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

Основы фотографии

Итак, у вас уже есть фотоаппарат. Конечно, вы можете узнать о нем все из инструкции, но ведь, признаемся сами себе, далеко не все ее читают. А если и читают, то невнимательно и не до конца. Потому начнем с самого простого: как вообще пользоваться камерой.

Камеры бывают разные: маленькие и большие, со сменными объективами и со встроенными. На этом курсе мы говорим про любые цифровые фотокамеры, потому что все фотоаппараты в конечном счете выполняют одну и ту же функцию схожими средствами.

Как пользоваться камерой Из чего состоит фотоаппарат и как он работает?

Две главные составляющие любого цифрового фотоаппарата — это объектив и матрица. Как проектор в кинотеатре выводит изображение на экран, так объектив камеры направляет свет на матрицу фотоаппарата. Матрица этот свет улавливает — получается фотография. И так устроена любая камера: как дорогая зеркальная, так и установленная в мобильном телефоне.

Количество света надо как-то регулировать, поэтому на пути света от объектива к матрице есть два устройства, контролирующих поток света: это диафрагма и затвор.

Но о них мы поговорим чуть позже, когда будем разбираться с тем, как сделать фотографии светлее или темнее.

Фотошкола рекомендует

Бесплатная консультация по выбору фототехники

Задайте ваш вопрос

Большинство объективов могут приближать или отдалять объекты в кадре, т.е. у них есть зум. У компактных камер зум регулируется отдельным рычажком около кнопки «Спуск». У зеркальных и гибридных камер есть отдельное кольцо на объективе, вращая которое можно варьировать степень увеличения. Кнопка «Спуск». Та самая волшебная кнопка (обычно под указательным пальцем), которая делает снимок. Как ни странно, многие используют ее не совсем правильно. Кнопка «Спуск» имеет так называемое двойное нажатие.

Следите за тем, чтобы объектив ничего не закрывало, а его передняя линза была чистой. Это обеспечит наилучшее качество снимков.

Сначала надо прижать ее очень нежно — наполовину, до легкого упора, и удерживать в таком положении. Тогда сработает автоматика камеры, которая наведет фокус, т.

е. сделает объект съемки четким, измерит яркость и характер освещения, чтобы выставить соответствующие настройки. О том, что камера готова сделать кадр, она оповестит звуковым сигналом, а на дисплее появится некий зеленый сигнал (обычно это квадратик вокруг объекта съемки). Обычно весь процесс занимает от доли секунды до секунды. Но надо обязательно дождаться готовности камеры, и только тогда нажимать кнопку «Спуск» до конца, чтобы сделать снимок.

Что такое хорошая фотография

Итак, мы плавно подошли к следующему «открытию»: у камеры бывают какие-то настройки и режимы работы. Для чего они все нужны? Для того, чтобы сделать качественные снимки. Поэтому самое время поговорить о том, из чего складывается хорошая фотография. Уточним: сейчас речь пойдет в большей степени о технической стороне вопроса.

Фотография должна быть 

резкой. Это значит, что объект должен быть четким, не смазанным, не размытым.

Фотография должна быть достаточно светлой: детали, которые вы хотели показать, должны быть хорошо видны, а не потеряны в тенях или ярких бликах. Это зависит от экспозиции: про нее мы еще поговорим.

Мы привыкли к цветным снимкам, но иногда делаем и черно-белые. Сложность в том, что не всегда цвета на фотографии соответствуют тому, что мы видели в реальности. Часто кадры получаются слишком синими, желтыми или с зеленоватым оттенком. За правильную передачу цветов в камере отвечает настройка под названием «Баланс белого»: про нее мы тоже обязательно расскажем.

Размер. Объект съемки не может быть микроскопически маленьким в кадре или таким большим, что будет вылезать за его пределы. Поэтому следите за размером того, что вы снимаете, относительно всего пространства кадра.

Эмоции. Задача любой фотографии — вызвать реакцию зрителя. Не стоит снимать все подряд: для фотографий как нельзя лучше подходит принцип «лучше меньше, но лучше».

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Устройство цифрового фотоаппарата

< Лекция 12 || Лекция 5: 1234

Аннотация: Современный цифровой фотоаппарат — сложное электронное устройство, объединяющее в одном конструктиве множество технологий. Разобраться в них — значит, понять принцип работы самой камеры. Что в конечном результате позволит в полной мере освоить съемочную технику.

