Фотоаппарат из чего состоит: Устройство фотоаппарата: строение — из чего состоит фотокамера, оптическая схема и основные детали

Строение фотоаппарата: зеркального, беззеркального, компактного

Зеркальные, беззеркальные, компактные – все эти виды фотоаппаратов имеют свои плюсы и минусы, у них есть свои особенности, достоинства и недостатки. Неизменным остается только одно – принцип «создания картинки из пучка света». Но как именно это происходит, и из чего состоит фотоаппарат? Рассказываем коротко и по существу.

Содержание статьи

• Зеркальные фотоаппараты
  • Объектив
  • Тушка
• Беззеркальные фотоаппараты
• Компактные цифровые фотоаппараты

Зеркальные фотоаппараты

Популярны как у профессионалов, так и у любителей. Главная особенность – благодаря конструкции позволяют контролировать съемку «от и до». Рассмотрим, что у них находится «под шкурой».

Зеркалка состоит из двух частей – тушки и объектива. При этом к одной тушке может быть несколько разных по типажу объективов.

Интересно! Цена самой тушки может быть куда меньше, чем стоимость отдельных объективов.

Объектив

Представляет из себя набор линз и диафрагму. Объективы бывают разными – широкоугольные, нормальные, длиннофокусные. Именно от объектива зависит качество и тип фотографий, и о них стоит поговорить отдельно.

Впрочем, вне зависимости от вида, конструкция остается неизменной:

Если говорить предметно:

1. Набор линз, через который проходит отраженный от объектов свет.
2. Диафрагма. По сути – набор подвижных лепестков. Диафрагма регулирует количество света, которое поступает извне. Степень раскрытия лепестков и определяет, какой будет фотография – светлой или тёмной.
3. Ещё один набор линз, через которые свет поступает непосредственно в «тушку». А именно в тушке уже находятся датчики и зеркала, которые регулируют расположение линз.

Зачем нужны линзы? Они определяют, сколько окружающего пространства попадёт на фото, на что будет направлен фокус, как будет работать зум и так далее.

Тушка

Именно в ней находится «мозг» аппарата. Рассмотрим все детали с помощью схемы:

Если говорить предметно:

1. Пучок света, прошедший сквозь систему линз и диафрагму, попадает на полупрозрачное стекло. Увидеть его можно не только на схеме, но и при съёме объектива с тушки. Здесь поток света делится на две части.
2. Первая часть попадает на фазовые датчики, они же – система фокусировки. Именно она определяет, в каком положении будут линзы, и, соответственно, что именно будет в фокусе.
3. Вторая часть поступает на другой фокусировочный экран. Выглядит он как матовое стекло, над которым нависает увеличительная линза. Так фотограф может оценить, насколько верно настроен фокус перед съёмкой.
4. Сразу после матового стекла пучок света попадает в «горбушку», характерную для всех зеркалок. Тут располагается пентапризма. Именно здесь изначально перевёрнутая картинка приводится в привычный нам вид и отправляется дальше – в видоискатель.
5. Видоискатель – экран, на который проецируется изображение. Может быть разных размеров и оттенков. В профессиональных аппаратах и камерах «выше среднего» видоискатель большой и светлый – это облегчает жизнь фотографу, поскольку можно сразу оценить кадр, задать правильные настройки, посмотреть, как поставлен фокус.

Настоящая магия начинается после нажатия кнопки. Полупрозрачное зеркало (1 на предыдущей схеме) поднимается, и пучок света уже не дробится по фокусировочным экранам, а попадает сразу на матрицу.

И здесь в дело вступают ещё два принципиально важных для «тушки» элемента:

1. Затвор. «Выбрасывается» в момент нажатия на кнопку. Именно он определяет выдержку (то, сколько времени свет будет поступать на матрицу). У него есть два принципипально важных параметра – лаг и скорость. Лаг – время, которое проходит от нажатия кнопки до выбрасывания затвора. Показатель принципиально важен для фотографирования динамичных объектов. Чем меньше лаг – тем чётче фотография. Скорость определяет, сколько времени затвор будет открыт минимально.
2. Матрица, на которую поступает пучок света. По сути – микросхема с отдельными светочувствительными элементами.

Если не углубляться в технические детали, именно после матрицы изображение обрабатывается и записывается на карту памяти фотоаппарата.

Беззеркальные фотоаппараты

Проще своих зеркальных «собратьев», не позволяют контролировать все параметры съёмки, более компактны. Критически важных узлов у них уже меньше.

Схема:

1. Объектив по конструкции такой же, как у зеркалок – комплект линз и диафрагма. В принципе, с помощью переходника любимый объектив для зеркалки можно переставить на беззеркальную модель и пользоваться спокойно.
2. Пучок света после прохождения через линзы и диафрагму попадает сразу же на матрицу (как и в зеркалках – это микросхема с чувствительными к свету элементами).
3. Изображение поступает в процессор и обрабатывается.
4. В режиме «реального времени» изображение попадает на экран. Можно сразу оценить кадр и сделать снимок.

А что с затвором? Он есть, только уже регулируется не вручную, а сугубо электроникой.

Благодаря избавлению от «лишних» элементов, беззеркалки стали более компактными и легкими, правда, и для фотографирования динамики они не вполне подходят. Опять же, нет видоискателя, как в зеркалках, да и объективы можно менять не на всех моделях, а только на «выше средних».

Компактные цифровые фотоаппараты

Почти вымирающий вид – их успешно заменяют беззеркалки, которые дают более приемлемое качество фото при не сильно различающихся габаритах. Вторая опасность для компактных фотоаппаратов – камеры на смартфонах. Как ни крути, телефон и легче, и всегда под рукой, а камеры год от года становятся всё лучше.

Отличительная черта – несменные жёсткие объективы. Свет проходит через линзы, попадает на матрицу, оттуда – в процессор, где обрабатывается и подаётся на небольшой экран.

