Что такое фотоаппарат: Как устроен фотоаппарат | Статьи

Содержание

ООО СибДор — Цифровой фотоаппарат

Цифровой фотоаппарат — это фотоаппарат, в котором для получения изображения используется массив полупроводниковых светочувствительных элементов, называемый матрицей, на которую изображение фокусируется с помощью системы линз объектива. Полученное изображение, в электронном виде сохраняется в виде файлов в памяти фотоаппарата или дополнительном носителе, вставляемом в фотоаппарат.

 

       Большинство из нас воспринимают цифровой фотоаппарат как нечто само собой разумеющееся. А ведь ещё 15 лет назад такое устройство мог позволить себе только очень состоятельный человек, и было оно скорее признаком роскоши, чем технической необходимостью… Владельцам первых «цифровиков» приходилось нелегко. Нужно было носить с собой пятикилограммовые рюкзаки с аккумуляторами и жестким диском. С тех пор фотокамеры значительно уменьшились в размерах и стали куда более удобными — такими, какими мы их привыкли видеть.

       Со времен появления фотоаппарата до выхода в свет его цифрового наследника прошло почти сто лет — именно столько времени потребовалось, чтобы найти способ записи изображений на цифровой носитель.

Матрицы фотокамер в том виде, который используется сегодня, появились в конце 60-х годов. Изобретенный Вильямом Бойлем и Джорджем Смитом прибор с зарядовой связью стал первым шагом к современной технике. Однако массовое распространение цифровой фотографии и вытеснение ею пленки началось только в первой половине 2000-х годов.

       В 1981 году компания Sony выпустила камеру MAVICA, но первой настоящей цифровой камерой по праву считается Dycam Model 1, известная также под именем Logitech FotoMan FM-1. Отснятые кадры MAVIKA записывала на обычные 3,5-дюймовые дискеты, которые тогда считались едва ли не последним достижением мира техники. Сейчас же найти компьютер, который бы их поддерживал, очень непросто. Единственное, что могло использоваться как в пленочных, так и в цифровых аппаратах — объективы. Принцип их работы при переходе от одного типа хранения информации к другому ничуть не изменился.

       Не хватало для создания качественного и простого цифрового фотоаппарата и удобного, ёмкого носителя. Жесткие диски для этих целей не подходили из-за своей ненадежности и больших размеров — ведь предшественники HDD в то время тоже не отличались миниатюрностью. Лишь в 1994 году компания SanDisc создала стандарт CompactFlash, который с некоторыми доработками используется и сегодня. Несмотря на то, что к концу 90-х годов цифровые фотокамеры завоевали сердца большинства покупателей, профессиональные фотографы не стремились переходить на «цифру». Дело в том, что производители до 2001 года сосредотачивались в основном на компактных камерах, не затрагивая профессиональный рынок, для которого требовалось более высокое качество фотоаппаратов. Достигнуть его удалось лишь в 2001 году. Камера Dynax 7 Digital с шестимегапиксельной матрицей, выпущенная компанией Minolta, стала серьёзной заявкой на успех. Она обладала достаточными для опытных фотографов характеристиками и в меру компактными размерами. В этом же году к производству цифровых зеркальных фотокамер присоединились Canon и Nikon, а затем и Pentax.

Как видим, на сегодняшний день у каждого крупного производителя фототехники имеется в наличии как минимум несколько зеркалок различных классов (любительские, полу-, профессиональные, полноформатные). Разобраться в этом многообразии зачастую очень непросто. Что же касается компактных камер, они тоже продолжают совершенствоваться — причем не столько по характеристикам матрицы (достигнутого уровня в 10—12 мегапикселей более чем достаточно для фотолюбителя), сколько по удобству использования. Производители оснащают свои устройства дополнительными функциями, превращающими простой фотоаппарат в «разумное» устройство, практически не требующее вмешательства в фотопроцесс со стороны владельца

Фотоаппараты с несменными объективами

Компактные цифровые фотоаппараты

       Пренебрежительно именуется «цифромыльница», однако характеристиками отличается от плёночной «мыльницы». Характеризуется малыми размерами и весом; такой фотоаппарат легко носить с собой постоянно. Визирование по ЖК-экрану, это позволяет точно собрать кадр — удобно для «протокольных» снимков, зачастую доработка в графическом редакторе не нужна вообще. Иногда есть оптический видоискатель, синхронизированный с изменением фокусного расстояния объектива (удобно для съёмки людей, подвижных сцен). Малый физический размер матрицы означает низкую чувствительность или высокий уровень шумов. Также этот тип камер обычно отличает отсутствие или недостаточная гибкость ручных настроек экспозиции.

За исключением самых дешёвых моделей, характеризуются немалыми возможностями в макросъёмке. У многих моделей размер объекта съёмки 30 мм и даже меньше

 

Фотоаппарат строение. Устройство фотоаппарата, строение и принцип действия

Учебный элемент

В декабре 1975 года, инженер компании Kodak Стиви Сэссон изобрел нечто, что спустя несколько месяцев перевернуло все представления о фотографии — первый в мире цифровой фотоаппарат. Камера была размером с тостер и умела делать черно-белые снимки с разрешением 100×100 пикселей. Сегодня бы сказали, что камера имела разрешение в 0,01 мегапикселя. Снимки записывались на магнитофонную кассету. На запись одного снимка уходило 23 секунды. Для просмотра снимков использовалась специальная ТВ-приставка.

История развития фототехники привела к тому, что были выработаны определённые стандарты на интерфейс между фотографом и используемой им фототехникой. В результате цифровые фотоаппараты (цифровая фотокамера, ЦФК) в большинстве своих внешних черт и органах управления повторяют модели плёночной фототехники. Принципиальное различие оказывается в «начинке» аппарата, в технологиях фиксации и последующей обработки изображения.

Основное предназначение цифровых камер состоит в съемке и по­следующем вводе в ЭВМ изображений (статических или движущихся в соответствии с типом камеры). Изобретения эти позволили отказа­ться от одной промежуточной стадии традиционных фото — и кино­процессов, связанной с обработкой (проявкой, закреплением и т. п.) пленок. В результате цифровое фото в первую очередь обрело по­пулярность у фотографов, занимающихся репортажной съемкой, и гораздо позже — у студийных фотографов-профессионалов

Цифровой фотоаппарат — это фотоаппарат, в котором для получения изображения используется массив полупроводниковых светочувствительных элементов, называемый матрицей, на которую изображение фокусируется с помощью системы линз объектива.

Полученное изображение, в электронном виде сохраняется в виде файлов в памяти фотоаппарата или дополнительном носителе, вставляемом в фотоаппарат.

282″ bgcolor=»white»>

Рис.1 Принцип действия цифровой камеры

Чтобы понять, как устроен цифровой фотоаппарат, вначале нужно разобраться с его принципом действия. (Рис.1) Лучи света, несущие изображение, проходя через объектив (до нажатия клавиши затвора в зеркальных фотоаппаратах между объективом и матрицей расположено зеркало, отражаясь от которого, свет попадает в видоискатель), фокусируются на сенсоре, или матрице, цифрового фотоаппарата. Этот сенсор выполняет ту же роль, которую выполняла когда-то светочувствительная поверхность фотопленки. Устройство цифрового фотоаппарата невозможно представить без сенсора, или матрицы, которая обладает возможностью преобразовывать поток фотонов в поток электронов, — иначе говоря, в электрический ток. Этот очень слабый электрический сигнал попадает затем в усилитель, после – в специальный преобразователь, превращающий его в информацию в виде битов, затем – в процессор, где эта информация преобразовывается в изображение.
В конце концов, полученное изображение записывается в память цифрового фотоаппарата.

Типичная цифровая фотокамера состоит из объектива, диафраг­мы, системы фокусировки (оптомеханическая часть) и матрицы ПЗС (фотоэлектронная часть), которая и производит фиксацию изобра­жения. (Рис.2-3)

компактная цифровая фотокамера зеркальная цифровая фотокамера

https://pandia.ru/text/78/176/images/image004_83.jpg» align=»left»>

Рис.2 Рис.3

Электронные схемы» href=»/text/category/yelektronnie_shemi/» rel=»bookmark»>электронной схеме фотоаппарата. Матрица (иногда её называют сенсором) представляет собой полупроводниковую пластину, содержащую большое количество светочувствительных элементов, в подавляющем большинстве случаев сгруппированных в строки и столбцы.

Комплементарий» href=»/text/category/komplementarij/» rel=»bookmark»>комплементарный металл-оксид-полупроводник, по-английски CMOS — Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor).