Ключевые слова: ПО, место, поток, стоимость, надежность, дисплей, кадрирование, Телескопический видоискатель, кадр, площадь, поле, прямой, цифровой фотоаппарат, отрезок, расстояние, диапазон, активный, Оптический дальномер, объект, энергопотребление, пассивный, множества, сенсор, значение, меню

Цель лекции — рассказать об устройстве и принципе действия основных узлов цифрового фотоаппарата.

Конструкция цифрового фотоаппарата во многом повторяет конструкцию пленочной камеры. Фотоаппараты для узкой 35-мм пленки в зависимости от устройства видоискателя подразделяются на шкальные камеры с установкой резкости по шкале, нанесенной на фокусировочное кольцо объектива, на дальномерные камеры, в которых объектив наводится на фокус при помощи оптического дальномера, и на зеркальные фотоаппараты, в которых фокусировка объектива производится по изображению на матовом стекле, встроенном в оборачивающую пентапризму.

По типу основного объектива пленочные фотоаппараты подразделяются на камеры со сменным объективом и на фотоаппараты с жестковстроенным объективом.

В настоящее время шкальные и отчасти дальномерные фотоаппараты не производятся — если не принимать во внимание дорогие механические дальномерные камеры, производимые для профессиональных применений компаниями Leica и Cosina (в модельном ряду камер компании Cosina есть один шкальный фотоаппарат Voigtlander Bessa-L). Место шкальных и дальномерных фотоаппаратов занято компактными камерами с автоматической фокусировкой (теми самыми «мыльницами») и зеркальными фотоаппаратами любительского класса.

Рис. 5.1.

Пленочный шкальный фотоаппарат Voigtlander Bessa-L

Цифровые фотоаппараты в целом соответствуют устоявшейся классификации пленочных камер. Правда, есть и отличия — наряду с «настоящими» зеркальными фотоаппаратами встречаются и камеры «псевдозеркальные», не имеющие аналогов среди пленочной аппаратуры. В «псевдозеркальных» цифровых фотоаппаратах функцию подъемного зеркала выполняет расщепляющая световой поток призма, расположенная между объективом и светочувствительным сенсором. Призма обладает свойством полупрозрачности. Часть светового потока используется в подобных камерах для построения изображения на матовой поверхности оборачивающей пентапризмы, часть — для экспонирования сенсора. В результате страдает светочувствительность сенсоров «псевдозеркальных» фотоаппаратов (оптические потери приходится компенсировать электронным способом), но упрощается конструкция камеры, уменьшается стоимость и одновременно повышается надежность, поскольку нет механического узла подъема зеркала. Пример подобной «псевдозеркальной» камеры выпускавшийся несколько лет назад фотоаппарат Hewlett-Packard PhotoSmart C912, сконструированный совместно с компанией Asahi Optical, выпускающей фототехнику марки Pentax.

Рис. 5.2. Цифровой фотоаппарат Hewlett-Packard PhotoSmart C912

С другой стороны, среди цифровых фотоаппаратов есть камеры, напрочь лишенные оптического видоискателя. Вместо телескопического или зеркального видоискателя в них используется встроенный контрольный дисплей, выполняющий функции матового стекла, по которому можно судить о компоновке кадра и наводке на резкость. Еще необычней устроены видоискатели дорогих фотоаппаратов просьюмерского класса (то есть предназначенных для требовательных фотолюбителей), вроде той же камеры Sony DSC-R1. В эти фотоаппараты помимо большого контрольного дисплея встроен цветной дисплей очень небольшого размера, который выполняет функции окуляра телескопического видоискателя. То есть кадрирование и проверка наводки объектива на фокус осуществляется по небольшому, размером с почтовую марку, дисплею, который рассматривают через увеличительную линзу, приближая окуляр видоискателя к глазу.

Дальше >>

< Лекция 12 || Лекция 5: 1234

Как делается цифровая камера

Лучшее →

Автор:

Кристен да Коста

Обновлено 11 февраля 2023 г.

Наши посты содержат партнерские ссылки. Иногда, но не всегда, мы можем заработать $$, когда вы совершаете покупку по этим ссылкам. Без рекламы. Всегда. Узнать больше

Содержание_

  • Производственный процесс
  • Производство объективов
  • Производство датчиков изображения
  • Производство процессоров изображений
  • Производство корпусов камер
  • Тестирование

Если вы когда-нибудь задавались вопросом, как изготавливается цифровая камера, вы попали по адресу. Мы познакомим вас с общим обзором тщательного процесса, используемого такими компаниями, как Canon, Sony и другими. Эти мастера сочетают многолетний опыт с передовыми технологиями для производства деталей камеры, которые работают с точной синхронизацией для цифровой фотографии.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

  • Процесс изготовления цифровой камеры длительный и включает несколько этапов.
  • Он начинается с моделирования объектива, а затем переходит к сборке датчика изображения и процессора, прежде чем будет построен корпус.
  • Прежде чем модель камеры будет выпущена в продажу, сотни прототипов проходят тщательное тестирование.