Похоже на беззеркальные фотоаппараты? Да. Но есть ряд минусов – более «слабые» фотографии, изображение на экране демонстрируется с неточностями, да и фотограф практически устранён от управления процессом. Выбирай программу, жми на кнопку – вот и всё, что остается. Остальное делает автоматика без твоего участия.

В принципе, это всё, что можно сказать о строении разных типов фотоаппаратов. Конечно, в статье мы не касались разрешения изображения, не погружались с головой, ногами, руками и прочими конечностями в сугубо технические тонкости и нюансы – это темы отдельных статей. Но, надеемся, мы дали общее представление о принципах работы фотоаппарата и его устройстве.

Устройство и принцип работы фотоаппарата

Фотография является одним из самых важных изобретений в истории — она ​​действительно изменила представление людей о мире. Теперь каждый человек может увидеть изображения вещей, которые на самом деле находятся на огромном расстоянии или уже давно не существуют. Каждый день миллиарды фотографий публикуются в Интернете, превращая жизнь в цифровые пиксели информации.

Строение фотокамеры

Фотография позволяет запечатлеть важные моменты жизни и сохранить их на долгие годы. Приборы для создания изображений уже давно встроены в телефоны и другие гаджеты, но принцип работы фотоаппарата для многих остается загадкой. Фотография — это такая же наука, как и искусство, но подавляющее большинство не осознает, что происходит, когда нажимают кнопку камеры или открывают приложение камеры смартфона. Первый фотоаппарат, строение и принцип работы которого будут рассмотрены позже, вовсе не имел кнопок и совсем не напоминал приложение. Но его устройство лежит в основе современных гаджетов.

Например, пленочная камера состоит из трех основных элементов: оптического — объектива, химического — пленки, а также механического — корпуса камеры. Рассмотрим кратко принцип работы фотоаппарата: пленка загружается в катушку справа и наматывается на другую катушку слева, проходя перед объективом по пути. Она представляет собой длинную ленту из гибкого пластика, покрытого специальными химическими веществами на основе соединений серебра, чувствительных к свету.

Черно-белая пленка имеет один слой, а цветная пленка — три: верхний чувствителен к синему свету, центральный — к зеленому, а нижний — к красному. Изображение получалось из-за химической реакции каждого из них. Чтобы свет не испортил пленку, ее оборачивают в прочный светостойкий пластиковый цилиндр, который и помещается внутрь камеры. Но как происходит объединение всех компонентов таким образом, чтобы они записывали четкое, узнаваемое изображение? Есть много разных способов заставить работать эти части, но сначала следует понять основной принцип работы фотоаппарата. Поскольку для фотосъемки не требуется электричество, обычная однообъективная беззеркальная камера представляет собой отличную иллюстрацию основных процессов производства фотографии.

Зачем нужен объектив

Начать объяснение принципов работы фотоаппарата кратко лучше всего с теории. Представьте, что стоите посреди комнаты без окон, дверей или освещения. В таком месте ничего не видно, потому что нет источника света. Если предположить, что вы достали фонарик и включили его, и луч от него движется по прямой линии. Когда этот свет попадает на объект, то отражается от него и попадает в глаза, позволяя увидеть то, что находится внутри комнаты.

Принцип работы цифрового фотоаппарата похож на процесс выхватывания лучом от фонарика предметов из темной комнаты. Оптической составляющей камеры является объектив. Его работа состоит в том, чтобы отразить лучи света, вернувшиеся от объекта, и перенаправить их, чтобы они собрались вместе и сформировали изображение, которое выглядит как сцена перед объективом. Может быть, не совсем понятно, как происходит этот процесс и почему обычное стекло способно перенаправить свет. Ответ очень прост: когда свет перемещается из одной среды в другую, он меняет скорость.

Как работает линза

Свет распространяется быстрее через воздух, чем через стекло, поэтому линза замедляет его. Когда лучи попадают на нее под углом, одна часть волны достигнет поверхности раньше другой и, таким образом, замедляется первой. Когда свет входит в стекло под углом, он изгибается в одном направлении, а затем еще раз, когда выходит из стекла, потому что части световой волны попадают в воздух и ускоряются раньше других.

В стандартной выпуклой линзе изогнуты одна или обе стороны стекла. Это означает, что проходящие лучи света будут отклоняться к центру линзы при входе. В двойной выпуклой линзе, такой как увеличительное стекло, свет будет изгибаться как на выходе, так и на входе. Это эффективно меняет путь света от объекта, что связано с главным принципом работы фотоаппарата. Источник света излучает свет во всех направлениях. Все лучи начинаются в одной точке и затем постоянно расходятся. Собирающая линза берет эти лучи и перенаправляет их, чтобы они все сходились обратно в одну точку. В этом месте получается изображение предмета.

Принцип работы первого фотоаппарата

Первая камера представляла собой комнату с небольшим отверстием на одной боковой стене. Свет проходил через него и отражался по прямым линиям, а изображение проецировалось на противоположную стену в перевернутом виде. Она получила название камеры обскура и использовалась художниками для написания художественных полотен. Изобретение приписывают Леонардо да Винчи. Хотя подобные устройства существовали задолго до появления первой настоящей фотографии, только когда кто-то решил разместить материал, чувствительный к свету, в задней части этой комнаты, зародилась идея получения изображения таким способом. Принцип работы первого фотоаппарата был таким: когда луч попадал на светочувствительный материал, химические вещества реагировали и вытравливали изображение на поверхности. Поскольку эта камера не улавливала слишком много света, на то, чтобы сделать одну фотографию, требовалось восемь часов. Изображение также получалось довольно размытым.

Отличие зеркальных фотоаппаратов

Профессионалы часто отдают предпочтение зеркальным камерам. Считается, что качество снимка получается лучше, потому что фотограф видит в видоискателе реальное изображение объекта, не искаженное оцифровкой и фильтрами. Если описать кратко принцип работы фотоаппарата с зеркальным видоискателем, то смысл сводится к тому, что в такой камере фотограф видит реальное изображение. Он также может регулировать все детали, поворачивая и нажимая кнопки. Это происходит благодаря двойному зеркалу — пентапризме. Но в конструкции фотоаппарата присутствует еще одно — полупрозрачное, расположенное перед матрицей, которую также называют датчиком или сенсором. Принцип работы затвора фотоаппарата состоит в том, что при нажатии кнопки он приподнимает зеркало и меняет угол его наклона. В этот момент поток света попадает на датчик, после чего изображение обрабатывается и выводится на экран.

Принцип работы зеркального фотоаппарата связан с диафрагмой, которая постепенно приоткрывается для пропуска лучей. Она состоит из лепестков, от положения которых зависит диаметр центрального круга и количество пропускаемого света. Луч попадает на линзы, а потом на зеркало, фокусировочный экран и пентапризму, где и переворачивается изображение, а затем в видоискатель. Именно там фотограф видит реальное изображение. Принцип работы беззеркального фотоаппарата отличается тем, что в нем нет такого видоискателя. Часто он заменяется экраном или электронной версией. Фазовый автофокус также есть только у зеркальных фотоаппаратов. Еще одно отличие в том, что свет при нажатии кнопки затвора сразу попадает на матрицу камеры.

Фокусировка на объекте

Качество картинки меняется в зависимости от того, как свет проходит через объектив фотоаппарата. Оно связано с тем, под каким углом световой луч входит в него и его какова структура. Этот путь зависит от двух основных факторов. Первый — угол входа светового луча в объектив. Второй — структура объектива. Угол входа света изменяется при перемещении объекта ближе или дальше от него. Лучи, которые входят под более острым углом, будут выходить под более тупым, и наоборот. Объектив фотоаппарата улавливает все отраженные лучи света и использует стекло, чтобы перенаправить их в одну точку, создавая четкое изображение. Общий «угол изгиба» в любой конкретной точке остается постоянным.

Если свет не попадает в нужную, изображение будет выглядеть размытым или не в фокусе. По сути, изгиб линзы увеличивает расстояние между разными точками на ней. Лучи из более близкой точки сходятся дальше от линзы, чем из той, которая находится дальше. То есть реальное изображение более близкого объекта формируется дальше от линзы, чем от более отдаленного. Общий «угол изгиба» определяется структурой линзы. Объектив камеры вращается, чтобы сфокусироваться, перемещаясь ближе или дальше от поверхности пленки или матрицы. Линза с более круглой формой будет иметь более острый угол изгиба. Это увеличивает количество времени, в течение которого одна часть световой волны движется быстрее, чем другая часть, поэтому свет совершает более резкий поворот. В результате сфокусированное реальное изображение формируется дальше от объектива, когда объектив имеет более плоскую поверхность.

Размер объектива и размер фотографии

С увеличением расстояния между объективом и реальным изображением лучи света расширяются, формируя картинку большего размера. Плоская линза проецирует большое изображение, но пленка экспонируется только в его средней части. По сути, объектив сосредоточен на середине кадра, увеличивая небольшой участок перед зрителем. Когда передняя часть стекла отодвигается от датчика камеры, объекты становятся ближе. Фокусное расстояние — это измерение расстояния между тем, где лучи света впервые попадают на объектив, и тем, где они достигают датчика камеры. Профессиональные камеры позволяют устанавливать разные объективы, с разным увеличением. Степень увеличения описывается фокусным расстоянием. В камерах оно определяется как расстояние между объективом и реальным изображением объекта на дальнем расстоянии.

Отличия между линзами

Более высокое число фокусных расстояний указывает на большее увеличение изображения. Различные линзы подходят для разных ситуаций. Если снимать горный массив, то можно использовать объектив с особенно большим фокусным расстоянием. Они позволяют сосредоточиться на определенных элементах в отдалении. Если нужно сделать портрет крупным планом, то подойдет широкоугольный объектив. У него гораздо более короткое фокусное расстояние, поэтому он сжимает сцену перед фотографом.

Хроматическая аберрация

Объектив камеры — это на самом деле несколько объективов, объединенных в один блок. Одна сходящаяся линза может сформировать реальное изображение на пленке, но оно будет искажено рядом аберраций. Одним из наиболее значительных факторов деформации является то, что различные цвета спектра по-разному изгибаются при движении через объектив. Эта хроматическая аберрация, по существу, создает изображение, где оттенки не выстроены правильно. Камеры компенсируют это, используя несколько линз из разных материалов. Каждая линза обрабатывает цвета по-разному, и, когда они комбинируются определенным образом, цвета перестраиваются. В зум-объективе есть возможность перемещать различные элементы объектива взад и вперед. Изменяя расстояние между отдельными объективами, можно регулировать силу увеличения объектива в целом.

Пленка и датчики изображения

Устройство и принцип работы фотоаппарата связаны также с записью информации на носитель. Исторически фотографы были также своего рода химиками. Пленка состоит из светочувствительных материалов. Когда на эти материалы попадает свет от линзы, они фиксируют форму объектов и детали, например, сколько света исходит от них. В темной комнате пленка проявлялась, подвергаясь воздействию и серии химических ванн, чтобы появилось изображение. Принцип работы фотоаппарата с датчиком несколько отличается от работы пленочного. Хотя объективы, методы и термины совпадают, матрица цифровой камеры больше напоминает солнечную панель, чем полосу пленки. Каждый датчик разделен на миллионы красных, зеленых и синих пикселей или мегапикселей. Когда свет попадает на пиксель, датчик преобразует его в энергию, а встроенный в камеру компьютер считывает, сколько энергии вырабатывается.

Почему важны мегапиксели

Принцип работы матрицы фотоаппарата состоит в измерении того, сколько энергии имеет каждый пиксель и позволяет ей определить, какие области изображения светлые и темные. А поскольку каждый пиксель имеет значение цвета, компьютер камеры может оценивать цвета в сцене, просматривая, какие другие соседние пиксели зарегистрированы. Собрав воедино информацию из всех пикселей, компьютер способен приблизить формы и цвета снимаемого объекта. Если каждый пиксель собирает световую информацию, то датчики камеры с большим количеством мегапикселей могут захватывать больше деталей.