Процессор в фотоаппарате по праву можно назвать мозговым центром цифровой фотокамеры. (Рис.5) Роль процессора заключается в том, чтобы из поступающей в него информации создать изображение, что не так просто. Во-первых, процессору цифровой фотокамеры нужно учесть все цветовые нюансы, а также использовать процесс интерполяции для повышения четкости изображения. Кроме того, процессору необходимо рассчитать баланс белого, контраст, яркость и некоторые другие характеристики снимка, включая визуальные эффекты.

Наконец, когда картинка готова, информация о ней преобразовывается цифровой фотокамерой в нужный формат, сжимается и помещается в память. Здесь подключается буферная память, напрямую влияющая на скорострельность камеры.

Аберрация» href=»/text/category/aberratciya/» rel=»bookmark»>аберраций , используя при этом наименьшее число наименее дорогоhttps://pandia.ru/text/78/176/images/image011_9.png» alt=»Подпись: Рис.6″ align=»left»>

Диафрагма — это такое устройство, которое помогает изменить количество световых лучей, проходящих через объектив фотоаппарата. К тому же именно диафрагма регулирует яркость изображения. Если говорить примитивным языком, диафрагма имеет форму лепестков, которые при помощи специального кольца могут одновременно поворачиваться, перекрывая друг друга. Таким образом, оставшееся в центре свободное пространство изменяется от максимального до минимального, тем самым регулируя поток света. В зависимости от типа и назначения объективы фотоаппарата различают между собой по двум основным параметрам: светосиле, которая характеризует яркость изображения, и фокусному расстоянию, которое определяет масштаб и угол изображения. Объектив цифровой камеры не претерпел кардинальных изменений по сравнению с объективами обычных фотокамер. Из-за меньших размеров сенсора, объективы цифровых камер (за исключением зеркальных камер, использующих те же объективы) имеют меньшие геометрические https://pandia.ru/text/78/176/images/image013_38.jpg» align=»left»>

Видоискатель — элемент фотоаппарата, показывающий границы будущего снимка и в некоторых случаях резкость и параметры съёмки (рис. 7). На бытовых цифровых фотоаппаратах в качестве видоискателя используются ЖК экраны (на зеркальных в режиме LiveView и на

компактных камерах) и различные виды электронных и оптических видоискателей.

https://pandia.ru/text/78/176/images/image015_30.jpg» align=»left»>Карта памяти — носитель информации, который обеспечивает длительное хранение данных большого объёма, в том числе изображений, получаемых цифровым фотоаппаратом. (Рис.8)

https://pandia.ru/text/78/176/images/image017_4.png» alt=»Подпись:» align=»left»>Внешний интерфейс подключения к компьютеру общего назначения имеется практически во всех цифровых камерах. (Рис.9) На сегодня самым распространённым из них является USB. Также применяются специальные виды разъёмов для подключения к телевизору или принтеру. Появились первые модели фотокамер с беспроводными интерфейсами. Подключенный к порту USB компьютера фотоаппарат обнаруживается драйвером, который создает логический диск в системе Windows и обеспечивает прямой доступ из любого приложения. Пользователь может просматривать отснятые кадры, удалять неудачные и копировать приемлемые точно так же, как если бы к компьютеру был подключен обычный жесткий диск.


Органы управления цифровым фотоаппаратом сгруппированы на верхней и задней панелях корпуса камеры. На верхней панели располагаются (с некоторыми отличиями от модели к модели) спусковая кнопка затвора, трехпозиционный переключатель управления моторным приводом изменения фокусного расстояния зуммируемого объектива (этот переключатель может быть заменен трехпозиционной клавишей на, чаще всего, задней или, реже, передней панели корпуса камеры) и дисковый селектор выбора рабочих режимов фотоаппарата. (Рис.10)


рис. 11. Кнопки задней панели цифрового фотоаппарата

На задней (или верхней, как у компактных камер) панели корпуса располагаются главный выключатель питания, кнопка активации и переключения режимов работы встроенной вспышки, включатель серийной съемки, кнопка экспокоррекции, кнопка включения/выключения цветного контрольного дисплея, кнопка вызова экранного меню и четырехпозиционная круглая кнопка навигации по меню. Этой же кнопке могут быть присвоены функции включения экспокоррекции, быстрого выбора светочувствительности сенсора и установки электронного автоспуска. (Рис.11)

Редукторы» href=»/text/category/reduktori/» rel=»bookmark»>редукторов фокусировки и трансфокации, зачастую приводят к заклиниванию объектива, и нередко выводят фотоаппарат из строя.

Правильная эксплуатация фотоаппарата сводится, в основном, к соблюдению инструкции, бережному и аккуратному обращению. Нарушение этих правил ведет к самым серьезным повреждениям аппарата.

Практика ремонта фотоаппаратов показывает, что большинство неисправностей вызвано именно этими обстоятельствами.

Инструкция по установке и подключения фотокамер

https://pandia.ru/text/78/176/images/image023_20.jpg» align=»left»>После этого на мониторе компьютера с операционной системой Windows XP должна появится надпись.

Затем появится окно мастера установки нового оборудования. (Рис.12)

https://pandia.ru/text/78/176/images/image025_24. jpg» align=»left»>

Увидев его, установите в CD-ROM привод компьютера диск из комплекта фотоаппарата. Если к камере прилагается несколько дисков, выберите тот, на котором есть надпись «USB Driver» и нажмите кнопку «далее». Компьютер начнет поиск необходимого драйвера на компакт-диске.

https://pandia.ru/text/78/176/images/image027_0.png» alt=»Подпись: Рис.13″ align=»left»>Если поиск увенчается успехом, на экране отобразится окно установки драйвера. После того как установка будет завершена, нажмите кнопку «Готово» в появившемся окне. В подтверждение удачной установки на мониторе отобразится информационное окно. (Рис.13)

Через пару секунд после этого появится окно с выбором действий для нового «съемного диска». Здесь вы можете выбрать требуемое действие, но для начала лучше всего скопировать снимки на жесткий диск компьютера. Это можно сделать как в автоматическом режиме, так и вручную. (Рис.14)

https://pandia.ru/text/78/176/images/image029_1.png» alt=»Подпись: Рис. 14″ align=»left»>Согласно стандарту DCIF все цифровые фотоаппараты создают на карте памяти директорию «DCIM». Если вы увидите другие директории, не обращайте на них внимания, фотографии хранятся в глубине директории «DCIM». Открыв эту папку, вы увидите еще одну поддиректорию, в названии которой присутствует трехзначная цифра, сокращение от названия фирмы-производителя цифрового фотоаппарата, и, возможно, еще цифру. В этой папке и находятся ваши снимки!

Программное обеспечение» href=»/text/category/programmnoe_obespechenie/» rel=»bookmark»>программного обеспечения и перезагрузки компьютера. Только после этого фотоаппарат будет распознан компьютером.

— Некоторые устаревшие модели не могут быть распознаны компьютером как сменный диск. TWAIN интерфейс такого фотоаппарата работает только в паре с каким-либо графическим редактором. Для сохранения снимков необходимо запустить графический редактор, выбрать опцию «импорт», а затем необходимое TWAIN устройство (главным образом этот интерфейс используется при работе со сканерами). После чего на экране появится окно с миниатюрами снимков. Выбранные снимки будут открыты в графическом редакторе, и только после этого их можно будет сохранить на жесткий диск, используя данную опцию графического редактора.

— Подключая современный фотоаппарат к компьютеру с устаревшей операционной системой, и, наоборот, при подключении устаревшего фотоаппарата к новой ОС вы можете столкнуться с непреодолимой проблемой отсутствия или неработоспособности драйвера. В этом случае будет проще использовать кардридер для копирования снимков, чем подключить камеру к ПК.

— Драйверы некоторых цифровых фотоаппаратов есть в стандартной комплектации Microsoft Windows XP. При подключении такой камеры она будет практически моментально распознана как съемный диск, без необходимости установки драйвера с компакт-диска.

— Если драйвер не будет найден компьютером на компакт-диске автоматически, попробуйте установить другой диск из комплекта фотоаппарата. Либо попробуйте запустить установку драйвера, используя меню, автоматически появляющиеся на экране при установке компакт-диска.

— Перед переносом снимков в ПК убедитесь, что элементы питания фотоаппарата не истощены, либо подключите камеру к сетевому адаптеру. Отключение питания во время переноса может привести к потере снимков.