Конечно, фотографы-любители, планирующие приобрести лучшую цифровую камеру, могут также захотеть узнать о других ее функциях, например о том, как работает затвор на цифровой камере или как долго работает батарея цифровой камеры.

Производство объективов

Команда разработчиков начинает с проведения тысяч симуляций по расположению и порядку компонентов объектива камеры. Затем, используя трехмерное компьютерное проектирование, инженеры проектируют, как будет выглядеть и работать весь объектив. Если вы не уверены, стоит ли снимать объектив с цифровой камеры или прикреплять бленду зум-объектива цифровой камеры, у нас есть инструкции для этого.

Сборка линзы начинается с полировки каждого кусочка стекла. Полировка и промывка объектива производится тысячи раз. Наконец, после тщательного осмотра на линзы наносится покрытие, защищающее их от царапин. Объектив оптического видоискателя подвергается такому же процессу.

Производство датчиков изображения

Инженеры размещают микрометрические схемы на кремниевых пластинах в форме дисков, на которых размещается несколько цифровых датчиков изображения, таких как датчики CMOS и CCD. Затем с помощью автоматизированного процесса провода и электрические цепи соединяются с чипом для завершения сборки сенсорного блока. В конце производственного цикла каждый датчик проверяется на соответствие очень строгим стандартам качества. Тем не менее, именно поэтому важно знать, как правильно чистить сенсор цифровой камеры, чтобы продлить срок службы сенсора.

Производство процессора изображений

Производственная группа встраивает различные печатные платы в материнскую плату процессора изображений. Затем выполняются тесты функций камеры, например, распознавания лиц, чтобы убедиться, что функции, включенные в процессор изображений, работают.

STAT: В 2016 году производство камер сократилось на 81% по сравнению с 2010 годом. (источник)

Производство корпуса камеры

Дизайн корпуса камеры сначала создается вручную. Затем команда создает цифровую 3D-модель, чтобы проработать все детали. В процессе проектирования учитываются такие факторы, как цвета, эргономика и даже простота использования. После уточнения всех деталей команда цифровых разработчиков получает данные. Затем он добавляет сведения о других частях камеры, таких как датчик изображения и видоискатель.

Тестирование

Перед коммерческим производством потребительских камер сотни прототипов камер проходят повторные испытания, например, испытание на падение. Более того, роботы нажимают кнопки камеры (например, кнопку спуска затвора) тысячи раз, пока съемочная группа не будет удовлетворена результатами.

Предупреждение

Избегайте чрезмерной очистки или прикосновения к датчику, так как это может привести к непоправимому повреждению.

Часто задаваемые вопросы

Когда и как была сделана первая фотография?

Французский изобретатель Жозеф Нисефор Ньепс сделал первую фотографию в 1827 году в Бургундии, Франция. Он использовал камеру-обскуру, чтобы запечатлеть вид за окном, сфокусировав его на оловянной тарелке. Весь процесс занял у него примерно восемь часов.


Как выглядела первая камера?

Первая фотокамера была известна как камера-обскура (латинское название «темная комната»). В Китае 5-го века Мози, ханьский китайский философ, наблюдал естественное оптическое явление, когда свет от сцены проходил через маленькое отверстие, а затем проецировал перевернутое изображение сцены на экран. Позже была разработана портативная коробчатая камера-обскура.


Как называлась первая цифровая камера?

У первого прототипа цифровой камеры не было названия, но он был изобретен Стивом Сассоном, сотрудником компании Eastman Kodak, в 1975 году с использованием старых деталей камеры. В 1981 году Sony выпустила аналоговую электронную камеру под названием Mavica, но цифровые камеры были непомерно дорогими, пока Apple не выпустила QuickTake 100 в 1994 году. v=Lkv0Sc2MxP8&ab_channel=качанкинг

  • http://users.ntua.gr/eglytsis/OptEng/Camera_p.pdf
  • http://streetlevelphotoworks.org/microsite/assets/downloads/How_do_cameras_work.pdfr
  • http://www.madehow.com/ Volume-3/Camera.html
  • https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_camera
  • Кристен да Коста

    Вырос на Востоке, заболел холодом и направился на Запад. С самого детства я нажимал на кнопки — как электронные, так и человеческие. С ненасытной потребностью в технологиях я подумал: «Почему бы не начать блог, посвященный технологиям, и использовать мои антипатии и лайки для публикации на гаджетах».