Вот почему производители часто рекламируют мегапиксели камеры, добавляя краткое объяснение принципов работы фотоаппарата. Хотя это в некоторой степени верно, размер сенсора также важен. Большие матрицы будут собирать больше света, что поможет получить лучшее качество снимка слабом освещении. Упаковка большого количества мегапикселей в маленький датчик фактически ухудшает качество изображения, потому что отдельные пиксели слишком малы. Стандартный объектив объектива с фокусным расстоянием 50 мм не позволяет значительно увеличить или уменьшить изображение, что делает его идеальным для съемки объектов, которые расположены не слишком близко или далеко.

Как работает «Полароид»

Переносная фотостудия, снимки в которой можно получать почти мгновенно, — долгое время это было просто мечтой. Пока не появилась необычная фотокамера, позволяющая не ждать неделями распечатки изображений. Эдвин Лэнд создал первую камеру «Полароид». У него была идея о создании мгновенной фотографии, и он попросил компанию Kodak о финансировании. Но в фирме это восприняли как шутку и лишь посмеялся над ним. Эдвин Лэнд пошел домой и начал работать над другими проектами, чтобы собрать деньги. Он создал Polaroid Lens, а потом изобрел свою знаменитую переносную фотостудию.

Принцип работы фотоаппарата «Полароид» схож с механизмом работы обычной пленочной камеры, внутри которой находилась пластиковая основа, покрытая частицами соединения серебра, чувствительных к свету. В каждой заготовке под фотографию есть такие же светочувствительные слои, расположенные на пластиковом листе. Они содержат все необходимые химические вещества для проявки фотографии. Под каждым цветным слоем находится еще один, с красителем. Всего на карточке более 10 различных слоев, в том числе непрозрачный базовый, представляющих собой заготовку для химической реакции. Компонент, который запускает процесс — это реагент, смесь дезактиваторов, щелочи, белого пигмента и других элементов. Он находится в слое чуть выше светочувствительных слоев и чуть ниже слоя с изображением.

Принцип работы фотоаппарата «Полароид» в том, что перед созданием снимка весь материал реагента собирается в виде шарика на границе пластикового листа, вдали от светочувствительного материала. После нажатия кнопки край пленки выходит из камеры через пару роликов, которые распределяют материал реагента в центре кадра. Когда реагент распределяется между слоем изображения и светочувствительными слоями, он реагирует с другими химическими элементами. Непрозрачный материал предотвращает фильтрацию света на нижележащие слои, поэтому пленка не полностью экспонируется, прежде чем проявится.

Химические реагенты движутся вниз через слои, превращая открытые частицы каждого слоя в металлическое серебро. Затем химикаты растворяют краситель проявителя, поэтому он начинает проникать вверх на слой изображения. Области металлического серебра в каждом слое, которые были на свету, захватывают красители, чтобы они перестали двигаться вверх. Только краски из неэкспонированных слоев будут перемещаться до слоя изображения. Свет, отражающийся от белого пигмента в реагенте, проходит через эти цветные слои. Кислотный слой в пленке вступает в реакцию со щелочью и дезактиваторами в реагенте, в результате чего постепенно проявляется изображение. Ему нужен свет, чтобы проявиться до конца, и обычно фотограф, извлекая карточку, видит последний химический процесс, связанным с проявкой пленки.

Введение в датчики изображения | LUCID Vision Labs

Датчик изображения — один из важнейших компонентов любой камеры машинного зрения.
Хотя функция датчика заключается в преобразовании света в электрический сигнал,
не все датчики устроены одинаково. Узнав больше о том, как работают датчики изображения и как они относятся к категории
, вы сможете лучше выбрать правильный.

1. Домашняя страница
2. Технические обзоры
3. Знакомство с датчиками изображения

Сенсоры можно классифицировать по нескольким признакам, таким как тип структуры (ПЗС или КМОП), тип цветности (цветной или монохроматический) или тип затвора (глобальный или скользящий затвор). Их также можно классифицировать по разрешению, частоте кадров, размеру пикселя и формату сенсора. Понимание этих терминов может помочь лучше понять, какой датчик лучше всего подходит для их применения.



Как бы они ни классифицировались, назначение датчиков изображения одинаково; для преобразования входящего света (фотонов) в электрический сигнал, который можно просмотреть, проанализировать или сохранить. Датчики изображения представляют собой твердотельные устройства и служат одним из наиболее важных компонентов внутри камеры машинного зрения. Каждый год производятся новые разновидности датчиков с улучшенными размерами, разрешением, скоростью и светочувствительностью. В этой статье мы обсудим некоторые основы технологии датчиков изображения, используемые в камерах машинного зрения, и то, как они соотносятся с их классификациями.

СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ

Компоненты датчика изображения

Изображение кремниевые пластины

Функции датчиков внутри камеры

Различия между CCD и CMOS

MONO и цветовые датчики

Формат изображений. Ответ

Типы Global и Rolling Shutter

Компоненты датчика изображения

Ниже приведен типичный датчик изображения CMOS. Чип датчика находится в упаковке с защитным стеклом. На упаковке есть контактные площадки, которые соединяют датчик с платой.

Примечание сбоку

Различные датчики поставляются в разных упаковках. Например, на фото выше датчик с керамическим корпусом PGA.

Вверху: Схема датчика изображения CMOS

Чип твердотельного датчика изображения содержит пиксели, состоящие из светочувствительных элементов, микролинз и микроэлектрических компонентов. Чипы производятся полупроводниковыми компаниями и вырезаются из пластин. Проволочные соединения передают сигнал от матрицы к контактным площадкам на задней стороне датчика. Упаковка защищает микросхему датчика и проводные соединения от физического и экологического вреда, обеспечивает рассеивание тепла и включает в себя соединительную электронику для передачи сигнала. Прозрачное окно в передней части упаковки, называемое защитным стеклом, защищает сенсорный чип и провода, позволяя свету достигать светочувствительной области.

Датчики изображения из кремниевых пластин

Матрицы датчиков производятся большими партиями на кремниевых пластинах. Пластины разрезаются на множество частей, каждая из которых содержит один кристалл датчика. Чем больше размер кристалла датчика, тем меньшее количество датчиков на пластине. Обычно это приводит к более высоким затратам. Одиночный дефект на пластине с большей вероятностью повлияет на датчик изображения большего размера.

Вверху: матрицы датчиков удаляются с пластины с помощью прецизионной резки

Примечание

Производственный процесс от голой кремниевой пластины до отдельных элементов датчика изображения может занять до нескольких месяцев.

Функции датчика внутри камеры

В системе камеры датчик изображения принимает падающий свет (фотоны), который фокусируется через линзу или другую оптику. В зависимости от того, является ли датчик ПЗС или КМОП, он будет передавать информацию на следующий этап либо в виде напряжения, либо в виде цифрового сигнала. Датчики CMOS преобразуют фотоны в электроны, затем в напряжение, а затем в цифровое значение с помощью встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Вверху: типичная компоновка камеры CMOS.

В зависимости от производителя камеры общая компоновка и используемые компоненты могут различаться. Основная цель этого макета — преобразовать свет в цифровой сигнал, который затем можно проанализировать, чтобы вызвать какое-то действие в будущем. Камеры потребительского уровня будут иметь дополнительные компоненты для хранения изображений (карта памяти), просмотра (встроенный ЖК-дисплей), а также ручки управления и переключатели, которых нет у камер машинного зрения.

Различия между ПЗС и КМОП

Датчики ПЗС (устройство с заряженной парой) запускают и останавливают экспозицию для всех пикселей одновременно. Это известно как глобальный затвор. Затем ПЗС передает этот экспозиционный заряд в сдвиговый регистр горизонтальной развертки, откуда он затем направляется в плавающий диффузионный усилитель. Примечание. В 2015 году Sony объявила о планах прекратить производство ПЗС-матриц и прекратить поддержку ПЗС-матриц к 2026 году.0014 Характеристики ПЗС:
• Глобальный затвор
• Низкий уровень шума
• Высокий динамический диапазон
• Средняя частота кадров
• Возможны размытия изображения

запускать и останавливать экспозицию по одной строке пикселей за раз, что известно как скользящий затвор. Со временем ситуация изменилась, и сейчас на рынке доступно множество КМОП-сенсоров с глобальным затвором. Датчики CMOS используют меньшие АЦП для каждого столбца пикселей, что обеспечивает более высокую частоту кадров, чем ПЗС. Датчики CMOS претерпели значительные усовершенствования за эти годы, сделав большинство современных датчиков CMOS равными или превосходящими ПЗС-матрицы по качеству изображения, скорости изображения и общей стоимости.

Современные характеристики CMOS:
• Модели с глобальным затвором и скользящими затворами
• От низкого до очень низкого уровня шума
• От высокого до очень высокого динамического диапазона
• Очень высокая частота кадров
• Без смазывания

Монохромные и цветные датчики

Датчики видимого света (кроме инфракрасного, ультрафиолетового или рентгеновского) бывают двух основных типов; цвет и моно. Датчики цвета имеют дополнительный слой, расположенный под микролинзой, называемый цветным фильтром, который поглощает нежелательные цветовые длины волн, так что каждый пиксель чувствителен к определенной цветовой длине волны. Для моносенсоров цветной фильтр отсутствует, поэтому каждый пиксель чувствителен ко всем длинам волн видимого света.

Вверху слева: плоскость моносенсора. Справа вверху: плоскость датчика цвета с шаблоном Байера.

Для примера с датчиком цвета, показанного выше справа, используемая матрица цветовых фильтров представляет собой шаблон фильтра Байера. Этот шаблон фильтра использует массив 50% зеленого, 25% красного и 25% синего. В то время как большинство цветных камер используют шаблон фильтра Байера, существуют и другие доступные шаблоны фильтров с другим расположением шаблонов и разбивкой RGB.

Примечание сбоку

Для некоторых датчиков, особенно датчиков с меньшим размером пикселя, используются дополнительные микролинзы, помогающие направлять фотоны в фотодиод.

Формат датчика изображения (размер)

Датчики изображения бывают разных форматов (также называемых оптическим классом, размером или типом датчика) и упаковок. Разрешение и размер пикселя определяют общий размер датчика, при этом датчики большего размера имеют либо более высокое разрешение, либо больший размер пикселей, чем датчики меньшего размера. Знание формата сенсора важно для выбора объектива и оптики для камеры. Все объективы предназначены для определенных форматов датчиков и разрешений. Обратите внимание, что форматы датчика описывают только область чипа датчика, а не весь корпус датчика.

Вверху размеры сенсора (слева направо): 1/6″, 1/3″, 2/3″, 1″

тип формата 2/3″. Однако фактический размер диагонали кристалла составляет всего 0,43 дюйма (11 мм). Текущие дюймовые типы датчиков НЕ являются фактическим размером диагонали датчика. Хотя может показаться, что типы форматов датчиков определены несколько неоднозначно, на самом деле они основаны на трубках старых видеокамер, где размер в дюймах относится к внешнему диаметру видеотрубки. Ниже приведена таблица с наиболее распространенными типами форматов датчиков и их реальными размерами диагоналей датчиков в мм.

Примечание

Вот пример трубки старой видеокамеры. Диаметр этих старых трубок служит классификацией формата датчика для сегодняшних современных датчиков.

Формат датчика против фактического размера

Формат датчика изображения (тип)

1 «

2/3″

1/1,8 «

1/3″

1/1.8 «

1/3″

1/1,8 «

1/3″ 3 «

. мм)

16 мм

11 мм

8,9 мм

~6 мм

Размер пикселя сенсора

Размер пикселя измеряется в микрометрах (мкм) и включает всю площадь как фотодиода, так и окружающей электроники. Пиксель CMOS состоит из фотодиода, усилителя, затвора сброса, затвора переноса и плавающей диффузии. Однако эти элементы не всегда могут быть внутри каждого пикселя, поскольку они также могут быть общими для разных пикселей. На приведенной ниже диаграмме показана упрощенная компоновка монохромного и цветного пикселя CMOS.