характеристики

Компактные цифровые фотокамеры

Зеркальные цифровые фотокамер

Изображение

Видоискатель

Видоискатель компактной камеры всего лишь пытается оценить изображение, которое попадёт на сенсор, что потенциально менее точно. Компактные камеры могут также использовать то, что называется электронным видоискателем (ЭВИ), который пытается воспроизвести видоискатель зеркальной камеры, используя изображение с сенсора.

когда вы нажимаете кнопку спуска на зеркальной камере, зеркало поднимается, и свет, который был перенаправлен в видоискатель, попадает на сенсор камеры. Подъём зеркала как раз создаёт тот характерный щелчок, который мы привыкли ассоциировать с зеркальными камерами.

Размер сенсора камеры

Цена

меньше

больше

Производство сенсоров большего размера стоит намного дороже, и соответственно они обычно требуют более дорогих объективов. Это основная причина, по которой зеркальные камеры стоят настолько дороже компактных.

Вес и размер

меньше

больше

Большие сенсоры требуют намного более тяжёлых и больших камер и объективов, поскольку объектив должен захватить и доставить свет на большую площадь. Помимо снижения портативности, недостаток этого решения ещё и в том, что человек становится более заметен с большими камерой и объективом (то есть, откровенная съёмка людей затрудняется).


Глубина

резкости

меньше

больше

Визуальный шум

больше

меньше

Динамический диапазон

диапазон светотени между абсолютно чёрным и абсолютно белым

меньше

больше

Преимущества компактных камер

Экран как видоискатель (хотя большинство современных зеркальных камер тоже на это способны)

Большой набор творческих режимов

Нет движущихся частей зеркала/затвора, которые могут отказать после 10-100 тысяч снимков

Преимущества зеркальных камер

Быстрый автофокус

Намного меньшая задержка срабатывания затвора (интервал между нажатием кнопки и началом экспозиции)

Большая скорость серийной съёмки

Съёмка в RAW (хотя большинство топ-моделей компактных камер тоже это позволяют)

Возможность делать выдержки длиннее, чем 15-30 секунд (в ручном режиме)

Полный контроль над экспозицией

Возможность использования внешней вспышки (но и у многих топ-моделей компактных камер она есть)

Ручной контроль фокусного расстояния (вращением кольца на объективе, в отличие от нажатия на кнопку)

Большой диапазон светочувствительности ISO

Возможность заменить только камеру, сохранив все объективы

Однако большинство этих отличий следуют из того факта, что зеркальные камеры стоят намного дороже компактных, и не являются принципиальными качествами каждого типа. Если потратить достаточно много на топ-модель компактной камеры, у неё может оказаться достаточно много возможностей, обычно присущих зеркальным камерам.

Итоги сравнения компактных и зеркальных камер

Предпочтение того или иного типа камеры в действительности сводится к гибкости и потенциально более высокому качеству изображения в противовес портативности и простоте. Этот выбор зачастую зависит не только от конкретного человека, но и от того, что лучше для заданных условий съёмки и планируемого использования снимка.

Компактные камеры намного меньше, легче, менее дороги и менее заметны, однако зеркальные камеры позволяют получить меньшую глубину резкости, больший набор стилей съёмки и потенциально более высокое качество изображения. Компактные камеры, вероятно, намного лучше подходят для обучения фотографии, поскольку они меньше стоят, упрощают процесс съёмки и являются неплохим универсальным решением для многих видов съёмки без лишних сложностей. Зеркальные камеры гораздо лучше подходят для специального применения, а также когда вес и размер не имеют значения.

Невзирая на расходы, многие предпочитают иметь оба типа камер. Таким образом, они могут прихватить с собой компактную камеру на вечеринки и долгие прогулки, однако иметь в запасе зеркальную камеру на случай, когда придётся снимать в помещениях при слабой освещённости, или когда они собираются заниматься исключительно съёмкой (например, пейзажей или событий).

Контрольные вопросы:

Опишите принцип действия цифровой фотокамеры; Опишите устройство цифровой фотокамеры; Кратко опишите характеристики устройств цифровой фотокамеры; Правила эксплуатации фотокамеры; Настройка и подключение цифровой фотокамеры. Краткая характеристика компактных и зеркальных цифровых фотокамер.

Практическое занятие:

Выполнить фотосъемку, подключить к ПК, отредактировать фото в графическом редакторе.

Список литературы:

«Всё о компьютере»/ .- М.: АСТ»,2003ю-319с. «Информатика и информационные технологии ». Учебник для 10-11 классов/ .- М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, с.

1. http://ru. wikipedia. org/wiki/Цифровой_фотоаппарат- описывается устройство цифрового фотоаппарата

2. http://school-collection. *****/catalog/search/- единая коллекция цифровых образовательных ресурсов

Главное отличие цифровой камеры от пленочной — это используемый светочувствительный материал: в пленочной камере — пленка, в цифровой — особая светочувствительная матрица. Сам же принцип работы фотоаппарата практически ничем не отличается. Подобно тому как процесс фотографирования неотделим от свойств пленки, так и фотопроцесс цифрового фотоаппарата зависит от того, каким образом матрица преобразует сфокусированный объективом свет в цифровой код.

Матрица, или фотосенсор, — это интегральная микросхема (кремниевая пластина), состоящая из фотодиодов — мельчайших светочувствительных элементов. Принцип работы матрицы фотоаппарата следующий. Матрица преобразовывает в электрический сигнал энергию фотонов. Этот сигнал впоследствии и подлежит оцифровке.

Фотодиоды имеют способность преобразовывать в электрический заряд энергию светового потока. Чем больше фотодиод улавливает фотонов, тем больше на выходе получается электронов. Следовательно, чем больше общая площадь фотодиодов, тем больший поток света они воспринимают и тем более высокая светочувствительность матрицы.

Поскольку фотодиоды невозможно расположить максимально плотно, то поверхность сенсора, способная воспринимать свет составляет от 25 до 50% его общей площади. Чтобы свести к минимуму потери света, каждый фотодиод накрывается микролинзой, которая больше его самого по площади и которая соприкасается с микролинзами фотодиодов, которые находятся рядом. Микролинзы собирают и направляют свет внутрь фотодиодов, повышая светочувствительность сенсора.

Принцип работы цифрового фотоаппарата

Для того чтобы получить фотоизображение, необходим источник света. Фотоны — частицы света — покидают его источник и, отталкиваясь от предмета, входят в камеру, преодолевая несколько линз. После этого фотоны следуют по определенному пути. Ряд линз дает возможность достичь предельно четкого изображения. Количество света, проникающего внутрь, контролируют створки диафрагмы.

Свет, преодолев диафрагму, линзы, входит в отверстие и, отталкиваясь от зеркала, направляется в видоискатель.

Прежде свет проходит сквозь призму и преломляется — именно поэтому мы видим в видоискателе изображение как оно есть, а не повернутым вверх ногами, и если композиция нас устраивает, мы нажимаем на кнопку.

Зеркало поднимается, свет направляется внутрь и на долю секунды направляется не на видоискатель, а на матрицу фотокамеры.

Продолжительность этого действия полностью зависит от того, с какой скоростью сработали створки. Они могут открываться на мгновение, когда свет воздействует на сенсор света, и тогда период экспозиции составляет 1/4000 секунды. Это означает, что в мгновение ока створки могут закрыться и открыться 1400 раз. Следовательно, внутрь проникает чрезвычайно мало света. Это очень важный фактор для понимания принципа работы цифрового фотоаппарата.

В чем инновация цифровой камеры? Элемент, который фиксирует изображение, сенсор изображение (матрица), представляет собой решетку с плотной структурой, состоящую из крошечных светосенсоров. Каждый из них имеет ширину 6 микрон — это 6 миллионных частей одного метра, то есть 5 тыс. сенсоров помещаются на кончике заточенного карандаша.

Однако прежде свет проходит через фильтр, разделяющий на цвета — красный, зеленый и синий. Каждый сенсор может обрабатывать только какой-то один цвет. Когда в сенсор ударяют фотоны, то их поглощает полупроводниковый материал, из которого выполнен сенсор. На каждый фотон сенсор света испускает электрон, которому передается энергия фотона — это электрический заряд. Электрический заряд тем сильнее, чем ярче изображение. Таким образом, устройство фотоаппарата и принцип его работы предполагают, что каждый электрический заряд обладает различной интенсивностью.

После этого печатная плата переводит информацию на язык компьютера — цифр и битов. Это миллионы крохотных цветных точек, из которых состоит фото — пиксели. От количества пикселей в изображении прямо зависит разрешение. Иными словами, это несколько миллионов ветовых ловушек, которые нацелены на то, чтобы преобразовать свет в электричество и сделать максимально качественное изображение.

