Как работает фотоаппарат: Принцип работы фотоаппарата, как работает фотокамера

Фотоаппарат | Физика

Фотоаппаратом называется устройство для получения оптических изображений различных объектов на светочувствительном слое фотопленки или какого-либо другого фотоматериала.

Первым аппаратом, с помощью которого удалось получить изображения различных объектов, была камера-обскура (от лат. obscurus — темный). Она представляла собой темный ящик с небольшим отверстием в одной из стенок и позволяла получать действительные и перевернутые изображения предметов, помещенных перед ним, без использования каких-либо линз (рис. 92). Для наблюдения этого изображения заднюю стенку камеры (экран) изготавливали из матового стекла или промасленной бумаги.

Камера-обскура была изобретена арабским ученым Ибн-аль-Хайсамом (965—1039), известным в Европе под именем Альхазена. Более или менее широкое распространение она получила в XVI—XVII вв. Проецируя изображение, даваемое камерой, на бумагу или холст и обводя его контуры, можно было получить рисунок, изображающий человека или какой-либо предмет. Немецкий астроном И. Кеплер использовал камеру-обскуру для наблюдения солнечного затмения 1600 г.

В 30-х гг. XIX в. французский художник и изобретатель Луи Дагер поместил в отверстие камеры линзу, а туда, где ранее находился экран, светочувствительную пластинку, покрытую иодистым серебром. Под воздействием света в светочувствительном слое пластинки создалось скрытое изображение. Проявив пластинку путем специальной химической обработки, Дагер получил первую в мире фотографию. Сообщение об этом открытии было опубликовано в 1839 г.

С тех пор этот год считается годом изобретения фотографии (или дагеротипии, как назвал ее в честь себя сам Дагер, постаравшись затемнить тем самым роль своего компаньона Ж. Н. Ньепса в ее изобретении).

В том же году во Франции началось серийное производство фотографических камер. Эти первые (деревянные) камеры были громоздкими и неудобными в обращении. Однако уже через три года был сконструирован первый металлический фотоаппарат небольшого размера. В результате последующего совершенствования аппарата, его механизмов и объектива, а также используемого в нем светочувствительного материала фотоаппарат принял современный вид.

Одной из основных частей фотоаппарата является объектив, состоящий из нескольких линз и помещаемый в передней части светонепроницаемой камеры. Внутри камеры находится фотопленка. Объектив можно плавно перемещать относительно пленки для получения на ней четких изображений предметов, расположенных на разных расстояниях от фотоаппарата.

При фотографировании объектив открывается при помощи специального затвора, и лучи света от фотографируемого предмета попадают на фотопленку (рис. 93). Под действием света в светочувствительном слое пленки происходит разложение микроскопических кристалликов бромистого серебра. На тех участках, где это произошло, получается скрытое изображение. Оно остается невидимым до тех пор, пока пленку не опустят в специальный раствор — проявитель. Под действием проявителя пленка начинает чернеть, причем раньше всего на тех участках, которые были освещены сильнее. Вынув пленку из проявителя, ее следует ополоснуть и перенести в раствор закрепителя (фиксаж). Закрепитель растворяет и удаляет из пленки оставшееся бромистое серебро и тем самым прекращает процесс ее почернения. На пленке остается негатив — изображение, в котором светлые места сфотографированного предмета выглядят темными, а темные, наоборот, светлыми (более прозрачными). Затем пленку промывают и сушат.

С негатива получают позитив, т. е. изображение, на котором темные места расположены так же, как и на фотографируемом предмете. Для этого негатив помещают между источником света и фотобумагой. Темные участки пленки пропустят меньше света, чем более светлые (т. е. более прозрачные), и поэтому после проявления и закрепления мы увидим на фотобумаге реальную картину распределения темных и светлых областей фотографируемого объекта.

Современная жизнь уже немыслима без фотографии. Она находит широкое применение в науке, технике, искусстве. Фотографии стали цветными, а многие фотоаппараты — автоматическими. Использование фотографии в астрономии позволило открыть Плутон и другие небесные тела. А фотографии, переданные с космических станций посредством радиоволн, дали возможность увидеть обратную (невидимую с Земли) сторону Луны, а также пейзажи Марса и Венеры.

??? 1. Что представляет собой камера-обскура? Почему она так называется? 2. Кто и когда получил первую фотографию? 3. Опишите принцип действия фотоаппарата. 4. Охарактеризуйте изображение, даваемое объективом фотоаппарата, изображенного на рисунке 93. Где должен располагаться предмет, чтобы это изображение было именно таким? 5. Можно ли сфотографировать предмет, расположенный между объективом и его фокусом? Почему?

Экспериментальное задание. Изготовьте камеру-обскуру. Для этого воспользуйтесь банкой от чипсов или картонной коробкой, обклеенной изнутри черной бумагой. Получите с помощью сделанной вами камеры изображение хорошо освещенного предмета (например, нити лампы накаливания). Охарактеризуйте полученное изображение. Имейте в виду, что наиболее резкое изображение в камере-обскуре возникает тогда, когда диаметр d отверстия в ней (в миллиметрах) составляет примерно 0,04√l, где l — расстояние от отверстия до экрана, также выраженное в миллиметрах.

подробная схема из чего состоит техника

В предыдущей статье в разделе технических основ фотодела мы рассматривали виды фотоаппаратов. Если кто не читал статью, настоятельно рекомендую ознакомиться, потому что тема сегодняшней статьи будет перекликаться с предыдущей. Для всех остальных еще раз повторю резюме. Существует три типа фотоаппаратов: компактные, беззеркальные и зеркальные. Компактные – самые простые, а зеркальные – самые продвинутые. Практический вывод статьи заключался в том, что для более-менее серьезного занятия фотографией следует остановить свой выбор на беззеркалках и зеркалках.

Сегодня мы поговорим об устройстве фотоаппарата. Как и в любом деле, нужно понимать принцип работы своего инструмента для уверенного управления. Не обязательно досконально знать устройство, но основные узлы и принцип действия понимать надо. Это позволит взглянуть на фотоаппарат с другой стороны – не как на черный ящик со входным сигналом в виде света и выходом в виде готового изображения, а как на устройство, в котором вы разбираетесь и понимаете, куда дальше проходит свет и как получается итоговый результат. Компактные камеры затрагивать не будем, а поговорим о зеркальных и беззеркальных аппаратах.

Принцип работы фотоаппаратов

Работа камер такого типа имеет несколько дополнительных процессов, происходящих во время съемки, по сравнению с цифровыми устройствами. Полученное через объективы изображение проходит несколько ступеней обработки перед тем, как снимок отображается на матрице устройства.

Принцип работы зеркального фотоаппарата:

• Изначально стекло закрывает собой матрицу, находясь в стандартном положении.
• После, лучи попадают на матовое стекло, проходя к оптической системе (пентапризме). Здесь изображение переворачивается на 90 градусов, чтобы отобразиться на матрице под правильным углом.
• После того, как пользователь нажимает на кнопку, делающую снимок, зеркало переходит во второе положение. В это время отодвигается затвор, а изображение проецируется на матрицу камеры.
• Последним этапом, который проходит снимок, является считывание информации и её отображение на экране фотокамеры.

Таким образом, пройдя все указанные этапы обработки и преобразования, изображение сохраняется в памяти устройства. Если правильно пользоваться зеркальной фотокамерой, знать, как работает фотоаппарат, снимки будут получаться четкими и качественными.

Вывод

Вкратце мы рассмотрели устройство фотоаппаратов различных типов. Думаю, теперь вы имеете общее представление о внутреннем строении камер. Эта тема очень обширна, но для понимания и управления процессами, происходящими при съемке теми или иными фотоаппаратами при различных настройках и с разной оптикой вышеизложенной информации, думаю, будет достаточно. В дальнейшем мы все-таки поговорим об отдельных важнейших элементах: матрице, системах автофокусировки и объективах. А пока давайте на этом остановимся.

Основные элементы цифрового фотоаппарата

Важно знать, из чего состоит фотоаппарат и как он работает, чтобы делать качественные снимки и уметь правильно настраивать его.

Устройство цифрового фотоаппарата состоит из нескольких частей, во многом похоже на устройство пленочной камеры:

• Корпус
• Объектив
• Диафрагма
• Затвор
• Кнопка спуска
• Видоискатель
• Устройство фокусировки
• Фотоэкспонометр
• Встроенная вспышка
• Детали питания фотоаппарата
• Матрица
• Дисплей
• Элементы управления
• Стабилизатор изображения
• Карта памяти
• Блок цифровой обработки и хранения изображения

Большинство деталей в устройстве разберем в данной статье.