    Статьи по теме

    Как создается изображение?

    Введение

    Камеры — это невероятные инструменты, которые позволяют нам фиксировать и понимать видимый мир вокруг нас. Большинство мобильных телефонов, производимых сегодня, оснащены камерой, а это означает, что больше людей, чем когда-либо, знакомятся с программным обеспечением камеры и делают снимки. Но одно из самых больших применений камер — это научная визуализация, чтобы делать изображения для научных исследований. Для этих приложений нам нужны тщательно изготовленные научные камеры.

    Что такое свет?

    Наиболее важным аспектом научной камеры является способность быть количественным , измеряющим определенные количества чего-либо. В этом случае камера измеряет света , а самой простой измеряемой единицей света является фотона .

    Фотоны — это частицы, составляющие все типы электромагнитного излучения, включая видимый свет и радиоволны, как показано на рис. 1 . Одной из наиболее важных частей этого спектра для визуализации является видимый свет , который колеблется от 380-750 нанометров , как показано на вставке Рисунок 1 .

    Рисунок 1: Электромагнитный спектр. Этот спектр указывает, какая форма излучения создается фотонами с разными длинами волн и частотами, при этом фотоны с более высокой частотой имеют более высокую энергию и более низкую длину волны, и наоборот. С увеличением длины волны/уменьшением частоты/уменьшением энергии спектр включает гамма-лучи (греческая буква гамма: γ), рентгеновские лучи, ультрафиолетовое (УФ), видимый свет (более подробный спектр показан на вставке), инфракрасное (ИК), микроволновое , стандартные радиоволны (включая коммерческие радиочастоты с частотной модуляцией FM и амплитудной модуляцией AM) и длинные радиоволны. Длина волны показана величиной 10 в метрах, частота — величиной 10 в Гц. Для видимого спектра разные длины волн дают разные цвета, в том числе фиолетовый (V, 380-450), синий (B, 450 495), зеленый (G, 495-570), желтый (Y, 570 590), оранжевый (O, 590-620), красный (R, 620-750), все длины волн в нанометрах (нм). Изображение с Викисклада.

    Поскольку микроскопы обычно используют видимый, инфракрасный (ИК) или ультрафиолетовый (УФ) свет в виде лампы или лазера, научная камера, по сути, представляет собой устройство, которое должно обнаруживать и подсчитывать фотоны с помощью датчика .

    Датчики

    Датчик для научной камеры должен обнаруживать и подсчитывают фотона, а затем преобразуют их в электрические сигналы. Это включает в себя несколько шагов, первый из которых включает обнаружение фотонов. В научных камерах используется фотодетектора , где фотоны, попавшие на фотодетектор, преобразуются в эквивалентное количество электронов. Эти фотодетекторы обычно изготавливаются из очень тонкого слоя кремния . Когда фотоны от источника света попадают на этот слой, они превращаются в электроны. Компоновку такого датчика можно увидеть на Рисунок 2 .

    Сенсорные пиксели

    Однако наличие всего одного блока кремния означало бы, что обнаружение возможно, но не локализация. Разделив кремниевый слой на сетку из множества крошечных квадратов, фотоны могут быть обнаружены и локализованы. Эти крошечные квадраты называются пикселя , и технология развилась до такой степени, что вы можете разместить миллиона из них на сенсоре. Когда камера рекламируется как имеющая 1 мегапиксель, это означает, что датчик представляет собой массив из одного миллиона пикселей, сетку 1000×1000.

    Рис. 2: Сечение сенсора камеры. Сначала свет попадает на микролинзу (вверху изображения), которая фокусирует свет на кремниевом пикселе (внизу изображения). Область датчика за пределами этого светового пути заполнена встроенной электроникой и проводкой.

    Чтобы разместить больше пикселей на сенсорах, пиксели стали очень маленькими , но поскольку пикселей миллионы, сенсоры по-прежнему довольно большие по сравнению с ними. Камера Prime BSI имеет 6,5 мкм квадратных пикселя (42,25 мкм 2 области) расположены в массиве 2048 x 2048 пикселей (4,2 миллиона пикселей), в результате чего размер сенсора 13,3 x 13,3 мм и диагональ 18,8 мм . Между тем, Prime 95B имеет тот же сенсор с диагональю 18,8 мм, но с 11 мкм квадратных пикселя (площадь 121 мкм 2 ) в массиве 1200 x 1200 (1,4 миллиона пикселей). Таким образом, у Prime 95B меньше пикселей сенсора (снижается максимальное разрешение изображения), но площадь каждого пикселя в 3 раза больше (повышается чувствительность).

    Уменьшение размера пикселей сенсора позволяет разместить на сенсоре больше, но если пиксели станут слишком маленькими, они не смогут обнаружить столько фотонов, что вводит концепцию компромисса в конструкции камеры между разрешением и чувствительностью . Один из вариантов для рассмотрения — binning , о котором речь в отдельной статье. По этим причинам общий размер сенсора, размер пикселя и количество пикселей тщательно оптимизированы в конструкции камеры. При принятии решения о том, какую научную камеру приобрести, размер пикселя является важным показателем, который важно учитывать.

    Генерация изображения

    При воздействии света каждый пиксель сенсора определяет, сколько фотонов входит в контакт с ним. Это дает карту значений, где каждый пиксель обнаружил определенное количество фотонов. Этот массив измерений известен как растровое изображение и является основой всех научных изображений, сделанных камерами, в зависимости от уровня сигнала эксперимента и приложения. Растровое изображение сопровождается метаданными , которые содержат всю остальную информацию об изображении, такую ​​как время его съемки, настройки камеры, настройки программного обеспечения для обработки изображений и информацию об аппаратном обеспечении микроскопа.

    Ниже приведены процессы, связанные с созданием изображения из света с помощью научной камеры:

    1. Фотоны, попавшие на датчик, преобразуются в электронов (называемых фотоэлектронами ).
      • Скорость этого преобразования известна как квантовая эффективность (QE) . При QE 50% только половины фотонов будут преобразованы в электроны, и информация будет потеряна.
    2. Сгенерированные электроны хранятся в лунка в каждом пикселе, что дает количественное количество электронов на пиксель
      • Максимальное количество электронов, которое может храниться в лунке, известно как полная емкость лунки , которая определяет динамический диапазон датчик.
    3. Заряд электрона в лунке каждого пикселя усиливается в читаемое напряжение, это аналоговый сигнал .
    4. Аналоговый сигнал преобразуется из напряжения в цифровой сигнал с аналого-цифровой преобразователь (АЦП) . Этот произвольный цифровой сигнал известен как уровень серого , поскольку большинство научных камер являются монохромными.
      • Скорость этого преобразования известна как усиление . При коэффициенте усиления 1,5 100 электронов преобразуются в 150 уровней серого.
    5. битовая глубина камеры определяет, сколько уровней серого доступно для преобразования сигнала, 12-битная камера имеет 4096 (2 12 ) доступных уровней серого, 16-битная камера имеет 65 536 (2 16 ).
      • Битовая глубина также определяет полную емкость скважины и, следовательно, динамический диапазон.
    6. Карта уровней серого отображается на мониторе компьютера в программном обеспечении обработки изображений в виде изображения.
      • Сгенерированное изображение зависит от настроек программного обеспечения , таких как яркость, контрастность и т. д.0004 .

        Рисунок 4: Процесс получения изображения научной камерой. Фотоны воздействуют на датчик, который производит фотоэлектроны, скорость производства известна как квантовая эффективность. Эти электроны попадают в яму каждого пикселя и подсчитываются, усиливаются и преобразуются в уровни серого аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Эти уровни серого затем отображаются на мониторе компьютера, при этом внешний вид изображения контролируется настройками дисплея в программном обеспечении (контрастность, яркость и т. д.).

        Таким образом, фотоны преобразуются в электроны, которые преобразуются в цифровой сигнал и отображаются в виде изображения. Эти основные этапы получения изображений с помощью научной камеры одинаковы для всех современных технологий камер, но существует несколько различных типов архитектуры и дизайна датчиков.

        Типы датчиков камеры

        Датчики камеры являются сердцем камеры, и за эти годы они подверглись многочисленным изменениям. Исследователи постоянно ищут более совершенные датчики, которые могут улучшить их изображения, повышая качество разрешение , чувствительность , поле зрения и скорость . Три основные технологии датчиков камеры:

        • Устройство с зарядовой связью (ПЗС)
        • Устройство с зарядовой связью с электронным умножением (EMCCD)
        • Комплементарный металл-оксид-полупроводник (КМОП)

        Каждый из этих датчиков обсуждается подробно в нашей следующей статье Типы сенсоров камер

        Резюме

        Научная камера является жизненно важным компонентом любой системы обработки изображений.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *