Принцип работы цифровой камеры: Анатомия цифровой камеры: Что у нее внутри?

Содержание

Анатомия цифровой камеры: Что у нее внутри?

Объектив

С увеличением качества сенсора и приближением его разрешающей способности к пленке наиболее важным для получения хорошей фотографии компонентом камеры становится объектив. К счастью, относительно высокая цена «цифровиков» позволяет большинству изготовителей не экономить на оптике. К тому же, формат кадра у цифрового фотоаппарата обычно значительно меньше, чем у пленочного, так что и оптика требуется более скромных размеров, а значит, и более дешевая. Поэтому компактным цифровым камерам зачастую достаются объективы с приличным качеством и хорошей светосилой. Многие именитые изготовители электроники, не имеющие собственного опыта разработки объективов, выпускают «цифровики» с оптикой известных фирм. К примеру, Panasonic ставит объективы от Leica, Sony — от Сarl Zeiss, Fuji — от Nikon, а Casio — от Canon. Одним из основных параметров объектива является фокусное расстояние: от него зависит угол зрения и увеличение объектива. С легкой руки фирмы Leitz, вот уже более чем полвека большинство фотографов снимают на 35-миллиметровые камеры и давно уже привыкли к фокусным расстояниям объективов, рассчитанных на формат кадра 24x35. Так, объективы с фокусным расстоянием 50 мм имеют угол зрения как у человеческого глаза. 28−35 мм — классические широкоугольные объективы, удобные для съемки пейзажей, а также устанавливаемые на большинство «мыльниц». 85−135 мм — длиннофокусные объективы, наиболее подходящие для портретов. 300−500 мм — телевики, обычно используемые для удаленной съемки футбола, диких животных и важных персон. Как уже упоминалось, формат кадра цифровых камер значительно меньше, поэтому и фокусные расстояния там фигурируют совсем другие. Но чтобы не создавать путаницы, изготовители часто указывают аналог фокусного расстояния для 35-миллиметрового кадра. Например, настоящее фокусное расстояние зума у Minolta Dimage 7 — от 7,2 до 50,8 мм, а аналогичный объектив для 35 мм имел бы фокусное расстояние от 28 до 200 мм (то есть, по сравнению со стандартным объективом 50 мм, он обеспечивает четырехкратное увеличение и почти двукратное уменьшение изображения).

Многие изготовители встраивают в камеру функцию «цифрового зума» — попросту, возможность взять кусок изображения из центра матрицы и «растянуть» его до размера всего кадра в процессе цифровой обработки. Как и в случае интерполяционного увеличения разрешения камеры, практическая полезность такой функциональности весьма невелика, ведь любой графический редактор справится с этим ничуть не хуже камеры. Профессиональные цифровые камеры допускают установку сменных объективов со своих пленочных аналогов. Однако сенсоры с размером полноценного пленочного кадра (24x35 мм) появились лишь недавно, да и стоят ощутимо дорого даже для профессиональной техники. До недавнего времени в большинство зеркалок устанавливали матрицы размером 15x22 мм, так что фокусное расстояние обычных объективов автоматически увеличивалось в 1,6 раза. Что, с одной стороны, даже неплохо, потому как делало более доступными дальнобойные телевики, но, с другой стороны, практически лишало фотографов «сверхширокоугольных» объективов.

Пленка не сдается

Несмотря на многочисленные плюсы цифровой фотографии, пленка все еще не окончательно сдала свои позиции. Скорострельность и время реакции на спуск затвора даже у профессиональных цифровых камер не могут сравняться с многими пленочными моделями любительского уровня. В некоторых условиях старые механические камеры оказываются единственным решением, так как не требуют зарядки. А если вы едете в путешествие с цифровой камерой, вам придется подумать не только о том, где и от чего ее заряжать, но и о ноутбуке или хорошем запасе недешевых цифровых носителей, чтобы было где складировать отснятые кадры. Если вы продвинутый фотолюбитель, то цифровая техника обеспечивает для вас далеко не лучшее отношение «цена — качество». Покупая даже хорошую цифровую камеру (около $1000), вы вынуждены довольствоваться несменным объективом и серьезными неудобствами ручной фокусировки. В то время как за те же деньги могли бы купить весьма серьезную пленочную «зеркалку» с парой неплохих объективов.

И все же рано или поздно «цифра» победит — победят оперативность получения снимков, отсутствие затрат на пленку и неудобств, связанных с ее проявкой, компактность и надежность камеры (ведь можно обойтись без механического затвора и прыгающего зеркала). А главное — победит возможность обрабатывать и печатать свои снимки самому, без всех неудобств, связанных с фотохимическим процессом, и не прибегая для этого к помощи «минилабов».

Принцип работы цифрового фотоаппарата: фиксация изображения

Цифровое изображение создается в момент отражения источника света от объекта. Некоторая часть света поглощается самим объектом, остальная же проникает к объективу камеры. Триллионы частичек света – фотоны - ведущие себя подобно волнам, попадают на линзу. Количество линз в объективе может варьироваться от 4-х и до 20-ти, это зависит от конструкции объектива. Линзы могут перемещаться синхронно или по отдельности, в зависимости от способа съемки, фокусного. Эффект дрожания камеры, возникающий при нестабильном положении, можно убрать как раз с помощью сдвига элементов объектива.

Самые простые объективы - те, у которых фиксированный фокус (т.е. фокусное расстояние не изменяется). Они фокусируют изображение на сенсор только одним способом. Только дополнительные элементы могут усложнить функции объектива, которые будут позволять корректировку изображения путем изменения фокусного расстояния. В любом случае цель у объектива одна – собрать лучи в четко сфокусированную позицию на сенсоре камеры.

Еще десять лет назад про сенсоры ничего не знали, в фотоаппараты вставлялась пленка, которая содержала вещество, чувствительное к свету. С появлением более современных технологий пленка ушла в далекие 90-е годы, а на смену ей пришел светочувствительный сенсор.

В современной электронике используют несколько видов сенсоров. Наиболее распространенными являются CCD (charge coupled device — прибор с зарядовой связью, ПЗС) и CMOS (complementary metal oxide semiconductor — комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, КМОП).

В принципе достаточно понимать, что сенсор – это набор строк и столбцов, состоящий их крохотных диодов. Ну а дальше чистая физика - при столкновении фотонов с диодами образуется электрон. Для создания яркого, насыщенного изображения необходимо чтобы максимально большое количество фотонов достигло ячеек диодов, а созданные электроны в свою очередь насытят пиксели фокусируемого изображения.

Чувствительность сенсора определяет минимальное число фотонов, необходимое для регистрации изображения. Сенсоры с очень большой чувствительностью требуют наличия всего нескольких фотонов, что позволяет делать изображение с минимальным количеством света. При настройке параметров ISO (например, меняете значение с ISO200 на ISO800) в цифровом фотоаппарате вы указываете минимальный пропускной порог фотонов для конкретного пикселя при регистрации изображения. Эффект зернистого шума возникает при высоких параметрах ISO. Также может возникнуть фиксация интерференции электронов или другая, не относящаяся к изображению информация, но это происходит только при большой чувствительности сенсора.

Отсюда делаем вывод, что чем больше чувствительность сенсора, тем больше шума.

КМОП-сенсоры в среднем шумят меньше, но вследствие своей конструкции имеют не совсем точную цветопередачу. ПЗС сенсоры, наоборот, дают очень интересный цвет, но ощутимо сильнее шумят и стоят заметно дороже. В течение довольно продолжительного времени КМОП использовался для производства бюджетных фотокамер, сканеров и т.п, а ПЗС – для дорогих фотоаппаратов, в первую очередь – полупрофессиональных и профессиональных зеркальных. Сегодня практически все фотоаппараты, включая дорогие модели выпускаются с КМОП-сенсорами. – это связано со значительным улучшением их характеристик. Последним массовым зеркальным фотоаппаратом с ПЗМ сенсором был Nikon D3000. Что касается зеркалок Canon, все они, начиная с Canon EOS 300D, оснащались КМОП сенсорами, имевшими посредственную цветопередачу, но при этом весьма шумными по причине высокого разрешения. Эта проблема была решена только в фотоаппарате Canon EOS 550D.


Принципы работы цифровых фотоаппаратов

Устройство  цифровых  фотоаппаратов 

Совершенствование системы всегда имело целью получение изображения как можно более детализированного, соответствующего объекту съемки по распределению яркости и цветопередаче и отвечающего, кроме прочего, желанию фотографа. Объектив, пленка, коробка и затвор определяют требуемое качество изображения, а для реализации стремлений фотографа служит видоискатель и система управления фокусировкой и выдержкой. Рутинную деятельность по выбору и отработке экспозиции и фокусировки с успехом выполняет автоматика современной камеры, снимающему остается лишь указать автоматике, на что фокусироваться, и выбрать программу, соответствующую представлениям фотографа о «правильной экспозиции и фокусировке» для конкретной ситуации. Когда на место пленки в фильмовый канал фотоаппарата установили чувствительную матрицу, началась цифровая фотография. Были использованы опыт и технологии конструирования пленочных фотоаппаратов. 

При беглом взгляде на камеру можно увидеть: линзу объектива, глазок видоискателя, встроенную вспышку, органы управления (множество кнопок и переключателей), отсек разъёмов, отсек элементов питания. А теперь о каждом элементе подробнее.
   

 

  Объективы многих камер при выключенном питании полностью погружаются в корпус камеры и выезжают из него при включении. Небольшой удар по нему во включенном положении может вывести камеру из строя. 

Другой элемент объектива, с которым нужно быть крайне осторожным вне зависимости от конструкции фотоаппарата, -это передняя линза. Её необходимо крайне тщательно оберегать от контакта с любыми предметами, способными выпачкать либо поцарапать поверхность. От чистоты линзы напрямую зависит качество изображения на снимках, его резкость.  

Зумируемый объектив очень похож на аналогичный объектив плёночной камеры, однако если внимательно посмотреть на него, можно заметить, что у цифровой камеры он немного меньше, да и его фокусное расстояние значительно уменьшилось-8-16 мм вместо 35-70 мм. Причина этого - небольшой размер светочувствительной матрицы в сравнении с кадром на плёнке. Диагональ светочувствительной поверхности матрицы многих любительских цифровых фотоаппаратов чуть меньше 10мм, а диагональ кадра на обычной фотоплёнке равна 43мм. Поэтому фокусное расстояние объективов цифровых камер значительно меньше, чем у плёночных. Однако угол, под которым фотоаппарат «видит» предметы, при этом останется прежним. 

     

    
Диафрагма
и затвор камеры, как правило, располагаются внутри объектива. Состоящая из нескольких лепестков диафрагма, закрываясь, уменьшает диаметр отверстия, через которое свет проходит на матрицу. Благодаря этому уменьшается количество прошедшего света, предотвращается излишняя засветка матрицы, снимки получаются хорошими независимо от того, насколько ярко освещён объект съёмки.  

Рядом расположен затвор. Открываясь и закрываясь, он так же, как и диафрагма, способен изменять количество упавшего на матрицу света. Но работает он несколько иначе, чем затвор плёночного фотоаппарата. Затвор плёночной камеры всегда находится в закрытом положении и открывается лишь на короткий миг, в момент съёмки. А вот затвор цифровой камеры, как правило, открыт. Свет, прошедший сквозь объектив, непрерывно попадает на матрицу.

Подробнее о том, как происходит фиксация изображения в цифровых фотоаппаратах >>>
   

Под крышкой располагается один или несколько элементов питания. Прежде чем открыть эту крышку, необходимо убедиться в том, что камера не производит запись информации на карту памяти, и ее питание выключено. Снимки сначала попадают в оперативную память и только после этого записываются на карту памяти. Скорость копирования информации на карту памяти значительно ниже, чем в ОЗУ, и может занять несколько десятков секунд. Поэтому некорректное завершение обращения к карте памяти может привести к повреждению всей информации на карте памяти. Специальный индикаторный светодиод, как правило, информирует фотографа о том, что происходит обращение к карте памяти. Следовательно, в момент открытия отсека элементов питания все светодиоды камеры должны погаснуть.

Все типы элементов питания, используемые в цифровых камерах, можно условно разделить на 2 группы. К первой группе можно отнести те камеры, в которых используются элементы питания АА (пальчиковые батарейки - по народному). Ко второй группе следует отнести все камеры, питающиеся от аккумуляторов фирменного формфактора. Если в камере используется аккумулятор фирменного формфактора (отличающийся по форме от разовых элементов питания), то, скорее всего, это литиевый аккумулятор. Такой аккумулятор вы можете заряжать, не дожидаясь его полной разрядки. За 1,5-2 часа, перед тем как отправиться на съемку, смело ставьте его на зарядку, не обращая внимание на уровень заряда.
   

Одни производители предполагают возможность зарядки аккумулятора непосредственно внутри камеры, при ее подключении к сети. Другие комплектуют камеру специальным зарядным устройством. Независимо оттого, каким образом заряжается аккумулятор вашей камеры, зарядное устройство будет автоматическим, оно исключит перезарядку и порчу аккумулятора. О степени зарядки аккумулятора можно судить по состоянию индикаторного светодиода, который гаснет или меняет цвет в тот момент, когда аккумулятор полностью заряжен.
   

В особом отсеке располагается карта памяти. По своей сути карта памяти - это одна или несколько микросхем, расположенных в небольшом пластмассовом корпусе. При установке карты в камеру к ней подключается от 50 до 9 электрических контактов, по которым движутся электрические сохраняемые в ячейках памяти. Загрязнение контактов или небольшое несоответствие их размеров может привести к временной неработоспособности карты. Исправить ситуацию вы можно протерев контакты карты плотной тканью.

Перед заменой карты памяти желательно дождаться завершения процесса записи информации и выключить питание фотоаппарата. Для извлечения карт памяти Secure Digital, Memory Stick, xD - Picture Card достаточно немного нажать на саму карту, после чего пружина вытолкнет ее наполовину. При замене карты CompactFlash для этого необходимо нажать на специальную кнопку один или два раза.

  
С извлеченной картой нужно быть крайне осторожны. Являясь электронным устройством, карта памяти боится влаги, механических повреждений и зарядов статического напряжения.

Большинство производителей гарантирует сохранность записанной на карту памяти информации в течение более чем 10 лет. Но хранить снимки на карте достаточно глупо, слишком уж дороги они сегодня.
   

Для управления различными функциями фотоаппарата на его корпусе расположены органы управления  множество различных кнопок, переключателей, селекторов и т.п. Их количество, конструкция и назначение различно для разных моделей фотоаппаратов. Но есть такие, которые имеются практически у всех камер. Это кнопка включения, кнопка спуска, мультиселектор, кнопка «MENU», клавиша зумирования и кнопка включения режима просмотра. Цифровой фотоаппарат - это электрический прибор, а значит, у него обязательно есть кнопка включения питания.    
   

На задней панели фотоаппарата расположен жидкокристаллический монитор, на котором во время съёмки можно визировать изображение, делать те или иные установки, просматривать сделанные снимки. При сильном увеличении можно увидеть, что поверхность монитора покрыта мельчайшими прямоугольниками синего, зелёного и красного цветов. Перед каждой цветной ячейкой расположен жидкокристаллический затвор. В обычном положении затвор прозрачен, а при подаче на его контакты напряжения он теряет прозрачность, становится чёрным. С внутренней стороны монитора располагается один или несколько источников белого цвета. От их характеристики зависит яркость и равномерность освещения монитора. Таким образом, если на все зелёные и красные ячейки подать напряжение, монитор будет светиться синим цветом, ведь свет подсветки будет проходить через синие ячейки монитора. Синтез всех других цветов будет осуществляться согласно аддитивному принципу.

Познакомившись c устройством монитора, можно догадаться, почему он потребляет много электроэнергии, и для чего его стоит иногда выключать. При выключенном мониторе фотограф должен знать о наиболее важных установках камеры, количестве оставшихся кадров и т.п. Для этих целей многие фотоаппараты оснащаются жидкокристаллическими дисплеями. Принцип работы дисплея схож с принципом работы ЖК монитора. Главными отличиями будут отсутствие цветных фильтров (изображения на дисплее монохромное, чёрно-белое) и отсутствие подсветки.

Жидкокристаллический дисплей служит для отображения самых важных настроек камеры. На дисплее можно увидеть изображение снимаемых объектов, он предназначен исключительно для отображения цифр и знаков. У многих любительских фотоаппаратов он отсутствует, но является обязательным элементом конструкции у профессиональных и полупрофессиональных камер.

На дисплее отображаются самые необходимые настройки и состояние камеры: режим работы, количество оставшихся кадров, степень сжатия, разрешение и многое другое. Подсветка дисплея позволяет видеть информацию на нем в вечернее время, но, к сожалению, существует она не у всех фотоаппаратов, оснащенных дисплеем.
   

На корпусе фотоаппарата можно найти от одного до 4~5 разъемов. Это могут быть гнезда для подключения: сетевого адаптера (внешнего источника питания), аудио/видеовыход для подключения к телевизору или видеомагнитофону, USB разъем для подключения к ПК, синхроконтакт для подключения внешних вспышек, универсальный разъем для подключения к док-станции и разъем пульта дистанционного управления (электронного спускового тросика). Для того чтобы контакты разъемов не загрязнялись, они прикрываются специальными крышками. Единого стандарта разъемов не существует.
   

Индикаторные светодиоды - это небольшие цветные «лампочки», расположенные на корпусе фотоаппарата. Как правило, они располагаются рядом с оптическим видоискателем либо рядом с отсеком карты памяти. Разный цвет, мигание и горение светодиодов информирует фотографа о состоянии камеры. Светодиоды информируют о таких процессах, как запись информации на карту памяти, готовность фотовспышки к съемке, точности фокусировки.

Практически все цифровые фотоаппараты оснащены встроенной фотовспышкой. У одних она расположена на передней панели, у других спрятана в верхней панели. Открытие и включение вспышки в этом случае может осуществляться как автоматически, так и вручную. Стоит обратить внимание на расстояние между рефлектором вспышки и объективом. Согласно законам физики чем меньше это расстояние, тем выше вероятность появления «красных глаз» на снимках. Кроме того, вспышки разных фотоаппаратов могут немного отличаться яркостью импульса.

В цифровых фотоаппаратах получили распространение четыре типа видоискателей: ЖК монитор, электронный (EVF), оптический параллаксный и зеркальный. Визировать изображение по ЖК монитору очень удобно. Кроме изображения на нем могут отображаться параметры съемки, вспомогательные линии кадрирования, гистограмма и другая полезная информация. Дополнительные удобства предоставляют пользователю цифровые фотоаппараты с возможность поворота монитора в разные стороны. Такая конструкция делает более удобной съемку с верхних и нижних точек, упрощает съемку автопортрета. Но есть у ЖК монитора и свои недостатки. Изображение на нем достаточно мелкое, по нему трудно судить о точности фокусировки. Когда на монитор падает яркий солнечный свет, различить изображение на нем очень трудно. Плохо различимо, но уже по другой причине изображение при съемке вечером или ночью. Большое потребление электроэнергии также заставляет в некоторых случаях отказаться от использования монитора в качестве видоискателя.

Электронный видоискатель - это по своей сути тот же ЖК монитор, только расположен он внутри камеры, за положительной линзой (аналогичный видоискатель имеют практически все видеокамеры). На расположенный внутри камеры монитор не падают лучи света, а значит, изображение на нем всегда яркое. Другие недостатки ЖК мониторов остались присущи и электронным видоискателям. Такими видоискателями оснащаются полупрофессиональные камеры и фотоаппараты, имеющие объективы с очень широким диапазоном зумирования.

Оптический параллаксный видоискатель представляет собой конструкцию из нескольких линз и располагается рядом с объективом. Такой видоискатель не потребляет электроэнергии, изображение в нем всегда хорошо различимо. Ведь, по сути, вы смотрите на объект съемки через небольшое отверстие в камере. Только вот никаких параметров съемки в этот видоискатель вы не увидите, да и границы кадра, видимые в видоискатель, будут отличаться от полученных на фотографиях. Таким видоискателем оснащено более 80 процентов цифровых любительских фотоаппаратов.

Зеркальный видоискатель совмещает в себе достоинства всех конструкций! Визирование осуществляется через объектив фотоаппарата, а значит, изображение максимально соответствует тому, которое вы получите на фотографии. ЖК табло отображает важные параметры съемки в видоискателе и потребляет очень мало электроэнергии. Только вот при этом конструкция видоискателя усложняется и получается немного громоздкой. Поэтому подобные видоискатели — достоинство профессиональных камер со сменной оптикой

На главную | Предпосылки изобретения фотографии | Камера-обскура | Первые снимки в мире | Дальнейшее развитие светописи 
  Аналоговые фотоаппараты | Получение изображения аналоговым фотоаппаратом  | Цифровые фотоаппараты
Фиксация изображения цифровым фотоаппаратом |  История цифровой пленки | Информационные источники

Как работает цифровой фотоаппарат

© 2014 Vasili-photo. com

Для полного контроля над процессом получения цифрового изображения необходимо хотя бы в общих чертах представлять себе устройство и принцип работы цифрового фотоаппарата.

Единственное принципиальное отличие цифровой камеры от плёночной заключается в природе используемого в них светочувствительного материала. Если в плёночной камере это плёнка, то в цифровой – светочувствительная матрица. И как традиционный фотографический процесс неотделим от свойств плёнки, так и цифровой фотопроцесс во многом зависит от того, как матрица преобразует свет, сфокусированный на неё объективом, в цифровой код.