Человека всегда тянуло к прекрасному, увиденной красоте человек пытался придать форму. В поэзии это была форма слова, в музыке красота имела гармоническую звуковую основу, в живописи формы прекрасного передавались красками и цветом. Единственное, что не мог человек, это запечатлеть мгновение. Например, поймать разбивающуюся каплю воды или рассекающую грозовое небо молнию. С появлением в истории фотоаппарата и развитием фотографии это стало возможным. История фотографии знает множественные попытки изобретения фотографического процесса до создания первой фотографии и берет начало в далеком прошлом, когда математики изучая оптику преломления света обнаруживали, что изображение переворачивается, если пропустить его в темную комнату через небольшой отверстие.

В1604 г. немецкий астроном Иоганн Кеплер установил математические законы отражения света в зеркалах, которые в последствии залегли в основу теории линз по которым другой итальянский физик Галилео Галилей создал первый телескоп для наблюдения за небесными телами. Принцип преломления лучей был установлен, оставалось только научиться каким-то образом сохранять полученные изображения на отпечатках еще не раскрытым химическим путем.

В 1820-е гг.. Жозеф Нисефор Ньепс открыл способ сохранения полученного изображения путем обработки попадающего света асфальтовым лаком (аналог битума) на поверхность из стекла в, так называемой камере-обскуре. С помощью асфальтового лака изображение принимало форму и становилось видимым. В первые в истории человечества картину рисовал не художник, а падающие лучи света в преломлении.

В 1835 г. английский физик Уильям Тальбот, изучая возможности камеры-обскура Ньепса смог добиться улучшения качества фотоизображений с помощью изобретенного им отпечатка фотографии — негатива. Благодаря этой новой возможности снимки теперь можно было копировать. На своей первой фотографии Тальбот запечатлел собственное окно на котором четко просматривается оконная решетка. В будущем он написал доклад, где называл художественное фото миром прекрасного, таким образом заложив в историю фотографии будущий принцип печати фотографий. В 1861 г. фотограф из Англии Т. Сэттон изобрел первый фотоаппарат с единым зеркальным объективом. Схема работы первого фотоаппарата была следующей, на штатив закреплялся крупный ящик с крышкой сверху, через которую не проникал свет, но через которую можно было вести наблюдение. Объектив ловил фокус на стекле, где с помощью зеркал формировалось изображение.

В 1889 г. в истории фотографии закрепляется имя Джорджа Истмана Кодак, который запатентовал первую фотопленку в виде рулона, а потом и фотокамеру «Кодак», сконструированную специально для фотопленки. В последствии, название «Kodak» стало брэндом будущей крупной компании. Что интересно, название не имеет сильной смысловой нагрузки, в данном случае Истман решил придумать слово, начинающееся и заканчивающиеся на одну и ту же букву.

В 1904 г. братья Люмьер под торговой маркой «Lumiere» начали выпускаться пластины для цветного фото, которые стали основоположниками будущего цветной фотографии .

В 1923 г. появляется первый фотоаппарат в котором используется пленка 35 мм, взятая из кинематографа. Теперь можно было получать небольшие негативы, просматривая затем их выбирать наиболее подходящие для печатания крупных фотографий. Спустя 2 года фотоаппараты фирмы «Leica» запускаются в массовое производство.

В 1935 г. фотоаппараты Leica 2 комплектуются отдельным видеоискателем, мощной фокусировочной системой, совмещающие две картинки в одну. Чуть позже в новых фотоаппаратах Leica 3 появляется возможность использования регулировки длительности выдержки. Долгие годы фотоаппараты Leica оставались неотъемлимыми инструментами в области искусства фотографии в мире.

В 1935 г. компания «Kodak» выпускает в массовое производство цветные фотопленки «Кодакхром». Но еще долгое время при печати их надо было отдавать на доработку после проявки где уже накладывались цветные компоненты во время проявки.

В 1942 г. «Kodak» запускают выпуск цветных фотопленок «Kodakcolor», которые последующие полвека становятся одними из популярными фотопленками для профессиональных и любительских камер.

В 1963 г. представление о быстрой печати фотографий переворачивают фотокамеры «Polaroid», где фотография печатается мгновенно после полученного снимка одним нажатием. Достаточно было просто подождать несколько минут, чтобы на пустом отпечатке начали прорисовываться контуры изображений, а затем проступала полностью цветная фотография хорошего качества. Еще 30 лет универсальные фотоаппараты Polaroid будут занимать ведущие по популярности места в истории фото, чтобы уступить эпохе цифровой фотографии.

В 1970-х гг. фотоаппараты снабжались встроенным экспонометром, автофокусировку, автоматические режимы съемки, любительские 35 мм камеры имели встроенную фотовспышку. Чуть позже к 80-м годам фотоаппараты начали снабжаться ж/к панелями, которые показывали пользователю программные установки и режими фотокамеры. Эра цифровой техники только начиналась.

В 1974 г. с помощью электронного астрономического телескопа была получена первая цифровая фотография звездного неба.

В 1980 г. компания «Sony» готовит к выпуску на рынок цифровую видеокамеру Mavica. Снятое идео сохранялось на гибком флоппи-диске, который можно было бесконечно стирать для новой записи.

В 1988 г. компания «Fujifilm» официально выпустила в продажу первый цифровой фотоаппарат Fuji DS1P, где фотографии сохранялись на электронном носителе в цифровом виде. Фотокамера обладала 16Mb внутренней памяти.

В 1991 г. компания «Kodak» выпускает цифровую зеркальную фотокамеру Kodak DCS10, имеющую 1,3 mp разрешения и набор готовых функций для профессиональной съемки цифрой.

В 1994 г. компания «Canon» снабжает некоторые модели своих фотокамер системой оптической стабилизации изображений.

В 1995 г. компания «Kodak», следом за Canon прекращает выпуск популярных последние полвека пленочных своих фирменных фотокамер.

2000-х гг. Стремительно развивающиеся на базе цифровых технологий корпорации Sony, Samsung поглощают большую часть рынка цифровых фотоаппаратов. Новые любительские цифровые фотоаппараты быстро преодолели технологическую границу в 3Мп и по размеру матрицы легко соперничают с профессиональной фототехникой имея размер от 7 до 12 Мп. Несмотря на быстрое развитие технологий в цифровой технике, таких как: распознавание лица в кадре, исправление оттенков кожи, устранение эффекта «красных» глаз, 28-кратное «зумирование», автоматические сцены съемки и даже срабатывание камеры на момент улыбки в кадре, средняя цена на рынке цифровых фотокамер продолжает падать, тем более что в любительском сегменте фотоаппаратам начали противостоять мобильные телефоны, снабженные встроенными камерами с цифровым зумом. Спрос на пленочные фотоаппараты стремительно упал и теперь наблюдается другая тенденция повышения цены аналоговой фотографии, которая переходит в разряд раритета.

Принцип работы аналогового фотоаппарата: свет проходит через диафрагму объектива и, вступая в реакцию с химическими элементами пленки сохраняется на пленке. В зависимости от настройки оптики объектива, применения особых линз, освещенности и угла направленного света, времени раскрытия диафрагмы можно получить различный вид изображения на фотографии. От этого и многих других факторов формируется художественный стиль фотографии. Конечно, главным критерием оценки фотографии остается взгляд и художественный вкус фотографа.

Корпус.
Корпус фотоаппарата не пропускает свет, имеет крепления для объектива и фотоспышки, удобную форму ручки для захвата и место для крепления к штативу. Внутрь корпуса помещается фотопленка, которая надежно закрыта светонепропускающей крышкой.

Фильмовой канал.
В нем пленка перематывается, останавливась на нужном для съемке кадре. Счетчик механически связан с фильмовым каналом, при прокрутке которого указывает на количество отснятых кадров. Существуют камеры с моторным приводом, которые позволяют делать съемку через последовательно заданный промежуток времени, а также вести скоростную съемку до нескольких кадров в секунду.


Видоискатель.
Оптический объектив через которое фотограф видит в рамке будущий кадр. Зачастую имеет дополнительные метки для определения положения объекта и некоторые шкалы настройки светка и контрастности.

Объектив.
Объектив — мощный оптический прибор, состоящий из нескольких линз, позволяющий делать изображения на различном расстоянии со сменой фокусировки. Объективы для профессиональной фотосъемки помимо линз состоят еще из зеркал. Стандартный объектив имеет расстояние фокусаокругленно равное диагонали кадра, угол 45 градусов. Фокусное расстояние широкоугольного объектива меньшее диагонали кадра служит для съемки в небольшом пространстве, угол до 100 градусов. для удаленных и панорамных объектов применяется телескопический объектив у которого фокусное расстояние гораздо больше диагонали кадра.

