиция снизится. Чем ниже скорость затвора, тем выше экспозиция — а ведь именно от неё зависит, насколько яркой получится фотография.

Когда затвор открыт, матрица собирает все данные о том, что находится в кадре. Если предмет в кадре движется, фото оказывается размытым — поэтому в большинстве случаев при быстром затворе получаются более чёткие изображения.

• Уменьшая скорость затвора, нужно увеличить значение ISO или открыть апертуру для увеличения экспозиции.
• При увеличении скорости затвора может понадобиться снизить значение ISO или закрыть апертуру, дабы уменьшить экспозицию. Фотографии в этом случае окажутся менее четкими.

У каждой камеры есть затвор — даже у тех, что на телефонах. Плёночные фотоаппараты оснащены механизмом для спуска и закрытия затвора, а в цифровых камерах небольшие матрицы просто собирают данные на протяжении заданного промежутка времени. Именно поэтому звук затвора можно включать или отключать, хотя на самом деле не происходит никакого механического движения. Характерный звук генерируется программой.

Апертура

Апертура является показателем того, насколько открыт или закрыт объектив, и измеряется в f-стопах. Значение апертуры — отношение фокусной длины к диаметру отверстия перед объективом. Чем ниже значение, тем шире апертура и тем больше света попадает на матрицу.

• Менее широкая апертура означает большее число f-стоп — требуется снизить скорость затвора или увеличить значение ISO для увеличения экспозиции.
• Более широкая апертура означает меньшее число f-стоп — нужно настроить более быстрый затвор или установить низкое значение ISO для уменьшения экспозиции.

Апертура, как и остальные два параметра, влияет на чёткость изображения. Изменение разных параметров экспозиции влияет на различные характеристики изображения. При изменении ISO повышается цифровой шум, изменение скорости затвора влечет за собой увеличение степени размытия, изменения апертуры влияют на глубину изображения.

Портретная съёмка

Может возникнуть вопрос: почему бы не сделать апертуру камеры минимальной, чтобы она собирала весь возможный свет? Дело в том, что при этом фотографии будут слишком яркими, а глубина изображения окажется совсем небольшой.

Глубина изображения представляет собой расстояние между самым близким и самым удалённым объектами в фокусе. Камера способна фокусироваться только в одной точке. Всё за пределами этой точки находится не в фокусе и размывается.

Заключение

Теперь вы чуть больше знаете об апертуре и о том, как она влияет на качество ваших фотографий. В следующий раз, читая обзор очередного смартфона, вы будете понимать, что значение апертуры самом по себе не имеет значения — его можно рассматривать только вместе с другими параметрами камеры.

Источник: www.androidcentral.com

Читайте также

что это такое и каким должно быть фокусное расстояние оказатель F1.7? — Doitdroid.com

F2.0, F1.7 или даже F1.4: в последние годы так называемые термины «апертура», «фокусное расстояние», или «f-число», касающиеся смартфонов, стали популярным маркетинговым инструментом.

Но что на самом деле представляет собой понятие «апертура» на камерах смартфонов? И как фокусное расстояние влияет на качество изображения?

Содержание

1. Что такое апертура и фокусное расстояние?
2. Почему апертура важна для камер смартфонов?
3. Что означает апертура в камере смартфона?
4. Почему F1. 8 лучше, чем F2.4?
5. Почему телеобъективы на смартфонах так несовершенны?
6. Размер апертуры и качество изображения: много света, меньше резкости
7. Резюме: много шума из ничего

Что такое апертура и фокусное расстояние?

Термины «апертура» (также известный как «f-число») и «фокусное расстояние» обычно трактуются неправильно. Точным термином будет «фокусное расстояние», который описывает фокусное расстояние системы к диаметру входного зрачка. Это соотношение обычно выражается в виде дроби, нормализованной к числителю один в обозначениях «f / 1,8» или «1: 1,8».

С другой стороны, f-число является обратной величиной этой дроби и записывается как F1.8. Очень часто упоминаемая «апертура» является разговорным языком и используется различными способами для обозначения f-числа. Так как мы не являемся научной публикацией на Google+, мы также будем придерживаться лингвистического использования понятия «апертура».

Примечание. При расчете фокусного расстояния входной зрачок измеряется в миллиметрах, так же, как и фокусное расстояние. Поэтому результат в любом случае не имеет точных чисел.

Почему апертура важна для камер смартфонов?

Апертура играет важную роль в фотографии смартфонных камер, особенно в следующих двух аспектах:

• чем меньше число апертуры, тем больше света сможет попасть на фотосенсор. Это логично, поскольку диаметр входного зрачка является знаменателем отношения апертуры. Таким образом, диаметр, который вдвое длиннее, делит f-число пополам – например, с F4 до F2. Эта площадь варьируется в зависимости от квадрата диаметра зрачка, при этом существует квадратичная пропорциональная зависимость. Это означает, что вдвое меньшее значение диафрагмы означает наличие в четыре раза больше света. Удвоение количества света, с другой стороны, происходит при делении апертуры на квадратный корень из двух, например, от F2 до F1.4.
• чем меньше число апертуры, тем меньше глубина резкости. Поскольку смартфоны обычно генерируют глубину резкости с помощью алгоритма, этот аспект остается заметкой на полях.

Что означает апертура в камере смартфона?

Те, кто хочет изучить камеру своего смартфона и апертуру, которая является ее неотъемлемой частью, должны понять такой важный момент: фокусное расстояние и (приблизительный) диаметр объектива, по сути, не одно и то же. Апертура с числом 2 будет означать входной зрачок, диаметром 12,5 миллиметра, при фокусном расстоянии 25 миллиметров. Однако вы не найдете многосантиметровый объектив ни на одном из существующих смартфонов.

Выглядит большим, но это далеко от 12-миллиметрового входного зрачка: Xiaomi Mi 10.

Причина в том, что производители всегда указывают фокусное расстояние, которое было преобразовано в 35-миллиметровый эквивалент. По сравнению с 35-мм камерой реальное оптическое фокусное расстояние системы линз смартфона намного меньше из-за фотосеносоров небольших размеров. Например, диагональное измерение сенсора с диагональю 1 / 1,7 дюйма в 4,55 раза меньше, чем у 35-мм или полнокадрового сенсора. Точно так же камера смартфона с сенсором 1/1,7 дюйма требует фокусного расстояния, которое в 4,55 раза меньше для достижения аналогичного угла обзора.

Это соотношение между диагональным измерением 35-мм фотосенсора и сравниваемым фотосенсором называется коэффициентом кадрирования или форматным коэффициентом. Фактическое фокусное расстояние, умноженное на коэффициент кадрирования приводит к эквиваленту фокусного расстояния 35 мм.

Так как глубина резкости камеры зависит от фокусного расстояния и апертуры, теперь также ясно, почему вы не можете получить ничего похожего на красивый эффект размытия с числом F1,8 и эквивалентным фокусным расстоянием 50 мм, как вы можете сделать это с помощью цифровой зеркальной камеры с F1.8. Фактическое фокусное расстояние остается определяющим, когда дело касается глубины резкости, и обычно оно составляет от 5 до 15 миллиметров. И именно поэтому эффект боке обычно программно ориентирован.

Постепенное увеличение размера фотосенсора в камерах смартфонов сопровождалось увеличением фокусного расстояния, даже при широкоугольной съемке. Это приводит к меньшей глубине резкости, что можно увидеть на этой фотографии бургера, сделанной камерой Oppo Find X2.

Почему F1.8 лучше, чем F2.4?

В то время как размер апертуры оказывает значительное влияние на эффект боке в полноразмерных камерах, этот эффект незначителен в смартфонах. Это связано с тем, что камеры смартфонов обычно не имеют возможности регулировать размер диафрагмы для использования в качестве творческого варианта дизайна. Но мы вернемся к этой идее позже.

Вместо этого основное внимание уделяется интенсивности света. Например, переход с F2.4 до F1.7 означает, что у смартфона в два раза больше доступного света для фотографии. Это, в свою очередь, дает дорогу для дополнительного освещения:

1. Фотография сделана с половиной чувствительности ISO. Половинная чувствительность означает меньшее усиление сигнала изображения и меньший шум изображения.
2. Фотография сделана с половиной выдержки. Это снижает риск сотрясения камеры при быстрых движениях или в условиях низкой освещенности.

Так в чем же разница между F1.8 и F2.0? На самом деле, в данном случае нет большой разницы. В итоговом качестве изображения алгоритмы обработки изображений играют гораздо большую роль в эпоху цифровой фотографии.

В этом примере показано влияние чувствительности ISO на качество изображения.

Почему телеобъективы на смартфонах так несовершенны?

Кстати, приведенные выше детали также объясняют, почему телеобъективы в смартфонах обычно дают странные результаты. Поскольку фокусные расстояния сравнительно велики, интенсивность света, в основном, меньше, по сравнению с широкоугольными объективами. Например, телеобъектив Samsung Galaxy S20 Ultra имеет показатель всего F3.5, но, в то же время, телеобъективы гораздо более чувствительны к дрожанию камеры.

Как правило, для 10,3-миллиметрового телеобъектива в S20 Ultra требуется выдержка примерно в четыре раза больше, чем у основного 26-миллиметрового фотосенсора (при условии, что система оптической стабилизации изображения одинаково хорошо работает на обоих). В то же время, разница между F3.5 и F1.8 также приводит к уменьшению количества света на четверть. Чтобы компенсировать это при идентичных условиях освещения, необходимо, например, увеличить чувствительность ISO с цифры
100 до 1600. С учетом, как правило, гораздо меньших телеобъективов, становится ясно, что это не будет работать.

При хорошем освещении телеобъективы Galaxy S20 Ultra по-прежнему на достойном уровне. Фотосенсор начального топового уровня IMX586, работающий в паре с ними, вносит и свою лепту в качество снимков.

Размер апертуры и качество изображения: много света, меньше резкости

Прежде чем ваш мозг передохнет, мы хотели бы обсудить один последний аспект размера апертуры: качество оптического изображения. Создать так называемый «быстрый объектив» намного сложнее, чем просто поместить большой кусок стекла перед фотосенсором. Хотя свет не полностью преломляется до середины линзы, изгиб на пути света к краю всегда сильнее.

Противные цветовые полосы: хроматические аберрации имеют тенденцию быть фиолетовыми или зелеными в цвете. Realme X3 SuperZoom может делать их в двух цветах одновременно.

К сожалению, у света есть неприятное свойство, когда показатель преломления зависит от длины волны. То, что кажется сложным, можно легко объяснить с помощью солнечного света, который отражается через окно и создает радугу в вашей гостиной. Это явление становится все сильнее и сильнее с более высокой степенью преломления света, а, следовательно, с большей апертурой, и его становится все сложнее исправить.

В техническом жаргоне цветовые полосы, образованные таким образом, известны как «хроматические аберрации». Они обычно сильнее на краю изображения, чем в середине, и встречаются в основном при высококонтрастных переходах, например на ветвях перед ярким небом.

Чтобы не переоценивать спецификацию, получая плохие отзывы, когда дело доходит до фотосъемки, Samsung включила в некоторые из своих ведущих смартфонов механический затвор. Этот затвор покрывает край линзы при хороших условиях освещения, чтобы минимизировать такие ошибки изображения.

Чтобы избежать аберраций, Samsung оснастила свой Galaxy S9 + механической апертурой, которая уменьшает входной зрачок и, таким образом, увеличивает значение апертуры с F1,5 до F2,4.

Резюме: много шума из ничего

Так нужно ли нам уделять слишком большое внимание тому, что Samsung, Huawei и другие компании продают нам свои рекордные уровни освещенности? Конечно, нет. Поскольку различия между F1.7 и F1.8 незначительны, другие функции камеры играют здесь гораздо большую роль, например, используемый сенсор изображения и программные алгоритмы.

Вам помогла данная статья? Какие еще аспекты смартфонов и особенно их камер вас интересуют? С нетерпением ждем ваших комментариев!

Написано статей

Камера с программируемой апертурой, использующая LCoS

Abstract

С 1960-х годов широко изучались шаблоны апертур, и были предложены различные кодированные апертуры для различных приложений, включая увеличенную глубину резкости, расфокусировку размытия, глубину от расфокусировки, получение светового поля, и т. д. Исследования показали, что оптимальные схемы диафрагмы могут сильно различаться в зависимости от приложений, условий съемки или содержания сцены. Кроме того, многие методы кодирования апертур требуют временного изменения шаблонов апертур во время захвата. В результате часто необходимо иметь камера с программируемой апертурой , диаграмма апертуры которой может динамически изменяться по мере необходимости для захвата большего количества полезной информации.

В этой статье мы предлагаем камеру с программируемой апертурой, использующую жидкокристаллическое устройство на кремнии (LCoS). Эта конструкция обеспечивает высокую контрастность яркости и апертуру высокого разрешения с относительно низкими потерями света и позволяет изменять рисунок с достаточно высокой частотой кадров. Мы создаем прототип камеры и всесторонне оцениваем ее особенности и недостатки путем экспериментов. Мы также демонстрируем два применения кодированной апертуры для получения светового поля и расфокусировки размытия.

Ключевые слова

• Жидкокристаллический дисплей
• Поляризованный светоделитель
• High Dynamic Range Imaging
• Расфокусированное изображение
• Аберрация объектива

Эти авторы и ключевые слова не были добавлены машиной. Этот процесс является экспериментальным, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.

Скачать документ конференции в формате PDF

Ссылки

1. Вирарагхаван, А., Раскар, Р., Агравал, А., Мохан, А., Тамблин, Дж.: Пятнистая фотография: камеры с улучшенными масками для гетеродинированных световых полей и перефокусировки с кодированной апертурой. АКМ транс. Графика (2007)

   Google ученый

2. Чжоу, К., Наяр, С.: Какая диафрагма подходит для расфокусировки размытия? В: Международная конференция вычислительной фотографии, Сан-Франциско, США (2009 г.)

   Google ученый

3. Левин, А., Фергюс, Р., Дюран, Ф., Фримен, В.: Изображение и глубина от обычной камеры с кодированной апертурой. проц. ACM SIGGRAPH 26, 70 (2007)

   CrossRef Google ученый

4. Чжоу, К., Лин, С., Наяр, С.: Пары кодированных апертур для глубины от расфокусировки. В: Учеб. Международная конференция по компьютерному зрению, Киото, Япония (2009 г.)

   Google ученый

5. Лян, С.К., Лин, Т.Х., Вонг, Б.Ю., Лю, К., Чен, Х.: Фотосъемка с программируемой апертурой: Мультиплексное получение светового поля. АКМ транс. Графика 27 (2008)

   Google ученый

6. Раскар, Р., Агравал, А., Тамблин, Дж.: Фотосъемка с кодированной экспозицией: удаление размытия при движении с помощью дрожащего затвора. АКМ транс. Графика, 795–804 (2006)

   Google ученый

7. Готтесман, С., Фенимор, Э.: Новое семейство двоичных массивов для кодированных изображений апертуры. Прикладная оптика, 4344–4352 (1989)

   Google ученый

8. Зомет, А., Наяр, С.: Безлинзовая визуализация с управляемой диафрагмой. В: Материалы конференции IEEE Computer Society 2006 г. по компьютерному зрению и распознаванию образов, том. 1, с. 346. Компьютерное общество IEEE, Лос Аламитос (2006)

   Google ученый

9. Бандо Ю., Чен Б., Нишита Т.: Извлечение глубины и матовости с помощью апертуры с цветовой фильтрацией. АКМ транс. Графика 27 (2008)

   Google ученый

10. Хасинофф, С., Кутулакос, К., Дюран, Ф., Фримен, В.: Ограниченная по времени фотография. В: Учеб. Международная конференция по компьютерному зрению, стр. 1–8 (2009 г.)

    Google ученый

11. Кароли, Э., Стивен, Дж.

    , Кокко, Г., Наталуччи, Л., Спиццичино, А.: Изображение с кодированной апертурой в рентгеновской и гамма-астрономии. Обзоры космической науки, 349–403 (1987)

    Google ученый

12. Welford, W.: Использование кольцевых апертур для увеличения глубины фокуса. Журнал Оптического общества Америки A, 749–753 (1960)

    Google ученый

13. Мино, М., Окано, Ю.: Улучшение OTF расфокусированной оптической системы за счет использования заштрихованных апертур. Прикладная оптика, 2219–2225 (1971)

    Google ученый

14. Varamit, C., Indebetouw, G.: Свойства изображения расфокусированных разделенных зрачков. Журнал Оптического общества Америки A, 799–802 (1985)

    Google ученый

15. Охеда-Кастафьеда, Дж. , Андрес, П., Диаз, А.: Кольцевые аподайзеры для низкой чувствительности к расфокусировке и сферической аберрации. Оптические письма, 487–489 (1986)

    Google ученый

16. Зомет, А., Наяр, С.: Безлинзовая визуализация с регулируемой апертурой. В: Учеб. Компьютерное зрение и распознавание образов, стр. 339–346 (2006)

    Google ученый

17. Аггарвал, М., Ахуджа, Н.: Визуализация с разделенной апертурой для расширенного динамического диапазона. Международный журнал компьютерного зрения 58, 7–17 (2004)

    CrossRef Google ученый

18. Грин П., Сан В., Матусик В., Дюран Ф.: Мультиапертурная фотография. проц. SIGGRAPH 26 ACM (2007 г.)

    Google ученый

19. Википедия: Жидкий кристалл на кремнии, http://en. wikipedia.org/wiki/Liquid_crystal_on_silicon

20. Маннами, Х., Сагава, Р., Мукаигава, Ю., Этиго, Т., Яги, Ю.: Камера с высоким динамическим диапазоном, использующая отражающий жидкий кристалл. В: Учеб. Международная конференция по компьютерному зрению, стр. 14–20 (2007 г.)

    Google ученый

21. Наяр, С.К., Бранзои, В., Боулт, Т.: Программируемая визуализация: на пути к гибкой камере. Международный журнал компьютерного зрения 70, 7–22 (2006)

    CrossRef Google ученый

22. Нагахара, Х., Кутируммал, С., Чжоу, К., Наяр, С.: Гибкая глубина резкости фотографии. В: Форсайт Д., Торр П., Зиссерман А. (ред.) ECCV 2008, часть IV. LNCS, том. 5305, стр. 60–73. Springer, Heidelberg (2008)

    CrossRef Google ученый

23. «>

    Левой, М., Ханрахан, П.: Рендеринг светового поля. В: Учеб. ACM SIGGRAPH, стр. 31–42 (1996)

    Google ученый

24. Шехнер, Ю., Наяр, С., Бельюмер, П.: Теория мультиплексного освещения. В: Учеб. Международная конференция по компьютерному зрению, том. 2, стр. 808–815 (2003)

    Google ученый

Ссылки на скачивание

Информация об авторе

Authors and Affiliations

1. Kyushu University,  

   Hajime Nagahara

2. Columbia University,  

   Changyin Zhou & Shree K. Nayar

3. Osaka University,  

   Takuya Watanabe & Hiroshi Ishiguro

Авторы

1. Hajime Nagahara

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

2. Changyin Zhou

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Takuya Watanabe

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

4. Hiroshi Ishiguro

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. Шри К. Наяр

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Editor information

Editors and Affiliations

1. GRASP Laboratory, University of Pennsylvania, 3330 Walnut Street, 19104, Philadelphia, PA, USA

   Kostas Daniilidis

2. School of Electrical and Computer Engineering , Афинский национальный технический университет, 15773, Афины, Греция

   Petros Maragos

3. Department of Applied Mathematics, Ecole Centrale de Paris, Grande Voie des Vignes, 92295, Chatenay-Malabry, France

   Nikos Paragios

1 Electronic Supplementary Material

Electronic Supplementary Material (7,234 KB)

Права и разрешения

Перепечатка и разрешения

Информация об авторских правах

© 2010 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Об этой статье

Определение диафрагмы для фотосъемки — примерная таблица и советы

Фотография

Глоссарий фотографии

Что такое Aperture в фотографии?

Апертура – это отверстие в линзе, через которое проходит свет. Большая диафрагма сделает ваше изображение ярче. Меньшие значения диафрагмы сделают ваше изображение темнее. В то время как средние значения диафрагмы отображают «достаточное» количество света.

Итак, весь свет, попадающий в камеру, контролируется диафрагмой. Это проще, когда вы сравниваете это с реальными ситуациями.

<дел>