Вверху, упрощенная CMOS монохромная и цветная компоновка пикселей

Как правило, больший размер пикселя лучше подходит для повышения светочувствительности, поскольку фотодиод имеет большую площадь для приема света. Если формат сенсора остается прежним, а разрешение увеличивается, размер пикселя должен уменьшаться. Хотя это может снизить чувствительность сенсора, улучшения в структуре пикселей, технологии шумоподавления и обработки изображений помогли смягчить это. Чтобы получить более точное представление о чувствительности датчика, лучше всего обратиться к спектральному отклику датчика (квантовая эффективность), а также к другим результатам работы датчика.

Монохромный и цветной спектральный отклик

Из-за физических различий между монохромными и цветными датчиками, а также различий между технологиями производителей датчиков и структурой пикселей, разные датчики воспринимают свет в разной степени. Один из способов получить более точное представление о чувствительности датчика к свету — прочитать его спектральную диаграмму отклика (также известную как диаграмма квантовой эффективности).

Две приведенные ниже таблицы представляют собой черно-белую и цветную версии одной и той же модели датчика. Слева показана спектральная характеристика моносенсора, а справа — цветового сенсора. По оси X отложена длина волны (нм), а по оси Y отложена квантовая эффективность (%). В большинстве цветных камер машинного зрения установлены ИК-фильтры, блокирующие длины волн ближнего ИК-диапазона. Это удаляет ИК-шум и цветовой переход из изображения, лучше всего соответствуя тому, как человеческий глаз интерпретирует цвет. Тем не менее, в ряде приложений может быть полезно получать изображения без ИК-фильтра. Независимо от того, установлен ИК-фильтр или нет, цветовой датчик никогда не будет таким же чувствительным, как монохромный датчик.

Вверху:  2 примера кривых спектрального отклика с использованием одного семейства датчиков.
Монохромный датчик (слева) и датчик цвета без ИК-фильтра (справа)

Чем выше квантовая эффективность, тем лучше датчик воспринимает свет. Приведенные выше диаграммы являются одним из многих результатов производительности, основанных на стандартах измерения EMVA 1288. Стандарт EMVA 1288 определяет, как тестировать и отображать результаты производительности, чтобы пользователи могли лучше сравнивать и сопоставлять модели разных поставщиков. Посетите сайт EMVA 1288 для получения дополнительной информации.

Global Shutter и Rolling Shutter

Важной функцией датчика является его тип затвора. Двумя основными типами электронных затворов являются глобальный затвор и скользящий затвор . Эти типы затворов различаются по своей работе и конечным результатам изображения, особенно когда камера или цель находятся в движении. Давайте подробно рассмотрим, как они работают и как это влияет на визуализацию.

Глобальная синхронизация затвора

На диаграмме слева показана экспозиция датчик глобального затвора . Все пиксели начинают и заканчивают экспозицию одновременно, но считывание по-прежнему происходит построчно. Эта синхронизация создает неискаженные изображения без колебания или перекоса. Датчики глобального затвора необходимы для визуализации движущихся с высокой скоростью объектов.

Синхронизация скользящего затвора

На схеме слева показана синхронизация экспозиции датчика скользящего затвора . Время экспозиции отличается построчно, при этом сброс и считывание происходят в сдвинутое время. Эта экспозиция ряд за рядом приводит к искажению изображения, если цель или камера находятся в движении. Датчики со скользящим затвором обеспечивают превосходную чувствительность для визуализации статических или медленно движущихся объектов.

Заключение

Если вы только начинаете познавать мир камер машинного зрения, приведенная выше информация является отличным началом для понимания того, как индустрия машинного зрения классифицирует датчики. Понимание терминов и технологии цифровых датчиков позволит вам лучше выбрать подходящую камеру для вашего приложения. Например, определенные характеристики сенсора, такие как размер пикселя и формат сенсора, будут играть важную роль при выборе правильного объектива. Кроме того, по мере появления новых сенсорных технологий вы будете лучше подготовлены к пониманию того, полезны ли они для вашего приложения. Если вы готовы обсудить требования к вашей камере, пожалуйста, свяжитесь с нашим квалифицированным персоналом по продажам Lucid.

Фотоаппарат / Фото — American Gear Guide

Если вы ищете, какая фототехника производится в США, то вы пришли в нужное место. Я исследовал и составил подробное руководство по фотооборудованию американского производства, расположенное в алфавитном порядке. Как вы могли заметить по фотографиям в заголовке и всем нестудийным изображениям на моем сайте, я люблю фотографировать. Я лично много лет использовал оборудование для фотокамер американского производства, включая сумки для фотокамер, футляры для объективов, фильтры и ремни для фотоаппаратов.

Камеры

RED Digital Cinema

RED производит свои цифровые фото- и видеокамеры (DSMC) в США для профессионального использования высокого класса. Конечно, RED также должна закупать некоторые компоненты, такие как датчики, из-за рубежа. Из-за высокой стоимости камер RED вы вряд ли их увидите, если только вы не успешный режиссер или фэшн-фотограф.

См. камеры RED в Adorama и B&H

Сумки для фотоаппаратов и футляры для объективов

Capturing Couture

RED производит свои цифровые фото- и видеокамеры (DSMC) в США для профессионального использования высокого уровня. Конечно, RED также должна закупать некоторые компоненты, такие как датчики, из-за рубежа. Из-за высокой стоимости камер RED вы вряд ли их увидите, если только вы не успешный режиссер или фэшн-фотограф.

Посмотреть Capturing Couture в Adorama и B&H

Медные сумки River Bags

Высококачественные кожаные сумки и ранцы для фотоаппаратов. Они также производят многие другие виды изделий из кожи в США, такие как дорожные сумки, спортивные сумки, сумки, блокноты, ремни, ремешки, комплекты для доппинга и кошельки.