Немного истории

Изобретение фотоаппарата было осуществлено в 1861 году. Целью было получение и хранение неподвижных изображений. Изначально в приборах эти изображения фиксировались на специальных пластинах, позже — уже на пленке для фотоаппарата. Примерно в 70-х годах 20 века появляется цифровая техника. Классические фотоаппараты с применением пленки уходят в прошлое. Сегодня их редко у кого встретишь. Они почти полностью вытеснены цифровыми технологиями, которые позволяют получить очень качественные снимки. Самое большое распространение получили зеркальные фотоаппараты, которые рекомендуются для получения профессиональных фотографий.

Объектив фотокамеры

Зеркальный фотоаппарат глобально состоит из двух частей: устройство фотоаппарата и объектива. Разберем устройство объектива.

Объектив – это глаз фотоаппарата, набор линз, пропускающих свет и формирующих картинку. Внутри него расположена диафрагма (несколько «лепестков», последовательно накладывающихся друг на друга). Благодаря этому образуется отверстие круглой формы.

Виды объективов

Существует несколько видов объективов, каждый из которых хорош для разных целей:

• Китовый объектив. По-другому его называют штатным, комплектным, обычным. Это универсальный объектив, часто именно такой идет в комплекте при покупке фотоаппарата. Он настроен под углом обзора человеческого глаза.Китовый объектив применяется при съемке портретов, пейзажей и при бытовой съемке.Он имеет свои особенности: универсальность (приспособлен для съемки в любых жанрах), недостаток освещения губительно сказывается на качестве снимков, имеет небольшую цену. Благодаря стандартному объективу пользователь может определить, в каком жанре хотел бы снимать и при покупке следующей оптики сделать правильный выбор.

• Широкоугольный объектив. Также его называют короткофокусным или ласково «шириком». Особенностью такого объектива является большая видимость (начиная от 60 градусов). Он подойдет для съемки пейзажей, интерьеров и массовых мероприятий (свадеб, к примеру).Широкоугольный объектив дает много возможностей: фотографирование в неформальных условиях, качественная съемка группы людей. Такой объектив придает размытость фону. Для съемки на данный объектив не требуется много дополнительных знаний, однако широкоугольный объектив имеет высокую цену.

Может ли смартфон заменить зеркалку?

Из приведенных выше примеров становится понятно, что выпирающая камера не прихоть производителя, а реальная необходимость. Мы все требуем улучшения качества снимков, но забываем о физике.

Возвращаясь к грядущему сенсору с разрешением более 100 Мп, можно сделать вывод, что камера будет выпирать еще больше. Ведь, уже заявлено, что увеличение числа пикселей достигнуто за счет физического увеличения матрицы.

Как бонус из приведенных выше вычислений, мы понимаем, почему в смартфоне нельзя установить полноценный ZOOM-объектив. Даже для получения возможности небольшого увеличения, модуль должен стать минимум в два раза больше. Вот и вся физика.

Крепление оптики

В устройстве цифровых фотоаппаратов часто сменный объектив. Если Ваша камера такая – обратите внимание на крепление оптики к устройству фотоаппарата. Это может иметь большое значение, особенно если планируется использование массивных объективов.

Есть два основных крепления:

1. Резьбовое крепление.При таком соединении и фотоаппарат, и объектив имеют резьбу. Они скрепляются обычным прокручиванием, а открепляются с помощью обратного раскручивания.

Данное крепление было популярно с появления плёночных камер. В современных устройствах такой вид соединения почти не используется.

Резьбовое крепление имеет ряд своих недостатков:

• Для установки объектива требуется время. Иногда его получается закрутить не с первого раза, в некоторых фотоаппаратах приходится делать несколько оборотов.
• Если не полностью закручивать объектив, со временем он может самооткручиваться, что приводит к потере резкости изображения.
• Из-за постоянного трения возможно появление мелких металлических частиц, которые могут попасть в матрицу. В таком случае её, конечно, придётся чистить.

Есть важный плюс резьбового соединения – оно более дешевое в изготовлении.

2. Байонетное крепление. При таком соединении нужно вставить оптику и прокрутить по часовой стрелке до щелчка. Чтобы открепить, нужно нажать на специальную кнопку около объектива и прокрутить в обратную сторону.

Такое крепление позволяет быстро сменять объективы, надежно их соединять с камерой. Помимо этого, открылась возможность использовать электронную оптику, где соединяются много контактов.

У данного соединения практически нет минусов, однако появилась новая проблема. Большинство производителей выпускают объективы именно под устройство своих фотоаппаратов. Такой маркетинговый ход понятен, но ограничивает выбор оптики. Конечно, в таком случае лучше покупать объектив своего производителя. Есть производители, выпускающие объективы, совместимые с подобными фотоаппаратами, однако их качество заметно хуже.

После съемки

Как только камера сделает снимок, смартфон должен понять все, что он только что сделал. Теперь процессор должен собрать всю информацию, записанную пикселями сенсора в мозаику, которую люди воспринимают как итоговую картинку. И хоть звучит это не особо интересно, задача стоит немного более сложная, чем просто зафиксировать значения интенсивности света для каждого пикселя и записать их в файл.

Первый шаг заключается в сборе мозаики воедино. Человек может не осознавать этого, но картинка, которую видит сенсор, перевернута и состоит из множества участков красного, зеленого и синего цвета. Поэтому, когда процессор камеры пытается разместить показания каждого пикселя в нужном месте, он должен разместить его в определенном порядке, понятном человеку.

С фильтром Байера это просто: пиксели имеют определенный узор специальных фильтров, пропускающих световые волны той или иной частоты излучения (соответствующей красному, синему или зеленому). Затем недостающие значения интерполируются за счет соседних пикселей. То есть, каждый конкретный пиксель ловит свой цвет (красный, синий или зеленый), а другие цвета устройство получает от соседних пикселей (другого цвета).

Так как датчик фотокамеры – это не человеческий глаз, он не может так просто воссоздать сцену такой, какой видел ее человек в момент съемки. Изображения, полученные с матрицы, на самом деле не очень интересны. Цвета на них выглядят приглушенно, края не такие резкие, как на самом деле, а занимают такие снимки много места. Такие снимки (называемые RAW) не очень приятны для просмотра, ими не захочется делиться с друзьями. Поэтому большинство фотокамер делают такие вещи, как придание дополнительной насыщенности цветов, увеличение контраста по краям, чтобы картинка выглядела более резкой. Наконец, камера сжимает результат (обычно в формат JPEG), чтобы он занимал меньше места и им было легче поделиться.

Диафрагма и ее функции

Диафрагма – особая деталь в устройстве объектива в виде кольца из лепестков, которые регулируют пропуск света на матрицу. Чем меньше значение, тем шире диафрагма, также наоборот.

Диафрагма влияет на экспозицию. Чем больше открыта диафрагма, тем светлее будет полученное фото. Работа фотоаппарата со светом одинаково важна при съемке различных сюжетов. Также благодаря ей можно добиться таких эффектов, как размытие заднего фона, при этом отверстие должно быть максимально открытым.

Диафрагма влияет на глубину резкости. Настраивая диафрагму, можно корректировать резкость изображений, а соответственно – в какой-то степени и качество снимка. Чем уже кольцо диафрагмы, тем больше резкость. При широкой диафрагме предмет окажется в фокусе, а задний фон будет размыт.

Важно уметь настраивать диафрагму для съемки различных объектов – так Вы получите лучший результат.

f/4 – портретная съемка; f/5.6 – полный рост; f/8 – людей; f/16 и f/22 – пейзажная съемка. Это приблизительные размеры диафрагмы, которые, конечно, лучше корректировать для себя, искать свой вид.

Управление освещенностью с помощью выдержки

Фотографы могут настолько увлечься вторичным эффектом от диафрагмы – глубиной резкости – что совсем забывают об основном предназначении диафрагмы – регулировать количество проходящего через объектив света.

Мы уже говорили, что всё, чем занимается фотография – это записью и сохранением света. Следует отметить, что камера накапливает весь получаемый свет. Чаще всего плёнке вашей камеры или цифровой матрице требуется экспозиция всего в несколько долей секунды чтобы записать и сохранить изображение. Когда становится темнее – требуется открывать затвор на более длительное время чтобы он пропустил больше света.

Игры с экспозицией в ночное время

Пока открыт затвор камера накапливает свет. Если в вашем кадре окажется движущийся объект и его скорость будет выше используемой скорости затвора – он будет размыт в кадре. Это знание может быть полезным.

Иногда вам может быть необходимо снять предмет размытым или замороженным. Зная об отношении скорости объекта и скорости затвора можно выбрать более правильные настройки. Вам не потребуется выдержка 1/4000 чтобы заморозить движение прогуливающегося пешехода – 1/125 может быть достаточно.

Несложно догадаться, что для более быстродвижущихся объектов требуются более короткие выдержки. Будет полезно изучить влияние выдержки на изображение. Как передать ощущение движения. Или как может выглядеть движение на снимке.