Диафрагма.

Устройство регулирующее яркость оптической картинки объекта фотографирования по отношению к его яркости. Наибольшее распространение получила ирисовая диафрагма, у которой световое отверстие образуется несколькими серповидными лепестками в виде дуг, при съемке лепестки сходятся или расходятся, уменьшая или увеличивая диаметр светового отверстия.

Затвор

Затвор фотоаппарата приоткрывает шторки для попадания света на пленку, затем свет начинает действовать на пленку, вступая в химическую реакцию. От продолжительности приоткрытия затвора зависит экспозиция кадра. Так для ночной съемки ставится более длительная выдержка, для съемке на солнце или скоростной съемке максимально короткая.

Дальнометр.

Устройство с помощью которого фотограф определяет расстояние до объекта съемки. нередко дальномер бывает совмещен для удобства с видоискателем.

Кнопка спуска.

Запускает процесс фотосъемки длящийся не более секунды. В одно мгновение срабатывает затвор, раскрываются лепестки диафрагмы, свет попадает на химический состав фотопленки и кадр запечатлен. В старых пленочных фотоаппаратах кнопка спуска основана на механическом приводе, в более современных фотоаппаратах кнопка спуска, как и остальные движущиеся элементы камеры на электроприводе

Катушка фотплёнки
Катушка на которую крепится фотопленка внутри корпуса фотоаппарата. По окончании кадров на пленке в механических моделях пользователь перематывал фотопленку в обратном направлении в ручную, в более современных фотоаппаратах пленка перематывалась по окончании с помощью электромоторного привода, работающего от пальчиковых батареек.

Фотовспышка.
Плохая освещенность объектов фотосъемки приводит к использованию фотоспышки. В профессиональной съемке к этому приходится прибегать только в неотлагательных случаях когда нет других приборов освещения экранов, ламп. Фотоспышка состоит из газорязрядной лампы в виде стеклянной трубки содержащей газ ксенон. При накапливании энергии вспышка заряжается, газ в стеклянной трубке ионизируется, затем мгновенно разряжается, создавая яркую вспышку при силе света свыше сотни тысяч свечей. При работе вспышки нередко отмечается эффект «красных глаз» у людей и животных. Это происходит потому, что при недостаточной освещенности помещения где проводится фотосъемка, глаза человека расширяются и при срабатывании вспышки зрачки не успевают сузиться, отражая слишком много света от глазного яблока. Для усранения эффекта «красных глаз» используется один из методов предварительного направления светового потока на глаза человека перед срабатыванием вспышки, что вызывает сужение зрачка и меньшим отражением от него света вспышки.


Принцип работы цифрового фотоаппарата на стадии прохождения света через линзу объектива тот же, что и у пленочного. Изображение преломляется через систему оптики, но сохраняется не на химическом элементе фотопленки аналоговым путем, а преобразуется в цифровую информацию на матрице от разрешающей способности которой и будет зависеть качество снимка. Затем перекодированное изображение в цифровом виде сохраняется на сменном носителе информации. Информацию в виде изображения можно редактировать, перезаписывать и отправлять на другие носители данных.

Корпус.

Корпус цифрового фотоаппарата имеет вид по аналогии с пленочным фотоаппаратом, но за счет отсутствия необходимости фильмового канала и места для катушки с пленкой, корпус современного цифрового фотоаппарата значительно тоньше обычного пленочного и имеет место для ЖК экрана, встроенного в корпус, либо выдвижного, и слоты для карт памяти.

Видоискатель. Меню. Настройки (ЖК экран) .

Жидкокристалический экран неотъемлимая часть цифрового фотоаппарата. Он имеет совмещенную функцию видоискателя, в котором можно приближать объект, видеть результат автофокусировки, выстраивать экспозицию по границам, а также использовать его в качестве экрана меню с настройками и опциями набора функций съемки.

Объектив.

В профессиональных цифровых фотоаппаратах объектив практически ничем не отличается от аналоговых фотокамер. Он также состоит из линз и набора зеркал и имеет те же механические функции. В любительских камерах объектив стал гораздо меньших форм и помимо оптического зума (приближение объекта) имеет встроенный цифровой зум, который способен многократно приблизить отдаленный объект.

Матрица сенсор.

Главный элемент цифровой фотокамеры небольшая пластина с проводниками которая формирует качество изображения, четкость которого и зависит от разрешающей способности матрицы.

Микропроцессор.

Отвечает за все функции работы цифровой камеры. Все рычаги управления камеры ведут к процессору в котором зашита программная оболочка (прошивка), которая отвечает за действия фотокамеры: работа видоискателя, автофокус, программные сцены съемки, настройки и функции, электрический привод выдвижного объектива, работа фотовспышки.

Стабилизатор изображений.

При покачивании камеры во время нажатия на спусковой завтор или при съемке с движущейся поверхности, например, с качающегося на волнах катера, изображение может получится размытое. Оптический стабилизатор практически не ухудшает качество полученной картинки за счет дополнительной оптики, которая компенсирует отклонения изображения при покачивании, оставляя изображение неподвижным перед матрицей. Схема работы цифрового стабилизатора изображения фотоаппарата при дрожании картинки заключается в условных поправках, вносимых при расчете картинки процессором, задействовав дополнительную треть пикселей на матрице, учавствующих только в коррекции изображения.

Носители информации.

Полученное изображение сохраняется в памяти фотоаппарата в виде информации на внутренней, либо внешней памяти. Фотоаппараты имеют разъемы для карт памяти SD, MMC, CF, XD-Picture и др., а также разъемы для подключения к другим источникам храненияинформации компьютеру, HDD сменным носителям и т.п.

Цифровая фототехника сильно поменяла представления в истории фотографии о том какое должно быть художественное фото. Если в прежние времена фотографу приходилось идти на различные ухищрения, чтобы получить интересный цвет или необычный фокус для определения жанра фотографии, то теперь есть целый набор примочек, включенных в программное обеспечение цифровой фотокамеры, коррекция размеров изображения, изменение цвета, создание рамки вокруг фото. Также любую отснятую цифровую фотографию можно подвергнуть редактированию в известных фоторедакторах на компьютере и легко установить в цифровую фоторамку, которые следом за пошаговым наступлением цифровых технологий становятся все более популярными для украшения интерьера чем-то новым и необычным.

Что нужно знать о фотоаппарате для того, чтобы меньше совершать ошибок и чаще радоваться результатам или ключевой вопрос прогресса и его влияние на рост профессионального мастерства.

Еще несколько лет назад профессионалы снисходительно улыбались, слыша разговоры о цифровых фотокамерах. Сейчас всё изменилось, и цифровые зеркальные фотоаппараты перестали вызывать удивление и насмешки в профессиональных кругах. Буквально взрывной рост «цифровизации» фототехники затормозился, приблизившись к границе технологических и физических возможностей. Что еще важнее — возможности цифровой техники приблизились к границе разумных потребностей фотолюбителя. Функциональные и качественные характеристики цифровых фотокамер разных производителей сблизились вплотную и, наконец, цены стабилизировались в приемлемом потребительском коридоре. Что особенно важно, качество изображения формируемого профессиональными и некоторыми любительскими цифровыми аппаратами не уступает, а во многих случаях и превосходит плёночное. Да, плёнка жива и, возможно, будет жить еще долго, но прогресс остановить невозможно. Согласитесь, побеждает та технология, которая удобнее и дешевле. Поэтому, изучая фотоаппарат как основной инструмент фотографа, мы будем говорить, прежде всего, о цифровых фотокамерах. Каким фотоаппаратом снимать — плёночным, или цифровым каждый решает сам? Какую модель выбрать, с какими характеристиками, какого производителя тоже дело вкуса и личных предпочтений? Для эффективного обучения мастерству фотографии несущественно фотокамерой какого производителя вы пользуетесь.

Но! Хочу обратить ваше внимание, уважаемые коллеги — намного удобнее и дешевле обучаться, имея цифровой фотоаппарат, и уж совсем жизненно необходимо, чтобы ваша камера имела возможность съемки в полуавтоматических и ручном режимах. Почему эти тезисы верны, вы поймете в процессе знакомства с материалом данной лекции.

Кратко об устройстве фотоаппарата и влиянии конструктивных элементов на результат.

1. ОБЪЕКТИВ

Объектив — устройство создающее изображение на светорегистрирующей плоскости.