Принцип работы фотоматрицы

Светочувствительная матрица или фотосенсор представляет собой интегральную микросхему (проще говоря, кремниевую пластину), состоящую из мельчайших светочувствительных элементов – фотодиодов.

Матрица фотоаппарата Nikon D4

Существует два основных типа сенсоров: ПЗС (Прибор с Зарядовой Связью, он же CCD – Charge-Coupled Device) и КМОП (Комплементарный Металл-Оксид-Полупроводник, он же CMOS – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Матрицы обоих типов преобразовывают энергию фотонов в электрический сигнал, который затем подлежит оцифровке, однако если в случае с ПЗС матрицей сигнал, сгенерированный фотодиодами, поступает в процессор камеры в аналоговой форме и лишь затем централизованно оцифровывается, то у КМОП матрицы каждый фотодиод снабжён индивидуальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и данные поступают в процессор уже в дискретном виде. В целом, различия между КМОП и ПЗС матрицами хоть и принципиальны для инженера, но абсолютно несущественны для фотографа. Для производителей же фотооборудования имеет значение ещё и тот факт, что КМОП матрицы, будучи сложнее и дороже ПЗС матриц в разработке, оказываются при этом выгоднее последних при массовом производстве. Так что будущее, скорее всего, за технологией КМОП в силу чисто экономических причин.

Фотодиоды, из которых состоит любая матрица, обладают способностью преобразовывать энергию светового потока в электрический заряд. Чем больше фотонов улавливает фотодиод, тем больше электронов получается на выходе. Очевидно, что чем больше совокупная площадь всех фотодиодов, тем больше света они могут воспринять и тем выше светочувствительность матрицы.

К сожалению, фотодиоды не могут быть расположены вплотную друг к другу, поскольку тогда на матрице не осталось бы места для сопутствующей фотодиодам электроники (что особенно актуально для КМОП матриц). Восприимчивая к свету поверхность сенсора составляет в среднем 25-50 % от его общей площади. Для уменьшения потерь света каждый фотодиод накрыт микролинзой, превосходящей его по площади и фактически соприкасающейся с микролинзами соседних фотодиодов. Микролинзы собирают падающий на них свет и направляют его внутрь фотодиодов, повышая таким образом светочувствительность сенсора.

Основа любой фотографии – свет. Он проникает в камеру через объектив, линзы которого формируют изображение предмета на светочувствительной матрице. При нажатии на кнопку спуска затвор камеры открывается (как правило, на доли секунды) и происходит экспонирование кадра, т. е. освещение матрицы потоком света заданной интенсивности. В зависимости от желания получить светлый или тёмный снимок, может потребоваться различное количество света, т.е. различная экспозиция.

По завершении экспонирования электрический заряд, сгенерированный каждым фотодиодом, считывается, усиливается и с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается в двоичный код заданной разрядности, который затем поступает в процессор фотоаппарата для последующей обработки. Каждому фотодиоду матрицы соответствует (хоть и не всегда) один пиксель будущего изображения.

Разрядность определяет количество оттенков, т.е. градаций яркости для каждого пикселя. Чем выше разрядность, тем более плавные тональные переходы способна запечатлеть камера. Большинство цифровых зеркальных камер способно сохранять 12 или 14 бит информации для каждого пикселя. 12 бит означает 212=4096 оттенков, а 14 бит – 214=16384 оттенка.

Динамический диапазон

Под динамическим диапазоном матрицы подразумевают отношение между максимальным уровнем сигнала фотодиодов и уровнем фонового шума матрицы, т. е., по сути, – отношение между максимальной и минимальной интенсивностью света, которые матрица способна воспринять.

Чем больше фотонов способен уловить фотодиод до того, как он достигнет насыщения, тем большим динамическим диапазоном будет обладать сенсор в целом. Ёмкость фотодиодов пропорциональна их физическому размеру, а потому, при прочих равных условиях, фотоаппарат с бо́льшей матрицей, а значит, и с более крупными фотодиодами, будет обладать большим динамическим диапазоном и меньшим уровнем шума.

Кроме того, бо́льшая матрица обычно означает более высокое максимальное значение чувствительности ISO для конкретной модели фотоаппарата. Ведь повышение ISO в цифровой камере – это всего лишь усиление электрического сигнала непосредственно перед его оцифровкой. Естественно, что вместе с полезным сигналом усиливается и шум, а значит, матрица с большим отношением сигнал/шум обеспечивает более чистую картинку при высоких значениях ISO.

Формирование цветного изображения

Возможно, некоторые из читателей уже заметили, что матрица цифрового фотоаппарата в том виде, в каком она описана выше, способна воспринимать лишь чёрно-белое изображение. Совершенно верно. Фотодиод регистрирует лишь интенсивность освещения (по принципу один фотон – один электрон), но не имеет возможности определить цвет, зависящий от длины световой волны или, иначе говоря, от энергии конкретных фотонов.

Чтобы решить эту проблему, каждый из фотодиодов снабжается светофильтром красного, зелёного или синего цвета. Красный светофильтр пропускает лучи красного цвета, но задерживает синие и зелёные лучи. Аналогичным образом ведут себя зелёный и синий светофильтры, пропуская лучи только своего цвета. В результате каждый фотодиод становится восприимчив лишь к ограниченному спектру световых волн.

Цветные светофильтры, покрывающие фотодиоды, образуют узор или мозаику, называемую массивом цветных фильтров. Существует множество вариантов взаимного расположения светофильтров, но в большинстве цифровых камер используется т.н. фильтр Байера, состоящий на 25 % из красных, на 25 % из синих и на 50 % из зелёных элементов. Вдвое большее количество зелёных светофильтров используется потому, что человеческий глаз обладает повышенной чувствительностью именно к световым лучам зелёного цвета, из-за чего неточность в передаче зелёного канала на фотографии особенно заметна.

Полученное с помощью массива цветных фильтров изображение не является в полной мере цветным, ведь каждый фотодиод сообщает процессору камеры информацию лишь об одном из основных цветов: красном, зелёном или синем. Недостающая цветовая информация для каждого пикселя восстанавливается в процессе дебайеризации. Процессор фотоаппарата анализирует данные из расположенных по соседству элементов и, используя хитроумные алгоритмы интерполяции, рассчитывает значения красного, зелёного и синего цвета для каждого пикселя, получая в конечном итоге полноцветное RGB изображение.

Печально, но платой за цвет является трёхкратное снижение чувствительности матрицы, поскольку, при использовании фильтра Байера, световой поток, достигающий каждого фотодиода, ослабляется светофильтром примерно втрое. Кроме того, страдает резкость изображения. Заявленное производителем разрешение матрицы отражает её, так сказать, чёрно-белое разрешение, в то время как цветное изображение формируется посредством интерполяции соседних пикселей, что несколько размывает картинку.

Также матрицы с массивом цветных фильтров ведут себя из рук вон плохо в условиях монохромного освещения. Например, при свете натриевых ламп низкого давления полноценно работают только красные фотодиоды. Зелёные получают минимум света, а синие и вовсе не воспринимают никакой информации. В результате фотография выходит довольно зернистой даже при умеренных значениях ISO, поскольку изображение приходится восстанавливать почти исключительно на основании красных пикселей, которых на матрице всего 25 %.

Существуют альтернативные подходы к получению цветного изображения вроде трёхматричных систем 3CCD или трёхслойных фотосенсоров Foveon X3, однако и они не лишены недостатков и по распространённости значительно уступают матрицам с фильтром Байера.

Предварительная фильтрация света

Поверх фильтра Байера и микролинз сенсор накрыт дополнительным фильтром, прозрачным для видимого света, но непроницаемым для инфракрасных лучей. Необходимость в ИК фильтре продиктована высокой чувствительностью матрицы не только к видимому, но также и к инфракрасному излучению. ИК фильтр отсекает световые лучи с длиной волны свыше 700 нм и приводит диапазон частот, воспринимаемых фотосенсором, в соответствие с чувствительностью человеческого глаза.

Для съёмки же в инфракрасном диапазоне выпускаются специальные камеры без ИК фильтра.

К ультрафиолетовому излучению (с длиной волны меньше 400 нм) сенсор цифрового фотоаппарата практически не восприимчив, и потому в специальном УФ фильтре не нуждается.

Помимо фильтра, задерживающего инфракрасное излучение, фотосенсор часто снабжается ещё и т.н. оптическим фильтром нижних частот или сглаживающим фильтром, задача которого состоит в лёгком размытии изображения. Дело в том, что если снимаемый объект имеет области с мелкими деталями, размер которых сопоставим с размерами фотодиодов матрицы, то при оцифровке изображения возможно появление неестественно выглядящих артефактов вроде муара. Фильтр нижних частот сглаживает мельчайшие детали изображения, т.е. снижает частоту исходного аналогового сигнала до уровня, не превышающего частоту дискретизации. Это позволяет уменьшить риск возникновения артефактов оцифровки ценой незначительного снижения резкости конечного снимка.

Чем выше разрешение цифрового фотоаппарата, тем меньше необходимость в сглаживающем фильтре, и потому в последнее время всё чаще выпускаются модели без оного. При разрешении матрицы свыше 15-20 мегапикселей аберрации объектива и дифракция на отверстии диафрагмы обеспечивают естественное и неизбежное размытие изображения, что делает намеренное ухудшение резкости с помощью фильтра нижних частот излишним.

***

Теперь вы знаете, как работает цифровая камера, и обладаете достаточным представлением об определённых технических слабостях цифровой фотографии на настоящем этапе её развития. Само собой разумеется, что сведения эти дополняют, но ни в коем случае не заменяют глубокое и всестороннее понимание экспозиции.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Желаю удачи!


  Дата публикации: 22.01.2014

Вернуться к разделу "Матчасть"

Перейти к полному списку статей


Устройство цифровой фотокамеры | Бодяев Дмитрий

 

И так как же устроена цифровая фотокамера и почему она не просто фотокамера, а еще и цифровая.

Да раньше в эпоху пленки фотоаппараты называли просто фотоаппаратами или фотокамерами, но с приходом цифровых технологий в фотографию появилась потребность разделять цифровые и пленочные камеры, чтобы не путать технологии.

В данной статье мы поговорим об устройстве именно цифровых камер.

Внешне цифровые камеры очень похожи на пленочные. Связано это с тем, что в пленочных камерах была хорошо отработана основная схема расположения органов управления и функционально важных элементов конструкции. Настолько удачно, что оказалась наиболее актуальной и для цифровых камер, хотя внутри различия существенные, но родство все равно прослеживается.

Если мы взглянем на камеру, то без труда заметим два основных элемента, из которых она состоит.

Это тушка, в которой, и на которой располагаются органы управления, и ряд деталей которые осуществляют процесс фотографирования. Собственно тушка это и есть фотокамера.

И объектив, он собирает по средствам системы линз попадающий в него свет и направляет его в тушку, где свет проходит дальнейшую обработку.

У объектива тоже есть свои органы управления, но в современных камерах объективом можно управлять непосредственно с камеры. Объективы бывают съемные, которые можно заменять в зависимости от поставленных задач, а бывают постоянные, намертво прикрепленные к камере. Как правило, производитель старается, чтобы постоянные объективы были наиболее универсальными, и могли выполнять как можно больший круг задач. А сменные объективы предназначены для выполнения более узкой специализации, то есть фотограф вынужден иметь несколько объективов, чтобы расширить функциональные возможности камеры.

Считается, что чем универсальнее инструмент, тем хуже он выполняет каждую отдельную задачу, и соответственно, инструмент, заточенный на выполнение более узкой задачи, выполняет ее с наибольшим качеством.

Крепятся сменные объективы к камере по средствам так называемого байонета, у каждого производителя свой байонет, и даже часто камеры одного производителя, но разных серий различаются байонетами. Когда байонеты на объективе и камере разные их можно соединить по средствам переходников.

Что же у нас в тушке,

Ну, золотого яйца там нет, зато есть много деталей, которые выполняют различные функции во время фотографирования.

 

Матрица

Начнем с фото матрицы, именно она запечатлевает снимок, то есть преобразует световой сигнал в электрический.

Установлена она у задней стенки тушки, позади объектива, и ее центр совпадает с его оптической осью, свет, проходя через объектив, падает на матрицу, которая его фиксирует.

Матрицы бывают двух типов, ПЗС и КМОП. Что это такое, ПЗС-сенсор (прибор с зарядовой связью, по-английски CCD — Charge-Coupled Device), а КМОП-сенсор (комплементарный металл-оксид-полупроводник, по-английски CMOS — Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor)

Так вот, в ПЗС матрицах информация считывается последовательно от пиксела к пикселу. А в КМОП матрицах с каждого пиксела отдельно. Способ считывания применяемый на КМОП матрицах, более прогрессивный, камеры с такими матрицами потенциально более быстрые, больше возможностей для экспонирования, и ряд других преимуществ.

Матрицы ПЗС прошли более долгий путь и используются с 70 годов прошлого века автоматические станции Венера 9 и Венера 10 в 1975 году сделали первые снимки с поверхности Венеры с помощью оборудования, оснащенного матрицами изготовленными именно по данной технологии. Когда-то данные сенсоры были абсолютными лидерами и ставились почти на все фотокамеры. Но в силу конструктивных особенностей, последовательное считывание, вносивших ограничения для дальнейшего развития данной технологии, этот тип матриц стал утрачивать позиции. И с развитием новых технологий позволившим матрицам КМОП достичь уровня технологий ПЗС, а по некоторым позициям даже превзойти последние, ПЗС матрицы все реже используются в фототехнике.

По мнению многих экспертов матрицы КМОП выбиваются в лидеры и все больше производителей используют именно сенсоры, работающие по данной технологии.

Еще матрицы бывают полно кадровые и кропнутые (обрезанные). Полнокадровые соответственно больше, кропнутые меньше, чем больше физический размер матрицы, тем лучше качество фотографии. Но камеры с кропнутой камерой стоят в разы дешевле, а качество фотографии часто не на столько хуже, чтобы отказываться от использования фототехники с данным типом матриц. Многие профессиональные фотографы используют кропнутые фотоаппараты специально и сознательно потому что у кроп матриц есть свои достоинства которые можно и нужно использовать. О различиях достоинствах и недостатках кропнутых и полнокадровых матриц мы поговорим в другой раз.

 

Процессор фотоаппарата.

Все процессы, которые происходят в фотоаппарате, просчитываются процессором. Вся информация, которая поступает с различных сенсоров, обрабатывается по тем алгоритмам, которые задал тем или иным способом фотограф. И выводятся если нужно с помощью определённой сигнатуры на монитор или на видоискатель. Некоторые алгоритмы или назовем их режимы, заложены производителем, а фотограф только решает какой из них выбрать. Например, автоматический режим фотосъемки, а камера потом сама все решает за него. А иногда фотограф может выбрать режим, когда камера только рекомендует какие либо настройки, а он сам выбирает какие режимы фотосъемки ему выбрать для решения поставленных задач. И все это возможно только благодаря процессору, то есть современный фотоаппарат это, по сути, компьютер настроенный и сконструированный так чтобы с его помощью было можно и удобно производить фотосъемку. И в этом компьютере уже изначально заложены программы, которые производят многие прочесы сами без участия человека, например фот экспонирование происходит автоматически, фотограф может даже не подозревать, что у него в камере есть фотоэкспонометр.

В современных камерах иногда ставят несколько процессоров, в связи с тем, что задачи для камеры бывают достаточно сложными и чтобы улучшить быстродействие, особенно в профессиональных камерах, часто ставят двух ядерные процессоры.

 

Видоискатель.

Видоискатели в камерах бывают и не бывают. То есть некоторые камеры имеют видоискатель, а некоторые не имеют, а визуальный контроль над процессом фотосъемки производится по дисплею. Его еще называют ЖКИ, жидкокристаллический индикатор, или, ЖК дисплей. Как правило, ЖКИ без видоискателя бывает только в любительских камерах. Дисплей имеет ряд недостатков, которые усложняют выполнение ряда задач, которые приходится решать при профессиональной фотосъёмке. Но, тем не менее, многие фотографы, в том числе профессиональные очень часто применяют ЖКИ, особенно когда не требуется внимательное разглядывание объекта съемки, а достаточно оценить общую композиционную схему и сделать снимок.

А еще на дисплей выводится интерфейс меню, и контроль над настройками камеры тоже производится с помощью дисплея, так как все шкалы, гистограммы и показания обо всех установках тоже выводятся на дисплей.

Последнее время получили распространение сенсорные ЖКИ.

Но вернемся к видоискателям, они бывают трех типов оптические, электронные и зеркальные.

Оптический видоискатель; это набор линз, с помощью которых мы можем наблюдать за объектом съемки.  Данный тип видоискателя, как правило, расположен сбоку от объектива и оптическая ось у них не совпадает, соответственно картинка, которую фотограф видит, значительно разнится с картинкой, которая получится на фотографии. Сейчас данный тип видоискателя используют все реже, и на самой дешевой фототехнике.

Электронный видоискатель; в данном видоискателе изображение снимается непосредственно с матрицы, и передается на не большой монитор устроенный и настроенный так, что бы в него можно было смотреть как в оптический видоискатель, но оптическая ось в данном случае совпадает с осью объектива и мы видим картинку идентичную той, которая получится на фото.

Раньше данный тип видоискателей был не очень популярен, из-за дороговизны и большого расхода энергии, которую он потребляет, да и качество картинки, которое он мог воспроизвести, было не достаточным для удобной работы, а еще были проблемы с быстродействием, то есть картинка воспроизводилась со значительным опозданием.

Сейчас все перечисленные проблемы решены, и данный тип видоискателя выходит в лидеры. Он обладает рядом достоинств, которых лишены все остальные, в частности можно выводить показания настроек прямо в видоискатель. Фактически это второй монитор только маленький, но лишенный своих недостатков, таких как блики и потеря контрастности от прямых солнечных лучей, мешающие считывать информацию.

Зеркальный видоискатель; это разновидность оптического, но устроенный так, что оптическая ось видоискателя, совпадает с оптической осью объектива. Устроено это так, в фотоаппарате за объективом перед матрицей, расположено под углом зеркало, которое отражает свет, проходящий через объектив, вверх, дальше лучи попадают в призму, где несколько раз отражаются от граней призмы, и попадают непосредственно в видоискатель, устроенный как набор линз.

Схема устройства зеркального фотоаппарата; 1 объектив, 2 зеркало, 3 матрица, 4 призма, 5 видоискатель.

Данный вид видоискателя используется в зеркальных фотокамерах, что понятно из устройства и названия. У него есть ряд достоинств и ряд недостатков, в частности к недостаткам можно отнести, меньший чем у матрицы формат, то есть на фото поместиться несколько больше фотографируемой натуры, чем вы можете наблюдать в видоискателе, как правило, разница не велика. Но оптическая ось остается при этом единой в отличие от без зеркального оптического видоискателя, что в свою очередь можно отнести к достоинствам данной разновидности видоискателей. Еще один недостаток это зеркало, которое поднимается при каждом снимке, открывая, таким образом, доступ света проходящего через объектив к матрице, движение достаточно массивного зеркала иногда  «шевелит» фотоаппарат и изображение получается смазанным. Во многих зеркальных камерах предусмотрена возможность поднять зеркало непосредственно перед снимком, а не во время, что помогает избежать данного дефекта. Еще данный вид видоискателя, точнее, механизм поднятия зеркала снижает ресурс фотоаппарата, это подвижная деталь, которая при каждом снимке движется, взаимодействуя с другими деталями, а значит изнашивается. Затвор и механизм поднятия зеркала самые изнашиваемые детали в фотоаппарате, изготовитель иногда сообщает в техническом описании, о ресурсе, который заложен в механизм затвора, соответственно и ресурс механизма поднятия зеркала такой же, если данной информации нет в руководстве пользователя, то поищите на просторах интернета, чаще всего она доступна. Как правило, в фотоаппаратах профессионального уровня, ресурс значительно больше.

Некоторые производители пытаются бороться с данными недостатками. В частности компания SONY в своей линейке SLT камер использует полупрозрачное зеркало, которое установлено не подвижно, свет проходит сквозь него и попадает на матрицу, откуда изображение транслируется на электронный видоискатель. А зачем же зеркало, зеркало перенаправляет порядка 25% света на датчик фазового автофокуса, и собственно только для этого установлено. Конструкция, таким образом, упрощена, а значит, ее ресурс потенциально увеличился.

По мнению многих экспертов, будущее за электронными видоискателями, но все остальные нельзя сбрасывать со счетов.

 

Затвор

Затвор в цифровых камерах, по сути, очень похож на затвор пленочного фотоаппарата, но если в последнем он управлялся за частую механически, хотя электронное управление в некоторых моделях присутствует, то в цифре он имеет электронное управление всегда, то есть управляется процессором, а затвор это электронно-механический прибор.

Но в силу того что матрица это электрический сенсор то иногда можно обойтись без затвора просто включая матрицу на определенное требуемое для экспонирования время а потом отключая. В данном случае механический затвор не требуется.

 

Органы управления

 Органы у правления фотоаппаратом очень многочисленны и разнообразны, могут выглядеть как кнопки, рычажки, селекторные диски, или колеса прокрутки. Рекомендую взять руководство по эксплуатации вашей камеры и разобраться, очень подробно со всеми кнопками рычажками меню и тому подобными инструментами управления, что и за что отвечает, и что чем управляет.

В данной статье мы коснемся только некоторых из них.

Ни какая пользовательская фотокамера не может обойтись без такого органа управления как  кнопка спуска, при нажатии на которую происходит процесс фотографирования, то есть вылетает птичка.

Чаще всего кнопка располагается с правой стороны камеры на верхнем ее срезе, или сверху спереди, такое расположение продиктовано эргономикой камер. Данная кнопка зачастую имеет несколько режимом, например при не полном нажатии, камера может произвести наведение на резкость, или произвести экспозамер и корректировку экспозиции, или включается следящий режим фокусировки, или все данные режимы сразу. Если, не отпуская кнопку, нажать дальше, то тогда произойдет спуск затвора, получится снимок, с теми установкам, которые были на момент не полного нажатия на кнопку спуска.

Еще очень важный орган управления, так называемый селектор режимов фотокамеры или диск режимов фотоаппарата. Находится чаще всего на верхнем срезе камеры, отвечает за выбор режимов фотосъемки, от автоматического, когда камера за фотографа решает в каких режимах снимать, до ручного, где фотограф сам решает какие установки актуальны на данный момент. Есть еще целый ряд режимов, как ручных, так и автоматических о которых мы поговорим в отдельной статье.

Еще один орган управления это Меню оно высвечивается на дисплее, включается, какой ни будь из кнопок, имеет у разных камер разные интерфейсы, именно в меню производятся основные настройки камеры, и кстати именно в нем можно настроить или пере настроить отдельные кнопки если вам не нравится их настройки по умолчанию. Например, кнопку, отвечающую за настройки ISO можно настроить, чтобы она отвечала за настройку, режимов просмотра отснятых снимков, а для установки параметров ISO, настроить какую либо другую кнопку.

Об органах управления мы еще будим говорить в других статьях более подробно, но еще раз подчеркиваю, изучайте руководство по эксплуатации. Во многих камерах есть подсказки, которые высвечиваются на дисплее, когда вы производите те или иные действия, обращайте внимание на информациею которую они вам дают, особенно если вы только начинаете пользоваться фотокамерой, со временем вы доведете свои действия до автоматизма и инструкции с подсказками вам не понадобиться.

 

Встроенная вспышка

 Во многих камерах имеется встроенная вспышка, если оказалось так, что в месте, где вы снимаете, не достаточно освещения, то данное приспособление вас может выручить. Но в силу того что встроенные вспышки как правило по причине конструктивных особенностей ограничены в возможностях, продвинутые фотографы не полагаются на них а стараются пользоваться накамерными вспышками.

Несмотря на свои недостатки, встроенные вспышки, могут в умелых руках оказаться весьма полезными, тем более что многие производители изготовляют множество различных насадок и приспособлений для данного типа вспышек, расширяющих ихние возможности.

Основной недостаток встроенных вспышек это ихняя маломощность, и тут уже ни какие приспособления не помогут.

Где то рядом с встроенной вспышкой располагается так называемый горячий башмак, через него происходит подключение накамерной и внешней вспышек.

 

Накопители (карты памяти)

 Раньше для сохранения информации в фотоаппаратах использовались разные носители от аналоговых, на самых первых камерах, до цифровых разных технологий и форматов, например CD диски.

Сейчас все свелось к картам памяти, изготавливаемых и разработанных разными производителями и имеющими разные форматы или технологические особенности. Часто камеры могут работать только с картами одного стандарта, разработанного фирмой производителем фотоаппарата, или сторонним разработчиком носителей информации. А иногда одна и та же камера может работать с несколькими форматами карт памяти.

Все носители информации, которые используются в цифровых камерах можно сравнить с пленкой, в которую использовали как носитель информации до эпохи цифровой фотографии. Хотя сравнение весьма условное потому как цифровые носителей информации более универсальны и гибки, они несут в себе не только информацию о самом снимке, но и о том в каких режимах он был снят, на какую камеру, где и когда. Более того когда снимок сделан в RAW формат фотографы часто говорят именно не обработать снимок а проявить.

Информация с карт памяти для дальнейшей обработки переносится на компьютер, иногда непосредственно с фотоаппарата, иногда для этого используют такое приспособление ка к картридер (устройство для чтения карт памяти).

Во многих камерах, есть постоянно встроенный накопитель, используемый для буферизации информации, как правило, он имеет не большой объем памяти, на нем тоже можно вместить, не большое количество снимков.

 

Разъемы интерфейсы

Для связи с компьютером и другими устройствами в камерах предусмотрены различные разъемы, через которые по средствам кабеля происходит передача информации.

В настоящее время самым распространенным является USB разъем, как правило, через него идет связь с компьютером. Для связи с монитором или для вывода информации на экран телевизора используется HDMI кабель и разъем. И ряд других имеющих разное назначение, например подключение пульта управления.

Последнее время в камерах разных производителей все больше используются беспроводные интерфейсы, и, по мнению многих за ними будущее, обещают, что информацию можно будет пересылать тут же в любую точку мира, где есть интернет, и не хранить в камере.

 

Элементы питания

В современных камерах используются различные источники питания, в не дорогих могут применять стандартные источники питания, например батарейки типа АА, или ААА.

Но в более продвинутых моделях производитель предпочитает ставить аккумуляторы своего производства и разработки.

Еще некоторые производители выпускают такое приспособление как батарейный блок, он крепится к камере, в нем можно разместить дополнительно несколько аккумуляторов и срок автономной работы аппарата, таким образом, увеличивается. Батарейный блок может выпускаться и разрабатываться сторонним производителем, даже для камер, в которых данный девайс изготовителем фотоаппарата не предполагался. Данное приспособление, как правило, используется в профессиональных или полупрофессиональных камерах.

Устройства и функционала отдельных частей фотоаппарата мы еще не раз коснемся, в других статьях. А пока изучайте инструкцию к применению, иногда инструкции которые поставляются вместе с фотоаппаратом не достаточно подробны, и имеет смысл поискать инструкции в интернете. Я несколько раз находил инструкции к камерам которыми пользовался более подробные, чем те корыте  были в коробке с фотоаппаратом, и всегда это были инструкции от производителя камеры, только электронная их версия.

Ищите, находите и учитесь.

Принцип работы фотоаппарата, как работает фотокамера

Как работает фотоаппарат можно изучить еще в школе. Но знать конструктивные особенности интересно каждому владельцу фотокамеры. Основной принцип работы цифрового фотоаппарата можно выразить в нескольких словах: свет преображается в электричество. Все здесь служит для привлечения света, от кнопки пуск до линз.

Что же революционного с точки зрения света в цифровом фотоаппарате. Он преобразует свет в электрические заряды, которые становятся образом, запечатленным на экране. Как же это работает? Задача каждой детали фотоаппарата поймать отличное изображение. Но главное это свет.



Устройство и работа фотоаппарата

Первое что нужно для получения фото это источник света. Частицы света фотоны покидают источник света, отталкиваются от предмета и входят в камеру через несколько линз. Затем фотоны следуют по установленному пути. Целый ряд линз позволяет сделать максимально четкое изображение.

  1. Створки диафрагмы контролируют количество света, которое должно проникнуть внутрь через отверстие фотоаппарата.
  2. Пройдя сквозь диафрагму, линзы и войдя в отверстие, свет отталкивается от зеркала и направляется в видоискатель.
  3. До этого свет преломляется, проходя сквозь призму, поэтому то мы и видим изображение в видоискателе не вверх ногами и если нас устраивает композиция, то мы нажимаем на кнопку.
  4. При этом зеркало подымается, и свет направляется внутрь, какую-то долю секунды свет направлен не на видоискатель, а в самое сердце фотоаппарата – матрицу фотокамеры.

Длительность этого действия зависит от скорости срабатывания створок. Они открываются на мгновение, когда свет должен воздействовать на сенсор света. Время экспозиции может быть 1/4000 секунды. То есть в мгновение ока створки могут открыться и закрыться 1400 раз. Для этого существует две створки, когда первая открывается, то вторая закрывается. Таким образом, внутрь попадает чрезвычайно малое количество света. Это важный момент в понимании принципа работы цифрового фотоаппарата.

Теория обработки света

Так в чем же революционность цифровой камеры? Элемент, фиксирующий изображение, сенсор изображения (матрица) это решетка с плотной структурой, состоящей из крошечных сенсоров света. Ширина каждого всего 6 микрон – это 6 миллионных метра. 5 тысяч таких сенсоров могут поместиться на кончике остро заточенного карандаша.

Но сначала свет должен пройти через фильтр, который разделяет его на цвета: зеленый, красный и синий. Каждый сенсор света обрабатывает только один цвет. Когда в него ударяют фотоны, они поглощаются полупроводниковым материалом, из которого он сделан. На каждый поглощенный фотон сенсор света испускает электрическую частицу, она называется электрон. Энергия фотона передается электрону – это электрический заряд. И чем ярче изображение, тем сильнее электрический заряд. Таким образом, каждый электрический заряд обладает различной интенсивностью.

Затем печатная плата переводит эту информацию на язык компьютера, язык цифр и битов или последовательность единиц и нулей. Они представляют собой миллионы крошечных цветных точек, из которых и состоит фото – это пиксели. Чем больше пикселей в изображении, тем лучше разрешение. Другими словами это несколько миллионов микроскопических световых ловушек, которые вместе со всеми элементами фотоаппарата нацелены на одну задачу – преобразовать свет в электричество, что бы сделать прекрасные фотографии.


Дальше вся эта информация в цифровом виде подается в процессор, где она обрабатывается по определенным алгоритмам. Затем уже готовая фотография передается в память фотокамеры, где она и хранится и доступна для просмотра пользователю.

Так вкратце можно изобразить принцип работы цифрового зеркального фотоаппарата.

Анатомия цифрового фотоаппарата / Фото и видео

Как кажется на первый взгляд, между цифровым и пленочным фотоаппаратами почти нет различий. И там и там вы нацеливаете объектив на предмет, нажимаете на кнопку затвора и получаете изображение, которое позднее превратится в фотографию. Но на самом деле технология цифрового фотоаппарата намного более изощрена и сложна по сравнению с пленочным.

Если пленочные фотоаппараты дорабатывались и совершенствовались более 160 лет, то цифровые технологии съемки находятся в младенческом возрасте: в лабораторных условиях они используются около 20 лет, а на потребительском рынке цифровые фотоаппараты появились только 7-8 лет назад. Конечно, скорость развития технологии за этот период просто потрясает, но предела пока что не достигнуто, и цифровые технологии съемки будут развиваться в направлениях повышения качества изображения, производительности и удобства управления. В цифровых фотоаппаратах до сих пор остается много острых углов, которые еще требуется отшлифовать.

Сейчас состояние цифровой технологии съемки можно сравнить с другой технологией XX века: автомобилями. Мы только что научились хромировать кузов, изготовлять двигатель и подключать фары. Говоря другими словами, цифровые технологии доказали свое право на жизнь, основы уже явно выделены, и нас ожидает относительно скучный этап дальнейшей эволюции.

Но, хотя нас и ждет скорее экстенсивное, нежели интенсивное, развитие, эта отрасль все же приковывает к себе пристальное внимание. Большинство обозревателей и экспертов предсказывают, что цифровая фотография станет в очень короткое время такой же обыденной вещью как общественный транспорт, скоростные магистрали и другие современные чудеса.

До сих пор главной целью цифрового фотоаппарата была замена пленочного фотоаппарата. Но, как фильмы превзошли театральные постановки, по возможностям цифровой фотоаппарат сейчас значительно обгоняет свой пленочный аналог. Сегодня его предполагаемое использование уже не сводится только к получению статических изображений, фотоаппарат стал визуальным средством связи. За минуту (или даже за нескольких секунд) после съемки фотограф может распечатать изображение, использовать его на презентации, поместить в Интернет или передать по модему (в том числе и беспроводному).



Массив цветных светофильтров

В конечном счете, будет увеличиваться функциональность самого фотоаппарата, так что все показанные возможности будут доступны даже без компьютера. Уже сейчас камеры оснащаются беспроводным инфракрасным интерфейсом для прямого подключения к принтерам, сотовым телефонам и беспроводным сетям. Например, цифровой фотоаппарат HP PhotoSmart 912 может по нажатию клавиши передать выбранные изображения на фотопринтер HP или на подобные фотоаппараты по инфракрасной связи.


Прямая закачка на FTP, просмотр веб-страниц и даже больше

Планируемая к скорому выпуску модель Ricoh RDC i700 способна автоматически закачивать изображения по протоколу FTP через встроенный модем. Для этого фотоаппарат оснащен подобным PDA интерфейсом управления с электронным пером. Таким образом, пользователь сможет передать как статические изображения, так и видеоролики, текст и звук используя заранее подготовленный HTML шаблон.

Кроме того, i700 поддерживает периферию стандарта Type II, например, дополнительный модем, сетевую или ATA карту. В i700 даже интегрирован собственный веб-браузер. Точно также Polaroid PDC-640M содержит встроенный 56,6k модем для подключения по телефонной линии и прямой закачки фотографий на фотосайт Polaroid.

Разработка цифрового фотоаппарата

В этом году несколько производителей анонсировали недорогие цифровые фотоаппараты (например, Kodak mc3 и Samsung Digimax 35MP), совмещенные с MP3 проигрывателями. Многие современные модели могут снимать короткий видеофильм низкого разрешения (включая аудиопоток), который затем можно просмотреть на самом фотоаппарате, на телевизоре или поместить на веб-страницу. Пока что не было объявлено ни одного фотоаппарата с поддержкой Bluetooth или другой современной технологии связи, однако можно наверняка ожидать, что в будущем подобные технологии найдут свое место в цифровых фотоаппаратах.

Безусловно, узкоспециализированные цифровые фотоаппараты (которые могут только снимать изображения) не исчезнут из продажи, но они уже выйдут из сферы интереса потребителей, желающих получить максимальную функциональность за уплаченную цену.

По мере увеличения функциональных возможностей строение цифрового фотоаппарата усложняется: огромное число технологий пытаются впихнуть в такую маленькую коробочку. Сегодня выпускаются крошечные фотоаппараты размером с кредитную карточку или наручные часы (например, Casio WQV1-1CR и SmaL Ultra Pocket), но уже в ближайшем будущем мы увидим устройства размером с брошь или запонку.

Размер и набор возможностей фотоаппарата - это лишь вопрос времени, изобретательности и требований рынка.

В этой статье мы попытаемся разобраться, как работают компоненты цифровой камеры, и что нам даст будущее с точки зрения новых технологий и дизайнов. Но сначала давайте вкратце взглянем на поток данных в цифровой фотографии для лучшего понимания современного состояния технологий.


Основы пленочной фотографии

В обычном пленочном фотоаппарате свет отражается от объекта или сцены и проходит через прозрачные стеклянные или пластиковые линзы, которые фокусируют его на тонком гибком кусочке пластика ("пленка"). Пленка покрыта светочувствительным эмульсионным слоем галоида серебра. Попадающий на пленку свет (фотоны) приводит к немедленной химической реакции, которая после химической обработки помогает проявить и закрепить изображение на пленке. Свет различается по цвету и интенсивности, что приводит к практически идентичному дублированию сцены в результате химической реакции.

Единственными регуляторами света в обычном пленочном фотоаппарате являются затвор (металлический или тканевой занавес или пластинки, которые быстро открываются и закрываются для управления временем выдержки/экспозиции сцены на пленке) и диафрагма (отверстие с изменяемым размером, позволяющее управлять количеством проходящего через линзу света). Перед съемкой фотограф устанавливает значение выдержки и размер диафрагмы. Диафрагма обычно устанавливается вручную при вращении ободка на объективе, который в свою очередь механически регулирует лепестки отверстия, пропускающего свет. Конечно, сегодня многие фотоаппараты (как аналоговые, так и цифровые) обладают некоторым интеллектом, позволяющим автоматически выбрать время выдержки и размер диафрагмы.

Но если мы обратимся к истокам, то современная пленочная фотография в любом случае есть разновидность химического и механического процесса, изобретенного в 1830 году Луисом Дагером и Фоксом Талботом.


Основы цифровой фотографии

В цифровых фотоаппаратах процесс получения изображения намного более сложен. Но, как и в пленочной технологии, принципы и основы будут неизменны в ближайшие годы, независимо от масштаба роста технологий.

Цифровой фотоаппарат Minolta изнутри

В цифровых фотоаппаратах также используется линза, но вместо фокусирования изображения на пленку, свет попадает на светочувствительные ячейки полупроводникового чипа, называемого сенсором (image sensor). Сенсор реагирует на получаемые фотоны, что фиксируется фотоаппаратом. Дальше вычислительный блок фотоаппарата анализирует полученную информацию и определяет необходимые значения выдержки и фокуса, цвет (баланс белого), необходимость вспышки и т.д. Потом сенсор захватывает изображение и передает его на чип АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который анализирует аналоговые электрические импульсы и преобразует их в цифровой вид (поток нулей и единичек).

Используя дополнительную вычислительную мощность (цифровые фотоаппараты могут содержать несколько процессоров и других чипов, включая специализированные процессоры и главный процессор), данные проходят дальнейшую обработку с помощью специальных (зависящих от конкретной модели/фирмы) алгоритмов и преобразуются в файл изображения, который уже можно просмотреть. Файл записывается на встроенный или внешний электронный носитель. Далее изображение может быть перенесено на компьютер, выведено на принтер или телевизор. Равно как его можно просмотреть на встроенном в камеру ЖК экране/видоискателе, благодаря чему пользователь может обработать изображение с помощью дополнительных алгоритмов или фильтров, используя встроенный интерфейс (чаще всего работающий через ЖК экран) или просто стереть неудачный снимок и начать все сначала.

На всем протяжении этого многоступенчатого процесса, "интеллект" камеры непрерывно опрашивает операционную систему для немедленной реакции на действия фотографа (которые он производит через многочисленные кнопки, рычаги, регуляторы и ЖК интерфейс). Как видите, цифровой фотоаппарат является сложной системой, где множество данных и инструкций передается по множеству путей. И все это заключено в маленькой легкой коробочке с батарейками, которая умещается в вашей ладони.

Показанный процесс описывает лишь основы получения цифрового изображения. Его детали по-разному реализованы в различных цифровых фотоаппаратах. Давайте более подробно пройдемся по каждому шагу этого процесса в типичной цифровой камере.

Сенсор

До сих пор почти все камеры на рынке оценивались по количеству пикселей, которые может снять цифровой фотоаппарат (чем их больше, тем более детализированной будет фотография). Количество пикселей зависит от физического размера и концентрации элементов на сенсоре. Сенсор является сердцем цифровой камеры, и в качестве сенсора выступает ПЗС или КМОП чип. Сенсор состоит из множества светочувствительных элементов (photosites), содержащих фотодиоды. Элементы на чипе упорядочены и образуют матрицу. Таким образом, элементы матрицы можно сопоставить с пикселями (равно как и назвать). Элементы реагируют на свет и создают электрический заряд, величина которого пропорциональна количеству попавшего света. Количество пикселей сенсора можно измерять по числу строк и столбцов AxB (например, 640x480), а можно - по общему числу элементов (например, 1 000 000 пикселей). Миллион пикселей обычно называют Мегапикселем (1 MP). В любом случае пиксель является наименьшим элементом цифрового изображения. Поэтому этот термин используется также и при описании мониторов и сканеров.

Сенсор Kodak ColorVGA
Некоторые производители иногда дают в технической спецификации две пиксельные характеристики КМОП/ПЗС сенсора. Первая из них показывает общее число пикселей (например, 3 340 000 пикселей или 2,11 MP), а вторая - число активных пикселей, которые используются для получения изображения. Разница между этими числами обычно не превышает 5%.

Существует несколько причин такого расхождения. Во-первых, при производстве сенсора создаются "темные", дефектные пиксели (создание полностью исправного сенсора практически невозможно при существующих технологиях). Во-вторых, некоторые пиксели используются для других целей, например, для калибровки сигналов сенсора. Свет не попадает на часть пикселей, расположенных по краям. Эти пиксели помогают определить фоновый шум, который затем будет вычитаться из данных остальных пикселей. Также часть сенсора может не учитываться для создания изображения с требуемым форматом кадра (отношение количества точек по горизонтали к количеству точек по вертикали).

Кстати, зависимость размера фотографии от числа пикселей не линейная, а логарифмическая. Переход от 3 MP к 4 MP сенсору увеличивает размер изображения не на 25%, а на меньшее значение. По этой причине даже в новейших цифровых фотоаппаратах с увеличенной концентрацией пикселей на сенсоре размер изображения незначительно отличается от предыдущих моделей, что вряд ли так уж важно для большинства пользователей.

Ход светового пучка через линзы в фотоаппарате Minolta
Сейчас все цифровые камеры любительского уровня используют один КМОП или ПЗС сенсор. Некоторые high-end профессиональные аппараты (равно как и многие портативные видеокамеры) используют несколько сенсоров. В них входящий свет разделяется призмой на ряд пучков, каждый из которых попадает на свой сенсор. Такая технология позволяет предотвратить наложение цветов (когда границы красного, синего и зеленого цвета сдвинуты на изображении). Однако подобные камеры требуют более аккуратного процесса изготовления, а по причине наличия призмы они более массивны и менее выносливы. Также в них должна использоваться улучшенная оптика, так что общая цена такой камеры существенно выше.