Управление выдержкой может быть полезно при необходимости заморозить (или намеренно размыть) движущийся объект. Например, при съемке потока воды короткая выдержка заморозит отдельные капли. Очень длинная выдержка создаст эффект текучей сладкой ваты. И между этими крайностями множество доступных выдержек.

Работа зеркал

Благодаря работе зеркал происходит первичная обработка потока света и его вывод на экран. Разберем, чем отличается устройство зеркального типа фотоаппарата от беззеркальных устройств.

Световой поток проходит через линзы, попадает на зеркало, которое в исходящем положении заслоняет матрицу и затвор. Потом свет проходит через матовое стекло, попадает в пентапризму. Там картинка поворачивается на 90 градусов. Это происходит для того, чтобы в итоге не получить перевернутого изображения.После нажатия кнопки спуска зеркало и затвор поднимаются, а свет попадает на матрицу. На последнем этапе информация считывается, проходит обработку и выводится на экран.

Как работают плёночные камеры

Если вы обладатель такой камеры, то вы наверняка в курсе, что она бесполезна без одного жизненно необходимого компонента — плёнки. Плёнка представляет собой длинную катушку из гибкого пластика, покрытую специальными химическими веществами на основе соединений серебра, которые чувствительны к свету. Чтобы не дать свету испортить плёнку, её помещают внутрь жёсткого светонепроницаемого пластикового цилиндра, который вы кладёте в камеру.

Нажатие кнопки на плёночной камере запускает механизм, называемый затвором. Он открывает небольшое отверстие (апертуру) в передней части камеры, позволяя свету проникнуть через объектив — толстый кусок стекла или пластика, установленный спереди. Свет вызывает реакции в химических веществах на плёнке, таким образом запечатлевая изображение.

Однако на этом дело не заканчивается. Когда плёнка заполнена, вы должны отвезти её в лабораторию для проявки. Как правило, плёнка помещается в большую автоматизированную машину для проявки. Машина открывает контейнер плёнки, вытаскивает её и окунает в различные химикаты. В результате этого процесса плёнка становится «негативной» и цвета фотографий инвертируются: белое становится чёрным, чёрное — белым, и остальные цвета тоже превращаются в обратные себе. После создания негатива, машина использует их, чтобы сделать готовые версии ваших фотографий.

Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, всё это может быть немного неудобно. Приходится делать ненужные фотографии просто для того, чтобы «закончить плёнку». После этого нужно ждать несколько дней, чтобы вашу плёнку проявили и вы получили свои фотографии. Неудивительно, что цифровая фотография стала очень популярной, поскольку она позволяет избежать всех этих проблем.

Функции и разновидности затворов

Важным невидимым механизмом любого аппарата, в том числе устройства зеркального фотоаппарата, является затвор. Его главная функция – пропуск лучей света к матрице, регулирование продолжительности светового потока. Свет пропускается за заданный промежуток времени. Его называют выдержкой (время, за которое открывается затвор).

Помимо этого, затвор защищает матрицу от засветки.

В устройстве цифрового фотоаппарата устанавливается затвор, который открывается и закрывается с очень большой скоростью. Функция регулировки выдержки особенно важна профессионалам. Чем больше выдержка – тем больше света попадает на матрицу.

Существуют различные виды затворов. Как правило, они отличаются по своей конструкции и принципу закрытия. Есть три вида затворов:

Электронный затвор. Процессор включает и выключает сенсор для приема потока света. При таком виде затвора свет на матрицу попадает постоянно, благодаря чему изображение матрицы транслируется на дисплей цифрового фотоаппарата. Электронный затвор в устройстве фотоаппарата позволяет фотографу использовать очень маленькую выдержку (до 1/8000с). Конечно, больше возможностей делают работу с фотоаппаратом лишь интереснее.

У электронного затвора есть свои преимущества: он не издает звуков. К недостаткам можно отнести низкое качество получаемого изображения. Это происходит из-за того, что чтение матрицы происходит последовательно. Для сохранения снимка и избегания эффектов вроде ореола и блюминга устанавливается и механический затвор тоже. Чаще всего это делают в профессиональных фотоаппаратах, где важны даже такие мелочи при настройке.

Механический затвор. Его роль в защите матрицы от маленьких пылинок и грязи. Помимо этого, он дозирует лучи света для матрицы. Однако у таких затворов определенный срок службы.

В современных фотоаппаратах затвор защищает матрицу от попадания пылинок и грязи. Такие мелочи могут навсегда вывести матрицу из строя. Не нужно забывать, что матрица – одна из самых дорогостоящих деталей фотографического аппарата.

Механические затворы бывают двух видов:

• Шторный затвор. Характеризуется большей скоростью и лучшей выдержкой. Строение: он состоит из двух шторок, в щель между ними попадает свет. При снимке первая шторка открывает кадр, вторая – закрывает. Такой вид затвора может искажать снимок, но сохраняет короткую выдержку.
• Центральный затвор. Он состоит из лепестков. Благодаря тому, как они закрываются и открываются, свет распределяется равномерно. Такой затвор устанавливают в объектив между линзами.

Электронно-оптический затвор. Такой вид затвора применяется в устройствах зеркальных фотоаппаратов. Это жидкий кристалл, находящийся между пластинами. Через него проходит свет и направляется к оптическому преобразователю.

Затвор – важная деталь фотоаппарата, позволяющая, пропускать лучи света на матрицу, регулировать выдержку и, собственно, делать снимки.

Уровень качества

По мнению опытных фотографов именно хороший объектив, а не фотоаппарат, является залогом качественных фотографий. Используя оптику высокого класса и посредственный фотоаппарат, можно получить прекрасные снимки, а вот объектив низкого качества даже на профессиональном фотоаппарате может испортить самый выигрышный сюжет. Часто оптика, по стоимости, может быть в несколько раз дороже хорошего фотоаппарата. В основном это определяется конструктивными материалами.

• Самые качественные и дорогие представители класса в своём устройстве содержат линзы из флюорита. Корпус оптики выполнен из сверхлёгких сплавов, которые применяются в космической технике. Такие объективы отличаются высокой надёжностью и длительным сроком службы;
• Далее идут объективы с линзами из кварцевого стекла. Они обеспечивают хорошее качество фотографий и вполне надёжны;
• На последнем месте по качеству находятся объективы с акриловыми линзами и пластиковым корпусом. Особенно плохо, если из пластмассы выполнено байонетное крепление. Люфт будет обеспечен при частой замене оптики даже через непродолжительное время, а пластиковые линзы быстро помутнеют от следов пыли и песка.

Объектив – неотъемлемая составляющая фотоаппарата. Может быть выполнена как в виде достаточно простой системы “апланат” и без различных дополнительных улучшающих механизмов. Так и в виде сложной громоздкой оптической системы, включающей в себя около 20 линз разделенных на блоки, систем автоматической фокусировки, изменения фокусного расстояния, стабилизации изображения и различных технологических ухищрений, повышающих качество захватываемой картинки. Стоимость объектива может варьироваться от легко подъемной практически любому фотолюбителю, до непомерно высокой – дороже профессионального фотоаппарата.

Пентапризма и видоискатель

Пентаризма – пятиугольный механизм в устройстве фотоаппарата, который поворачивает изображение на 90 градусов, увеличивает путь лучей света благодаря дальнейшему прохождению через зеркала.

Уже на матовом стекле изображение прямое. В профессиональных устройствах пентапризма съемная. Иногда в неё встраивают различные индикаторы, открывающие больше возможностей.

Чаще всего она изготавливается из стекла. В более дешевых моделях – из пластика. Возможна альтернатива, при которой изображение поворачивают зеркало и несколько линз.

Это используется при совсем небольшой матрице.

Видоискатель – часть фотоаппарата, позволяющая видеть, какое изображение получится.

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.

Матрица зеркальной цифровой фотокамеры

Одной из важных деталей, обеспечивающих работу зеркального фотоаппарата, является матрица. Матрица – это часть фотоаппарата, благодаря которой световой поток превращается в биты, дальше из них формируется само изображение.

KONICA MINOLTA DIGITAL CAMERA

Матрица состоит из мельчайших фотодиодов. Один диод – один пиксель будущей фотографии.

Матрица является неким аналогом плёнки, она так же формирует изображение. Конечно, иным и более качественным путем.

Нужно знать, что такое экспонирование матрицы, этот термин часто используют фотографы. Это процесс выявления снимка с момента, когда Вы нажали на кнопку до закрытия затвора. Часто слово матрица опускается – экспонирование.

Матрица имеет характеристики, которые определяют её возможности:

• Физический размер – одна из важнейших характеристик. Чем больше расстояние между пикселями и их количество, тем лучше качество получаемого изображения. Также от размера матрицы зависят следующие характеристики: шумы, динамика изображения, цвета снимка, размер фотоаппарата.
• Разрешение – название размеров матрицы. Может измеряться в дюймах, миллиметрах.
• Соотношение шум. Чем больше размер матрицы, тем лучше получается изображение, на нем будет меньше шумов. Как правило, они заметны при увеличении.
• Чувствительность ISO. Данный параметр регулирует яркость снимка. Насколько качественно повысится или понизится яркость также определяется матрицей.
• Динамический диапазон – наибольшая яркость фотографии. Она определяет качество самых тёмных и самых светлых участков.

ВАЖНО! Мегапискели полностью не определяют качество камеры, гораздо важнее, сколько света принимает один пиксель.

Матрицу следует выбирать по данным критериям. Матрица является залогом отличной картинки.

Подытожим

Мы рассмотрели основные части фотокамеры и способы, которыми камера контролирует свет, создающий ваши фотографии. Все эти методы совместно безгранично комбинируются, что позволяет достичь практически любого эффекта, который вы задумаете. Каждый из них имеет побочные эффекты, которые могут быть как желательны, так и нежелательны для фотографии, которую вы собираетесь сделать. Управляя количеством приникающего в камеру света, диафрагма также определяет глубину резкости. Управляя временем экспонирования с помощью выдержки, можно усиливать или ослаблять размытие движения. Определяя сколько света будет достаточно с помощью изменения значения ISO, приводим к изменению зернистости и насыщенности цветов.

Никто не говорит, что прочитав статью вы станете экспертом в данном вопросе. Возможно вам придется перечитать её не один раз. Возможно вам понадобится вернуться к этим вопросам через какое-то время чтобы освежить в памяти понятия. Цель данного материала в том, чтобы помочь вам заложить фундамент, на котором будет возможно осваивать другие уроки и самостоятельно изучать новые вопросы.

Удачных кадров!

Автор: Jeffrey Kontur

Системы стабилизации изображения

Камеры становятся все легче, а при съёмке с рук все чаще фото получаются худшего качества. Конечно, в некоторых ситуациях с такой проблемой неплохо справляется штатив, однако он не всегда удобен. Стабилизировать изображение также можно уменьшив выдержку и увеличив чувствительность, но в таком случае может появиться зернистость.

Существуют стабилизаторы, делающие работу за нас: это оптическая и цифровая системы.

Оптический стабилизатор проделывает работу с блоком линз. Они двигаются в зависимости от того, как перемещается камера. Такая система дороже, но её преимущество в том, что полученная картинка передается и на матрицу, и в видоискатель. Такая система возможна с перемещением матрицы (то есть двигается сама матрица), что позволяет использовать любые объективы. Оптическая система не влияет на качество фото даже при увеличении, однако потребляет больше энергии.

Цифровой стабилизатор – это установленные в процессор программы, определяющие, насколько миллиметров картинка сдвинута. При такой работе теряется часть изображения с краёв матрицы. Данный стабилизатор хуже справляется с увеличением, возможны помехи на изображении.

СОВЕТ: Если у Вас нет требований к размерам камеры, выбирайте оптический стабилизатор. Результат работы этих частей фотоаппарата играет важную роль в получаемом изображении.

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.

Краткая характеристика остальных деталей фототехники

Мы разобрали, как устроен фотоаппарат и его основные детали.

Характеристика остальных деталей:

• Кнопка спуска. При неполном нажатии возможна фокусировка. Если нажать полностью, камера делает кадр.
• Встроенная вспышка. При плохой освещенности она включается автоматически. В некоторых режимах её нужно включать самостоятельно.
• Кнопка ISO. С её помощью регулируется чувствительность. В некоторых режимах это делается автоматически, но её можно регулировать вручную.
• Главный диск управления. С его помощью устанавливаются диафрагма и выдержка.

Популярные программы для видеозахвата

В настоящее время существует множество программ для видеозахвата. По мнению многих лучшими в своем роде являются платные утилиты Pinnacle Studio и Adobe Premiere, однако, многие пользователи и особенно любители предпочитают постигать основы работы с видео с использованием бесплатного ПО. Ниже представлен краткий обзор самых популярных бесплатных программ для захвата и обработки видео.

ScenalyzerLive

Условно бесплатная программа, которая на первый взгляд может смутить очень простым дизайном. Утилита максимально проста с точки зрения использования, но обладает внушительным функционалом. С ее помощью можно:

• по отдельности копировать с камеры аудио и видеодорожку;
• захватывать видео с заданной частотой кадров;
• сразу разбивать запись на ролики по несколько минут;
• компилировать данные по тайм-коду, то есть включению и выключению камеры или же по смене картинки.

Немаловажное достоинство программы – она грамотно раскладывает материал таким образом, что его легко обрабатывать, например, вырезать ненужные сцены или наоборот склеивать несколько роликов в один. ScenalyzerLive позволяет делать монтаж видео без дополнительных программ, то есть уже в процессе захвата.

Стоит отметить, что программа распространяется платно, но никто не мешает пользоваться пробной версией. Единственный недостаток этого вариант – в углу постоянно появляется значок с напоминанием о покупке. Кроме того, на сайте создателя можно найти более старые версии софта, полностью бесплатные. Функционал у них будет несколько урезан, но основную задачу они выполнят не хуже самой последней версии.

Exsate DV Capture Live

Полностью бесплатное приложение. Его особенностью является возможностью сразу сжимать видео в определенный формат (их выбор весьма велик). Управление софтом осуществляется по принципу «шаг за шагом», то есть буквально каждое действие пользователя сопровождается выбором установки: куда сохранить, какой формат выбрать для данных, с каким интервалом «нарезать» видео. Это существенно упрощает процесс работы и знакомство с программой. Немаловажный полезный момент – возможность нанести на запись дату и время видеозахвата.

WinDV

Бесплатная и самая маленькая утилита с точки зрения места, которое она занимает на ПК. Данное приложение даже не требует установки. Здесь нет широкого функционала, и софт выполняет лишь главную задачу – захватывает видео.

Совет! Программа подойдет тем, кто планирует в более профессиональных программах заниматься монтажом и обработкой файлов. Также она незаменима в том случае, когда требуется быстро скинуть видео по причине того, что камера чужая, и ее необходимо отдать.

Благодаря простоте WinDV не требует от ПК мощных характеристик и работает даже с очень старыми устройствами. При всей своей простоте утилита умеет распознавать тайм-код и самостоятельно разбивает видео по полученным из него данным.

12kadrov.com – СТАРТ. Устройство фотоаппарата.

ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТИВАХ CANON

EF – Для полнокадровых матриц –обозначение байонета (крепления объектив к камере) автофокусных камер Canon EOS. Объективы можно ставить и камеры с “кропнутой” матрицей.

EF-S – байонет для кропнутых матриц – (short backfocus – короткий задний рабочий отрезок). Байонет Canon EF-S имеет более короткий рабочий отрезок, чем EF. Объективы Canon EF-S имеют выступающий сзади оптический элемент и его оправу, что делает невозможным установку EF-S объективов на камеры с байонетом EF (пленочные камеры, полнокадровые камеры Canon 1Ds, 1Ds Mark II, 5D). Установка EF-S объективов на камеры с байонетом EF чревата повреждениями камеры или объектива (в зависимости от моделей)!

IS – Стабилизатор. (Image Stabilizer) – система оптической стабилизации изображения, встроенная в объектив. Основана на сдвиге корректирующей группы линз внутри объектива. Дает возможность снимать с рук на выдержках на 2-3 ступени более коротких без смаза картинки.

L  – принадлежность объектива к линейке профессиональных объективов Canon Luxury.

USM (Utlrasonic Motor) – ультразвуковой привод фокусировки (мотор), встроенный в объектив. В основе лежит преобразование ультразвуковых колебаний пъезоэлемента в механическую энергию. Такой мотор имеет повышенную скорость и точность фокусировки, работает практически бесшумно. Имеетзаметно лучшую, чем обычные моторы, работу в режиме следящего автофокуса (servo-AF).

DO (Diffractive Optical Elements) – использование в оптической конструкции объектива дифракционных оптических элементов. Позволяет уменьшить массу и размеры объектива, сохраняя выдающиеся оптические характеристики.

TS-E (Tilt-Shift) – специальные объективы с возможностью коррекции перспективы за счет наклонов и сдвигов оптического узла.

FT-M Full Time Manual – постоянная ручная фокусировка. Объектив не нужно переключать в ручной режим фокусировки, ибо она доступна постоянно.

I/R Internal Focus Rear Focus – объективы с внутренней фокусировкой или фокусировкой задней группой линз (с невращающейся передней линзой).

S-UD – Линзы из S-UD стекла.

AL – Асферические линзы.

CA Circular Aperture – круговая диафрагма.

ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТИВАХ NIKKOR (NIKON)

DX – неполнокадровые объективы с коротким задним рабочим отрезком. Не могут быть использованы с пленочными камерами!

FX – до выхода в свет камер DX существовали только полнокадровые объективы Nikon FX, которые на самом деле не имеют обозначения FX, так как на то время не нужно было разделять полный кадр и кропнутые матрицы.

AF – автофокусные объективы Nikon с механическим приводом фокусировки, мотор находится в камере. Работают в режиме автофокуса не со всеми аппаратами.

AF-S – автофокусные объективы Nikon с ультразвуковым приводом фокусировки, встроенным в объектив.

VR – (Vibration Reduction) – система оптической стабилизации изображения, встроенная в объектив. Основана на сдвиге корректирующей группы линз внутри объектива. Дает возможность снимать с рук на выдержках на 2-3 ступени более коротких без смаза картинки.

D – наличие в объективе процессора, передающего из объектива в камеру информацию о дистанции фокусировки. Необходимо для корректного функционирования современного алгоритма работы вспышек I-TTL.

G – электронное управление работой диафрагмы. Повышенная точность установки значения диафрагмы с шагом в 1/3 ступени. На объективах отсутствует кольцо установки диафрагмы. Включает все функции D.

IF – (Internal Focusing) – конструкция объектива, при которой фокусировка происходит за счет перемещения элементов только внутри объектива. Объективы с внутренней фокусировкой не изменяют своих размеров при фокусировке, быстрее фокусируются и более удобны при использовании светофильтров, для которых важно их положение (поляризационные, градиентные и т.д.).

DC (Defocus Control) – специальные объективы с возможностью управления степенью и характером размытия зоны нерезкости.

PC (Perspective Control) – специальные объективы с возможностью коррекции перспективы за счет наклонов и сдвигов оптического узла.

Micro специальные объективы для макросъемки в масштабах до 1:1.

Ai, Ai-s, Ai-D – неавтофокусные объективы Nikon.

ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТИВАХ SONY

DT (Digital Technology) — объективы для камер с APS-C матрицей (кроп), нельзя использовать на полнокадровой камере.

OSS – Стабилизатор.

SSM (Super Sonic wave Motor) — ультразвуковой мотор. Имеют заметно лучшую, чем обычные моторы, работу в режиме следящего автофокуса.

A (Alpha Type) — обозначение типа байонета, способа крепления к камере.

CZ (Carl Zeiss) — объективы разработанные компанией Carl Zeiss, для камер с байонетом A, качественная и дорогая оптика.

G (Sony Professional Lens) — профессиональная серия объективов.

SAM (Smooth Autofocus Motor) — более дешёвый мотор, чем SSM.

STF (Smooth Transition Focus) — в объективе присутствует оптический элемент, благодаря которому переходы между областями в фокусе и не в фокусе отображаются плавно.

D (Distance Integration) — объектив поддерживает функцию передачи камере информации о дистанции на сфокусированный объект. Необходимо для корректной работы системы вспышечного замера ADI.

APO — объектив содержит апохроматические элементы для уменьшения хроматических аберраций.

xi — функция изменения фокусного расстояния встроенным мотором.

ADI – современная система вспышечного замера, учитывающая расстояние до объекта.

Anti-Dust – система очистки матрицы от пыли.

Как работает камера? (Объяснение основ фотографии)

Задумывались ли вы когда-нибудь, что такое камера и как она работает? Как работает этот тонкий механизм, когда вы фотографируете? Ты не одинок.

Камеры сильно изменились за последние полтора века. Фотография сильно изменилась. Сегодняшние современные камеры являются результатом бесчисленных лет разработок, но основные принципы остаются прежними.

Итак, как работает камера? Вот наш гид.

[ Примечание: ExpertPhotography поддерживается читателями. Ссылки на продукты на ExpertPhotography являются реферальными ссылками. Если вы воспользуетесь одним из них и купите что-нибудь, мы немного заработаем. Нужна дополнительная информация? Посмотрите, как это все работает здесь. ]

Какова роль света?

Если мы хотим понять, как работает камера, нам нужно знать, как работает свет. Фотография не существовала бы без нашего понимания света.

Не углубляясь в дикие области физики, давайте проясним основы.

Свет движется по прямой. Он не требует кривых (по крайней мере, практически для нас, фотографов). Он отражается и поглощается.

Для наших глаз и камер свет — это волна. Он имеет почти те же свойства, что и звук — он различается по длине волны, частоте и амплитуде. Отличается энергетическим уровнем.

Задача фотографа собрать и запечатлеть свет в своем вкусе и форме.

Основная концепция камер

Помимо самых первых камер с обскурой (у которых нет стекла), двумя основными частями камер являются объектив и детектор света.

Объектив камеры собирает свет и проецирует его на поверхность фотодетектора – пленочный или цифровой сенсор.

Затем, с помощью различных способов обработки, вы получаете окончательное изображение, сформированное по вашему вкусу.

Фотография — это все, что происходит между этими шагами и даже до них.

И вы, фотограф, имеете над ним контроль.

Линза

Линза — это первое столкновение света с камерой.

Свет проходит через линзу. Благодаря различным оптическим формулам он создает то, как проецируется изображение. Это один из ваших самых мощных инструментов самовыражения, поэтому очень важно, чтобы вы понимали, как он работает.

Оптическая структура

Объектив вашей камеры на самом деле не один объектив. Он состоит из множества одиночных линз и групп линз.

Конструкция является результатом тщательного проектирования и испытаний. Есть несколько стандартных формул, таких как 50mm f/1.8 или f/1.4. Они очень похожи у разных производителей и давно разработаны.

Формулы некоторых передовых и экстремальных объективов для камер были невозможны до недавнего времени.

Оптическая формула линзы определяет изображение, которое она может спроецировать на матрицу.

Фокусное расстояние

Проще говоря, фокусное расстояние определяет степень увеличения. Меньшее фокусное расстояние дает более широкий угол обзора. Более высокое — «длинное» — фокусное расстояние дает более узкий кадр сцены.

С технической точки зрения, фокусное расстояние — это расстояние между точкой схождения объектива и датчиком или пленкой.

Практически невозможно сконструировать линзу с точкой схождения перед передним элементом, но она может быть за ним. Это означает, что телеобъективы на самом деле должны быть длиннее (за исключением зеркальных линз). Тем не менее, широкоугольные объективы могут быть удивительно длинными.

Зум-объективы меняют свою точку вперед и назад. Объективы с фиксированным фокусным расстоянием фиксированы, а элементы двигаются только для фокусировки.

Диафрагма

Диаметр линзы определяет максимальное количество света, которое может пройти.

В большинстве объективов есть диафрагма . Радужная оболочка используется для сужения диаметра. Он работает как зрачок в вашем глазу: чем он уже, тем меньше света пропускает.

Кроме того, с более узкой диафрагмой достигается более глубина резкости и меньшее разделение фона.

Величина диафрагмы указывается в диафрагменных числах. F-стоп — это соотношение. Вычислить его можно, разделив фокусное расстояние на диаметр объектива (по диафрагме).

Например, диафрагма объектива 50 мм с диаметром диафрагмы 25 мм составляет f/2.

Конечно, при увеличении фокусное расстояние меняется. В объективах с постоянным минимальным значением диафрагмы — например, 24–70 мм f/2,8 — диафрагма постепенно открывается по мере увеличения. Это сохраняет соотношение одинаковым на всем протяжении.

Фокусировка

Как и ваш глаз, объектив камеры видит мир в фокальных плоскостях . Эти плоскости параллельны переднему элементу объектива камеры и (в большинстве случаев) сенсору. Исключение составляют объективы с наклоном и сдвигом, а также чрезвычайно широкоугольные объективы.

Чтобы сфокусироваться на определенной плоскости, элемент объектива должен перемещаться внутри объектива. Управлять этим элементом можно с помощью автофокуса или вручную, поворачивая кольцо фокусировки.

Существует диапазон фокусировки, на который способен каждый объектив. Чем ближе фокусирующий элемент подходит к датчику, тем дальше он фокусируется.

За исключением объективов, предназначенных только для макросъемки, большинство из них используют фокусировку на бесконечность. Бесконечность — это плоскость, за которой практически все находится в идеальном фокусе. Физически можно пойти дальше — но это не имеет смысла, так как после этого изображение снова становится размытым.

При съемке крупным планом фокусирующий элемент отдаляется от сенсора. Следовательно, любой немакрообъектив можно сделать способным к макросъемке, добавив удлинительные трубки между корпусом и объективом.

Обычно кольцо фокусировки физически связано с механизмом фокусировки внутри объектива. В этом случае ручная фокусировка дает вам прямой контроль. В некоторых объективах есть только электронное управление.

Это происходит с тяжелыми объективами (такими как Canon 85mm f/1.2 II). В крошечных конструкциях, где обычное кольцо фокусировки в любом случае было бы непрактичным (например, объектив-блин Canon 40mm f/2.8), оно также часто используется.

Стабилизация

В некоторых современных объективах вы найдете элемент, активно стабилизирующий движение камеры. Эта часть обычно представляет собой конструктивно отдельный блок сзади с одной линзой.

С помощью гироскопа измеряет и противодействует вашим рукопожатиям и другим движениям.

Названия систем стабилизации различаются от марки к марке. Canon называет их IS (стабилизатор изображения), Nikon — VR (подавление вибраций), Sony — OSS (Optical SteadyShot) и так далее. Все они по большей части делают одно и то же.

Вес и эргономика

Размер и вес линз зависят от множества факторов.

Обычно более высокая диафрагма означает большие линзы. Широкий диапазон увеличения также приводит к увеличению длины линз при увеличении, но они часто убираются.

Кроме того, чем больше предполагаемый размер сенсора, тем крупнее должен быть объектив.

Стабилизация также связана с большим весом.

Чаще всего производители разрабатывают свои объективы так, чтобы они идеально сочетались с камерами. Но в некоторых случаях это невозможно. Светосильные телеобъективы и супертелеобъективы (например, Canon 200mm f/2), а также светосильные сверхширокоугольные объективы (например, Sigma 14mm f/1. 8) должны иметь огромные передние элементы, поэтому они могут ощущаться несбалансированными.

Соединение с корпусом камеры

В этом смысле есть два типа объективов камеры: сменные и крепящиеся к телу.

Фиксированные объективы в основном используются в компактных и бридж-камерах потребительского уровня. Некоторые бренды, например Leica, производят камеры с фиксированным объективом высшего уровня.

Вариантов с фиксированными объективами не так много — вы получаете то, что получаете.

Однако на цифровых зеркальных камерах (цифровых однообъективных зеркальных камерах) и MILC (беззеркальных камерах со сменными объективами) объективы камеры можно менять независимо от корпуса камеры.

Для крепления объективов к корпусам камер каждый производитель камер (или объединение) имеет стандартные крепления объектива .

Помимо безопасного и устойчивого удержания линз, каждое крепление также имеет электронный протокол. Это необходимо для обеспечения питания автофокуса и стабилизации. Каналы передачи данных также передают информацию об диафрагме, фокусном расстоянии, масштабировании и общую информацию об объективе.

К наиболее известным типам крепления камеры относятся Canon EF/EF-S (цифровые зеркальные камеры), EF-M (беззеркальные камеры с кадрированной матрицей) и RF (полнокадровые беззеркальные камеры), а также Nikon F (цифровые зеркальные камеры) и Z (беззеркальные камеры). ), Sony A (цифровые зеркальные фотокамеры) и E (беззеркальные камеры) и многое другое.

Камеры

Пройдя через объектив, свет попадает в камеру, где он регистрируется датчиком или пленкой.

Видоискатель

Все цифровые зеркальные камеры и многие беззеркальные камеры имеют видоискатели. Он может быть оптическим или электронным.

В цифровой зеркальной фотокамере с оптическим видоискателем , как только свет поступает от объектива, он отражается на полупроницаемом зеркале. Затем большая часть света отражается до пентапризмы, а затем в видоискатель.

Часть света отражается вниз через вторичное зеркало в датчик автофокусировки.

В беззеркальной камере нет оптической связи между объективом и вашим глазом. Свет всегда попадает прямо на датчик.

С датчика изображение в реальном времени передается в цифровом виде на электронный видоискатель (EVF) или на задний экран.

Затвор

Затвор — это механизм, пропускающий свет на пленку или сенсор в течение заданного времени (выдержки).

До эпохи цифровых камер единственным вариантом был механический затвор . Они физически перемещают препятствие на пути света.

Роллинговый механический затвор, который используется в большинстве камер, имеет две шторки. Когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, первая шторка поднимается и пропускает свет на датчик камеры. Затем, по истечении установленного времени выдержки, закрывается вторая шторка. Датчик снова заблокирован.

Одним из недостатков рольставней является то, что вы не можете использовать стандартную вспышку ниже определенной выдержки. Обычно это около 1/200 секунды. Ниже этого они не экспонируют весь кадр одновременно.

Между занавесками, передвигающимися с одной стороны на другую, есть окно.

В свою очередь, вспышка мгновенная, поэтому если вы упадете ниже этой скорости, будет светиться только полоса кадра. Вы можете избежать этой проблемы, используя высокоскоростную синхронизацию.

Электронные затворы — продукт эпохи цифровых камер. Они используются для быстрого непрерывного считывания изображения.

Роллинговый электронный затвор можно найти почти в каждой цифровой камере. Он работает, собирая данные с датчика блоками (обычно рядами пикселей), продвигаясь вниз.

Позволяет вести бесшумную съемку и использовать очень короткие выдержки, в некоторых случаях 1/32000 секунды. Недостатком является то, что быстро движущиеся объекты кажутся искаженными из-за асинхронного считывания.

Live View и видеозапись используют электронные затворы в камерах потребительского уровня.

В некоторых продвинутых камерах вы найдете глобальный электронный затвор . Он одновременно считывает данные со всего кадра, решая проблему искажения полос. В основном используется для профессиональной видеозаписи.

Датчик

Цифровые датчики состоят из пикселей . Пиксели — это крошечные солнечные элементы, которые преобразуют свет в электричество.

Большинство цифровых камер оснащены стандартным однослойным датчиком CMOS или CCD. CMOS — это более новая технология, которая обеспечивает считывание отдельных пикселей и низкое энергопотребление.

Пиксели располагаются в расположении, называемом мозаикой Байера , с использованием цветных фильтров. Мозаика Байера состоит из блоков по четыре пикселя, двух зеленых, одного красного и одного синего.

Поскольку каждый пиксель чувствителен только к своему цвету, конечным результатом является изображение с разбросанными красными, зелеными и синими точками.

Чтобы получить плавные тона и плавную фотографию, процессор или ваше программное обеспечение для редактирования должны выполнить дебайеризацию .

Чувствительность ISO

В пленочных камерах вы меняете пленку на пленку с другой чувствительностью. В цифровых камерах это другой процесс.

Когда вы (или ваша камера) устанавливаете значение ISO, может произойти несколько вещей в зависимости от вашей камеры и точного значения ISO.

Камеры с датчиками CMOS (большинство цифровых камер) имеют крошечный усилитель для каждого отдельного пикселя. После экспонирования кадра он усиливает пиксели до более высокого уровня в соответствии с ISO.

До определенного значения, обычно ISO 1600, это единственное усиление.

Кроме того, ISO — это цифровая метка, встроенная в необработанный файл или цифровое усиление для файлов jpg.

Цифровое преобразование и обработка

После считывания с датчика цифровой камеры и прохождения через усилитель данные преобразуются в цифровые данные. Это задача аналого-цифровой преобразователь .

Большинство современных камер преобразуются в 16-битные, но используют только 14-битные. Дополнительные 2 бита обеспечивают большую гибкость при постобработке и фильтрации.

14 бит означает, что для каждого пикселя существует 16 384 возможных значения. Это приводит к огромному цветовому и тоновому диапазону современных цифровых камер.

Затем пиксельные данные поступают в процессор изображений . Процессор выполняет несколько алгоритмов, фильтрацию, дебайеризацию и сжатие, если вы выбираете вывод в формате jpg.

Окончательное изображение будет записано на вашу карту.

Заключение

Теперь вы лучше понимаете, как работают камеры. Вы можете применить эти знания в повседневных ситуациях, а также для решения сложных технических вопросов.

Понимание того, как работает ваша камера, открывает больше возможностей в использовании вашего оборудования и использовании его возможностей.

Как работают камеры? Руководство для начинающих

Хотите знать, как работают камеры, но не хотите читать о сложной математике и физике? Это руководство для вас.

В этой статье я объясню, как работает большинство камер, а также объясню различия между различными типами камер (например, пленочными и цифровыми, цифровыми зеркальными и беззеркальными). Обладая этими знаниями, вы сможете сделать осознанный выбор перед покупкой новой камеры, а также лучше понять, что происходит внутри вашего оборудования!

Если вы готовы начать, давайте приступим.

Как работают камеры? Основы

Если вы посмотрите на гигантские камеры, которыми пользовались пионеры фотографии, а затем посмотрите на последнюю камеру iPhone, вы можете подумать, что у них нет ничего общего.

Но на самом деле основная концепция работы камер не сильно изменилась. Проще говоря, свет, отраженный от объекта, попадает в камеру через отверстие; затем он проецируется на заднюю часть камеры, где регистрируется светочувствительным материалом (будь то цифровой датчик или пленка).

Этот основной процесс остался неизменным с момента изобретения фотографии, хотя детали изменились. Давайте начнем с самого начала, а затем перейдем к современному оборудованию камеры.

Камера-обскура

Источник: Викисклад.

Родоначальником фотокамеры была камера-обскура, впервые созданная в 1545 году на основе принципа, который восходит к 400 году до нашей эры.

Первая камера-обскура представляла собой просто темную комнату с дырой в одной из стен. Все, что находилось за пределами комнаты, проецировалось через дыру на противоположную стену. Поскольку свет распространяется по прямой линии, проекция будет перевернутой, как вы можете видеть на диаграмме выше.

Со временем камера-обскура стала меньше — вместо целых комнат она была сделана из коробок — и использовалась в помощь художникам при рисовании.

Камера-обскура

Источник: Викисклад.

Камера-обскура — это просто коробка с отверстием, которое позволяет свету проецироваться на противоположную сторону, но как только вы добавите светочувствительный материал, у вас получится камера-обскура.

Это простой предмет, который можно создать из обувной коробки (или любой другой коробки), окрашенной в черный цвет. С помощью иглы или булавки проделайте небольшое отверстие, затем поместите негативную пленку или лист фотобумаги сзади, чтобы совместить проецируемое внутри изображение.

По сути, так работает любой фотоаппарат, даже самых последних моделей. Конечно, некоторые элементы эволюционировали, как я объясню в следующем разделе:

Фотокамеры

Основные компоненты DSLR.

Все камеры, старые и новые, работают по одному принципу: свет проходит через отверстие и проецирует изображение на заднюю часть камеры. Но разные модели имеют разные детали, и я не могу вдаваться в все разработки , поэтому, пожалуйста, потерпите меня, поскольку я говорю в общих чертах.

Линзы

В отличие от камер с обскурой, большинство современных камер имеют объектив. Линзы обычно включают в себя несколько стеклянных элементов, преломляющих свет для четкого, сфокусированного изображения.

Качество стекла, способ его расположения и количество стекла внутри объектива могут повлиять на качество конечного изображения. Это одна из причин, почему одни объективы дороже других.

Перемещая стекло объектива, вы можете сфокусировать изображение. А в некоторых (зум) объективах можно еще и фокусное расстояние менять.

Диафрагма

Современные объективы содержат апертуру , отверстие, пропускающее свет. В большинстве камер вы можете контролировать размер диафрагмы, почти так же, как зрачок в наших глазах расширяется или сужается, чтобы пропустить больше или меньше света.

Объективы с более широкой максимальной апертурой стоят дороже и широко известны как светосильные объективы. Обратите внимание, что диафрагма выражается в числах f, например: f/1,8, f/2,8, f/6,3, f/9, f/16 и т. д., где меньшие числа f соответствуют большим диафрагмам.

Затвор

Когда свет проходит через объектив к корпусу камеры, он не просто воздействует на датчик камеры или пленку. Есть барьер, который открывается и закрывается, чтобы блокировать свет или пропускать его, он называется шторкой

.

Большинство жалюзи состоят из двух полотен. Когда вы нажимаете кнопку спуска затвора камеры, чтобы сделать снимок, первая шторка поднимается, открывая датчик или пленку для освещения. По прошествии заданного времени (выдержка ), вторая шторка закрывает матрицу или пленку, и процесс создания изображения останавливается.

Пленка/сенсор

и ISO

Когда свет достигает задней части камеры, он регистрируется пленкой (аналоговые камеры) или сенсором (цифровые камеры).

Я не буду здесь вдаваться в подробности, потому что подробно обсудил это ниже. Однако я вам скажу, что пленки и датчики могут иметь разную чувствительность к свету, называемую ISO (или ASA).

Кстати, ISO — это третий фактор, который нужно учитывать при экспонировании фотографии. ISO вместе с диафрагмой и выдержкой образуют треугольник экспозиции.

Пленочные и цифровые камеры: в чем разница?

В наши дни цифровые фотоаппараты гораздо более популярны, чем пленочные, однако некоторые фотографы по-прежнему предпочитают пленку, а технология более похожа, чем вы думаете.

Основное различие между пленочными и цифровыми камерами заключается в носителе, на котором регистрируется изображение. Цифровые камеры имеют датчик, который сохраняет изображение в виде данных, в то время как в аналоговых камерах используется светочувствительная пленка.

Цифровой фотоаппарат использует один 9Датчик 0010 — когда камера построена, ее нельзя изменить. Но аналоговые камеры предлагают все типы пленок. Вы можете загрузить в традиционную камеру негативную пленку (черно-белую или цветную), слайд-пленку (также известную как обращение цвета и обращение черно-белого изображения) или инфракрасную пленку.

Конечно, прежде чем загрузить аналоговую камеру, вам нужно решить, какой тип пленки вы хотите использовать, насколько она должна быть чувствительна (ISO/ASA) и сколько изображений вы хотите (обычные рулоны пленки предлагают 12 , 24 или 36 кадров).

После этого вы можете внести некоторые изменения, например толкать или тянуть пленку, а также выполнять перекрестную обработку. Однако эти изменения касаются всего ролика, а не отдельной фотографии.

С цифровыми камерами вы можете менять почти все настройки от изображения к изображению: ISO, качество изображения, формат файла, а также цветной или черно-белый снимок.

Фотопленка

бывает разных размеров (35 мм, 120 мм, 4×5 и т. д.). Точно так же вы можете найти различные размеры цифровых датчиков; Я расскажу о них больше в следующем разделе.

Подчеркну, пленка не лучше, чем цифра или наоборот. Это вопрос личных предпочтений, стиля и повествования.

Типы цифровых камер

Фотографы используют множество различных типов камер, но для краткости я пропущу камеры большого и среднего формата и сосредоточусь только на самых распространенных вариантах.

Цифровая зеркальная фотокамера

DSLR означает цифровой однообъективный зеркальный фотоаппарат, который является цифровым аналогом популярной пленочной SLR камеры. В цифровых зеркальных фотокамерах используются сменные объективы, а объективы от зеркальных фотоаппаратов часто подходят для зеркальных фотоаппаратов и наоборот.

Наиболее отличительной чертой DSLR является рефлекторная система, которая позволяет вам видеть именно то, что вы снимаете, через видоискатель. Снаружи камеры вы заметите выступ, под которым находится ряд зеркал. Внутри свет, проходящий через объектив, попадает на зеркало в задней части камеры. Это зеркало расположено под таким углом, что оно отражает свет вверх к пентапризме, где он отражается и достигает видоискателя.

Когда вы нажимаете кнопку спуска затвора на цифровой зеркальной фотокамере, зеркало поднимается, пропуская свет к сенсору. Вот почему во время экспозиции DSLR вы ничего не видите через видоискатель.

Беззеркальные камеры

Как следует из названия, беззеркальные камеры не имеют зеркала перед сенсором.

Беззеркальные камеры

относительно новые, и до последних нескольких лет они считались любительскими, потому что качество не соответствовало качеству зеркальных камер.

В настоящее время беззеркальные камеры имеют полнокадровые сенсоры, как и цифровые зеркальные камеры, поэтому основное отличие заключается в размере — беззеркальные камеры, как правило, намного меньше, чем зеркальные — и в видоискателе. Видите ли, поскольку беззеркальные камеры не имеют зеркала, используемого технологией DSLR, нет «настоящего» изображения в видоискателе; вместо этого беззеркальные камеры более высокого класса предлагают подачу на датчик камеры (чтобы вы могли предварительно просмотреть изображение), в то время как некоторые камеры начального уровня вообще не имеют видоискателя. (В последнем случае вы можете просмотреть изображение на заднем ЖК-экране.)

Оптические видоискатели (DSLR) и электронные видоискатели (беззеркальные) имеют различные преимущества и недостатки. Я не буду вдаваться в подробности здесь, но достаточно сказать, что оба варианта отлично подходят для работы на профессиональном уровне, и вы можете положиться на любой вариант для получения прекрасных результатов.

Мостовые камеры

Камеры

Bridge часто называют «камерами с суперзумом», потому что они обычно имеют широкий диапазон фокусных расстояний — хотя, в отличие от зеркальных фотокамер, вы не можете заменить объектив.

И хотя мостовые камеры сконструированы так же, как зеркальные фотокамеры, у них обычно нет оптического видоискателя.

Матрица часто маленькая, а полнокадровых мостовых камер по сей день нет. Фактически, мостовые камеры находятся на полпути между DSLR и компактными камерами — отсюда и название «мост».

Видеокамеры типа «наведи и снимай»

Камеры

«наведи и снимай», также известные как компактные камеры , могут иметь некоторое ручное управление, но они предназначены для использования в автоматическом режиме, и все они просты в использовании. Вы просто наводите камеру, нажимаете кнопку спуска затвора и делаете снимок.

Камеры типа «наведи и снимай» имеют фиксированный объектив, и хотя они довольно малы по размеру, они стали несколько неактуальными, поскольку камеры смартфонов стали более мощными и популярными.

Сенсоры камеры: зачем они нужны?

В задней части каждой цифровой камеры есть датчик, который регистрирует свет, и вы видите результат в виде цифровой фотографии.

Сенсор камеры представляет собой сетку фотосайтов, которые улавливают фотоны и преобразуют их в значение напряжения. Позже эта информация обрабатывается по-разному в зависимости от типа датчика — в настоящее время это могут быть ПЗС или КМОП, хотя ПЗС становится менее распространенным.

Каждый фотосайт называется пикселей ( sensel — более технический термин, но эта статья предназначена для введения, поэтому я останусь с широко используемым пикселем ).

Когда вы видите, что у камеры 24 мегапикселя, она создает изображения, состоящие из 24 миллионов пикселей. Однако не соблазняйтесь большим количеством пикселей. У вас будут большие изображения, да, но они не обязательно будут лучше. Позвольте мне уточнить.

мегапикселей и качество изображения

Если все датчики камеры работают одинаково, то какая разница? Почему вы должны купить один датчик камеры вместо другого? Основная причина в том, что датчики бывают разных размеров, поэтому разные датчики имеют пиксели разного размера.

Вы когда-нибудь задумывались, почему у некоторых смартфонов 108 Мп, а у профессиональных камер только 30 или 40 Мп? Это потому, что пиксели в этом 108-мегапиксельном смартфоне составляют крошечных , тогда как пиксели в 30-мегапиксельной полнокадровой зеркальной фотокамере намного больше. Большинство людей знают о мегапикселях и думают, что чем больше мегапикселей, тем лучше качество изображения, поэтому производители камер для смартфонов продолжают увеличивать количество пикселей, но это не всегда хорошо.

Как размер сенсора и размер пикселя влияют на вашу фотографию?

• Пиксели большего размера (обычно имеющиеся в датчиках большего размера) имеют лучшую производительность при высоких значениях ISO (хотя обратите внимание, что новые камеры обычно обеспечивают лучшие характеристики при высоких значениях ISO по сравнению со старыми камерами, поэтому небольшой новый датчик может быть лучше, чем большой старый датчик ).
• При высоких значениях ISO маленькие пиксели теряют значительный динамический диапазон.
• Датчики большего размера имеют меньшую глубину резкости, чем датчики меньшего размера, при условии, что изображение имеет одинаковый кадр. Это может быть преимуществом или недостатком в зависимости от ваших потребностей.
• Датчики меньшего размера означают, что вам нужно применять кроп-фактор к объективу, что фактически увеличивает его фокусное расстояние. Например, стандартный 50-мм объектив на полнокадровой камере становится 75-мм телеобъективом на стандартной камере с матрицей APS-C. Опять же, это может быть хорошо или плохо в зависимости от того, что вы хотите снимать.

Размеры датчика

Источник: Викисклад. Размеры датчиков

не являются стандартными, и вы обнаружите, что каждый производитель устанавливает свои собственные правила. Однако вот некоторые категории, которые вы можете использовать в качестве отправной точки:

Средний формат : Датчики такого размера используют только некоторые профессионалы, поэтому я не буду вдаваться в подробности. Однако важно знать, что они существуют. Размеры датчиков варьируются от 43,8 х 32,9 мм до 53,7 х 40,2 мм.

Полный кадр : Эти датчики эквивалентны 35-мм пленке, что составляет 36 x 24 мм. Это стандартный размер профессиональных цифровых зеркальных и беззеркальных камер.

APS-C : их обычно называют датчиками кадрирования , потому что они обрезаны по сравнению с полнокадровыми датчиками. Размер варьируется в зависимости от каждой марки, но многие производители, включая Nikon, Sony и Pentax, используют 23,6 x 15,6 мм, а Canon использует 22,3 x 14,9 мм.

Four Thirds/Micro Four Thirds : этот стандарт был создан Panasonic и Olympus для обеспечения совместимости объективов разных марок. Размер 17,3 х 13 мм.

Датчики

, используемые в мостовых камерах, камерах типа «наведи и снимай» и смартфонах, менее постоянны по размеру, но, как правило, они меньше стандарта Four Thirds.

Как работают камеры: заключительные слова

Как видите, камеры могут быть сложными! Но, надеюсь, теперь вы лучше понимаете, как работают камеры, и знаете, как выбрать камеру самостоятельно.

Теперь к вам:

У вас есть любимый тип камеры? Вы снимаете цифровыми или пленочными камерами? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже!

Как работает камера?

ТЕХНОЛОГИЯ — Изобретения

Задумывались ли вы когда-нибудь…

• Как работает камера?
• Из чего сделана пленка?
• Как вы проявляете пленку в готовую фотографию?

Метки:

Просмотреть все метки

• темная комната,
• разработка,
• желатин,
• светонепроницаемый,
• отрицательный,
• светочувствительный,
• положительный,
• затвор,
• снимок

Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Арианой из AL. Ариана Уондерс , « как работают камеры? «Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Ариана!

Иногда кажется настоящим волшебством запечатлеть момент времени на фотографии. Как именно камера сохраняет этот момент доли секунды для вечности? Давайте взглянем на внутреннюю работу обычной однообъективной зеркальной камеры (SLR).

Камера в основном состоит из светонепроницаемой коробки, которая пропускает немного света в нужный момент. Как только свет попадает в камеру, он создает изображение, вызывая химическую реакцию на фотопленке.

Конечно, зеркальные камеры также могут создавать чисто цифровые изображения без использования фотопленки, но сегодня мы сосредоточимся на традиционном использовании пленки.

Представим, что вы фотографируете свою собаку, играющую в снегу. Когда вы видите, что ваша собака бежит к вам, вы подносите камеру к глазу.

Уличный свет отражается от вашей собаки, попадает в камеру, через объектив и на зеркало. Затем свет отражается от зеркала и попадает в пятигранный кусок стекла, называемый «пентапризмой», и попадает в окуляр.

Наконец, свет проходит через окуляр и попадает в ваш глаз. появится в фильме.

Пока вы держите камеру перед глазами, вы ждете подходящего момента. Ваша собака останавливается на мгновение и щелкает ! У тебя есть шанс.

Когда вы нажимаете кнопку на камере, зеркало откидывается в сторону. Затем свет попадает на заднюю часть камеры, попадает на фотопленку и запускает химическую реакцию.

При нажатии на кнопку вы мгновенно записываете отраженный свет от объектов в поле зрения камеры. Хотя вы, вероятно, не можете этого сказать, пленка состоит из тонкого листа пластика, покрытого крошечными кристаллами серебра в желатине. Кристаллы реагируют на свет, проходящий через камеру на пленку.

После того, как вы сделали снимок, пришло время проявить пленку в фотолаборатории. Процесс проявления включает погружение пленки в несколько химикатов. Специальные химические вещества, называемые «проявителями», помогают изображению стать видимым.

Если вы когда-нибудь рассматривали проявленную пленку на свету, вы могли заметить, что что-то выглядит странно. Проявленная пленка дает вам негативное изображение! Это означает, что темные объекты будут выглядеть светлыми и светлые объекты будут казаться темными

Когда придет время печатать фотографию, необходимо посветить через негативную пленку светом.Это создает тень на специальной светочувствительной бумаге, оставляя изображение, противоположное негативу — позитивный отпечаток! Наконец-то у вас есть фотография.

Интересно, что дальше?

Чудо завтрашнего дня можно считать самой вкусной головной болью. Я кричу, ты кричишь… о, какая головная боль от мороженого!

Попробуйте

Готовы произвести первое впечатление? Даже без фотоаппарата можно сделать фото, используя свет комнатных ламп или даже солнечные лучи.

Поэкспериментируйте, поместив различные предметы на специальную светочувствительную бумагу, чтобы выяснить, какие интересные и красивые узоры можно получить на отпечатках, сделанных с помощью солнечной энергии. Посетите веб-сайт Sunprint.org, чтобы узнать, как купить эту специальную бумагу, получить больше предложений о развлечениях с использованием этой бумаги и посетить галерею, чтобы увидеть произведения искусства других людей.

Получил?

Проверьте свои знания

Wonder Words

• Shutterbug
• снимок
• вечность
• светонепроницаемый
• пентапризма
• окуляр
• мгновенно
• желатин
• темная комната
• разработка
• отрицательный
• положительный
• светочувствительный

Примите участие в конкурсе Wonder Word

Оцените это чудо

Поделись этим чудом

×

ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО

Подпишитесь на Wonderopolis и получайте Wonder of the Day® по электронной почте или SMS

Присоединяйтесь к Buzz

Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции.

Как работает фотоаппарат: Принцип работы фотоаппарата, как работает фотокамера