Достаточно подробно мы уже рассмотрели этот вопрос в лекции, посвященной объективам, поэтому напомню и уточню только несколько важных пунктов:

разрешающая способность — важнейшая характеристика, определяющая максимально возможную четкость и резкость формируемого изображения. Зависит от качества материала, из которого выполнены линзы объектива, качества обработки поверхностей и точности самой оптической схемы. Нетрудно догадаться, что чем объектив лучше, тем он дороже.

светосила — упрощенно это отношение количества света пропущенного объективом в светорегистрирующую плоскость, к количеству света отраженного от фотографируемого объекта (в сторону объектива, естественно). Характеризуется светосила минимальным значением диафрагмы f (обратная величина, см. лекцию про объективы), лучшие объективы имеют значение f/1.2, у большинства объективов минимальное значение f/4.

аберрации (они же вносимые искажения) — чаще всего, выделяют две основных группы искажений влияющих на изображение:

Схема хроматической аберрации (1) и её уменьшение с помощью ахроматической линзы (2)

геометрические аберрации — дисторсии, сферическая аберрация, кома и астигматизм. Самая заметная — дисторсия — искажение изображения прямых линий, зависит от взаиморасположения диафрагмы и линзы. В большинстве оптических систем удается скомпенсировать эти искажения и свести их практически к нулю.

Световой поток на рисунке, распространяется слева направо.

Результат в плоскости кадра:


Подушкообразная дисторсия


Бочкообразная дисторсия


Отсутствие дисторсии

Про сферическую аберрацию, кому и астигматизм, а также про дифракционную аберрацию, особенно пытливые студенты могут прочитать в справочной литературе.

Виньетирование — это не столько характеристика объектива, сколько эффект, связанный с объективом — затемнение изображения по краям кадра возникающее, частично, вследствие ограничения светового пучка диафрагмой, но наиболее сильно проявляющееся при использовании нескольких светофильтров на внешней оправе объектива.

автофокус — это уже характеристика системы фотоаппарат-объектив. Скорость и точность фокусировки в объективах с автофокусом зависит от используемого типа привода и качества системы автофокусировки в целом. Думаю, не нужно объяснять, на что и как это влияет. Сегодня, чаще всего используют ультразвуковой привод, позволяющий сделать этот процесс очень быстрым, плавным, бесшумным и точным. Трудности, как правило, возникают в случае низкой освещенности, для решения этой проблемы в некоторых фотоаппаратах используют систему подсветки автофокуса. При работе с фотоаппаратом без подсветки автофокуса, зачастую можно подсвечивать обычной лазерной указкой. В некоторых случаях эффективнее использовать ручной автофокус, если он конструктивно предусмотрен, конечно.
От качества объектива, как нетрудно догадаться, качество изображения зависит в первую очередь. Такие характеристики объектива как фокусное расстояние и ГРИП можно рассматривать как переменные или производные от других характеристик. Об этом мы подробно говорили в лекции посвященной объективам.

2. МАТРИЦА

Матрица — электронное устройство, расположенное в той самой светорегистрирующей плоскости, в которой объектив формирует изображение и, фактически регистрирующее это самое изображение.

Обычно размышления на тему цифровой фотокамеры начинаются с оценки разрешающей способности матрицы и других ее характеристик. Во многом это правильно. Упрощенно, матрица, она же сенсор, это аналого-цифровой преобразователь (АЦП преобразует аналоговый сигнал — количество света, в цифровой — электрический импульс) на основе кремниевого кристалла в котором сформирована плоскость (матрица) фотодиодов каждый из которых и есть пиксел. Все вместе эти элементы преобразуют световой поток падающий на плоскость в поток данных в виде совокупности электрических сигналов. Матрицы различаются по типу и размеру (подробно об этом в статье Салавата Фидаева). Не вдаваясь в технические подробности, можно отметить, что для получения фотоотпечатков удовлетворительного качества традиционного бытового формата 10×15 см достаточно 2-мегапиксельной матрицы (два миллиона светочувствительных элементов). Понятно, что тем, кто учится фото-мастерству, бытовой формат не интересен, а значит нужно более высокое разрешение. К счастью, большинство цифровых фотокамер уже давно перешагнули за пятимегапиксельный рубеж. Почему пять мегапикселей имели такое принципиальное значение? Потому что, в профессиональной фотографии, самый распространённый формат — это 20×30 см, размер стандартного листа (А4), и пяти мегапикселей как раз достаточно для получения качественного изображения такого формата. Итак, по пунктам.

разрешение — количество точек из которых формируется изображение. В общем виде, надеюсь, интуитивно понятная характеристика — чем разрешение выше, тем лучше.

динамический диапазон — фактически, качество точек — очень важный параметр матрицы, который характеризует способность аналого-цифрового преобразователя (сенсора), фиксировать и детализировать световую информацию в диапазоне от минимального количества света (темная часть изображения) до максимального (светлая часть изображения). Иначе говоря, способность качественно зафиксировать детали изображения одновременно в самой светлой и в самой темной частях снимка. Естественно, чем больше динамический диапазон, тем точнее и мягче изображение. Динамический диапазон определяется битностью представления данных. Для понимания того, что такое битность, приведу упрощенный пример. Один бит — одна позиция в двоичной системе счисления (использует компьютер), которая может принимать значения 0 или 1, то есть либо черный, либо белый. Два бита — две позиции по два значения — 2×2=4 всего четыре: черный, темно серый, светло серый, белый. Три бита — 2×2х2=8 — восемь уровней (ступеней) детализации от черного до белого; четыре бита — 2×2х2×2=16 — соответственно, шестнадцать уровней. И так далее. На сегодняшний день в большинстве систем фиксации, преобразования и отображения изображений используется восьмибитный диапазон, то есть 2 в восьмой степени, что соответствует 256 ступеням от абсолютно белого до совершенно черного. Это, конечно, существенно меньше, чем диапазон человеческого глаза, но для решения фото-задач в большинстве случаев достаточно. Подробнее мы это обсуждаем в лекции «Свет и освещение в фотографии».

физический размер матрицы и кроп-фактор — площадь которую занимают пикселы в столь важной для нас плоскости и пропорция отношения к стандартному размеру 24×36. Что здесь важно понять?

размер пикселя — как нетрудно догадаться, если есть маленькая восьмимегапиксельная матрица и существенно большая, скажем, шестимегапиксельная, значит размеры пикселей у них отличаются. Влияет ли это на что-нибудь и как именно? Чем больше размер ячеек (фотодиодов) тем «глубже» и «чище» получается фотоизображение. Это обусловлено тем, что во-первых. светочувствительность пикселя и его точность как АЦП пропорциональна его площади и, во-вторых чем пиксели крупнее, тем меньше влияние тепловых шумов, неизбежно возникающих при работе и разогреве матрицы. Поэтому маленькие, много-мегапиксельные матрицы, чаще всего имитируют 8-битный диапазон, существенно экстраполируя зашумленные данные. Как вы понимаете, нет ничего удивительного в том, что фотографии, сделанные «цифромыльницами» с крошечными восьмимегапиксельными матрицами, такие шумные и нечёткие. Кроме того, такие матрицы гораздо чувствительнее к ошибкам экспозиции. Минимальная недодержка ведет к повышенному уровню шума в тенях, а при небольшой передержке, детали в светах «выжигаются».

кроп-фактор или нет худа без добра . Кроп-фактор всего лишь, показывает насколько матрица по площади меньше стандартного узкопленочного формата (см. статью Салавата Фидаева). Что здесь важно понимать? Во-первых, использование малой светорегистрирующей площади позволяет делать светосильные объективы с большими фокусными расстояниями весьма небольшого размера. Эта возможность, в полной мере используется в цифрокомпактах и фотокамерах просьюмерского формата с суперзумами. Во-вторых, в цифрозеркалках со стандартной оптикой периферийная часть изображения «обрезается», а именно там, как вы помните основные искажения.

Еще есть такое понятие как тип матрицы, но в эти технологический дебри мы пока не будем углубляться. В качестве резюме хочется сказать, если технологический прорыв позволит создать достаточно маленькую десятимегапиксельную «холодную» (без тепловых шумов) матрицу с реальным динамическим диапазоном больше двенадцати, то фотоаппарат профессионального качества легко разместится в любом телефоне. Вопрос в том возможно ли это, когда ожидать такого чуда и будет ли это выгодно фотографической промышленности?

3. ПРОЦЕССОР

Процессор — устройство, преобразующее поток данных в изображение и управляющее всей системой.

Что такое процессор, сегодня, в общих чертах, представляет каждый. Что нужно знать фотографу о процессоре своего фотоаппарата? В общем, ничего особенного — это мозг фотоаппарата, который участвует в определении экспозиции, при необходимости оптимизируя экспопару (в полуавтоматических режимах и в сюжетных программах) занимается фокусировкой, в случае надобности распознавая лица в кадре и показывая, что именно он распознал. Кроме того, разбирается с чувствительностью, обеспечивает корректную работу органов управления — превращает указания фотографа в действующие параметры работы всей системы под названием цифровая фотокамера. Если темно, включает подсветку автофокуса и управляет вспышкой. И, наконец, самое главное — создает изображение из того потока безликих данных, который получает от матрицы. Ну а потом, конечно, преобразует изображение в указанный формат, с заданными параметрами сжатия в нужном цветовом пространстве. Ну и еще записывает снимок на карту памяти и выводит изображение на монитор. И наконец выходит в режим готовности к новому снимку. Да, совсем забыл, диафрагмой и выдержкой также, как и затвором, тоже управляет процессор, честно выполняя указания фотографа. Кстати, может и самостоятельно фотографировать, достаточно только поручить. Процессоры все разные и у них, бывают недостатки — некоторые долго соображают, другие мудрят с фокусировкой, третьи регулярно ошибаются в сложных световых условиях, а иные плохо справляются и с простым светом. Но самые большие недостатки любого процессора это неспособность выбрать место/время съемки и неумение выстроить кадр. Так что, коллеги, приходится фотографу быть умнее процессора и судя по всему это надолго, поскольку фотография процесс творческий.

Дополнение или еще раз спасибо процессору.

Часто вы задумываетесь над тем, что световой поток в помещении с лампами и свет на улице в солнечный день, имеют разную природу и состав — имеют разную «цветовую температуру». Те, кто снимал на пленку, наверняка получив отпечатки, удивлялись, почему с одной и той же пленки одни фотографии нормальные, другие в синеву, а третьи сильно желтят. Для правильной цветопередачи в разном освещении, выпускаются и используются разные пленки. В отличии от плёнки, процессор цифрового фотоаппарата может настраиваться оперативно на изменение спектрального состава светового потока, используя белый цвет, как стандарт, и обеспечивает естественную цветопередачу в самых разных условиях — это называется баланс белого. Он может подстраиваться автоматически, может быть выставлен принудительно по типу освещения: дневной свет, облачно, лампы накаливания, лампы дневного света и может выставляться вручную или настраиваться по белому листу. Подробнее о балансе белого и цветовой температуре в лекции «Свет и освещение в фотографии».

4. ДИСПЛЕЙ

Дисплей, главный подсказчик, учитель и… обманщик

Дисплей, он же монитор, не нуждается в долгом представлении, это экранчик на котором виден получившийся после съемки кадр. Он же позволяет заблаговременно видеть подобие того, что должно получиться после нажатия на спусковую кнопку и вносить необходимые поправки. Большинство цифровых зеркальных аппаратов, правда, не дают возможности наблюдения через дисплей, но позволяют просматривать изображение немедленно после экспозиции. Возможность увидеть результат в процессе фотосъемки, отбраковать неудачные кадры, переснять — для многих самая важная и, как нетрудно догадаться, для нас весьма учебно-методическая. Совершенно очевидно, что дисплей может иметь разный размер, разрешающую способность и яркость. Эти параметры не нуждаются в детальном описании в силу очевидности. Очень важно, что почти все современные камеры позволяют вывести на дисплей гистограмму, не нужно пренебрегать этой возможностью, она спасает от многих ошибок и в экспозиции и в построении кадра. Некоторые модели фотоаппаратов оснащаются поворотными или вращающимися дисплеями, что заметно повышает удобство работы — например можно точно кадрировать (прицеливаться) при съемке на вытянутых руках над головой, или снимать с уровня земли. Не возникло вопроса, почему дисплей, при всех его плюсах — обманщик? Думаю, нет, но на всякий случай поясню: в силу малого размера дисплей оставляет нашему сознанию слишком много места для игры воображения. Поэтому очень часто кадр, казавшийся на дисплее гениальным, на большом экране оказывается безнадежным.

5. ЭКСПОСИСТЕМА

Экспосистема — вполне интеллектуальная и весьма непростая система определения условий освещенности и баланса значений экспопары.

Я не буду вам рассказывать, как работает TTL-замер при полностью открытой диафрагме с использованием много-зонного кремниевого фотоэлемента о том, какие экспонометрические системы сегодня наиболее распространены или о том, в чем разница замеров падающего и отраженного света. Главное, что вы должны понимать это то, какие способы измерений принципиально используются в фотоаппаратах и как это влияет на фотосъемку.

Экспозамер . Встроенный экспонометр современного фотоаппарата может оценивать количество света отраженного от области съемки, как правило, несколькими способами. В разных моделях, разных производителей названия режимов и технология замеров могут довольно сильно различаться, но принцип везде один. Есть два базовых режима — точечный и интегральный. В первом случае оценивается освещенность небольшой точки, совпадающей, как правило, с точкой фокусировки (или несколькими точками), во втором — усредняется освещенность всего кадра или значительной его площади. Все остальные режимы будут вариациями между этими полярными случаями. Например: оценочный замер сопряженный с любой точкой автофокусировки, частичный замер 10% площади в центре кадра, центральный точечный замер 3-4% площади в центре кадра, центрально-взвешенный интегральный замер, интегральный замер с приоритетом зон в которых система распознала лица… Что из этого следует вы уже знаете или, наверняка, догадываетесь. Если вы фотографируете блондинку в темной одежде на темном фоне, а экспозамер производится по всей площади кадра, то получится отлично проработанный костюмчик с белым пятном вместо лица. Конечно у пятна, скорее всего, прорисуются брови, глаза и губы, но выдать такой портрет за высокий ключ на темном фоне будет непросто. Отсюда вывод — режим экспозамера нужно подбирать в соответствии со светотеневым характером кадра площадью и освещенностью его смысловых центров. Итак, вы определили и установили подходящий режим, теперь процессор знает, как правильно оценить общее количество света и, связав его с чувствительностью, рассчитать значение экспопары.

Экспопара — пара двух параметров: выдержки и диафрагмы. При помощи экспопары выставляется экспозиция. Очевидно, что одной и той же экспозиции соответствует довольно много экспопар, например 1/30 — f/8, 1/60 — f/5,6, 1/120 — f/4 и т. д. Дальше самое интересное — определение правильной экспопары. Тут без помощи фотографа не обойтись. Нужно задать (ввести, установить) режим отработки экспозиции: программный автоматический (Р), приоритет выдержки (S), приоритет диафрагмы (А), сюжетные программы (полный автомат, портрет, пейзаж, макро, спорт, ночной. ..). Еще иногда встречается автоматическая экспозиция с учетом глубины резкости и всегда — автоматическая экспозиция с участием собственной вспышки. Дальше, определив экспозицию и получив от фотографа дополнительную творческую информацию, фотоаппарат сам выбирает оптимальное соотношение диафрагма — выдержка. Понятно, что если в одних и тех же световых условиях снимать спортивный репортаж и пейзаж, то в первом случае нужно отдать приоритет выдержке сделав ее как можно короче, а диафрагма пусть подстраивается. Во втором случае наоборот — нужно закрыть посильнее диафрагму и пусть выдержка будет длинной, чувствительность минимальной, а штатив устойчивым. Замечали? Именно по солидному штативу видно серьезного пейзажиста! Как вы думаете, насколько точно фотоаппарат делает то, что нужно фотографу? Правильно думаете — весьма точно. Только весьма опытный фотограф может решить эту задачу точнее. Поэтому, во многих фотоаппаратах, есть еще ручной режим (M), в котором система только подсказывает корректность установки экспопараметров, а сами параметры выставляет фотограф. С экспопарой и режимами отработки экспозиции разобрались, но это не все — еще есть экспокоррекция которая совершенно необходима если процессор туповат или категорически не согласен с вашими творческими замыслами. Если, например, вам нужно недоэкспонировать или переэкспонировать кадр вы вводите соответствующую экспопоправку и процессор честно ее отрабатывает. Ну и, наконец, на случай когда трудности не только у процессора, но и у фотографа, есть автоматическая экспозиционная вилка, она же экспозиционный брэкетинг. Как правило, это серийная съемка по три кадра в диапазоне ±2 ступени (EV), с шагом 1/2 или 1/3 ступени.

Про экспозицию и экспопару можно подробно прочитать в дополнении к данной лекции «Экспозиция и экспонометрия».

6. КАРТЫ ПАМЯТИ И ФОРМАТЫ ХРАНЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Флэш-карты . Цифровая память на съемный носителях — способ и место хранения отснятых фотографий. Сегодня, в профессиональной фотографии используются, в основном, четыре типа:
CF — Compact Flash.
SD — Secure Digital Card — к ним же относятся «вложенные» форматы MiniSD и MicroSD.
Memory Stick — к ним же относятся Memory Stick Pro, Memory Stick Pro Duo, Memory Stick Micro M2.
xD-Picture Cards

CF (Compact Flash) — самый старый и распространенный тип флэш-памяти. Современные CF карты отличаются высокой скоростью чтения/записи и большим объёмом до 32Гб. Цены на флэш-память сейчас настолько снизились, что не имеет смысла пользоваться CF картами прошлых поколений.

SD (Secure Digital) — меньше по размеру и быстрее, чем CF карты, но имеют несколько меньшую ёмкость. Архитектура SD теоретически допускает более высокие скорости передачи данных, чем CF, поэтому считается более перспективной.

Memory Stick — формат флэш-памяти разработанный и продвигаемый компанией Sony. Этим если не все, то многое сказано.

xD-Picture Cards — наименее распространенный и, потому все более дорогой, по сравнению с прочими тип флэш-памяти, а следовательно наименее конкурентоспособный.

Форматы изображения . Есть три основных формата:
RAW — технический формат, набор данных полученных непосредственно с матрицы;
TIFF — стандартный для многих компьютерных программ формат, в котором каждая точка имеет описание цветовых показателей;
JPEG — тоже стандартный формат, фактически сжатый (архивированный) файл, без потери или с минимальной потерей информации.

TIFF — последовательное поточечное описание всего изображения, с указанием для каждой точки всего набора данных. Последнее время редко используется для фотосъёмки, поскольку, использование этого формата существенно замедляет работу фотоаппарата из-за большого объема передаваемых данных и в разы сокращает количество кадров умещающихся на карте памяти. Например, фото с максимальным разрешением, сделанное ЦФК с 12-мегапиксельной матрицей в формате TIFF при 8 битах на канал, будет иметь объем 28Mb, а в формате JPEG с максимальным качеством — около 2,0 Mb, а в RAW — 10 Mb. Именно поэтому многие производители в моделях, ориентированных на фотолюбителя, отказались от использования формата TIFF.

JPEG сжатое изображение, имеет существенные недостатки другого характера. Во-первых, даже в случае минимальной компрессии, качество изображения в формате JPEG ниже оригинального. Во-вторых, JPEG не поддерживает битность выше восьми, что, как мы уже отмечали, отрицательно сказывается на тональном диапазоне изображения. В-третьих, изображения в форматах TIFF и JPEG нельзя использовать в качестве доказательства достоверности, потому что они легко поддаются редактированию в графических приложениях.

RAW — наиболее часто используемый в профессиональной цифровой фотографии формат, лишенный недостатков, упомянутых выше. Что же это за формат и чем он хорош, и почему TIFF в разы больше по объему, а информации содержится больше в RAW-е? Есть два определения, не очень научных, но совместно хорошо объясняющих смысл этого формата. Первое — RAW это сырой файл, содержащий исходные данные, полученные с матрицы. Второе — RAW это исходный черно-белый TIFF — не совсем корректное, но помогающее понять суть формата определение. RAW это поточечное описание всего изображения без цветовой информации. Файлы в этом формате требуют конвертации в компьютере, но зато дают возможность корректировать экспозицию и баланс белого в широких пределах. Кроме того, в формате невозможен фотомонтаж. В последнее время появляется все больше просмотрщиков и конверторов упрощающих работу с RAW и делающих его все более привлекательным для фотолюбителей.

7. ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ

Управление фотоаппаратом. Кроме традиционных кнопок (клавиш, дисков) включения питания, спуска, управления трансфокатором (зумом) и режимами съемки, в цифровой камере есть специальные кнопки и клавиши для работы с меню. На экране дисплея отображаются режимы и параметры фотосъемки, а также различные дополнительные установки, которые можно менять в ходе работы и после съемки для просмотра и пересылки отснятого материала. Естественно, производители стараются сделать общение с фотоаппаратом удобным и интуитивно понятным, но удается им это по-разному.

Независимо от того, чем вы снимаете, этот материал необходимо освоить, если вы хотите добиться качественных результатов в фотографии. В любом виде фотографии, знание материальной базы и умение использовать её достоинства и недостатки лежит в основе предсказуемости результата.

_______________________

© 2014 сайт

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.

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.

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.

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.

Фотоаппарат-микроскоп X-Loupe

Фотоаппарат-микроскоп X-Loupe предназначен для фотосъемки объектов размером от 5мкм до 12 мм. Приборы X-Loupe состоят из модуля камеры и сменных объективов кратностью от 60х до 300х. Фотоаппарат-микроскоп работает от аккумулятора и имеет независимую подсветку с 6 параметрами яркости.

Xloupe для дефектоскопии

X-loupe удобен для фиксации дефектов внутри резервуаров, котлов и прочих местах, где использование фотоаппаратов и стационарных микроскопов связано с определенными неудобствами, такими как громоздкость, недостаточная мощность и освещенность. Фотоаппарат-микроскоп может быть использован взамен метода реплик при исследовании усталостных трещин металла на оборудовании и других объектах.

Для съемки дефектов выявленных с применением флуоресцентных пенетрантов, могут устанавливаться ультрафиолетовые объективы кратностью 100х и 150х. Данные объективы могут быть использованы для съемки любых объектов видимых в ультрафиолетовом свете.

Для обработки сделанных снимков камеры X-Loupe укомплектованы специальной программой дающей возможность измерять длину объектов, добавлять комментарии, фиксировать кратность объектива, время и дату снимков. Для достижения большей глубины резкости при съемке объемных предметов программа имеет функцию «расширенный фокус», группирующую серию фото в один четкий снимок.

Функции программы могут быть использованы при составлении заключений о результатах контроля, делая их более наглядными. При коллективных исследованиях возможен вывод изображения на монитор ПК.

Применение X-Loupe в других областях:

  • В криминалистике прибор может быть использован для анализа отпечатков пальцев и других следов, оставленных на месте преступления, например, следов инструмента при взломах и проникновениях. Отзыв эксперта криминалиста. Также вниманию криминалистов – камера для съемки отпечатков пальцев и камера для макросъемки со световыми фильтрами.
  • В промышленности фотоаппарат-микроскоп применим везде, где необходим контроль качества сборки и анализ структуры поверхности, например, в печатном деле и в производстве микросхем.
  • В любительской микросъемке X-Loupe может быть интересен филателистам, нумизматам, биологам и всем, кому не достаточно мощности обыкновенного фотоаппарата.

В комплект входят — модифицированный фотоаппарат Canon IXUS, 3 сменных объектива, аккумулятор, зарядное устройство, программное обеспечение, футляр для переноски.

 

Характеристики X-LOUPE® – A500 (или C101) X-LOUPE® – G20 (снят с производства)
Основные характеристики модуля камеры
Модель Canon Digital IXUS 115 HS Canon Digital IXUS 105 IS
Разрешение 12,1 мегапикселей 12,1 мегапикселей
Размер матрицы 1/2.3″ 1/2,3″
Фокусное расстояние (эквивалент 35 мм) 28 — 112 мм 5,0 — 20,0 мм
Оптический зум 4x 4x
ЖК-экран 3″ 2,7″
Источник питания аккумулятор Canon NB-4L аккумулятор Canon NB-6L
Емкость батареи 750 mAh 1000 mAh
Время зарядки батареи примерно 1,5 часа примерно 3 часа
Основные характеристики сменных объективов
Производитель Компания Schott®
Количество объективов 1 (2) 3
Кратность 60X, 150X 60X, 150X, 300X
Поле зрения 60X: 16x12mm, 150X: 5. 7×4.5mm 60X: 8×10.5mm, 150X: 4x3mm, 300X: 2×1.5mm
Разрешение по шкале USAF 1951 60X: 90.5 lp/mm, 150X: 181 lp/mm, 300X: 228+ lp/mm
Рабочее расстояние от 1мм от 1мм
Размеры объектов съемки 10 микрон – 6 мм 5 микрон — 12 мм
Подсветка объектива 8 светодиодов 16 светодиодов
Срок службы подсветки 10 000 часов 10 000 часов
Вес фотоаппарата с объективом менее 300г менее 660г
Диапазон рабочих температур 0 ~ 40 C 0 ~ 40 C