Найдите сумки Copper River на сайте CopperRiverBags.com

Создает широкий ассортимент защитных наплечных сумок для фотоаппаратов, ранцев, футляров и чехлов для объективов, чехлов для фотоаппаратов, ремней и сумок для штативов.

См. Домке в B&H

DSPTCH

Компания DSPTCH, более известная своими рюкзаками и ремешками для фотоаппаратов, также занимается производством сумок для фотоаппаратов.

См. Сумки DSPTCH в B&H

Фиксирующая шестерня

Высококачественные кожаные и холщовые сумки для фотоаппаратов, чехлы для объективов и ремни для фотоаппаратов. HoldFast популярен среди свадебных и портретных фотографов, которым нужен стильный профессиональный образ.

См. фиксатор в Adorama и B&H

Kinesis

Сумки для фотоаппаратов из баллистического нейлона плотностью 500 денье, чехлы для объективов, опоры для фотоаппаратов и чехлы для фильтров.

См. Kinesis в B&H

OP/TECH USA

OP/TECH USA производит высококачественные, но недорогие чехлы практически для любых зеркальных и беззеркальных камер, чехлы для объективов, крышки объективов и корпусов, футляры для биноклей, дождевики для фотоаппаратов, ремни и стропы, а также поясные сумки. .

У меня есть несколько футляров для камер OP/TECH, сумок для объективов и ремня для камеры, и мне очень нравятся их вещи. Как фотограф я предпочитаю их непритязательный и сдержанный стиль, который не привлекает слишком много нежелательного внимания. Мой неопреновый ремешок для камеры от OP/TECH удобен, прочен и доступен по цене.

См. OP/TECH USA Amazon, Adorama и B&H

Pelican

Известен тем, что производит лучшие водонепроницаемые чехлы для фотоаппаратов, а также водонепроницаемые, ударопрочные прочные чехлы. Я использовал кейс-пеликан на колесиках для международной перевозки фотооборудования и знаю, что они превосходны.

Они также производят жесткие футляры американского производства для таких аксессуаров, как карты памяти SD.

См. Pelican в Adorama и B&H

PortaBrace

​Предлагает широкий выбор высококачественных футляров для фотоаппаратов, сумок, рюкзаков, кобур, подсумков, чехлов от дождя и непогоды, а также чехлов практически для любых аксессуаров для фотоаппаратов. Корпуса Portabrace изготавливаются вручную в Вермонте, США, с 1972 года.

См. в Adorama и B&H

.

Tough Traveler

Разнообразие олдскульных нейлоновых сумок для фотоаппаратов, рюкзаков, багажа и снаряжения. Если вы ищете неприметную сумку для фотоаппарата, которая выглядит как сумка для обеда или пикника, то это она.

См. на ToughTraveler.com

Ремни для камеры

Capturing Couture

Как упоминалось выше, Capturing Couture производит как модные богемные ремешки, так и сумки для фотоаппаратов.

Посмотреть Capturing Couture в Adorama и B&H

Ремни для диванной гитары

Стильные, но доступные по цене ремни для фотоаппаратов, которые часто изготовлены из переработанных и веганских материалов. Конечно же, они делают и ремни для гитар. Ремешки для гитары Couch производятся в Лос-Анджелесе, Калифорния, США.

См. ремни для дивана на CouchGuitarStraps.com

Ремни Domke

Помимо футляров и сумок для фотоаппаратов, Domke также производит доступные и стильные ремешки для фотоаппаратов.

См. ремни для фотоаппаратов Domke в Adorama и B&H

Ремни DSPTCH

Ранее ориентированный на рюкзаки, DSPTCH является относительным новичком на рынке аксессуаров для камер.

См. ремни DSPTCH в B&H​

Ремешки для фотоаппаратов Gordy’s

Индивидуальные, но недорогие кожаные ремешки на запястье и шею с различными цветами кожи и шнурами на выбор.

См. ремни Gordy на сайте GordysCameraStraps.com

Holdfast Gear

HoldFast хорошо известен своими роскошными ремнями безопасности, которые часто используются профессиональными свадебными фотографами для создания изысканного и стильного образа. Они также производят высококачественные сумки для фотоаппаратов, ремни, чехлы для объективов, поводки и многое другое.

См. HoldFast Gear в Adorama и B&H

OP/TECH USA

Как уже говорилось об их сумках для фотоаппаратов… OP/TECH USA предлагает широкий ассортимент качественных, но недорогих аксессуаров для фотоаппаратов. Я лично использую ремень для камеры OP/TECH, который я считаю очень удобным и прочным по доступной цене.

См. OP/TECH USA в Amazon, Adorama и B&H

PhatStraps

Мастер по изготовлению ремней для фотокамер предлагает широкий выбор кожаных или тканевых шейных и запястных ремней.

См. PhatStraps на PhatStraps.com

Simplr

Это довольно просто. Simplr делает несколько простых легких ремешков для шеи и запястий для камеры.

См. ремни Simplr на Simplr.us

Tanner Goods

Высококлассный производитель кожаных и тканевых изделий, таких как кошельки, ремни, рюкзаки, а также ремни для фотоаппаратов.

См. ремни для фотокамер Tanner Goods на TannerGoods.com

Ремень для фотокамеры Topo Designs

Компания Topo Designs, получившая признание благодаря яркому инновационному дизайну одежды и рюкзаков, также предлагает ремни для фотоаппаратов, сделанные из разноцветной веревки для лазания.

См. Ремешки для фотокамер Topo Designs на Amazon

Штативы, шаровые головки для камер и кронштейны

Really Right Stuff (RSS)

Предлагает одни из лучших профессиональных штативов, шаровых головок и пластин/кронштейнов. Эти ребята настолько местные, насколько это возможно для меня, так как их штаб-квартира и завод находятся всего в 30 минутах езды в Лехи, штат Юта, США.

См. Really Right Stuff в B&H

Штатив Ries

Профессиональные деревянные штативы, известные своей элегантностью и чувствительностью к тональным вибрациям. Штативы Райса использовались такими мастерами, как Ансель Адамс и Коул Уэстон.

См. штативы Ries на RiesTripod.com

Фильтры для линз

Tiffen

Tiffen предлагает как доступные, так и профессиональные фильтры для объективов, сделанные в США, практически для любого применения, включая поляризационные фильтры, УФ-фильтры, преобразование цвета, нейтральную плотность, смягчение изображения и фильтры для объективов со специальными эффектами.

См. фильтры для линз Tiffen в Adorama, Amazon и B&H

.

Освещение

Chimera Lighting

Chimera производит полную линейку модификаторов освещения для студийных/портретных фотографов и кинематографистов, таких как световые блоки, отражатели, рассеиватели, световые панели, фонари и софтбоксы.

См. Модификаторы освещения Chimera в Adorama и B&H

LumiQuest

Компания Lumiquest производит легко переносимые отражатели, рассеиватели и софтбоксы для фотокамер.

См. Lumiquest в Adorama и B&H

MK Controls Lightning Bug

Lightning Bug — это пульт дистанционного управления камерой, который автоматически фотографирует молнии или фейерверки. Это маленькое устройство обнаруживает всплеск инфракрасного излучения, который происходит непосредственно перед ударом молнии, что позволяет вам улавливать точно рассчитанные по времени удары молнии. Lightning Bug получает высокие отзывы за то, что с его помощью легко снимать зрелищные шоу с молниями.

Увидеть жука-молнию в Adorama и B&H

Установки и опоры для стабилизации видео

Zacuto

Профессиональные съемочные установки, произведенные в США, для видеокамер, зеркальных и беззеркальных камер.

См. камеры Zacuto Rigs в Adorama и B&H

Узнайте больше в нашем Руководстве по Amazon Made в США!

Вы можете подписаться на American Gear Guide в Instagram, Facebook или Pinterest.

ПОЖАЛУЙСТА! МНЕ НУЖНА ПОМОЩЬ, ЧТОБЫ ПРОДОЛЖАТЬ РАБОТУ НА ЭТОМ ВЕБ-САЙТЕ, И ВЫ МОЖЕТЕ ЛЕГКО И БЕСПЛАТНО ПОМОЧЬ!

Делиться лучшим снаряжением местного производства — это страстный проект, близкий моему сердцу, и если я помог вам найти классное снаряжение американского производства, рассмотрите возможность помочь моему сайту развиваться и расти.

Управление этим сайтом стоит мне больших денег, чтобы использовать безопасные и быстрые веб-серверы, покупать новое оборудование и тратить свое личное время и усилия. Таким образом,   Мне нужна ваша помощь, чтобы покрыть мои расходы и продолжать предоставлять качественную бесплатную информацию о новейшем снаряжении американского производства.

Помочь легко и бесплатно.

Если вы когда-нибудь захотите купить ЧТО-НИБУДЬ на Amazon, B&H, Adorama или REI.com… даже зубную пасту или корм для собак, вы можете помочь мне, не тратя ни копейки. Если вы воспользуетесь моими ссылками для совершения покупки в течение 24 часов, я получу крошечный кредит, который поможет моему сайту оплатить взносы и продолжить работу. Поэтому все, о чем я прошу, это то, что если вы найдете бесплатную информацию здесь полезной и вам нужно совершить покупку на Amazon, REI и т. Д., Пожалуйста, используйте ссылки на этом сайте. Это не будет стоить вам ничего лишнего, но поможет мне и этому веб-сайту заработать доллар или два, чтобы продолжать грузоперевозки.

Вы можете добавить в закладки следующие сайты, и каждый раз, когда вы что-то покупаете, это поможет American Gear Guide небольшим, но существенным образом. Ссылки для закладок: Amazon, B&H, Adorama или REI.com .

 

Вы также можете помочь, пожертвовав любую сумму на ваш выбор, даже 1 доллар США. Если вы хотите сделать пожертвование этому сайту, вы можете использовать кнопку пожертвования PayPal ниже или , вы можете сделать это, перейдя по ссылке DonorBox здесь  (включая варианты для PayPal и Google Pay) и введите сумму пожертвования по вашему выбору. Я предоставляю информацию на этом сайте бесплатно, без надоедливой рекламы и членских взносов, поэтому любое пожертвование невероятно полезно. Спасибо!

Популярные страницы:

Мои поиски лучших чехлов для телефонов и защитных пленок американского производства увенчались успехом. Вот результаты.

Только наше любимое оборудование, лучшее оборудование американского производства, которое заслужило награды «Выбор редакции» и «Лучшая покупка».

Найдите самое качественное снаряжение для выживания в любой чрезвычайной ситуации.

Здесь вы найдете линейку лучших налобных фонарей, сделанных в США, для кемпинга, альпинизма, бега, походов, езды на велосипеде, рыбалки и всего, что нужно в темноте.

Ищете ли вы сандалии для приключений, шлепанцы для пляжа или модные сандалии для жаркой летней ночи в городе, вы найдете потрясающие и доступные мужские и женские сандалии американского производства.

Хотите лучшие походные, туристические или рабочие ботинки, сделанные в США для мужчин и женщин? Вот они!

Ваш путеводитель по лучшим бутылкам для воды, резервуарам и системам гидратации, которые только можно найти.

Ищете самую легкую, высококачественную, защищенную от непогоды палатку? Вы должны посмотреть здесь.

Мои личные рекомендации для десяти лучших складных ножей EDC, сделанных в США. Если вы ищете идеи подарков для мужчин, это неплохое место для начала.

Откройте для себя лучшие спальные мешки в мире, которые производятся в Сиэтле, штат Вашингтон, и Сан-Хосе, штат Калифорния, США.

Фотоаппарат из чего состоит: Устройство фотоаппарата: строение — из чего состоит фотокамера, оптическая схема и основные детали