Что интересно, использование нескольких сенсоров не приводит к линейному росту количества пикселей. В большинстве фотоаппаратов (равно как и в многосенсорных видеокамерах) используется три отдельных КПОМ/ПЗС сенсора для красного, зеленого и синего цвета. Каждый из них получает 1/3 цветовой информации. Таким образом, при использовании трех 3 MP сенсоров они будут работать как один 3 MP сенсор. Однако зачастую в цифровых фотоаппаратах механизм использования информации, полученной от сенсоров, отличается. Фактически он зависит от модели и от производителя.

В некоторых трех-сенсорных фотоаппаратах каждый сенсор захватывает 1/3 от разрешения полного изображения, а затем происходит интерполяция. Другие камеры используют какую-либо комбинацию главных цветов на каждом сенсоре и задействуют сложные алгоритмы для получения изображения. Например, теперь уже не выпускающаяся Minolta RD-175 была оснащена тремя ПЗС сенсорами, два из которых были зелеными, а третий был красно-синим. (Такое удвоение зеленого сенсора напоминает технологию Bayer Pattern, о которой будет рассказано ниже). Каждый из сенсоров RD-175 содержал меньше 1 MP, но благодаря дальнейшему математическому преобразованию получавшееся изображение состояло из 1,7 Мегапикселей.

Во многих цифровых камерах только часть пикселя реагирует на свет, поэтому важно направить как можно больше света на нужную область пикселя (это явление называется коэффициентом заполнения, fill factor). Для этого на сенсорах большинства фотоаппаратов любительского уровня используются микролинзы, располагающиеся непосредственно над каждым пикселем и направляющие фотоны напрямую на светочувствительную область (well). Фотоны преобразуются в электроны с помощью кремниевого фотодиода, располагающегося в верхней части светочувствительной области, а сама область работает как конденсатор, так как обладает возможностью сохранения электрического заряда.

Так как сенсоры по своей сути есть черно-белые устройства, не различающие цвет, в цифровых фотоаппаратах чаще всего используется массив цветных светофильтров (color filter array, CFA), располагающихся между микролинзой и светочувствительной областью пикселя. С помощью светофильтра каждому пикселю присваивается свой цвет. Производители цифровых камер используют различные архитектуры светофильтров, как правило, задействующие комбинацию основных цветов (красного, зеленого и синего) или дополнительных цветов (голубой, пурпурный и желтый). Но в любом случае принцип работы фильтра заключается в пропуске только нужного цвета (с определенной длиной волны). При этом требуется уменьшать проявления цветовых артефактов и избегать взаимного влияния соседних пикселей, в то же время сохраняя правильную цветопередачу. (Ниже мы рассмотрим, как процессор камеры создает изображение из отдельных битов цвета).



Массив цветных светофильтров

Чаще всего массив цветных светофильтров использует технологию Bayer Pattern, при которой красные, зеленые и синие фильтры располагаются в шахматном порядке, причем число зеленых фильтров в два раза больше чем красных или голубых. Это связано с тем, что человеческий глаз более чувствителен к свету с длиной волны в зеленом диапазоне, чем к синему или красному диапазонам. Соответственно удвоение числа зеленых пикселей должно обеспечивать лучшее восприятие яркости и более естественные цвета для человеческого глаза (что очень напоминает соотношение яркостей полного видеосигнала, где яркость (Y) = 0,59G + 0,30R + 0,11B).

Также в результате использования этой технологии получаются более резкие изображения. Проблема соответствия воспринимаемого цвета и фактического цвета решается несколькими способами. Различные производители используют всевозможные цветовые модели и алгоритмы для улучшения цветопередачи цифрового фотоаппарата.

Все цифровые камеры оснащены электронным эквивалентом затвора (он отличается от традиционного механического затвора в пленочных фотоаппаратах), который встроен в сенсор. Он нужен для точной регуляции времени приема света сенсором. Электронный затвор - это переключатель, который включает (или выключает) сенсор для приема приходящего светового потока. Некоторые цифровые камеры также используют и более дорогой механический затвор, но отнюдь не для избыточности, а для предотвращения попадания на сенсор света после окончания времени выдержки. Таким образом, предотвращаются артефакты типа появления ореола, затуманивания и смазывания.

Если вы нажимаете клавишу затвора наполовину, то в цифровом фотоаппарате фиксируются фокус и время выдержки в ожидании последующей съемки. Точно также все происходит и на обычной пленочной камере типа "навелся и снял" при нажатии клавиши затвора наполовину. Однако дальнейшие события в цифровом фотоаппарате принципиально отличаются от пленочного. При полном нажатии клавиши затвора в цифровой камере почти одновременно происходят следующие действия.

  1. Если фотоаппарат оснащен механическим затвором, то он закрывается. Далее сенсор немедленно освобождается от любых электрических зарядов. Это связано с постоянной активностью сенсора, что приводит к накоплению электрических зарядов в различных точках. (На некоторых усовершенствованных камерах сенсор должен находиться в режиме сна перед съемкой изображения для исключения влияния нагрева и увеличения соотношения сигнал/шум). Если камера не получает никаких инструкций, то сенсор будет непрерывно освобождаться от заряда примерно каждую 1/60 долю секунды. Таким образом, перед съемкой изображения весь электрический заряд должен быть сброшен.
    Что интересно, некоторые цифровые фотоаппараты (типа Olympus Camedia E-100RS) сохраняют последнее "удаленное" с сенсора изображение во временном буфере памяти. Они могут показать "удаленное" изображение после съемки, так что пользователь может выбрать лучший вариант из двух. Такой "предварительный" режим съемки оказывается полезен для получения фотографий детей или животных, которые зачастую моргают или двигаются при любом щелчке фотоаппарата.
  2. Удаляет ли камера накопленный электрический заряд перед съемкой или преобразует ли его в изображение во временном буфере, в любом случае один из процессоров камеры использует эти данные для регуляции и выбора параметров будущей фотографии. Например, один из процессоров камеры, занимающийся регуляцией баланса белого (цветокоррекцией), может использовать полученные значения для определения, какие пиксели текущего изображения должны быть белыми. Он может попытаться отрегулировать все цвета для устранения смещения от "точки белого". Точно также на базе полученных данных выбирается фокус, необходимость вспышки и другие обязательные параметры (еще перед фактической съемкой изображения). Эти параметры сохраняются в буфере и могут быть использованы далее на фазе обработки изображения. Если для съемки используется ЖК видоискатель, то на него также поступят эти данные.
  3. Как только электрические заряды будут сброшены с сенсора и необходимые параметры съемки будут выбраны, сенсор готов к принятию требуемого изображения (которое вы ожидаете получить при нажатии на клавишу затвора). Далее камера открывает механический затвор и активизирует электронный затвор. Оба из них остаются открытыми на время выдержки (определенное ранее). По окончании времени выдержки механический затвор закрывается.
  4. Пока камера занимает обработкой, затвор вновь открывается. Он будет закрыт только при последующем нажатии на клавишу затвора (когда будет начат процесс сброса заряда для подготовки к получению следующего изображения). Если процессор (или фотограф) решит использовать электронную вспышку для получения фотографии сцены (обычно применяется встроенный в камеру стробоскопический источник света), то вспышка будет освещать сцену до тех пор, пока отдельный световой сенсор не решит, что вспышка достаточно осветила сцену для данного времени выдержки и не выключит вспышку.
Примечание: Olympus представляет себе процесс получения цифрового изображения в следующем виде.
Процесс получения цифрового изображения с точки зрения Olympus

Так как для сброса заряда сенсора требуется некоторое время (равно как и для чтения информации и установки параметров), всегда существует некоторая неизбежная задержка между полным нажатием на клавишу затвора и временем съемки изображения. На рядовой любительской цифровой камере эта задержка начинается от 60 миллисекунд (этот промежуток настолько мал, что вы вряд ли его заметите) до 1 секунды.

Использование больших буферов памяти и скоростных процессоров может уменьшить задержку, по этой причине дорогие фотоаппараты снимают быстрее своих дешевых собратьев. Среди самых дорогих профессиональных камер можно выделить новый Nikon Dh2 с 128 Мб буфером. Другие камеры типа Kodak DCS 520, 620 и Fuji S1 оснащены 64 Мб буфером. Очень небольшое количество профессиональных и high-end любительских камер оснащено буферами размером 16 Мб или 32 Мб.

Кроме того, ряд сенсоров (особенно КМОП) являются многофункциональными чипами с некоторым встроенным интеллектом, что помогает им уменьшать время, затрачиваемое на передачу и на обработку полученной информации. Подобно любой другой цифровой системе, цифровая камера работает тем быстрее, чем выше ее внутренняя пропускная способность.

Когда сенсор преобразует попавшие на него фотоны в электроны, то он работает с аналоговыми данными. Следующим шагом является снятие сохраненных электрических сигналов из пикселей и дальнейшее их преобразование в электрический ток посредством встроенного выходного усилителя. Ток посылается на внешний или встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Одним из главных отличий между КМОП и ПЗС сенсорами является то, что в КМОП сенсоре АЦП интегрирован, а при использовании ПЗС сенсора он находится на внешнем чипе. Но по этой же причине КМОП сенсор более зашумлен. АЦП преобразует различные уровни напряжения в двоичные цифровые данные. Цифровые данные подвергаются дальнейшей обработке и организуются в соответствии с битовой глубиной цвета для красного, зеленого и синего каналов, что выражается в интенсивности данного цвета для выбранного пикселя.

Разберемся с терминологией

Некоторые могут неправильно интерпретировать термин "битовая глубина цвета". Для понимания этого термина рассмотрим основы цифрового цвета. Все цвета в цифровом фотоаппарате создаются с помощью комбинации интенсивности (или битовых значений) трех главных цветов - красного, зеленого и синего. Эти три главные цвета также называются каналами.

Битовая глубина может быть определена для каждого из трех каналов (например, 10 бит, 12 бит и т. д.) или для всего спектра, при этом битовые значения каналов умножаются на три (30 бит, 36 бит и т.д.) Однако в мире приняты зачастую нелогичные соглашения по терминологии, поэтому вам придется кое-что просто запомнить. Например, 24-битный цвет (который иногда также называют True Color, так как он первым в цифровом мире приблизился по количеству цветов к уровню восприятия человеческого глаза) отводит по 8 бит на каждый канал.

Но 24-битный цвет никогда не называют 8-битным цветом. Если вы услышите, что кто-то говорит о 8-битном цвете, то он вовсе не имеет в виду 8 бит на канал. Скорее всего, этот человек подразумевает 8 бит на весь спектр, что дает 256 различных цветов (очень ограниченный спектр, кстати). 24-битный же цвет дает возможность отобразить 16,7 млн различных оттенков. Поэтому лучше всего принять 24-битный цвет как разделительную линию: если количество бит в спектре больше 24, то принято называть такую битовую глубину по количеству бит на весь спектр или по количеству бит на канал. Если же количество бит 24 или меньше, то такую битовую глубину лучше называть по количеству бит в полном спектре.

До прошлой осени почти все любительские цифровые фотоаппараты работали с 24-битным цветом (используя 8-битные АЦП). Сейчас уже появились некоторые модели, типа Olympus E-10 и HP PhotoSmart 912, которые могут работать 30 или 36-битным цветом (используя 10 или 12-битные АЦП). Впрочем, некоторые цифровые фотоаппараты, способные снимать с большей глубиной цвета, используют 8-битные АЦП, что приводит к выводу изображения только с 24-битной глубиной. (Небольшое число камер, типа Canon PowerShot G1, могут записывать 36-битное изображение в формате RAW, но этот формат патентован, и он не может быть считан напрямую ни одной программой редактирования изображений. Хотя Photoshop и понимает изображения с глубиной вплоть до 16 бит на канал, его функциональность в таких случаях ограничена. Программное обеспечение для работы с камерой Canon должно сначала преобразовать файл в TIFF, который уже можно будет загрузить в Photoshop. Еще одна неприятная вещь: с такими файлами не будет работать большинство устройств вывода). Возникает закономерный вопрос: зачем нам нужно снимать с такой глубиной цвета, если нам будет очень трудно или даже невозможно использовать такие изображения? Все дело в том, что чем больше битовая глубина цвета, тем больше деталей и градаций оттенков мы получим, особенно это касается затененных и ярко освещенных объектов. Здесь существует интересное решение. Как только камера (или ее программное обеспечение) получит данные, она может проанализировать их и при преобразовании изображения в 24-битное фотоаппарат попытается сохранить правильные цвета на самых критических участках.

Если в камере используется хороший алгоритм, то в результате получится лучшее изображение (по диапазону полутонов и по детализации в ярко освещенных областях и тенях), чем если бы камера изначально получала 24-битное изображение и потом его записывала. Большая глубина цвета (производная от глубины получаемого на сенсоре цвета и АЦП) является одной из характеристик, отличающих профессиональные цифровые камеры от любительских и полу-профессиональных (в дополнение к лучшей оптике и большим возможностям профессиональных устройств). По этой же причине, даже если цифровые фотоаппараты АЦП передает поток цифровых данных на чип цифрового процессора сигналов (DSP). В некоторых камерах используется несколько DSP. В чипе DSP данные преобразуются в изображение на основе определенных инструкций. Эти инструкции включают в себя определение координат полученных от сенсора точек и присвоение им цвета по черно-белой и цветной шкале. В камерах с одним сенсором, использующим массив цветных светофильтров, применяются алгоритмы присвоения цветов с учетом мозаичного расположения пикселей.

Лучше всего представлять расположение массива цветных светофильтров как мозаику, составленную из трех или четырех основных или дополнительных цветов. Из этих цветов создаются все остальные оттенки. Алгоритмы преобразования анализируют соседние пиксели для определения цвета данного пикселя. Таким образом, в итоге получается изображение, похожее на то, если бы мы создавали его от трех физически разделенных сенсоров (если используются цвета RGB). Поэтому в результате изображение передает естественные цвета и переходы между ними.

Кроме описанного процесса, DSP отвечает за разрешение изображения. Хотя большинство цифровых фотоаппаратов можно настроить на различные разрешения, внутри себя они будут получать и обрабатывать данные исходя от разрешения сенсора. Например, при VGA съемке на 3 Мегапиксельной цифровой камере, она будет выполнять съемку в разрешении 2048x1548, а не в 640x480. Далее DSP переведет (интерполирует) изображение в выбранное фотографом разрешение (кстати, разрешение выбирается через операционную систему с помощью ЖК дисплея или панели управления, или при нажатии соответствующей клавиши).

Однако некоторые сенсоры (как правило, КМОП) могут выборочно отсеивать пиксели вместо интерполирования, таким образом, выбирая меньшее или большее разрешение прямо во время съемки. Такая возможность КМОП сенсоров связана с подобной ОЗУ структурой, благодаря чему сенсор может выбрать требуемые данные через быстрый доступ по строке/столбцу. В отличие от КМОП сенсора, ПЗС сенсор является устройством последовательного вывода данных, он должен непременно передать все данные, а уже потом процессор камеры сам будет осуществлять интерполяцию. Обычно использование КМОП сенсора, который может снимать только нужные данные, позволяет ускорить время обработки изображения в фотоаппарате.

Кстати, алгоритм преобразования изображения в требуемое разрешение обычно держится производителями в секрете, так что он зависит от конкретной модели фотоаппарата. Другими словами, DSP осуществляет улучшение изображения в зависимости от параметров, заданных производителем. Таким образом, изображение, созданное любой камерой, является уникальным. Оно реализует свой баланс цветов и свою насыщенность (которые производитель счел наилучшими). Некоторые производители предпочитают добавлять теплые (розоватые) цвета, другие, наоборот, - холодные (голубоватые). Третьи выбирают нейтральную, реалистичную насыщенность для более аккуратной передачи цветов. (Производитель выбирает цвета и насыщенность в каждой модели на основе своих предположений о том, какие цвета и оттенки больше понравятся среднему покупателю. Такой выбор редко бывает случайным, чаще всего он базируется на основе выбранного корпоративного дизайна).

Пример цветовой насыщенности: теплые (розоватые) цвета Пример цветовой насыщенности: холодные (голубоватые) цвета
Более того, благодаря использованию одного или нескольких DSP вкупе с остальной логикой, камера комбинирует настойки фотографирования с анализом типа изображения. (А не является ли картинка с большим количеством голубого цвета небом, а бежевый блок - это случайно не кожа?) При этом также учитываются ручные настройки фотографа, заданные через интерфейс операционной системы камеры. Если камера производит ненужный шум, или ее электронный затвор приводит к появлению затуманивания, то будет использован специальный алгоритм (заданный производителем) для выполнения необходимых исправлений.

Подобным же образом регулируется резкость/мягкость изображения, используется заранее заданный баланс белого и т.д. Именно на этом этапе обработки изображения и существуют значительные отличия между цифровыми фотоаппаратами от разных производителей.

Как только изображение пройдет через DSP, процессор камеры будет преобразовывать поток данных в файл изображения формата JPEF, TIFF или RAW. Обычно к этому файлу прикрепляются и метаданные фотографии (значение диафрагмы, скорость затвора, баланс белого, коррекция экспозиции, включение вспышки, время/дата и т.д.) Если файл не записывается в форматы RAW или TIFF, то он сжимается в соответствии с выбранным фотографом коэффициентом сжатия (обычно можно указать высокое, средне или низкое сжатие) и логикой камеры. Алгоритмы сжатия в фотоаппарате стараются соблюсти баланс между размером файла, скоростью обработки и качеством изображения. После этого изображение записывается либо на встроенную память (как правило, в недорогих цифровых камерах), либо на съемную карту или другой устройство (такой путь используется в большинстве камер).

Преимущество использования съемной памяти заключается в возможности смены карты при ее заполнении. Таким образом, вы можете продолжать фотографировать, вместо того чтобы бежать к компьютеру, скачивать на него фотографии и стирать затем память камеры. Кроме того, съемная память дает пользователю возможность гибкой модернизации на карты большей емкости. Чаще всего используются карты CompactFlash (CF) и SmartMedia (SM). Тип используемой карты определяется маркой производителя и моделью фотоаппарата. Например, большинство цифровых камер Toshiba, Fuji и Olympus используют SmartMedia, в то время как большинство моделей Kodak, Nikon, Canon и Hewlett-Packard - CompactFlash. Впрочем, различия между картами CompactFlash и SmartMedia сейчас довольно размыты, тем более что некоторые модели Olympus и Canon могут использовать оба типа карт.

Карта SmartMedia
Карты SmartMedia тоньше и меньше, стоимость их производства также ниже. Но они изготавливаются из тонкого пластика, их позолоченные контакты выведены наружу, и их можно легко повредить, к примеру, статическим электричеством.
Карта CompactFlash
Карты CompactFlash толще и прочнее, кроме того, в них встроена некоторая логика, ускоряющая скорость чтения/записи. Также в карты CompactFlash можно добавлять буферную память. Емкость у карт CF также выше - сейчас выпущены уже 512 Мб CF карты от SanDisk, в то время как максимальный размер SM карт не превышает 128 Мб. Относительно новый тип CF карты, называемый Type II, может вмещать в себя еще больший объем памяти и даже работать с крошечным винчестером IBM Microdrive объемом до 1 Гб. Минусом CF карт остается их ощутимо большая толщина по сравнению с SM картами, что приводит к увеличению отводимого под карту места в дизайне фотоаппарата.
Карта Sony Memory Stick
Из других видов носителей можно упомянуть Sony Memory Stick, MultiMedia (MM) и Secure Digital (SD). Кроме твердотельных карт памяти в некоторых фотоаппаратах используется несколько разновидностей миниатюрных дисков. Здесь следует перечислить 730 Мб магнито-оптический привод в новом фотоаппарате Sanyo IDC-1000Z, 156 Мб CD-R в Sony Mavica CD1000 и подобный 3'' 156 Мб CD-RW диск в Sony Mavica CD200 и CD300, флоппи-диски с повышенной емкостью 120MM в Panasonic PVD-SD5000 и 40 Мб Click! диск в Agfa ePhoto CL30 Click! Сейчас данные решения, скорее всего, являются патентованными технологиями, так как они используются только определенными производителями в некоторых моделях. Нам еще предстоит узнать, станут ли более распространенными.

Параллельно с записью изображения на носитель, оно может быть также показано и на ЖК видоискателе (или на электронном прямом видоискателе). В большинстве ЖК видоискателей используются 1,8'' или 2'' TFT панели, вмещающие от 65 000 до 220 000 пикселей. Частота их регенерации - от 1/8 до 1/30 секунды. ЖК панель разработана для оптимального просмотра с расстояния от 8'' до 18''.

Рекомендуется всегда использовать прямой видоискатель при съемке изображений, а ЖК видоискатель - главным образом для установки различных параметров и последующем просмотре снятого изображения. Даже при использовании ЖК видоискателей с высоким разрешением, цифровые камеры все равно вынуждены уменьшать изображение, так что вы никогда не увидите изображения 1:1 на видоискателе. По этой причине ЖК видоискатель сложно использовать для фокусировки или установки кадра. Но что еще хуже, ЖК экран просто пожирает батарейки при частом своем использовании. Еще одним важным недостатком выступает то, что во многих дизайнах фотоаппаратов ЖК дисплей находится вблизи ПЗС или КМОП сенсора, а это может привести к нежелательному шуму или к появлению визуальных артефактов. (Главное преимущество шарнирных ЖК видоискателей - то, что они не находятся в корпусе камеры, например, в Canon G1. Чем дальше ЖК панель находится от сенсора, тем меньше шуму она создаст). В большинстве цифровых фотоаппаратов используется один из трех типов традиционного прямого видоискателя: просто стеклянный глазок, светоделитель или шарнирное зеркало. При использовании светоделителя (также он называется пленочным зеркалом), 90% света проходит через наклоненное под углом зеркало на сенсор, а 10% отражается под углом 90 градусов и через пентапризму попадает в глаз фотографа. Преимущество такой системы заключается в неподвижности зеркала (уменьшении вибрации) и отсутствии движущихся частей. Таким образом, светоделитель является более надежной системой. Но опять же, главным его недостатком является низкая эффективность при съемке в помещениях и в темноте: слишком мало света попадает в глаз фотографа, подчас такого света бывает недостаточно для выбора нужной композиции и фокуса.

Видоискатель Fuji S1
В большинстве однолинзовых зеркальных пленочных фотоаппаратах и в профессиональных цифровых фотоаппаратах используется шарнирное зеркало, которое во время наводки отражает до 100% поступающего в объектив света в глаз фотографа. Когда фотограф нажмет клавишу затвора, зеркало сойдет с пути светового потока, на время зачерняя видоискатель, но в то же время, не препятствуя попаданию всего света на сенсор. После съемки зеркало возвращается обратно, и фотограф может продолжать составлять композицию для следующего кадра. При маленьких выдержках фотограф буквально даже не успеет моргнуть во время зачернения видоискателя - настолько быстро движется зеркало. Однако такая система механически более сложна, а, следовательно, менее вынослива. Впрочем, она обеспечивает лучшее качество картинки в видоискателе, чем при использовании светоделителя.

Намного более дешевым и менее сложным прямым видоискателем является стеклянный глазок. Эта система используется в большинстве любительских цифровых фотоаппаратов. Глазок выполнен из прозрачного стекла, и вместо демонстрации изображения, на которое нацелен объектив (а такой режим называется TTL), в глазок видно изображение, смещенное вверх или в сторону от объектива. Преимущество такого глазка заключается в отсутствии энергопотребления и движущихся частей. К тому же, изображение в глазке более ярко по сравнению с системами TTL. Однако главным минусом является неаккуратность глазка (как правило, глазок показывает меньше, чем будет снято на самом деле, так что вам придется обрезать ненужное изображение по краям кадра). Также глазок приводит к появлению параллакса.

Параллакс связан с тем, что глазок находится на расстоянии 1'' или 2'' от объектива, и вы видите сцену немного под другим углом (в сравнении с объективом). Сей факт не важен при фотографировании удаленных сцен, но отличие будет все более заметно при приближении к объекту. При макросъемке (12'' или ближе), глазок становится бесполезным в связи с большим параллаксом.

Электронный прямой видоискатель - новейшая технология, призванная заменить оптический видоискатель крошечным монитором с высоким разрешением и низким энергопотреблением. Кроме прямого и детального изображения объекта, по которому можно четко определить фокус, в большинстве электронных видоискателей отображается дополнительная важная информация о настройках: фокусное расстояние, выдержка, состояние вспышки и т. д. Главный недостаток такой технологии заключается в том, что она слишком нова и несовершенна в цифровых фотоаппаратах (в отличие от цифровых видеокамер), поэтому электронный глазок не всегда такой яркий и четкий, как традиционный оптический видоискатель.

Так же как и в ЖК видоискателе, прямой электронный видоискатель выводит изображение в более низком разрешении после обработки процессором. Или он может выводить электронный thumbnail, полученный из заголовка файла TIFF или JPEG. По мере улучшения технологии можно ожидать, что прямые электронные видоискатели заменят ЖК видоискатели во многих моделях.

Кроме всей той обработки, что была показаны выше, в цифровом фотоаппарате происходят еще и другие процессы. Главный процессор выполняет общий контроль, в то время как другие процессоры и специализированные микросхемы проверяют и обрабатывают различную информацию. Например, операционная система должна постоянно проверять настройки фотографа, для того чтобы они сразу же отражались на получаемом изображении без задержек. Постоянно должна проверяться и зарядка батарей, чтобы фотоаппарат смог получить достаточно энергии для завершения цикла съемки одного изображения. Все компоненты фотоаппарата должны постоянно опрашиваться, чтобы убедиться в их корректной и правильной работе. Так что даже в простейших цифровых камерах типа "нацелился и снял" все совсем не так просто, как может показаться на первый взгляд.

Число процессоров, DSP и других микросхем широко варьируется в зависимости от имени производителя и марки цифрового фотоаппарата. Впрочем, сейчас можно наметить тенденцию интеграции максимально возможного количества функций на один чип, дабы сэкономить на стоимости и пространстве.

Вся показанная выше обработка изображения требует большого количества электроэнергии. Пару лет назад при работе с цифровыми фотоаппаратами приходилось запасаться большим количеством щелочных (alkaline) AA батареек. Цифровые камеры потребляли очень много энергии, и батарейки приходилось менять даже после нескольких снимков. В современном поколении цифровых фотоаппаратов улучшилась эффективность использования электроэнергии и повысилась их экономичность. Многие цифровые камеры были переведены с щелочных элементов на более совершенные технологии, типа перезаряжаемых никель-гидридных или литий-ионных батарей. Некоторые производители, к примеру, Sony, разработали для своих цифровых фотоаппаратов "умные" батареи, которые могут в нужный момент информировать пользователя о количестве оставшейся энергии.

По мере усложнения конструкции фотоаппаратов, при добавлении компонент и повышении требований к скорости съемки, потребление энергии и экономичность будут находиться под пристальным вниманием разработчиков.

Качество цифрового фотоаппарата - это больше чем пиксели

Важно понимать, что фотография в цифровой камере - это результат сложного взаимодействия многих частей. Ни один компонент сам по себе не может получить качественное изображение, и в то же время любой затор может полностью прервать процесс съемки или негативно сказаться на качестве картинки.

Фотография высокого качества, полученная с помощью Fuji S1
В первых цифровых фотоаппаратах самым значимым ограничивающим фактором являлось низкое качество и крошечный размер (примерно с горошину) сенсоров. Производители камер пришли к выводу, что в таких устройствах вряд ли имеет смысл использовать высококачественные линзы, так как сенсоры слишком слабы для получения хорошего изображения. Поэтому первые любительские цифровые фотоаппараты использовали дешевые пластиковые линзы с относительно низким оптическим качеством. С другой стороны, современные камеры с 3-Мегапиксельными сенсорами, наконец, достигли качественного уровня пленочных камер, поэтому сейчас требуется подровнять по качеству и остальные механизмы. В настоящее время достаточно много внимания разработчиков приковано к линзам. Продолжается их совершенствование по направлениям увеличения количества пропускаемого света, улучшения цветопередачи, углового разрешения и фокусировки, дабы не пропал ни единый пиксель на сенсоре. Точно также на остальные компоненты цифрового фотоаппарата возлагается задача получения изображений лучшего качества, скорости и эффективности, дабы не отставать от быстрого развития сенсоров.

В недалеком будущем мы, безусловно, будем наблюдать значительные улучшения технологии цифровых фотоаппаратов. Будут продолжать совершенствоваться сенсоры, их плотность будет увеличиваться (первые 5-Мегапиксельные любительские камеры поступили в продажу уже этим летом). На таких сенсорах пиксели будут более плотно упакованы (и более мелки), а форм-фактор сенсоров увеличится. Чем плотнее располагаются пиксели, чем они меньше, тем точнее необходимо доставлять фотоны через систему линз. Тем тщательнее нужно удалять различные шумы, равно как и использовать более эффективные алгоритмы улучшения изображений.

Схема расположения линз в Olympus Brio D-100
По мере роста плотности сенсоров, все остальные детали, скорее всего, будет уменьшаться в размерах, так что сами камеры начнут становиться все более и более миниатюрными. В настоящее время самые маленькие камеры основаны на компромиссном технологическом выборе между функциональностью и размером. Но чипы выполняют все больше функций, технологии совершенствуются, так что вскоре даже самые маленькие фотоаппараты будут предоставлять полный комплекс услуг. Еще одним подходом к миниатюризации является кардинальная перестройка дизайна самой камеры. Например, новый фотоаппарат Olympus Brio D-100 поражает своим необычно тонким корпусом. Для этого разработчикам пришлось позиционировать ПЗС сенсор под углом 90 градусов к объективу с помощью зеркала. Такая простая, хотя и достаточно революционная, идея привела к появлению нескольких принципиально новых дизайнов.

Наоборот, большие полупрофессиональные фотоаппараты будут падать в цене и постепенно завоевывать любительский рынок. Самые дешевые камеры с небольшим разрешением будут властвовать на нижнем сегменте этого рынка. Несмотря на относительно низкое разрешение, качество картинки будет повышаться и достигнет своих собратьев с высоким разрешением. (Помните, что количество пикселей - всего лишь один из аспектов цифровой фотографии, качество очень сильно зависит и от других аспектов).

Каждое новое поколение цифровых фотоаппаратов по своему интеллекту будет превосходить предыдущее. Вскоре фотоаппараты перейдут грань поистине многофункциональных устройств, успешно соединяя в себе цифровые видеокамеры, диктофоны, веб-камеры, PDA и сотовые телефоны. Поэтому вскоре мы должны увидеть поистине гениальные решения в области разработки фотоаппаратов и обработки изображений, которые смогут обойти создаваемый шум и другие проблемы, связанные с накоплением такого количества различной электроники в столь маленькой коробочке. Ну и, конечно, цены продолжат свое падение вниз, равно как будет повышаться производительность и качество. Сейчас начинается очень интересное время для цифровых фотографов (а это значит и для всех нас).


Дополнительные материалы:
Анатомия цифрового фотоаппарата. Часть 2: сенсоры
Sony Cyber-shot DSC-P72
Canon PowerShot G3
Casio Exilim ZOOM EX-Z3
Rekam Di 1. 3M
RoverShot RS-2100

Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Работа цифровой камеры - блок-схема, параметры, цветовая фильтрация

О работе камеры я уже рассказывал. Там были объяснены почти все основы этого поста. А теперь расскажите подробнее о цифровой камере, ее работе, а также преимуществах.

Цифровую камеру можно рассматривать как переделку обычной аналоговой камеры. Большинство связанных компонентов также одинаковы, за исключением того, что вместо света, падающего на светочувствительную пленку, например аналоговую камеру, в цифровых камерах используются датчики изображения.Хотя аналоговые камеры в основном зависят от механических и химических процессов, цифровые камеры зависят от цифровых процессов. Это серьезный сдвиг по сравнению с его предшественником, поскольку концепция сохранения и совместного использования аудио и видео контента была упрощена.

СМОТРЕТЬ: РАБОТА АНАЛОГОВОЙ КАМЕРЫ

Основные сведения о цифровой камере

Как было сказано ранее, основные компоненты одинаковы как для аналоговых, так и для цифровых камер. Но с той лишь разницей, что изображения, полученные аналоговой камерой, будут распечатаны на фотобумаге. Если вам нужно отправить эти фотографии по почте, вам придется преобразовать их в цифровую форму. Итак, фото нужно отсканировать в цифровом виде.

Этого затруднения не видно на цифровых фотографиях. Фотографии с цифровой камеры уже находятся в цифровом формате, который компьютер может легко распознать (0 и 1). 0 и 1 в цифровой камере хранятся в виде цепочек крошечных точек, называемых пикселями.

Датчики изображения, используемые в цифровом устройстве, могут быть либо устройством с зарядовой связью (CCD), либо дополнительным металлооксидным полупроводником (CMOS). Оба этих датчика изображения были подробно объяснены ранее.

СМОТРЕТЬ: ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА (CCD)

СМОТРЕТЬ: CMOS ДАТЧИК АКТИВНЫХ ПИКСЕЛЕЙ (CMOS APS)

СМОТРЕТЬ: CCD V / s CMOS

Датчик изображения представляет собой микрочип шириной около 10 мм. Чип состоит из множества датчиков, которые могут преобразовывать свет в электрические заряды. Хотя и CMOS, и CCD очень распространены, кристаллы CMOS, как известно, дешевле. Но для более высокого диапазона пикселей и дорогостоящих камер в основном используется технология CCD.

Цифровая камера имеет объектив / линзы, которые используются для фокусировки света, который должен проецироваться и создаваться. Этот свет фокусируется на датчике изображения, который преобразует световые сигналы в электрические. Свет попадает на датчик изображения, как только фотограф нажимает кнопку спуска затвора.Как только затвор открывается, пиксели освещаются светом разной интенсивности. Таким образом генерируется электрический сигнал. Затем этот электрический сигнал преобразуется в цифровые данные и сохраняется в компьютере.

Разрешение пикселей цифровой камеры

Четкость фотографий, сделанных с цифровой камеры, зависит от ее разрешения. Это разрешение всегда измеряется в пикселях. Если количество пикселей больше, разрешение увеличивается, тем самым улучшая качество изображения.Для камер доступно множество типов разрешений. Они отличаются в основном ценой.

  • 256 × 256 - это базовое разрешение камеры. Снимки, сделанные в таком разрешении, будут выглядеть размытыми и зернистыми. Они самые дешевые и к тому же неприемлемые.
  • 640 × 480 - это камера с чуть более высоким разрешением, чем тип 256 × 256. Хотя можно получить более четкое изображение, чем первое, они часто считаются низкими. Эти камеры подходят для размещения фотографий и изображений на веб-сайтах.
  • 1216 × 912 - это разрешение обычно используется в студиях для печати изображений. Всего доступно 1 109 000 пикселей.
  • 1600 × 1200 - это тип с высоким разрешением. Снимки высокого качества, и их можно использовать для создания 4 × 5 с таким же качеством, как в фотолаборатории.
  • 2240 × 1680 - это обычно называют 4-мегапиксельными камерами. С таким разрешением вы легко сможете распечатать фотографию размером до 16 × 20 дюймов.
  • 4064 × 2704 - обычно обозначается как 11.1-мегапиксельная камера. 11,1 мегапикселя делает снимки в этом разрешении. С таким разрешением вы можете легко распечатать фотографии размером до 13,5 × 9 дюймов без потери качества изображения.
  • Существуют камеры даже с более высоким разрешением до 20 миллионов пикселей или около того.

Фильтрация цветов с использованием алгоритмов демозаики

Датчики, используемые в цифровых фотоаппаратах, на самом деле не различают цвета. Все, что он знает, - это отслеживать интенсивность падающего на него света. Для получения цветного изображения на фотосайтах используются фильтры, позволяющие получить три основных цвета.После объединения этих цветов получается требуемый спектр.

Для этого выполняется механизм, называемый интерполяцией. Массив цветных фильтров помещается поверх каждого отдельного фотосайта. Таким образом, датчик делится на красный, зеленый и синий пиксели, обеспечивая точный результат истинного цвета в определенном месте. Фильтр, наиболее часто используемый для этого процесса, называется шаблоном фильтра Байера. В этом шаблоне альтернативный ряд красных и зеленых фильтров с рядом синих и зеленых фильтров.Количество доступных зеленых пикселей будет равно количеству синего и красного вместе взятых. Он разработан в другой пропорции, поскольку человеческий глаз не одинаково чувствителен ко всем трем цветам. Наши глаза будут воспринимать истинное зрение только в том случае, если зеленых пикселей больше.

Основным преимуществом этого метода является то, что для записи всей информации о цвете требуется только один датчик. Таким образом, размер камеры, а также ее цена могут быть значительно уменьшены. Таким образом, с помощью фильтра Байера получается мозаика из всех основных цветов с различной интенсивностью.Эти различные интенсивности могут быть дополнительно упрощены до мозаики одинакового размера с помощью метода, называемого алгоритмами демозаики. Для этого три составных цвета из одного пикселя смешиваются, чтобы сформировать единый истинный цвет, путем определения средних значений ближайших окружающих пикселей.

Взгляните на схему цифровой камеры, показанную ниже.

Схема цифровой камеры

Параметры цифровой камеры

Цифровой фотоаппарат, как и пленочный, имеет определенные параметры.Эти параметры определяют четкость изображения. Прежде всего, необходимо контролировать количество света, который проходит через линзу и попадает на датчик. Для этого параметры

  1. Диафрагма - Диафрагма - это диаметр отверстия в камере. Это может быть установлен как в автоматическом, так и в ручном режиме. Профессионалы отдают предпочтение ручному режиму, так как они могут внести свой вклад в изображение.

2. Выдержка - Выдержка - это скорость и количество света, проходящего через диафрагму.Это может быть только автоматическое. И диафрагма, и выдержка играют важную роль в создании хорошего изображения.

3. Фокусное расстояние - Фокусное расстояние - это коэффициент, определяемый производителем. Это расстояние между объективом и датчиком. Это также зависит от размера сенсора. Если размер сенсора небольшой, фокусное расстояние также будет пропорционально уменьшено.

4. Объектив - В основном для цифровых фотоаппаратов используются четыре типа объективов.Они различаются стоимостью камеры, а также настройкой фокусного расстояния. Их

  • Объектив с фиксированным фокусом и фиксированным зумом - они очень распространены и используются в недорогих камерах.
  • Объективы с оптическим зумом и автоматической фокусировкой - это объективы с регулировкой фокусного расстояния. У них также есть варианты «широкоугольный» и «телефото».
  • Цифровой зум - Полноразмерные изображения получаются путем снятия пикселей из центра датчика изображения. Этот метод также зависит от разрешения, а также от датчика, используемого в камере.
  • Системы сменных объективов - Некоторые цифровые камеры заменяют свои объективы на 35-мм объективы для получения более качественных изображений.

Цифровые камеры против аналоговой камеры

  • Качество изображения, получаемого пленочным фотоаппаратом, намного лучше, чем в цифровом.
  • Развитие технологий сделало съемку с помощью цифровых технологий более простой и популярной.
  • Так как цифровая копия может быть размещена на веб-сайтах, фотографии могут быть отправлены кому угодно в этом мире.

Как работают цифровые фотоаппараты?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 1 ноября 2020 г.

Цифровые фотоаппараты дают совершенно новый смысл идеи рисования цифрами. В отличие от пленочных фотоаппаратов старого образца, они захватывают и записывают изображения окружающий мир с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел. У этого есть много преимуществ: дает нам мгновенные фотографии, позволяет редактировать наши изображения и упрощает обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных телефоны), электронную почту и веб-сайты.

Фото: типичный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг - это линза; прямоугольник над ним - ксеноновая лампа-вспышка. Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фото ниже на этой странице.

Как работают обычные пленочные фотоаппараты

Фото: Пленочный фотоаппарат старого образца с поздних времен. 1980-е гг. Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую. катушка слева, по пути проходящая перед линзой. Когда ты сделай фото, затвор позволяет свет попадает из объектива и экспонирует пленку.Это все очень похоже на 19 век по сравнению с цифровой фотографией!

Если у вас есть фотоаппарат старого образца, вы поймете, что он бесполезен. без одного жизненно важного оборудования: пленки . Пленка - это длинная катушка из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра) чувствительные к свету. Чтобы свет не испортил пленку, ее заворачивают внутрь жесткой, светонепроницаемый пластиковый цилиндр - вещь, которую вы вставляете в фотоаппарат.

Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать кнопку кнопка.Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который делает отверстие (апертура) открывается на короткое время в передней части камеры, позволяя свет проникает через линзу (толстый кусок стекло или пластик установлен спереди). Свет вызывает реакции в химикаты на пленке, таким образом сохраняя изображение перед вами.

Это не Однако это конец процесса. Когда фильм заполнен, ты нужно отнести в аптеку (аптеку), чтобы это было развитый. Обычно это включает размещение пленки в огромном автоматическая проявочная машина.Машина открывает фильм контейнер, вытаскивает пленку и окунает ее в другие химические вещества. чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в серию "негативных" картинок - призрачных перевернутых версий то, что вы на самом деле видели. На негативе черные области выглядят светлыми и наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив хранит их как противоположности. Как только машина произведет негативы, он использует их для печати (готовых версий) ваших фото.

Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного неприятность.Большинство людей теряют фотографии просто чтобы «закончить фильм». Часто приходится ждать несколько дней на проявку пленки и распечатки ( готовые фотографии) вернулся к вам. Неудивительно, что цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает все эти проблемы одним махом.

(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных фотоаппаратах и ​​традиционной фотографии, см. нашу основную статью о том, как работают пленочные фотоаппараты.)

Как работают цифровые фотоаппараты

Фото: обычный датчик изображения.Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) - это светочувствительная часть; золотые провода, идущие от него, подключают его к цепи камеры.

Цифровые фотоаппараты очень похожи на обычные пленочные фотоаппараты, но работают в совершенно другой способ. Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять сфотографировать цифровым фотоаппаратом, диафрагма открывается в передней части камера и свет проходит через объектив. Пока что это как пленочный фотоаппарат. Однако с этого момента все по-другому.Нет пленки в цифровом камера. Вместо этого есть кусок электронное оборудование, которое улавливает падающие световые лучи и превращает их в электрические сигналы. Этот световой датчик может быть одного из двух типов: с зарядовой связью. устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .

Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте вверх, вы заметите, что изображение состоит из миллионов крошечных цветные точки или квадраты называются пикселей . ЖК-экраны ноутбуков также создают изображения с помощью пикселей, хотя они часто слишком мелкие, чтобы их можно было увидеть.На экране телевизора или компьютера, электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели очень быстро. Свет от экрана попадает в ваши глаза и мозг обманом заставляет увидеть большую движущуюся картинку.

В цифровом фотоаппарате происходит прямо противоположное. Свет от объект, который вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий "Картинка" попадает на чип датчика изображения, который разбивает ее на миллионы пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя. и сохраняет его как число.Ваша цифровая фотография эффективно невероятно длинная строка чисел, описывающая точные детали каждого содержащегося в нем пикселя. Вы можете узнать больше о том, как датчик изображения создает цифровое изображение в нашем статья о веб-камерах.

Как в цифровых камерах используются цифровые технологии

После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все, что угодно. с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете скачать сделанные вами изображения и загрузить их в такие программы, как PhotoShop чтобы отредактировать их или оживить.Или вы можете загружать их на веб-сайты, отправлять по электронной почте друзьям и т. Д. на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате. формат и всевозможные другие цифровые гаджеты - от MP3-плееры iPod на от мобильных телефонов и компьютеров до фотопринтеров - используйте цифровые технологии тоже. Цифровой - это своего рода язык, на котором все электронные гаджеты «говорят» сегодня.

Фото: Цифровые фотоаппараты намного удобнее чем пленочные фотоаппараты. Вы можете сразу увидеть, как изображение будет выглядеть на ЖК-дисплее. экран на спине.Если с вашей картинкой не все в порядке, вы можете просто удалить ее и попробовать опять таки. Вы не можете сделать это с помощью пленочного фотоаппарата. Цифровые фотоаппараты означают фотографы могут быть более креативными и экспериментальными.

Если вы откроете цифровую фотографию в программе рисования (редактирования изображений), вы можете изменить его разными способами. Такая программа работает путем корректировки чисел, которые представляют каждый пиксель изображения. Так, если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче, программа по очереди перебирает все числа для каждого пикселя и увеличивает их на 20 процентов.Если вы зеркально отразите изображение (переверните его по горизонтали), программа меняет последовательность чисел на обратную. магазины, поэтому они работают в противоположном направлении. Что вы видите на Экран - это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что вы не видите, меняет ли программа рисования все числа в фон.

Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные цифровые фотоаппараты. У вас может быть камера с оптическим зумом и цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается внутрь и наружу. для увеличения или уменьшения входящего изображения при попадании на ПЗС-матрицу.А цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает входящее изображение без фактического перемещения объектива. Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается. Короче говоря, оптическое увеличение делает изображения крупнее и четче, но цифровое зуммирование делает изображения больше и более размытыми.

Почему цифровые камеры сжимают изображения

Представьте на мгновение, что вы - чип считывания изображения CCD или CMOS. Выгляни в окно и попробуй выясните, как вы будете хранить детали вида, который вы видите.Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов. Итак, вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна. Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти измерения вниз как числа. Если вы измерили цвет и яркость для шести миллионов пикселей и записал оба значения как чисел, вы получите строку из миллионов чисел - просто чтобы хранить одну фотографию! Вот почему качественные цифровые изображения часто создавать огромные файлы на вашем компьютере.Каждого может быть несколько размером в мегабайты (миллионы символов).

Чтобы обойти это, цифровые фотоаппараты, компьютеры и другие цифровые устройства используйте технику под названием сжатие . Сжатие - это математический трюк это включает сжатие цифровых фотографий поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти. Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что расшифровывается как Joint Photographic Experts Group имени ученых и математиков кто придумал идею).JPG известен как "с потерями" сжатие, потому что, когда фотографии сжимаются таким образом, некоторые информация потеряна и не может быть восстановлена. JPG высокого разрешения использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; использование файлов JPG с низким разрешением гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о сжатие в нашей статье о MP3 игроков.

Большинство цифровых фотоаппаратов имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высоким или более высоким разрешением. более низкие разрешения. Если вы выберете высокое разрешение, камера сможет хранить на карте памяти меньше изображений, но они намного лучшего качества.Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но качество не будет таким хорошим. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.

Превращение обычных фотографий в цифровые

Есть способ превратить фотографии с обычного пленочного фотоаппарата в цифровые фотографии - путем их сканирования. Сканер - это часть компьютера оборудование, похожее на небольшой копировальный аппарат но работает как цифровая камера. Когда вы помещаете фотографии в сканер, свет сканирует поперек них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в цифровые изображения, которые вы можете просматривать на своем компьютере.

Что такое «беззеркальные» фотоаппараты?

Фактически существует четыре различных типа цифровых фотоаппаратов. Самый простой, известный как наведи и стреляй, , имеет объектив для захвата света (который может или не может увеличиваться), датчик изображения, чтобы преобразовать узор света в цифровую форму, и ЖК-экран на задней панели для просмотра ваших фотографий. На противоположном конце спектра камеры DSLR (Digital Single Lens Reflex) выглядят как традиционные профессиональные пленочные камеры и имеют внутри движущееся откидное зеркало, которое позволяет вам просматривать точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, можно найти в нашей статье о пленочных камерах).Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые фотоаппараты , представляет собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от система шарнирных зеркал в пользу ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише. Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но не имеют таких функций, как оптический зум.

Чем цифровые фотоаппараты соотносятся с фотоаппаратами смартфонов?

Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры - замечательная вещь, если вы сравнивая их со старыми пленочными фотоаппаратами.Благодаря превосходному ультрасовременному изображению датчиков, на самом деле нет веских причин (кроме ностальгического предпочтения аналоговая технология) для использования пленки. Вас простят за то, что вы думаете, что продажи цифровых фотоаппаратов будут взрывается в результате, но вы ошибаетесь. За последние несколько лет, продажи цифровых фотоаппаратов падают одновременно с двузначным числом с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются более чем 1,5 миллиарда ежегодно). Посетите сайт обмена фотографиями, например Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле телефоны: в сентябре 2019 года, когда я обновляю эту статью, Все пять лучших камер Flickr айфоны.Есть ли веская причина для владения автономным цифровым камеры больше или теперь можно все делать с камерой телефона?

Фото: плюсы и минусы цифровых фотоаппаратов и смартфонов резюмированы на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие, лучшие телескопические линзы (вверху) и сенсоры по сравнению с таковыми в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (посередине). Но смартфоны, несомненно, имеют отличные возможности подключения, и их экраны больше, лучше и четче (внизу).Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фотографии на крошечном экране Canon.

Датчики и экраны

Сделайте шаг назад на десять лет, и не будет никакого сравнения между грубые и неуклюжие снимки камер на мобильных телефонах и даже на самых посредственные компактные цифровые фотоаппараты. В то время как цифровые устройства хвастались постоянно увеличивающееся количество мегапикселей, мобильные телефоны сделали грубые снимки немного лучше, чем у обычной веб-камеры (1 Мегапиксель или меньше было обычным явлением).Теперь все изменилось. Цифровая камера Canon Ixus / Powershot 10-летней давности, которую я обычно использую, имеет разрешение 7,1 мегапикселя, то есть отлично подходит почти для всего, что я когда-либо хотел делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что (по крайней мере теоретически) звучит так, как будто он должен быть вдвое лучше.

Но ждать! «Мегапиксели» - это маркетинговая уловка, вводящая в заблуждение: действительно важен размер и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше датчик, тем лучше снимки.Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о ПЗС-матрицах размером 1 / 2,5 дюйма. в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа). Что на самом деле означают эти числа? Измерения сенсора основаны на бесполезной запутанной математике, которую я не собираюсь здесь объяснять, и Вы можете поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные сенсоры, примерно вдвое меньше мизинца (менее 5 мм в каждом направлении), хотя сенсор Canon значительно больше. Digital Ixus, хотя на восемь лет старше смартфона LG и имеет вдвое меньше «мегапикселей», имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG, особенно в условиях низкой освещенности.

Canon также набирает намного лучше, телескопический объектив (технически оценено 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) - лучшего качества и телескопической при загрузке - позволяет снимать все с бесконечного расстояния пейзажи и макро-снимки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть загрузить свои фотографии в компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи потому что у Canon есть только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран. LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана - 14 см (5.5 дюймов) "монитор". По оценкам Canon, экран Ixus имеет 230 000 пикселей, а LG имеет четырехъядерный HD (2560 × 1440 пикселей), что примерно в шестнадцать раз больше. Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с помощью LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя и карманного размера).

Имейте в виду, что мой Canon - это просто компактный компакт, так что это не совсем справедливое сравнение того, чего можно достичь с помощью действительно хорошей цифровой камеры и действительно хорошего смартфона.Мой LG - лучший смартфон среди камер для смартфонов, но Ixus далеко не так хорош. как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная зеркальная фотокамера будет иметь датчик , который намного больше, чем у смартфона - до 3,6 см × 2,4 см, поэтому она сможет захватывать действительно мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности. У него также будет более крупный и лучший экран и лучшие (сменные) линзы.

Фото: это крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой).Что ты смотришь А вот и объектив: чип датчика изображения находится прямо под ним. (Если неясно, я указываю на красную ручку.)

Социальные сети

Конечно, где камеры смартфонов действительно забивают, так это в «смартфонах». отдела: по сути, это компьютеры, которые можно легко достать из кармана. портативный и всегда онлайн. Так что вы не только с большей вероятностью делать случайные фотографии (потому что у вас всегда есть фотоаппарат), но вы можете мгновенно загрузить свои снимки в Instagram с метким названием, Facebook или Twitter.И это настоящая причина, по которой смартфон камеры превзошли цифровые модели старой школы: сама фотография изменен с цифрового эквивалента дагерротипа XIX века (само по себе возврат к портретным картинам старых времен) к чему-то более непринужденный, немедленный и, конечно же, социальный . Для цели Facebook или Twitter, часто просматриваемые на мобильных устройствах с маленьким экраном устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее. (Убедитесь в этом сами, загрузив изображение в высоком разрешении из Instagram или Flickr, и редко бывает больше пары сотен размер в килобайтах и ​​не более 1000 мегапикселей в каждом измерении, всего меньше одного мегапикселя.) Даже лучше сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей будут никогда не просматривайте фотографии в многомегапиксельном разрешении: они просто не поместились бы на экране. Таким образом, даже если ваш смартфон не имеет большого количества мегапикселей, он на самом деле не имеет значения: большинство людей листают ваши фотографии на своих смартфоны не заметят - или не позаботятся. Социальные сети - значит никогда не иметь сказать, что вам жаль, что вы забыли свою зеркалку и у вас был только iPhone!

Дополнения для смартфонов

Совершенно верно, что фотографии, сделанные на первоклассном уровне Canon или Nikon DSLR превзойдут, без сомнения, снимки даже с лучшие смартфоны, но это часто потому, что это не равное сравнение.Часто сравниваем хорошие любительские фото снятые на смартфон, в блестящие профессиональные фотографии, снятые с Зеркалки. Сколько из того, что мы видим, - это камера ... и сколько глаз фотографа? Иногда трудно разделить два вещи

Профессионалы могут добиться потрясающих результатов со смартфонами, но и любители могут с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие ручное управление (обычно даже меньше, чем у базового компактного цифровая камера).В определенной степени это можно обойти, с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больший контроль над неудобные старые настройки, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого. (Найдите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как "профессиональная фотография" или "ручная фотография".) Вы также можете добавить к смартфону съемные линзы, чтобы обойти недостатки объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут ничего не поделаешь) о крошечном датчике изображения худшего качества). Как только ваши фотографии будут надежно закреплены, есть множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенное, бесплатная версия PhotoShop, которая поможет вам ретушировать любительскую «посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».«

Так зачем все же покупать цифровые?

Поскольку сейчас у многих людей есть смартфоны, реальный вопрос нужна ли вам еще и цифровая камера. Очень трудно увидеть аргумент в пользу компактов наведи и стреляй больше: для социальных сетей щелкает, большинство из нас может обойтись своими телефонами. Для этого сайта я использую много макросов фотографии - крупные планы схем и механических частей - с моим Ixus, которые я не мог захватить с LG, так что я не собираюсь прыгать с корабля в ближайшее время.

Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, сравнивать между смартфоны и зеркалки.Первоклассная зеркалка обеспечивает лучшее качество изображения датчик (до 50 раз больше, чем в смартфон) и гораздо лучший объектив: эти две принципиально важные вещи делают "сырое" изображение от зеркалки намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко больший диапазон фотографий при гораздо более широком диапазоне освещения условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий, мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе, ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда будете счастливы.Сказав что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi, предлагают удобство мгновенного обмена, аналогичное смартфонам. И из Конечно, ничто не мешает носить с собой смартфон и зеркалку. если вы действительно хотите получить лучшее из обоих миров!

Краткая история фотографии

Artwork: Оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, немного напоминала старый. видеокамера и нужен был отдельный монитор воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная).Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали ленту, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просмотрели сделанные вами снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Изображение из патента США 4 131919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

  • 4 век до н. Э .: Китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненная комната с дырой в шторах, которая проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
  • Конец 1700-х: Томас Веджвуд (1771–1805) и Сэр Хэмфри Дэви (1778–1829), два английских ученых провели первые эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге.Их фото не было постоянный: они стали черными, если не хранились постоянно в темном месте.
  • 1827: французский Джозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире фотографии. Его метод не годился для портретов людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым в течение восьми часов.
  • 1839: Французский художник сцены из оперного театра Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
  • 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел фотографический негативный процесс.
  • 1851: британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать резкие фотографии на влажных стеклянных пластинах.
  • 1870-е годы: британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластинок и желатина.
  • 1883: американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
  • 1888: Джордж Истман выпустил свою простую в использовании камеру Kodak. Его девизом было: «Вы нажимаете кнопку, а мы делаем все остальное».
  • 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную поляроидную камеру.
  • 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную поляроидную камеру.
  • 1975: американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
  • 1990-е: Цифровые фотоаппараты стали популярными, постепенно снимая пленочные фотоаппараты.
  • 2000-е: Современные мобильные телефоны со встроенными цифровыми камерами начали делать автономные цифровые камеры ненужными для повседневной фотосъемки.

Как работают цифровые фотоаппараты?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 1 ноября 2020 г.

Цифровые фотоаппараты дают совершенно новый смысл идеи рисования цифрами. В отличие от пленочных фотоаппаратов старого образца, они захватывают и записывают изображения окружающий мир с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел.У этого есть много преимуществ: дает нам мгновенные фотографии, позволяет редактировать наши изображения и упрощает обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных телефоны), электронную почту и веб-сайты.

Фото: типичный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг - это линза; прямоугольник над ним - ксеноновая лампа-вспышка. Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фото ниже на этой странице.

Как работают обычные пленочные фотоаппараты

Фото: Пленочный фотоаппарат старого образца с поздних времен. 1980-е гг.Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую. катушка слева, по пути проходящая перед линзой. Когда ты сделай фото, затвор позволяет свет попадает из объектива и экспонирует пленку. Это все очень похоже на 19 век по сравнению с цифровой фотографией!

Если у вас есть фотоаппарат старого образца, вы поймете, что он бесполезен. без одного жизненно важного оборудования: пленки . Пленка - это длинная катушка из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра) чувствительные к свету.Чтобы свет не испортил пленку, ее заворачивают внутрь жесткой, светонепроницаемый пластиковый цилиндр - вещь, которую вы вставляете в фотоаппарат.

Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать кнопку кнопка. Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который делает отверстие (апертура) открывается на короткое время в передней части камеры, позволяя свет проникает через линзу (толстый кусок стекло или пластик установлен спереди). Свет вызывает реакции в химикаты на пленке, таким образом сохраняя изображение перед вами.

Это не Однако это конец процесса. Когда фильм заполнен, ты нужно отнести в аптеку (аптеку), чтобы это было развитый. Обычно это включает размещение пленки в огромном автоматическая проявочная машина. Машина открывает фильм контейнер, вытаскивает пленку и окунает ее в другие химические вещества. чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в серию "негативных" картинок - призрачных перевернутых версий то, что вы на самом деле видели. На негативе черные области выглядят светлыми и наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив хранит их как противоположности.Как только машина произведет негативы, он использует их для печати (готовых версий) ваших фото.

Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного неприятность. Большинство людей теряют фотографии просто чтобы «закончить фильм». Часто приходится ждать несколько дней на проявку пленки и распечатки ( готовые фотографии) вернулся к вам. Неудивительно, что цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает все эти проблемы одним махом.

(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных фотоаппаратах и ​​традиционной фотографии, см. нашу основную статью о том, как работают пленочные фотоаппараты.)

Как работают цифровые фотоаппараты

Фото: обычный датчик изображения. Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) - это светочувствительная часть; золотые провода, идущие от него, подключают его к цепи камеры.

Цифровые фотоаппараты очень похожи на обычные пленочные фотоаппараты, но работают в совершенно другой способ.Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять сфотографировать цифровым фотоаппаратом, диафрагма открывается в передней части камера и свет проходит через объектив. Пока что это как пленочный фотоаппарат. Однако с этого момента все по-другому. Нет пленки в цифровом камера. Вместо этого есть кусок электронное оборудование, которое улавливает падающие световые лучи и превращает их в электрические сигналы. Этот световой датчик может быть одного из двух типов: с зарядовой связью. устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .

Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте вверх, вы заметите, что изображение состоит из миллионов крошечных цветные точки или квадраты называются пикселей . ЖК-экраны ноутбуков также создают изображения с помощью пикселей, хотя они часто слишком мелкие, чтобы их можно было увидеть. На экране телевизора или компьютера, электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели очень быстро. Свет от экрана попадает в ваши глаза и мозг обманом заставляет увидеть большую движущуюся картинку.

В цифровом фотоаппарате происходит прямо противоположное. Свет от объект, который вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий "Картинка" попадает на чип датчика изображения, который разбивает ее на миллионы пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя. и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография эффективно невероятно длинная строка чисел, описывающая точные детали каждого содержащегося в нем пикселя. Вы можете узнать больше о том, как датчик изображения создает цифровое изображение в нашем статья о веб-камерах.

Как в цифровых камерах используются цифровые технологии

После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все, что угодно. с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете скачать сделанные вами изображения и загрузить их в такие программы, как PhotoShop чтобы отредактировать их или оживить. Или вы можете загружать их на веб-сайты, отправлять по электронной почте друзьям и т. Д. на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате. формат и всевозможные другие цифровые гаджеты - от MP3-плееры iPod на от мобильных телефонов и компьютеров до фотопринтеров - используйте цифровые технологии тоже.Цифровой - это своего рода язык, на котором все электронные гаджеты «говорят» сегодня.

Фото: Цифровые фотоаппараты намного удобнее чем пленочные фотоаппараты. Вы можете сразу увидеть, как изображение будет выглядеть на ЖК-дисплее. экран на спине. Если с вашей картинкой не все в порядке, вы можете просто удалить ее и попробовать опять таки. Вы не можете сделать это с помощью пленочного фотоаппарата. Цифровые фотоаппараты означают фотографы могут быть более креативными и экспериментальными.

Если вы откроете цифровую фотографию в программе рисования (редактирования изображений), вы можете изменить его разными способами.Такая программа работает путем корректировки чисел, которые представляют каждый пиксель изображения. Так, если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче, программа по очереди перебирает все числа для каждого пикселя и увеличивает их на 20 процентов. Если вы зеркально отразите изображение (переверните его по горизонтали), программа меняет последовательность чисел на обратную. магазины, поэтому они работают в противоположном направлении. Что вы видите на Экран - это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что вы не видите, меняет ли программа рисования все числа в фон.

Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные цифровые фотоаппараты. У вас может быть камера с оптическим зумом и цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается внутрь и наружу. для увеличения или уменьшения входящего изображения при попадании на ПЗС-матрицу. А цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает входящее изображение без фактического перемещения объектива. Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается. Короче говоря, оптическое увеличение делает изображения крупнее и четче, но цифровое зуммирование делает изображения больше и более размытыми.

Почему цифровые камеры сжимают изображения

Представьте на мгновение, что вы - чип считывания изображения CCD или CMOS. Выгляни в окно и попробуй выясните, как вы будете хранить детали вида, который вы видите. Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов. Итак, вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна. Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти измерения вниз как числа.Если вы измерили цвет и яркость для шести миллионов пикселей и записал оба значения как чисел, вы получите строку из миллионов чисел - просто чтобы хранить одну фотографию! Вот почему качественные цифровые изображения часто создавать огромные файлы на вашем компьютере. Каждого может быть несколько размером в мегабайты (миллионы символов).

Чтобы обойти это, цифровые фотоаппараты, компьютеры и другие цифровые устройства используйте технику под названием сжатие . Сжатие - это математический трюк это включает сжатие цифровых фотографий поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти.Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что расшифровывается как Joint Photographic Experts Group имени ученых и математиков кто придумал идею). JPG известен как "с потерями" сжатие, потому что, когда фотографии сжимаются таким образом, некоторые информация потеряна и не может быть восстановлена. JPG высокого разрешения использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; использование файлов JPG с низким разрешением гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о сжатие в нашей статье о MP3 игроков.

Большинство цифровых фотоаппаратов имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высоким или более высоким разрешением. более низкие разрешения. Если вы выберете высокое разрешение, камера сможет хранить на карте памяти меньше изображений, но они намного лучшего качества. Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но качество не будет таким хорошим. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.

Превращение обычных фотографий в цифровые

Есть способ превратить фотографии с обычного пленочного фотоаппарата в цифровые фотографии - путем их сканирования.Сканер - это часть компьютера оборудование, похожее на небольшой копировальный аппарат но работает как цифровая камера. Когда вы помещаете фотографии в сканер, свет сканирует поперек них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в цифровые изображения, которые вы можете просматривать на своем компьютере.

Что такое «беззеркальные» фотоаппараты?

Фактически существует четыре различных типа цифровых фотоаппаратов. Самый простой, известный как наведи и стреляй, , имеет объектив для захвата света (который может или не может увеличиваться), датчик изображения, чтобы преобразовать узор света в цифровую форму, и ЖК-экран на задней панели для просмотра ваших фотографий.На противоположном конце спектра камеры DSLR (Digital Single Lens Reflex) выглядят как традиционные профессиональные пленочные камеры и имеют внутри движущееся откидное зеркало, которое позволяет вам просматривать точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, можно найти в нашей статье о пленочных камерах). Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые фотоаппараты , представляет собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от система шарнирных зеркал в пользу ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише.Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но не имеют таких функций, как оптический зум.

Чем цифровые фотоаппараты соотносятся с фотоаппаратами смартфонов?

Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры - замечательная вещь, если вы сравнивая их со старыми пленочными фотоаппаратами. Благодаря превосходному ультрасовременному изображению датчиков, на самом деле нет веских причин (кроме ностальгического предпочтения аналоговая технология) для использования пленки.Вас простят за то, что вы думаете, что продажи цифровых фотоаппаратов будут взрывается в результате, но вы ошибаетесь. За последние несколько лет, продажи цифровых фотоаппаратов падают одновременно с двузначным числом с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются более чем 1,5 миллиарда ежегодно). Посетите сайт обмена фотографиями, например Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле телефоны: в сентябре 2019 года, когда я обновляю эту статью, Все пять лучших камер Flickr айфоны.Есть ли веская причина для владения автономным цифровым камеры больше или теперь можно все делать с камерой телефона?

Фото: плюсы и минусы цифровых фотоаппаратов и смартфонов резюмированы на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие, лучшие телескопические линзы (вверху) и сенсоры по сравнению с таковыми в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (посередине). Но смартфоны, несомненно, имеют отличные возможности подключения, и их экраны больше, лучше и четче (внизу).Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фотографии на крошечном экране Canon.

Датчики и экраны

Сделайте шаг назад на десять лет, и не будет никакого сравнения между грубые и неуклюжие снимки камер на мобильных телефонах и даже на самых посредственные компактные цифровые фотоаппараты. В то время как цифровые устройства хвастались постоянно увеличивающееся количество мегапикселей, мобильные телефоны сделали грубые снимки немного лучше, чем у обычной веб-камеры (1 Мегапиксель или меньше было обычным явлением).Теперь все изменилось. Цифровая камера Canon Ixus / Powershot 10-летней давности, которую я обычно использую, имеет разрешение 7,1 мегапикселя, то есть отлично подходит почти для всего, что я когда-либо хотел делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что (по крайней мере теоретически) звучит так, как будто он должен быть вдвое лучше.

Но ждать! «Мегапиксели» - это маркетинговая уловка, вводящая в заблуждение: действительно важен размер и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше датчик, тем лучше снимки.Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о ПЗС-матрицах размером 1 / 2,5 дюйма. в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа). Что на самом деле означают эти числа? Измерения сенсора основаны на бесполезной запутанной математике, которую я не собираюсь здесь объяснять, и Вы можете поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные сенсоры, примерно вдвое меньше мизинца (менее 5 мм в каждом направлении), хотя сенсор Canon значительно больше. Digital Ixus, хотя на восемь лет старше смартфона LG и имеет вдвое меньше «мегапикселей», имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG, особенно в условиях низкой освещенности.

Canon также набирает намного лучше, телескопический объектив (технически оценено 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) - лучшего качества и телескопической при загрузке - позволяет снимать все с бесконечного расстояния пейзажи и макро-снимки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть загрузить свои фотографии в компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи потому что у Canon есть только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран. LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана - 14 см (5.5 дюймов) "монитор". По оценкам Canon, экран Ixus имеет 230 000 пикселей, а LG имеет четырехъядерный HD (2560 × 1440 пикселей), что примерно в шестнадцать раз больше. Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с помощью LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя и карманного размера).

Имейте в виду, что мой Canon - это просто компактный компакт, так что это не совсем справедливое сравнение того, чего можно достичь с помощью действительно хорошей цифровой камеры и действительно хорошего смартфона.Мой LG - лучший смартфон среди камер для смартфонов, но Ixus далеко не так хорош. как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная зеркальная фотокамера будет иметь датчик , который намного больше, чем у смартфона - до 3,6 см × 2,4 см, поэтому она сможет захватывать действительно мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности. У него также будет более крупный и лучший экран и лучшие (сменные) линзы.

Фото: это крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой).Что ты смотришь А вот и объектив: чип датчика изображения находится прямо под ним. (Если неясно, я указываю на красную ручку.)

Социальные сети

Конечно, где камеры смартфонов действительно забивают, так это в «смартфонах». отдела: по сути, это компьютеры, которые можно легко достать из кармана. портативный и всегда онлайн. Так что вы не только с большей вероятностью делать случайные фотографии (потому что у вас всегда есть фотоаппарат), но вы можете мгновенно загрузить свои снимки в Instagram с метким названием, Facebook или Twitter.И это настоящая причина, по которой смартфон камеры превзошли цифровые модели старой школы: сама фотография изменен с цифрового эквивалента дагерротипа XIX века (само по себе возврат к портретным картинам старых времен) к чему-то более непринужденный, немедленный и, конечно же, социальный . Для цели Facebook или Twitter, часто просматриваемые на мобильных устройствах с маленьким экраном устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее. (Убедитесь в этом сами, загрузив изображение в высоком разрешении из Instagram или Flickr, и редко бывает больше пары сотен размер в килобайтах и ​​не более 1000 мегапикселей в каждом измерении, всего меньше одного мегапикселя.) Даже лучше сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей будут никогда не просматривайте фотографии в многомегапиксельном разрешении: они просто не поместились бы на экране. Таким образом, даже если ваш смартфон не имеет большого количества мегапикселей, он на самом деле не имеет значения: большинство людей листают ваши фотографии на своих смартфоны не заметят - или не позаботятся. Социальные сети - значит никогда не иметь сказать, что вам жаль, что вы забыли свою зеркалку и у вас был только iPhone!

Дополнения для смартфонов

Совершенно верно, что фотографии, сделанные на первоклассном уровне Canon или Nikon DSLR превзойдут, без сомнения, снимки даже с лучшие смартфоны, но это часто потому, что это не равное сравнение.Часто сравниваем хорошие любительские фото снятые на смартфон, в блестящие профессиональные фотографии, снятые с Зеркалки. Сколько из того, что мы видим, - это камера ... и сколько глаз фотографа? Иногда трудно разделить два вещи

Профессионалы могут добиться потрясающих результатов со смартфонами, но и любители могут с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие ручное управление (обычно даже меньше, чем у базового компактного цифровая камера).В определенной степени это можно обойти, с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больший контроль над неудобные старые настройки, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого. (Найдите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как "профессиональная фотография" или "ручная фотография".) Вы также можете добавить к смартфону съемные линзы, чтобы обойти недостатки объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут ничего не поделаешь) о крошечном датчике изображения худшего качества). Как только ваши фотографии будут надежно закреплены, есть множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенное, бесплатная версия PhotoShop, которая поможет вам ретушировать любительскую «посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».«

Так зачем все же покупать цифровые?

Поскольку сейчас у многих людей есть смартфоны, реальный вопрос нужна ли вам еще и цифровая камера. Очень трудно увидеть аргумент в пользу компактов наведи и стреляй больше: для социальных сетей щелкает, большинство из нас может обойтись своими телефонами. Для этого сайта я использую много макросов фотографии - крупные планы схем и механических частей - с моим Ixus, которые я не мог захватить с LG, так что я не собираюсь прыгать с корабля в ближайшее время.

Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, сравнивать между смартфоны и зеркалки.Первоклассная зеркалка обеспечивает лучшее качество изображения датчик (до 50 раз больше, чем в смартфон) и гораздо лучший объектив: эти две принципиально важные вещи делают "сырое" изображение от зеркалки намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко больший диапазон фотографий при гораздо более широком диапазоне освещения условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий, мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе, ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда будете счастливы.Сказав что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi, предлагают удобство мгновенного обмена, аналогичное смартфонам. И из Конечно, ничто не мешает носить с собой смартфон и зеркалку. если вы действительно хотите получить лучшее из обоих миров!

Краткая история фотографии

Artwork: Оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, немного напоминала старый. видеокамера и нужен был отдельный монитор воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная).Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали ленту, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просмотрели сделанные вами снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Изображение из патента США 4 131919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

  • 4 век до н. Э .: Китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненная комната с дырой в шторах, которая проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
  • Конец 1700-х: Томас Веджвуд (1771–1805) и Сэр Хэмфри Дэви (1778–1829), два английских ученых провели первые эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге.Их фото не было постоянный: они стали черными, если не хранились постоянно в темном месте.
  • 1827: французский Джозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире фотографии. Его метод не годился для портретов людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым в течение восьми часов.
  • 1839: Французский художник сцены из оперного театра Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
  • 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел фотографический негативный процесс.
  • 1851: британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать резкие фотографии на влажных стеклянных пластинах.
  • 1870-е годы: британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластинок и желатина.
  • 1883: американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
  • 1888: Джордж Истман выпустил свою простую в использовании камеру Kodak. Его девизом было: «Вы нажимаете кнопку, а мы делаем все остальное».
  • 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную поляроидную камеру.
  • 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную поляроидную камеру.
  • 1975: американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
  • 1990-е: Цифровые фотоаппараты стали популярными, постепенно снимая пленочные фотоаппараты.
  • 2000-е: Современные мобильные телефоны со встроенными цифровыми камерами начали делать автономные цифровые камеры ненужными для повседневной фотосъемки.

Как работают цифровые фотоаппараты?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 1 ноября 2020 г.

Цифровые фотоаппараты дают совершенно новый смысл идеи рисования цифрами. В отличие от пленочных фотоаппаратов старого образца, они захватывают и записывают изображения окружающий мир с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел.У этого есть много преимуществ: дает нам мгновенные фотографии, позволяет редактировать наши изображения и упрощает обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных телефоны), электронную почту и веб-сайты.

Фото: типичный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг - это линза; прямоугольник над ним - ксеноновая лампа-вспышка. Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фото ниже на этой странице.

Как работают обычные пленочные фотоаппараты

Фото: Пленочный фотоаппарат старого образца с поздних времен. 1980-е гг.Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую. катушка слева, по пути проходящая перед линзой. Когда ты сделай фото, затвор позволяет свет попадает из объектива и экспонирует пленку. Это все очень похоже на 19 век по сравнению с цифровой фотографией!

Если у вас есть фотоаппарат старого образца, вы поймете, что он бесполезен. без одного жизненно важного оборудования: пленки . Пленка - это длинная катушка из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра) чувствительные к свету.Чтобы свет не испортил пленку, ее заворачивают внутрь жесткой, светонепроницаемый пластиковый цилиндр - вещь, которую вы вставляете в фотоаппарат.

Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать кнопку кнопка. Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который делает отверстие (апертура) открывается на короткое время в передней части камеры, позволяя свет проникает через линзу (толстый кусок стекло или пластик установлен спереди). Свет вызывает реакции в химикаты на пленке, таким образом сохраняя изображение перед вами.

Это не Однако это конец процесса. Когда фильм заполнен, ты нужно отнести в аптеку (аптеку), чтобы это было развитый. Обычно это включает размещение пленки в огромном автоматическая проявочная машина. Машина открывает фильм контейнер, вытаскивает пленку и окунает ее в другие химические вещества. чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в серию "негативных" картинок - призрачных перевернутых версий то, что вы на самом деле видели. На негативе черные области выглядят светлыми и наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив хранит их как противоположности.Как только машина произведет негативы, он использует их для печати (готовых версий) ваших фото.

Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного неприятность. Большинство людей теряют фотографии просто чтобы «закончить фильм». Часто приходится ждать несколько дней на проявку пленки и распечатки ( готовые фотографии) вернулся к вам. Неудивительно, что цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает все эти проблемы одним махом.

(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных фотоаппаратах и ​​традиционной фотографии, см. нашу основную статью о том, как работают пленочные фотоаппараты.)

Как работают цифровые фотоаппараты

Фото: обычный датчик изображения. Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) - это светочувствительная часть; золотые провода, идущие от него, подключают его к цепи камеры.

Цифровые фотоаппараты очень похожи на обычные пленочные фотоаппараты, но работают в совершенно другой способ.Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять сфотографировать цифровым фотоаппаратом, диафрагма открывается в передней части камера и свет проходит через объектив. Пока что это как пленочный фотоаппарат. Однако с этого момента все по-другому. Нет пленки в цифровом камера. Вместо этого есть кусок электронное оборудование, которое улавливает падающие световые лучи и превращает их в электрические сигналы. Этот световой датчик может быть одного из двух типов: с зарядовой связью. устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .

Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте вверх, вы заметите, что изображение состоит из миллионов крошечных цветные точки или квадраты называются пикселей . ЖК-экраны ноутбуков также создают изображения с помощью пикселей, хотя они часто слишком мелкие, чтобы их можно было увидеть. На экране телевизора или компьютера, электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели очень быстро. Свет от экрана попадает в ваши глаза и мозг обманом заставляет увидеть большую движущуюся картинку.

В цифровом фотоаппарате происходит прямо противоположное. Свет от объект, который вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий "Картинка" попадает на чип датчика изображения, который разбивает ее на миллионы пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя. и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография эффективно невероятно длинная строка чисел, описывающая точные детали каждого содержащегося в нем пикселя. Вы можете узнать больше о том, как датчик изображения создает цифровое изображение в нашем статья о веб-камерах.

Как в цифровых камерах используются цифровые технологии

После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все, что угодно. с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете скачать сделанные вами изображения и загрузить их в такие программы, как PhotoShop чтобы отредактировать их или оживить. Или вы можете загружать их на веб-сайты, отправлять по электронной почте друзьям и т. Д. на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате. формат и всевозможные другие цифровые гаджеты - от MP3-плееры iPod на от мобильных телефонов и компьютеров до фотопринтеров - используйте цифровые технологии тоже.Цифровой - это своего рода язык, на котором все электронные гаджеты «говорят» сегодня.

Фото: Цифровые фотоаппараты намного удобнее чем пленочные фотоаппараты. Вы можете сразу увидеть, как изображение будет выглядеть на ЖК-дисплее. экран на спине. Если с вашей картинкой не все в порядке, вы можете просто удалить ее и попробовать опять таки. Вы не можете сделать это с помощью пленочного фотоаппарата. Цифровые фотоаппараты означают фотографы могут быть более креативными и экспериментальными.

Если вы откроете цифровую фотографию в программе рисования (редактирования изображений), вы можете изменить его разными способами.Такая программа работает путем корректировки чисел, которые представляют каждый пиксель изображения. Так, если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче, программа по очереди перебирает все числа для каждого пикселя и увеличивает их на 20 процентов. Если вы зеркально отразите изображение (переверните его по горизонтали), программа меняет последовательность чисел на обратную. магазины, поэтому они работают в противоположном направлении. Что вы видите на Экран - это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что вы не видите, меняет ли программа рисования все числа в фон.

Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные цифровые фотоаппараты. У вас может быть камера с оптическим зумом и цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается внутрь и наружу. для увеличения или уменьшения входящего изображения при попадании на ПЗС-матрицу. А цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает входящее изображение без фактического перемещения объектива. Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается. Короче говоря, оптическое увеличение делает изображения крупнее и четче, но цифровое зуммирование делает изображения больше и более размытыми.

Почему цифровые камеры сжимают изображения

Представьте на мгновение, что вы - чип считывания изображения CCD или CMOS. Выгляни в окно и попробуй выясните, как вы будете хранить детали вида, который вы видите. Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов. Итак, вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна. Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти измерения вниз как числа.Если вы измерили цвет и яркость для шести миллионов пикселей и записал оба значения как чисел, вы получите строку из миллионов чисел - просто чтобы хранить одну фотографию! Вот почему качественные цифровые изображения часто создавать огромные файлы на вашем компьютере. Каждого может быть несколько размером в мегабайты (миллионы символов).

Чтобы обойти это, цифровые фотоаппараты, компьютеры и другие цифровые устройства используйте технику под названием сжатие . Сжатие - это математический трюк это включает сжатие цифровых фотографий поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти.Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что расшифровывается как Joint Photographic Experts Group имени ученых и математиков кто придумал идею). JPG известен как "с потерями" сжатие, потому что, когда фотографии сжимаются таким образом, некоторые информация потеряна и не может быть восстановлена. JPG высокого разрешения использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; использование файлов JPG с низким разрешением гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о сжатие в нашей статье о MP3 игроков.

Большинство цифровых фотоаппаратов имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высоким или более высоким разрешением. более низкие разрешения. Если вы выберете высокое разрешение, камера сможет хранить на карте памяти меньше изображений, но они намного лучшего качества. Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но качество не будет таким хорошим. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.

Превращение обычных фотографий в цифровые

Есть способ превратить фотографии с обычного пленочного фотоаппарата в цифровые фотографии - путем их сканирования.Сканер - это часть компьютера оборудование, похожее на небольшой копировальный аппарат но работает как цифровая камера. Когда вы помещаете фотографии в сканер, свет сканирует поперек них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в цифровые изображения, которые вы можете просматривать на своем компьютере.

Что такое «беззеркальные» фотоаппараты?

Фактически существует четыре различных типа цифровых фотоаппаратов. Самый простой, известный как наведи и стреляй, , имеет объектив для захвата света (который может или не может увеличиваться), датчик изображения, чтобы преобразовать узор света в цифровую форму, и ЖК-экран на задней панели для просмотра ваших фотографий.На противоположном конце спектра камеры DSLR (Digital Single Lens Reflex) выглядят как традиционные профессиональные пленочные камеры и имеют внутри движущееся откидное зеркало, которое позволяет вам просматривать точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, можно найти в нашей статье о пленочных камерах). Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые фотоаппараты , представляет собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от система шарнирных зеркал в пользу ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише.Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но не имеют таких функций, как оптический зум.

Чем цифровые фотоаппараты соотносятся с фотоаппаратами смартфонов?

Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры - замечательная вещь, если вы сравнивая их со старыми пленочными фотоаппаратами. Благодаря превосходному ультрасовременному изображению датчиков, на самом деле нет веских причин (кроме ностальгического предпочтения аналоговая технология) для использования пленки.Вас простят за то, что вы думаете, что продажи цифровых фотоаппаратов будут взрывается в результате, но вы ошибаетесь. За последние несколько лет, продажи цифровых фотоаппаратов падают одновременно с двузначным числом с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются более чем 1,5 миллиарда ежегодно). Посетите сайт обмена фотографиями, например Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле телефоны: в сентябре 2019 года, когда я обновляю эту статью, Все пять лучших камер Flickr айфоны.Есть ли веская причина для владения автономным цифровым камеры больше или теперь можно все делать с камерой телефона?

Фото: плюсы и минусы цифровых фотоаппаратов и смартфонов резюмированы на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие, лучшие телескопические линзы (вверху) и сенсоры по сравнению с таковыми в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (посередине). Но смартфоны, несомненно, имеют отличные возможности подключения, и их экраны больше, лучше и четче (внизу).Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фотографии на крошечном экране Canon.

Датчики и экраны

Сделайте шаг назад на десять лет, и не будет никакого сравнения между грубые и неуклюжие снимки камер на мобильных телефонах и даже на самых посредственные компактные цифровые фотоаппараты. В то время как цифровые устройства хвастались постоянно увеличивающееся количество мегапикселей, мобильные телефоны сделали грубые снимки немного лучше, чем у обычной веб-камеры (1 Мегапиксель или меньше было обычным явлением).Теперь все изменилось. Цифровая камера Canon Ixus / Powershot 10-летней давности, которую я обычно использую, имеет разрешение 7,1 мегапикселя, то есть отлично подходит почти для всего, что я когда-либо хотел делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что (по крайней мере теоретически) звучит так, как будто он должен быть вдвое лучше.

Но ждать! «Мегапиксели» - это маркетинговая уловка, вводящая в заблуждение: действительно важен размер и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше датчик, тем лучше снимки.Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о ПЗС-матрицах размером 1 / 2,5 дюйма. в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа). Что на самом деле означают эти числа? Измерения сенсора основаны на бесполезной запутанной математике, которую я не собираюсь здесь объяснять, и Вы можете поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные сенсоры, примерно вдвое меньше мизинца (менее 5 мм в каждом направлении), хотя сенсор Canon значительно больше. Digital Ixus, хотя на восемь лет старше смартфона LG и имеет вдвое меньше «мегапикселей», имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG, особенно в условиях низкой освещенности.

Canon также набирает намного лучше, телескопический объектив (технически оценено 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) - лучшего качества и телескопической при загрузке - позволяет снимать все с бесконечного расстояния пейзажи и макро-снимки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть загрузить свои фотографии в компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи потому что у Canon есть только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран. LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана - 14 см (5.5 дюймов) "монитор". По оценкам Canon, экран Ixus имеет 230 000 пикселей, а LG имеет четырехъядерный HD (2560 × 1440 пикселей), что примерно в шестнадцать раз больше. Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с помощью LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя и карманного размера).

Имейте в виду, что мой Canon - это просто компактный компакт, так что это не совсем справедливое сравнение того, чего можно достичь с помощью действительно хорошей цифровой камеры и действительно хорошего смартфона.Мой LG - лучший смартфон среди камер для смартфонов, но Ixus далеко не так хорош. как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная зеркальная фотокамера будет иметь датчик , который намного больше, чем у смартфона - до 3,6 см × 2,4 см, поэтому она сможет захватывать действительно мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности. У него также будет более крупный и лучший экран и лучшие (сменные) линзы.

Фото: это крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой).Что ты смотришь А вот и объектив: чип датчика изображения находится прямо под ним. (Если неясно, я указываю на красную ручку.)

Социальные сети

Конечно, где камеры смартфонов действительно забивают, так это в «смартфонах». отдела: по сути, это компьютеры, которые можно легко достать из кармана. портативный и всегда онлайн. Так что вы не только с большей вероятностью делать случайные фотографии (потому что у вас всегда есть фотоаппарат), но вы можете мгновенно загрузить свои снимки в Instagram с метким названием, Facebook или Twitter.И это настоящая причина, по которой смартфон камеры превзошли цифровые модели старой школы: сама фотография изменен с цифрового эквивалента дагерротипа XIX века (само по себе возврат к портретным картинам старых времен) к чему-то более непринужденный, немедленный и, конечно же, социальный . Для цели Facebook или Twitter, часто просматриваемые на мобильных устройствах с маленьким экраном устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее. (Убедитесь в этом сами, загрузив изображение в высоком разрешении из Instagram или Flickr, и редко бывает больше пары сотен размер в килобайтах и ​​не более 1000 мегапикселей в каждом измерении, всего меньше одного мегапикселя.) Даже лучше сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей будут никогда не просматривайте фотографии в многомегапиксельном разрешении: они просто не поместились бы на экране. Таким образом, даже если ваш смартфон не имеет большого количества мегапикселей, он на самом деле не имеет значения: большинство людей листают ваши фотографии на своих смартфоны не заметят - или не позаботятся. Социальные сети - значит никогда не иметь сказать, что вам жаль, что вы забыли свою зеркалку и у вас был только iPhone!

Дополнения для смартфонов

Совершенно верно, что фотографии, сделанные на первоклассном уровне Canon или Nikon DSLR превзойдут, без сомнения, снимки даже с лучшие смартфоны, но это часто потому, что это не равное сравнение.Часто сравниваем хорошие любительские фото снятые на смартфон, в блестящие профессиональные фотографии, снятые с Зеркалки. Сколько из того, что мы видим, - это камера ... и сколько глаз фотографа? Иногда трудно разделить два вещи

Профессионалы могут добиться потрясающих результатов со смартфонами, но и любители могут с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие ручное управление (обычно даже меньше, чем у базового компактного цифровая камера).В определенной степени это можно обойти, с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больший контроль над неудобные старые настройки, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого. (Найдите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как "профессиональная фотография" или "ручная фотография".) Вы также можете добавить к смартфону съемные линзы, чтобы обойти недостатки объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут ничего не поделаешь) о крошечном датчике изображения худшего качества). Как только ваши фотографии будут надежно закреплены, есть множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенное, бесплатная версия PhotoShop, которая поможет вам ретушировать любительскую «посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».«

Так зачем все же покупать цифровые?

Поскольку сейчас у многих людей есть смартфоны, реальный вопрос нужна ли вам еще и цифровая камера. Очень трудно увидеть аргумент в пользу компактов наведи и стреляй больше: для социальных сетей щелкает, большинство из нас может обойтись своими телефонами. Для этого сайта я использую много макросов фотографии - крупные планы схем и механических частей - с моим Ixus, которые я не мог захватить с LG, так что я не собираюсь прыгать с корабля в ближайшее время.

Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, сравнивать между смартфоны и зеркалки.Первоклассная зеркалка обеспечивает лучшее качество изображения датчик (до 50 раз больше, чем в смартфон) и гораздо лучший объектив: эти две принципиально важные вещи делают "сырое" изображение от зеркалки намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко больший диапазон фотографий при гораздо более широком диапазоне освещения условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий, мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе, ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда будете счастливы.Сказав что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi, предлагают удобство мгновенного обмена, аналогичное смартфонам. И из Конечно, ничто не мешает носить с собой смартфон и зеркалку. если вы действительно хотите получить лучшее из обоих миров!

Краткая история фотографии

Artwork: Оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, немного напоминала старый. видеокамера и нужен был отдельный монитор воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная).Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали ленту, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просмотрели сделанные вами снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Изображение из патента США 4 131919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

  • 4 век до н. Э .: Китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненная комната с дырой в шторах, которая проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
  • Конец 1700-х: Томас Веджвуд (1771–1805) и Сэр Хэмфри Дэви (1778–1829), два английских ученых провели первые эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге.Их фото не было постоянный: они стали черными, если не хранились постоянно в темном месте.
  • 1827: французский Джозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире фотографии. Его метод не годился для портретов людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым в течение восьми часов.
  • 1839: Французский художник сцены из оперного театра Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
  • 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел фотографический негативный процесс.
  • 1851: британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать резкие фотографии на влажных стеклянных пластинах.
  • 1870-е годы: британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластинок и желатина.
  • 1883: американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
  • 1888: Джордж Истман выпустил свою простую в использовании камеру Kodak. Его девизом было: «Вы нажимаете кнопку, а мы делаем все остальное».
  • 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную поляроидную камеру.
  • 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную поляроидную камеру.
  • 1975: американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
  • 1990-е: Цифровые фотоаппараты стали популярными, постепенно снимая пленочные фотоаппараты.
  • 2000-е: Современные мобильные телефоны со встроенными цифровыми камерами начали делать автономные цифровые камеры ненужными для повседневной фотосъемки.

Как работает камера?

Ежедневно в Интернете публикуются 1,8 миллиарда фотографий, которые останавливают жизнь и превращают моменты в цифровые пиксели информации. Но как камера превращает то, что мы видим, в цифровые пиксели? Как камеры могут останавливать время?

Фотография - это на самом деле такая же наука, как и искусство, но подавляющее большинство не понимает, что происходит каждый раз, когда они нажимают кнопку камеры или открывают приложение камеры смартфона.Так как же работает камера? Вот что происходит каждый раз, когда вы нажимаете эту кнопку, и как использовать камеру, чтобы делать более качественные снимки.

Представьте, что вы стоите посреди комнаты без окон, дверей и света. Что ты видишь? Ну ничего, потому что нет света. А теперь представьте, что вы достаете фонарик и включаете его. Свет от фонарика движется по прямой. Когда этот луч света попадает на объект, свет отражается от этого предмета в ваши глаза, позволяя вам видеть все, что находится внутри комнаты.

Весь свет ведет себя так же, как этот фонарик - он движется по прямой линии. Но свет также отражается от объектов, что позволяет нам видеть и фотографировать объекты. Когда свет отражается от объекта, он продолжает двигаться по прямой линии, но отражается назад под тем же углом, под которым попадает.

Это означает, что лучи света отражаются повсюду в самых разных направлениях. Первая камера представляла собой комнату с небольшим отверстием в боковой стене.Свет будет проходить через это отверстие, и, поскольку он отражается прямыми линиями, изображение будет проецироваться на противоположную стену в перевернутом виде. Хотя подобные устройства существовали задолго до настоящей фотографии, фотография родилась только после того, как кто-то решил разместить светочувствительный материал в задней части комнаты. Когда свет попадает на материал, который на протяжении истории фотографии состоял из вещей, от стекла до бумаги, химические вещества реагировали на свет, вытесняя изображение на поверхности.

Поскольку первая камера не улавливала много света, на то, чтобы сделать один снимок, потребовалось восемь часов. Изображение также получилось довольно размытым. Так как же сегодня мы можем делать четкие изображения за миллисекунды? Объектив фотоаппарата.

Хотя свет отражается от объектов, он также может проходить через объекты, но когда это происходит, он может фактически изменять направление. Объектив камеры принимает все световые лучи, прыгающие вокруг, и использует стекло, чтобы перенаправить их в одну точку, создавая резкое изображение.

Когда все эти световые лучи встречаются на сенсоре цифровой камеры или на куске пленки, они создают резкое изображение. Если свет не попадает в нужную точку, изображение будет выглядеть размытым или не в фокусе. Система фокусировки объектива перемещает кусок стекла ближе или дальше от датчика или пленки, позволяя фотографу настроить объектив так, чтобы объект был резким.

Расстояние также играет роль в том, как объективы камеры могут увеличивать масштаб. Когда переднее стекло отодвигается дальше от датчика камеры, объекты становятся ближе.Фокусное расстояние - это измерение расстояния между местом, где лучи света впервые попадают в объектив, и тем местом, где они достигают датчика камеры. Например, для объектива с фокусным расстоянием 300 мм свету требуется 300 мм, чтобы направить его обратно в острую точку на датчике камеры. Объектив 300 мм считается телеобъективом или объективом, который может приближать далекие объекты.

- Фото: Кейси Косли

Объектив камеры собирает и фокусирует свет - но как эта информация записывается? Исторически фотографы тоже были 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, подвергшаяся воздействию света, снова помещается в серию химических ванн, чтобы в конечном итоге создать изображение.

Так как же тогда работают цифровые фотоаппараты? Хотя линзы, методы и термины одинаковы, сенсор цифровой камеры больше похож на солнечную батарею, чем на полосу пленки.Каждый датчик разделен на миллионы красных, зеленых и синих пикселей (т. Е. Мегапикселей). Когда свет попадает на пиксель, датчик преобразует его в энергию, и компьютер, встроенный в камеру, считывает, сколько энергии вырабатывается.

Измерение энергии каждого пикселя позволяет датчику определять, какие области изображения светлые и темные. А поскольку каждый пиксель имеет значение цвета, компьютер камеры может оценивать цвета в сцене, глядя на то, что зарегистрировали другие соседние пиксели.Собирая информацию со всех пикселей вместе, компьютер может приблизительно определить формы и цвета сцены.

Если каждый пиксель собирает световую информацию, то сенсоры камеры с большим количеством мегапикселей могут улавливать больше деталей. Вот почему производители часто рекламируют мегапиксели камеры. В некоторой степени это верно, но размер сенсора также важен. Датчики большего размера собирают больше света, что делает их более эффективными при съемке в условиях низкой освещенности. Упаковка большого количества мегапикселей в небольшой сенсор на самом деле ухудшает качество изображения, потому что эти отдельные пиксели слишком малы.

Все современные камеры используют объектив и датчик (или пленку) для записи изображения. Но почему тогда два человека могут сфотографировать одну и ту же сцену и получить в итоге совершенно разные результаты? Камера - это немного больше, чем объектив и сенсор, и настройка этих дополнительных элементов меняет то, как выглядит окончательное изображение.

Один из способов сделать изображения уникальными - это композиция. Объектив фотоаппарата не может видеть все. Композиция - это просто термин, который используется для описания того, что фотограф предпочитает оставить, а что - нет.Регулировать композицию часто так же просто, как перемещаться по сцене - подумайте о движении вперед или назад, а также из стороны в сторону или даже стоя на коленях или стоя на стуле. Небольшие изменения положения камеры могут сильно повлиять на фотографию.

Линзы также могут помочь изменить композицию фотографии. В зум-объективах стекло собирается таким образом, чтобы пользователь мог регулировать расстояние до объекта. На компактных камерах зум часто осуществляется с помощью небольшого переключателя в верхней части камеры, в то время как зеркальные и беззеркальные объективы имеют поворотный регулятор вокруг объектива.Масштабирование - отличный инструмент для обрезки отвлекающих объектов.

Еще одним важным аспектом фотографии является выдержка, то есть насколько светлым или темным является изображение, и он зависит от ряда различных факторов, которые вместе взятые определяют, сколько света записывается.

Цифровые камеры имеют встроенный измеритель, который измеряет количество света в сцене. В автоматическом режиме компьютер камеры выбирает правильную экспозицию. Хотя автоматический режим не идеален и не позволяет вам настроить окончательный вид фотографии, вы можете снимать правильно экспонированное изображение (большую часть времени), выбрав «автоматический» режим в меню камеры или, на более продвинутых камерах. , диск переключения режимов в верхней части камеры.

Фотографы-новички могут регулировать экспозицию без изучения ручных режимов с помощью компенсации экспозиции. Эта функция просто делает изображение светлее и темнее. На современных камерах компенсация экспозиции часто регулируется нажатием кнопки со знаками «+» и «-» и поворотом диска рядом с большим пальцем правой руки. Однако эта функция не является эксклюзивной для продвинутых камер - на iPhone вы можете коснуться экрана, затем коснуться появившегося значка солнца и провести пальцем вверх и вниз.

После того, как вы выбрали режим экспозиции (вероятно, автоматический для новых фотографов) и определили, что включить в композицию, просто нажмите кнопку в правом верхнем углу камеры, верно? И да и нет.

Полное нажатие верхней кнопки (технический термин - спуск затвора) делает снимок, а нажатие наполовину сфокусирует снимок. Глядя через отверстие в верхней части экрана (который называется видоискателем) или на ЖК-экран камеры, нажмите кнопку спуска затвора наполовину.Убедитесь, что то, что вы хотите сфокусировать («объект»), действительно находится в фокусе, затем полностью нажмите кнопку спуска затвора, чтобы сделать снимок.

С помощью цифровой камеры только что сделанный снимок появится на ЖК-экране. Если он не появляется автоматически, нажмите кнопку со значком воспроизведения, чтобы отобразить снятые вами фотографии - вы можете использовать клавиши со стрелками, чтобы пролистывать их. Благодаря этой цифровой технологии вы можете просматривать изображения и повторно снимать их, если вам не нравится композиция или вам нужно настроить компенсацию экспозиции.

Хотя технологии позволяют делать снимки одним нажатием кнопки, так было не всегда.Камеры собирают и записывают свет, используя довольно аккуратные научные и передовые технологии. Машина времени может быть научной фантастикой, но камера может заморозить воспоминания на вечность.

Хотите делать больше, чем просто наводить и снимать? У вас есть зеркалка, но вы все еще используете автоматический режим? Узнайте, как использовать ручные режимы, чтобы вывести свою фотографию на новый уровень.

Принципы и типы камер | Ноу-хау в области цифровых фотоаппаратов | Цифровая камера | Цифровой AV | Поддержка

Текст начинается здесь.

[Однообъективные зеркальные камеры] Свет изображения проходит через объектив и отражается от зеркала или призмы в видоискатель, обеспечивая прямое подтверждение объекта и сцены. Линзы взаимозаменяемы, что позволяет использовать самые разные линзы.
[Камеры дальномера] Эти камеры, представленные Leica и другими популярными брендами Format Cameras, оснащены дальномером или дальномером.В объективе камеры используется отдельный оптический видоискатель оконного типа для регулировки фокуса. Линзы также взаимозаменяемы.
[Компактные камеры] Название небольшой и легкой камеры. Вообще говоря, объектив и камера представляют собой единое целое, что означает, что объектив не может быть заменен.
[Камеры APS] APS, или Advanced Photo System, - это пленочная система, используемая в небольших камерах.Пленку APS очень легко загружать и проявлять.
[Камеры с фиксированным объективом] Сегодня это в основном одноразовые и недорогие компактные камеры, хотя этот термин включает любую простую камеру, не имеющую фокусируемого объектива.
[Мгновенные камеры] Снимки, сделанные этими камерами, проявятся сами собой вскоре после съемки. Самыми известными являются мгновенные камеры компании Polaroid.
[камеры среднего формата /
широкоформатные]
Негативы у этих фотоаппаратов больше, чем у 35мм пленки. Используются самые разные типы, обычно описываемые размером негатива.
[Цифровые фотоаппараты] Эти камеры сохраняют изображение в виде цифровых данных. Обработка и использование этих данных становятся все более распространенными.

Как работает цифровая камера?

У вас могут возникнуть вопросы о лучшей цифровой камере, если пришло время ее купить.

Ответить на вопрос «как работает цифровая камера» не так сложно, как может показаться. Будь то лучшая камера для путешествий или просто наведи и снимай, у нас есть информация ниже.

На самом деле, принципы, лежащие в основе цифровой камеры, не так уж и отличаются от принципов пленочной камеры.

Тем не менее, если вы относитесь к тем людям, которые не чувствуют себя комфортно при использовании технологий, если вы не понимаете, что заставляет их работать, продолжайте читать, чтобы узнать, как цифровая камера снимает фотографии, каковы ее основные компоненты и многое другое в этом руководстве по фотографии. .

Содержание:

Основы работы цифровой камеры

Базовый процесс работы камеры, независимо от того, является ли она лучшей цифровой камерой или камерой любого другого типа, например компактной камерой, не так уж и отличается: свет от сцены проходит через объектив и попадает в какой-то вид. светочувствительной поверхности внутри корпуса камеры. Но тип поверхности, которая измеряет свет, и метод, с помощью которого камера использует эту поверхность для создания фотографии, отделяют цифровые камеры от других типов камер.

Компоненты цифровой камеры Базовая компоновка цифровой камеры и ее компонентов.

В каждом типе фотоаппарата используются похожие компоненты, такие как объектив и затвор. Когда затвор закрыт, свет не проходит через линзу. Но когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, чтобы открыть затвор, свет может проходить через линзу и попадать на светочувствительный материал внутри камеры. На этом сходство заканчивается, поскольку цифровая камера использует множество компонентов, уникальных для цифровой фотографии.А они следующие:

  • Датчик изображения: Датчик изображения в цифровой камере, который представляет собой полупроводниковый чип, содержит миллионы светочувствительных пикселей, также называемых массивами, которые индивидуально измеряют свет, падающий на каждый из них. Цветовой фильтр расположен над датчиком изображения, который позволяет только определенным пикселям измерять определенные цвета световых волн. Для пленочной камеры светочувствительная пластиковая полоса с покрытием будет записывать сцену.
  • Цифровой преобразователь: Данные, собранные в каждом пикселе, должны быть преобразованы в цифровой сигнал, который обрабатывается этой микросхемой преобразователя.
  • Монтажная плата: Цифровая камера имеет монтажную плату, на которой находятся все компьютерные микросхемы, которые камера использует для записи данных. Схема на плате передает данные с датчика изображения и других микросхем на карту памяти. Для пленочной камеры не нужны ни печатная плата, ни цифровой преобразователь.
  • Экран дисплея: Экран дисплея цифровой камеры используется для изменения настроек камеры, а также для компоновки фотографий и просмотра фотографий после их съемки.Пленочные камеры не имеют экрана, поэтому для кадрирования сцен используются видоискатель, а для изменения настроек - кнопки и диски. Некоторые цифровые камеры по-прежнему используют видоискатель для композиции сцены, предлагая экран дисплея в качестве второго варианта композиции.

Как работает цифровая камера: пошаговые инструкции Цифровая камера Fujifilm X100T имеет ретро-вид пленочной камеры с многочисленными кнопками и дисками.

Независимо от того, используете ли вы простую водонепроницаемую цифровую камеру или усовершенствованную цифровую зеркальную камеру, процесс записи цифрового изображения и сохранения данных на карте памяти одинаков.Пошаговый процесс записи фотографии цифровой камерой:

  1. Измерительный свет: Нажмите кнопку спуска затвора, чтобы открыть затвор, который позволяет свету проходить через объектив и попадать на датчик изображения. Затем отдельные пиксели на датчике изображения измеряют интенсивность света в миллионах различных точек на датчике изображения, обеспечивая точные измерения.
  2. Фокусирующий свет: Поскольку свет от сцены проходит через объектив, он должен точно фокусироваться на датчике изображения.Различные стеклянные элементы в объективе будут вращаться, обеспечивая резкий фокус. Неточно сфокусированный свет приведет к размытой сцене. Цифровые камеры могут использовать автоматическую фокусировку, когда камера автоматически регулирует стеклянные элементы, или ручную фокусировку, когда фотограф вращает кольцо, чтобы вручную настроить стеклянные элементы.
  3. Преобразование света: Каждый пиксель преобразует измеренный свет в электроны. Пиксель, который измеряет более яркий свет, будет содержать больше электронов, что приведет к большему накопленному заряду.Затем микросхема АЦП (аналого-цифровой преобразователь) преобразует световой сигнал в каждом пикселе в цифровое значение.
  4. Сохранение данных: Теперь, когда свет от сцены преобразован в цифровое значение, камера может перемещать данные так же, как их перемещает любой компьютерный чип, перемещая цифровые двоичные биты через схемы на печатной плате. Когда биты достигают карты памяти, камера использует микропрограммное обеспечение для записи данных на карту.

Поскольку цифровая камера хранит изображения в виде цифровых битов данных, такие изображения легко передавать другим устройствам и другим людям.После того, как фотография будет сохранена в цифровом формате, вы можете обращаться с ней как с любым компьютерным файлом. Также легко вносить изменения в цифровые биты с помощью программного обеспечения для редактирования изображений, что позволяет исправить незначительные проблемы или добавить к изображениям потрясающие спецэффекты. Это верно и для лучших видеокамер.

Независимо от того, есть ли у вас одна из лучших цифровых фотоаппаратов на рынке или просто хороший фотоаппарат наведи и снимай, понимание того, как работает цифровая камера, позволяет легче понять, что вы хотите делать со своими изображениями, когда они созданный.И наличие такого количества возможностей для обработки ваших цифровых фотографий объясняет, почему цифровая фотография стала такой популярной в последнее десятилетие.

Статьи по теме:

.
Принцип работы цифровой камеры: Анатомия цифровой камеры: Что у нее внутри?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх