Устройство фотоаппарата, строение и принцип действия. Устройство фотоаппарата. Пленочные и цифровые фотокамеры. Работа в программе Adobe Photoshop

Анатомия цифрового фотоаппарата

Устройство фотоаппарата, строение и принцип действия. Устройство фотоаппарата. Пленочные и цифровые фотокамеры. Работа в программе Adobe Photoshop

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

Если пленочные фотоаппараты дорабатывались и совершенствовались более 160 лет, то цифровые технологии съемки находятся в младенческом возрасте: в лабораторных условиях они используются около 20 лет, а на потребительском рынке цифровые фотоаппараты появились только 7-8 лет назад.

Конечно, скорость развития технологии за этот период просто потрясает, но предела пока что не достигнуто, и цифровые технологии съемки будут развиваться в направлениях повышения качества изображения, производительности и удобства управления.

В цифровых фотоаппаратах до сих пор остается много острых углов, которые еще требуется отшлифовать.

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

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

До сих пор главной целью цифрового фотоаппарата была замена пленочного фотоаппарата. Но, как фильмы превзошли театральные постановки, по возможностям цифровой фотоаппарат сейчас значительно обгоняет свой пленочный аналог.

Сегодня его предполагаемое использование уже не сводится только к получению статических изображений, фотоаппарат стал визуальным средством связи.

За минуту (или даже за нескольких секунд) после съемки фотограф может распечатать изображение, использовать его на презентации, поместить в Интернет или передать по модему (в том числе и беспроводному).

Массив цветных светофильтров

В конечном счете, будет увеличиваться функциональность самого фотоаппарата, так что все показанные возможности будут доступны даже без компьютера.

Уже сейчас камеры оснащаются беспроводным инфракрасным интерфейсом для прямого подключения к принтерам, сотовым телефонам и беспроводным сетям.

Например, цифровой фотоаппарат HP PhotoSmart 912 может по нажатию клавиши передать выбранные изображения на фотопринтер HP или на подобные фотоаппараты по инфракрасной связи.

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

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

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

Разработка цифрового фотоаппарата

В этом году несколько производителей анонсировали недорогие цифровые фотоаппараты (например, Kodak mc3 и Samsung Digimax 35MP), совмещенные с MP3 проигрывателями.

Многие современные модели могут снимать короткий видеофильм низкого разрешения (включая аудиопоток), который затем можно просмотреть на самом фотоаппарате, на телевизоре или поместить на веб-страницу.

Пока что не было объявлено ни одного фотоаппарата с поддержкой Bluetooth или другой современной технологии связи, однако можно наверняка ожидать, что в будущем подобные технологии найдут свое место в цифровых фотоаппаратах.

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

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

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

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

Основы пленочной фотографии

В обычном пленочном фотоаппарате свет отражается от объекта или сцены и проходит через прозрачные стеклянные или пластиковые линзы, которые фокусируют его на тонком гибком кусочке пластика (“пленка”). Пленка покрыта светочувствительным эмульсионным слоем галоида серебра.

Попадающий на пленку свет (фотоны) приводит к немедленной химической реакции, которая после химической обработки помогает проявить и закрепить изображение на пленке.

Свет различается по цвету и интенсивности, что приводит к практически идентичному дублированию сцены в результате химической реакции.

Единственными регуляторами света в обычном пленочном фотоаппарате являются затвор (металлический или тканевой занавес или пластинки, которые быстро открываются и закрываются для управления временем выдержки/экспозиции сцены на пленке) и диафрагма (отверстие с изменяемым размером, позволяющее управлять количеством проходящего через линзу света).

Перед съемкой фотограф устанавливает значение выдержки и размер диафрагмы. Диафрагма обычно устанавливается вручную при вращении ободка на объективе, который в свою очередь механически регулирует лепестки отверстия, пропускающего свет.

Конечно, сегодня многие фотоаппараты (как аналоговые, так и цифровые) обладают некоторым интеллектом, позволяющим автоматически выбрать время выдержки и размер диафрагмы.

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

Основы цифровой фотографии

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

Цифровой фотоаппарат Minolta изнутри

В цифровых фотоаппаратах также используется линза, но вместо фокусирования изображения на пленку, свет попадает на светочувствительные ячейки полупроводникового чипа, называемого сенсором (image sensor). Сенсор реагирует на получаемые фотоны, что фиксируется фотоаппаратом.

Дальше вычислительный блок фотоаппарата анализирует полученную информацию и определяет необходимые значения выдержки и фокуса, цвет (баланс белого), необходимость вспышки и т.д.

Потом сенсор захватывает изображение и передает его на чип АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который анализирует аналоговые электрические импульсы и преобразует их в цифровой вид (поток нулей и единичек).

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

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

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

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

Источник: https://3dnews.ru/168021

Средства фотографии: устройство и принцип работы цифрового фотоаппарата

Устройство фотоаппарата, строение и принцип действия. Устройство фотоаппарата. Пленочные и цифровые фотокамеры. Работа в программе Adobe Photoshop

ID: 29816

Название работы: Средства фотографии: устройство и принцип работы цифрового фотоаппарата

Категория: Доклад

Предметная область: Культурология и искусствоведение

Описание: Средства фотографии: устройство и принцип работы цифрового фотоаппарата Фотоаппара́т фотографический аппарат фотокамера устройство осуществляющее формирование и последующую фиксацию статического изображения реального сюжета.

В цифровом фотоаппарате изображение воспринимается электронной матрицей полученный с матрицы сигнал подвергается оцифровке запоминание происходит в буферном ОЗУ и затем сохраняется на какомлибо носителе обычно съемном в современных фотоаппаратах в основном используется флэшпамять. Чтобы понять устройство…

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-08-21

Размер файла: 20.54 KB

Работу скачали: 33 чел.

16. Средства фотографии: устройство и принцип работы цифрового фотоаппарата

Фотоаппара́т (фотографический аппарат, фотокамера) — устройство, осуществляющее формирование и последующую фиксацию статического изображения реального сюжета.

Принцип работы

  1.  Преобразование светового потока.

Световой поток от реального сюжета преобразуется съёмочным объективом в действительное изображение; калибруется по интенсивности (диафрагмой объектива) и времени воздействия (выдержкой); балансируется по цвету светофильтрами.

  1.  Фиксация светового потока.

В плёночном фотоаппарате запоминание изображения происходит на фотоматериале (фотоплёнке, фотопластинке и т. п.).

В цифровом фотоаппарате изображение воспринимается электронной матрицей, полученный с матрицы сигнал подвергается оцифровке, запоминание происходит в буферном ОЗУ и затем сохраняется на каком-либо носителе, обычно съемном (в современных фотоаппаратах в основном используется флэш-память). В простейших или специализированных камерах цифровой образ может сразу передаваться на компьютер.

В настоящее время широко распространено использование цифровых фотоаппаратов (кроме фотографических кружков). чтобы понять устройство цифрового фотоаппарата, вначале нужно разобраться с принципом действия цифровой фотокамеры

Лучи света, несущие изображение, проходя через систему оптики, фокусируются на матрице, цифрового фотоаппарата. Эта матрица выполняет ту же роль, которую выполняла когда-то светочувствительная поверхность фотопленки.

Матрица, являясь важной частью устройства цифрового фотоаппарата, обладает возможностью преобразовывать поток фотонов в поток электронов, или 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 или на сменный носитель информации. Цифровые фотоаппараты подразделяются на зеркальные и незеркальные. В зеркальном фотоаппатаре в видоискатель попадает оригинальное изображение. В незеркальном фотоаппарате на экране отображается изображение, попадающее непосредственно на матрицу.

Устройство цифрового фотоаппарата

Это светонепроницаемая коробка, внутри которой расположен чувствительный к свету фотоэлемент – матрица фотоаппарата. Помимо матрицы в корпусе вмонтрована вся управляющая электронника, глазок видоискателя и прочие органы управления.

Помимо всего на корпусе установлен объектив, через который на матрицу проецируется пучок света. Объектив обычно представляет собой сложную конструкцию с набором линз. В цифровых камерах объектив помимо оптического зума (приближение объекта) имеет встроенный цифровой зум, который способен многократно приблизить отдаленный объект.

Помимо зума в объектив любого фотоаппарата встроена диафрагма. Диафрагма регулирует диаметр отверстия, пропускающего свет на светочувствительный элемент (матрицу).

Основным препятствием для светового потока на пути к матрице является Затвор. Затвор это сложное техническое устройство, которое за счет своего открытия пропускает световой поток внутрь фотокамеры.

Затвор открывается на определенное время, которое устанавливается самим фотографом или автоматикой фотоаппарата. Время открытия затвора называется Выдержкой, т.е. Выдержка – это отрезок времени, когда световые лучи попадают на светочувствительный элемент.

Выдержка затвора может быть короткой, а может быть длинной. Короткие выдержки могут равняться 1/4000 секунды, а длинные достигать 30 секунд.

Выдержка вместе с диафрагмой объектива определяет экспозицию снимка, выдержка и диафрагма вместе есть экспопара. 

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

Матрица цифровой фотокамеры состоит из множества отдельных светочувствительных элементов, преобразующих оптическое изображение в электрическое.

Каждый маленький  элемент матрицы или «пиксел» формирует одну точку на изображении.

Как работает матрица CCD:  Матрица CCD изготавливается из кремния, который еще называют силиконом. Фотоны, врезающиеся в сенсор фотоаппарата, выбивают из атомов кремния электроны, образуя прорехи. Далее узор, состоящий из целых электронов кремния и с выбитыми атомами, передается далее для последующей обработки по электронной схеме устройства цифрового фотоаппарата.

Поскольку матрица реагирует только на яркость, то цифровой фотоаппарат может воспроизвести только черно-белое изображение.

Однако существует способ уловить все цвета снимка, если использовать в объективе различные цветовые фильтры: красный, зеленый, синий или комбинацию цветов синий, лиловый, желтый, которая с использованием дополнительного зеленого фильтра дает наиболее реалистичную картинку.

В цифровых фотокамерах число физических пикселей является основным маркетинговым параметром и бывает от 0.3 (у вебкамер и встроенных камер) — до ~21 Мпикс.

Жидкокристалический экран неотъемлимая часть зеркального 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.

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: работу видоискателя, автофокус, программные сцены съемки, настройки и функции, электрический привод выдвижного объектива, работа фотовспышки.

  1.  Стабилизатор изображений.

При покачивании камеры во время нажатия на спусковой затвор 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, участвующих только в коррекции изображения.

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 хранения информации компьютеру, HDD сменным носителям и т.п.

Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=29816

Как работает цифровой фотоаппарат

Устройство фотоаппарата, строение и принцип действия. Устройство фотоаппарата. Пленочные и цифровые фотокамеры. Работа в программе Adobe Photoshop

© 2014 Vasili-photo.com

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

Единственное принципиальное отличие цифровой камеры от плёночной заключается в природе используемого в них светочувствительного материала.

Если в плёночной камере это плёнка, то в цифровой – светочувствительная матрица.

И как традиционный фотографический процесс неотделим от свойств плёнки, так и цифровой фотопроцесс во многом зависит от того, как матрица преобразует свет, сфокусированный на неё объективом, в цифровой код.

Принцип работы фотоматрицы

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

Матрица фотоаппарата Nikon D4

Существует два основных типа сенсоров: ПЗС (Прибор с Зарядовой Связью, он же CCD – Charge-Coupled Device) и КМОП (Комплементарный Металл-Оксид-Полупроводник, он же CMOS – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).

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

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

К сожалению, фотодиоды не могут быть расположены вплотную друг к другу, поскольку тогда на матрице не осталось бы места для сопутствующей фотодиодам электроники (что особенно актуально для КМОП матриц).

Восприимчивая к свету поверхность сенсора составляет в среднем 25-50 % от его общей площади. Для уменьшения потерь света каждый фотодиод накрыт микролинзой, превосходящей его по площади и фактически соприкасающейся с микролинзами соседних фотодиодов.

Микролинзы собирают падающий на них свет и направляют его внутрь фотодиодов, повышая таким образом светочувствительность сенсора.

Основа любой фотографии – свет. Он проникает в камеру через объектив, линзы которого формируют изображение предмета на светочувствительной матрице.

При нажатии на кнопку спуска затвор камеры открывается (как правило, на доли секунды) и происходит экспонирование кадра, т.е. освещение матрицы потоком света заданной интенсивности.

В зависимости от желания получить светлый или тёмный снимок, может потребоваться различное количество света, т.е. различная экспозиция.

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

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

Динамический диапазон

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

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

Кроме того, бо́льшая матрица обычно означает более высокое максимальное значение чувствительности ISO для конкретной модели фотоаппарата.

Ведь повышение ISO в цифровой камере – это всего лишь усиление электрического сигнала непосредственно перед его оцифровкой.

Естественно, что вместе с полезным сигналом усиливается и шум, а значит, матрица с большим отношением сигнал/шум обеспечивает более чистую картинку при высоких значениях ISO.

Формирование цветного изображения

Возможно, некоторые из читателей уже заметили, что матрица цифрового фотоаппарата в том виде, в каком она описана выше, способна воспринимать лишь чёрно-белое изображение. Совершенно верно.

Фотодиод регистрирует лишь интенсивность освещения (по принципу один фотон – один электрон), но не имеет возможности определить цвет, зависящий от длины световой волны или, иначе говоря, от энергии конкретных фотонов.

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

Цветные светофильтры, покрывающие фотодиоды, образуют узор или мозаику, называемую массивом цветных фильтров. Существует множество вариантов взаимного расположения светофильтров, но в большинстве цифровых камер используется т.н.

фильтр Байера, состоящий на 25 % из красных, на 25 % из синих и на 50 % из зелёных элементов.

Вдвое большее количество зелёных светофильтров используется потому, что человеческий глаз обладает повышенной чувствительностью именно к световым лучам зелёного цвета, из-за чего неточность в передаче зелёного канала на фотографии особенно заметна.

Полученное с помощью массива цветных фильтров изображение не является в полной мере цветным, ведь каждый фотодиод сообщает процессору камеры информацию лишь об одном из основных цветов: красном, зелёном или синем.

Недостающая цветовая информация для каждого пикселя восстанавливается в процессе дебайеризации.

Процессор фотоаппарата анализирует данные из расположенных по соседству элементов и, используя хитроумные алгоритмы интерполяции, рассчитывает значения красного, зелёного и синего цвета для каждого пикселя, получая в конечном итоге полноцветное RGB изображение.

Печально, но платой за цвет является трёхкратное снижение чувствительности матрицы, поскольку, при использовании фильтра Байера, световой поток, достигающий каждого фотодиода, ослабляется светофильтром примерно втрое.

Кроме того, страдает резкость изображения.

Заявленное производителем разрешение матрицы отражает её, так сказать, чёрно-белое разрешение, в то время как цветное изображение формируется посредством интерполяции соседних пикселей, что несколько размывает картинку.

Также матрицы с массивом цветных фильтров ведут себя из рук вон плохо в условиях монохромного освещения. Например, при свете натриевых ламп низкого давления полноценно работают только красные фотодиоды.

Зелёные получают минимум света, а синие и вовсе не воспринимают никакой информации.

В результате фотография выходит довольно зернистой даже при умеренных значениях ISO, поскольку изображение приходится восстанавливать почти исключительно на основании красных пикселей, которых на матрице всего 25 %.

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

Предварительная фильтрация света

Поверх фильтра Байера и микролинз сенсор накрыт дополнительным фильтром, прозрачным для видимого света, но непроницаемым для инфракрасных лучей.

Необходимость в ИК фильтре продиктована высокой чувствительностью матрицы не только к видимому, но также и к инфракрасному излучению.

ИК фильтр отсекает световые лучи с длиной волны свыше 700 нм и приводит диапазон частот, воспринимаемых фотосенсором, в соответствие с чувствительностью человеческого глаза.

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

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

Помимо фильтра, задерживающего инфракрасное излучение, фотосенсор часто снабжается ещё и т.н. оптическим фильтром нижних частот или сглаживающим фильтром, задача которого состоит в лёгком размытии изображения.

Дело в том, что если снимаемый объект имеет области с мелкими деталями, размер которых сопоставим с размерами фотодиодов матрицы, то при оцифровке изображения возможно появление неестественно выглядящих артефактов вроде муара. Фильтр нижних частот сглаживает мельчайшие детали изображения, т.е.

снижает частоту исходного аналогового сигнала до уровня, не превышающего частоту дискретизации. Это позволяет уменьшить риск возникновения артефактов оцифровки ценой незначительного снижения резкости конечного снимка.

Чем выше разрешение цифрового фотоаппарата, тем меньше необходимость в сглаживающем фильтре, и потому в последнее время всё чаще выпускаются модели без оного.

При разрешении матрицы свыше 15-20 мегапикселей аберрации объектива и дифракция на отверстии диафрагмы обеспечивают естественное и неизбежное размытие изображения, что делает намеренное ухудшение резкости с помощью фильтра нижних частот излишним.

***

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

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

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

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

Желаю удачи!

Вернуться к разделу “Матчасть”

Перейти к полному списку статей

%network%.Присоединяйтесь и будьте в курсе! data-orientation=horizontal data-text-color=#000000 data-share-shape=rectangle data-sn-ids=..tw.ok.gp. data-share-size=40 data-background-color=#ffffff data-preview-mobile=false data-mobile-sn-ids=..tw.ok.gp. data-pid=1424918 data-counter-background-alpha=1.0 data-follow-title=Подпишитесь на новости! data-following-enable=true data-exclude-show-more=false data-selection-enable=false data-follow-=vasili.photography class=upto-buttons>

Источник: https://vasili-photo.com/articles/digital-sensor.html

Принцип работы и устройства фотоаппарата: подробная схема из чего состоит техника

Устройство фотоаппарата, строение и принцип действия. Устройство фотоаппарата. Пленочные и цифровые фотокамеры. Работа в программе Adobe Photoshop

Пользоваться зеркальным фотоаппаратом в наше время может даже школьник, однако, иногда даже профессиональные фотографы смутно представляют себе внутреннее устройство этого агрегата.

А ведь полная осведомленность о функциях и строении техники может намного облегчить работу, улучшить качество и красоту снимков. Это особенно актуально для тех, кто только начинает свое знакомство с фотокамерой, планирует покупку или уже пробует создать свои первые снимки.

Данная статья поможет вам лучше познакомиться со своим чудо-аппаратом, разобраться в его функционале и изучить “начинку”.

Итак, для начала давайте познакомимся с более упрощенной версией фотоаппаратов – цифровым. Он оцифровывает изображение за счет преобразования световых потоков в электричество. Все детали в данном аппарате расположены таким образом, чтобы обеспечить максимальное привлечение света от кнопки пуска до линзы объектива.

Как же происходит этот процесс в механизме цифровой фотокамеры? Дело в том, что это, казалось бы, небольшое устройство умеет преобразовывать световые лучи в заряженные электрические импульсы, которые, в свою очередь, и составляют изображение, появляющееся на экране аппарата в конечном счете. Для того, чтобы разобраться в этом процессе более детально, давайте изучим Подробное строение устройства, ведь каждый элемент в нем имеет свою, особенную функцию. В целом же, задача конструкции состоит в том, чтобы вовремя поймать световой сигнал и правильно направить его.

Фотоаппарат: «начинка» и функции

Итак, вы уже образно представляете себе принцип работы фотоаппарата. Исходя из всего, написанного ранее, мы можем сделать вывод, что главный компонент, необходимый для того, чтобы привести фотоаппарат в действие, – это свет.

Фотоны, те самые необходимые частицы света, покидают свой первоначальный источник, отталкиваются от определенного объекта и, затем, направляются к камере, в которую проникают через несколько специальных линз.

Затем, фотоны продвигаются к своей конечной точке, направляемые различными деталями механизма.

Диафрагма и выдержка

Створки этого компонента отвечают за количество света и осуществляют его контроль. Именно диафрагма “следит” за тем, чтобы внутрь механизма попадало нужное количество света. Процесс контроля потока световых частиц происходит за счет изменения размера отверстия через которое этот поток и проходит.

Выдержка же осуществляет функцию регулирования длительности воздействия световых потоков на матрицу, а то есть, определяет момент открытия затвора фотокамеры. Правильно регулируя эти показатели, вы можете добиться изменения количества световых частиц, попадающих в матрицу. В стандартных аппаратах выдержка чаще всего будет иметь измерение в секундах или долях секунды.

Эти параметры, каждый по-своему, одновременно оказывают влияние на световой поток, настраивая определенную экспозицию. Проще говоря, диафрагма и выдержка – это те два параметра, которые будут влиять на экспозицию вашего снимка.

Именно они отвечают за яркость и цветовое наполнение изображения.

При правильной экспозиции (верно определенных параметрах диафрагмы и выдержки) снимок будет обладать достаточно хорошей цветовой насыщенностью, на нем можно будет разглядеть различные тона, а главный объект съемки станет наиболее отчетливым.

Работа с диафрагмой
Настройки диафрагмы могут влиять на художественную составляющую составляющую снимка. Главным качеством этого параметра является регулирование глубины резкости снимаемых предметов.

Резкость поможет вам сделать фокус более отчетливым, а также наилучшим образом передать пейзажи, в которых несколько предметов находятся на разном расстоянии от объектива.

Для получения качественных снимков на большом расстоянии вам потребуется увеличить глубину резкости используемого пространства, или по другому, ГРИП.

Именно параметры диафрагмы помогут вам “размыть” задний фон и сделать четкий фокус на одном или нескольких объектах.

Определение выдержки
Настройка выдержки будет необходима вам лишь при съемке объектов, находящихся в движении. Например, все вы наверняка встречали на просторах интернета снимки, где была отчетливо видна каждая капля дождя или брызги фонтана, а также кадры,на которых эти же вещи изображаются в виде сплошного потока. Давайте узнаем, из чего состоит диафрагма.

Стоит отметить, что диафрагмы, встроенные в цифровые фотоаппараты имеют несколько разновидностей. Обратите внимание на ирисовую диафрагму: маленький механизм, состоящий из нескольких звеньев, похожих на лепестки. При полном открытии данная диафрагма формирует кольцо. Если же ее звенья “распустить” не полностью, то мы получим некий многоугольник.

Видоискатель

Пройдя отсеивание диафрагмой и обработку линзой, световой поток отражается от зеркала и оказывается в видоискателе. Этот элемент в устройстве фотокамеры дает нам возможность увидеть на экране изображение еще до того момента, когда будет сделан снимок.

Самое полезное качество, которым обладает видоискатель, это возможность выбрать границы фото и положение объекта в нем еще до того, как фото будет сделано.

Вы также легко сможете поработать над наклоном, настроить приближение, сразу добавить некоторые фильтры и много чего еще.

Обратите внимание на тот факт, что видоискатель никаким образом не сказывается на качестве фото, он лишь отображает “увиденную” устройством картинку. Этот элемент фотокамеры может быть представлен в различных вариантах:

  1. жидкокристаллический экран;
  2. EVF (эл. вариант). Электронный видоискатель работает с помощью жидкокристаллического экрана. Такая панель позволит нам видеть то же самое изображение, что распознается матрицей экрана. Большинство аппаратов цифрового формата имеют жидкокристаллические экраны. Слишком слабое освещение, или,наоборот, чрезмерно высокий уровень света может причинить вам дискомфорт в процессе съемки, так как в обоих случаях вы не сможете правильно оценить цветовые особенности изображения. Некоторые современные камеры имеют встроенные настройки яркости дисплея. Однако, высокая яркость экрана приведет к быстрому расходу энергии аппарата и уже в скором времени он окажется бесполезным, если под рукой нет зарядного устройства.Поэтому, лучше изначально приобретать аппаратуру с наличием дополнительного оптического видоискателя.
  3. Зеркальный экран. Этим типом экрана наделены, как видно из названия, зеркальные фотокамеры. Он отражает изображение, находящееся на матрице, а, соответственно, мы избавляемся от такого явления, как параллакс. Экран данного типа наделен собственной оптической системой,
  4. Оптический экран. Он осуществляет свои функции с помощью нескольких линз, которые встроены в верхнюю часть фотоаппарата. Смотря в них, фотограф может определить место и увидеть объект съемки. Однако, из-за того, что оптический видоискатель установлен немного выше самой камеры, при фотографировании и на снимке могут появиться определенные погрешности. С таким экраном у вас также могут появиться проблемы с фокусировкой.

Фотокамера может содержать любой из этих вариантов. Имеются также модели устройств, в которых присутствует совмещение сразу нескольких из них.

Параметры видоискателя
Абсолютно любой видоискатель, несмотря на свою классификацию, имеет данные параметры:

  1. Зона охвата. Она показывает нам процентные показатели изображения ( какая часть картинки от общего количества памяти показана на экране). Расширение зоны охвата позволяет более явно увидеть границы изображения.
  2. Увеличение. Этот параметр имеет определение 1 в случае, когда мы смотрим на объект, не используя для этого увеличительных приспособлений. Чтобы приблизить картинку, нужно повысить определение увеличения. Это также сделает фокусировку более отчетливой.

Матрица

Еще до того, как картинка отображается в электронном видоискателе происходит процесс преломления световых лучей при помощи призмы.

Именно она “переворачивает” картинку, вследствии чего мы видим изображение таким, какое оно есть в действительности, а не перевернутым.

Если в данный момент картина, изображенная на экране нам нравится, то мы производим щелчоки получаем в свою коллекцию одну новую фотографию.

Перед тем, как новый снимок окажется в нашей коллекции, механизм фотоаппарата производит следующие действия: маленькое зеркальце приподнимается, что позволяет свету проникнуть за него и направиться не в видоискатель, а прямо в центр конструкции – матрицу.

Матрица фотоаппарата выполняет роль преобразователя в конструкции всего устройства. Именно она осуществляет процесс превращения световых потоков в электрические импульсы, которые и являются главными составляющими снимка. Данное преобразование осуществляется при помощи специальных микродатчиков, которые находятся непосредственно в матрице.

Для того, чтобы лучше понять то, что именно мы сейчас обсуждаем, давайте сформулируем легкое и понятное определение термина “матрица”.

  • Матрица – это микросхема, состоящая из микроскопических фотодатчиков, которые реагируют на световые потоки.

Следует отметить, что матрица фотокамеры способна создать лишь черно-белую картинку, а для того, чтобы изображение приобрело свои настоящие цвета, фотодатчики подвергаются нанесению специальных фильтрующих напылений различных цветов.

В большинстве современных форматах сохранения снимка камера самостоятельно моделирует оттенок пикселей. Однако, если вы планируете работать с форматом RAW, то стоит учесть один нюанс: пиксели в таком формате будут иметь окрас одного из 3-х цветом.

Это очень удобно в случае, если вы планируете детальную коррекцию фото без потери качества изображения.

Размер матрицы
Как вы уже поняли, матрица состоит из множества элементов, а значит, количество этих самых элементов напрямую влияет на размер матрицы.

Как правило, данная характеристика этой детали фотоаппарата обозначается дробью в дюймах. Опытные фотографы наверняка знают, что качество сделанного снимка напрямую зависит от размера матрицы.

Чем она больше, тем меньше шумовых помех будет на фото, а значит, изображение будет иметь больше полутонов и цветов, приближенных к реальности.

Фоточувствительность
Светочувствительность любого фотоаппарата – это уровень его способности к превращению световой энергии в электрическую, а то есть, показатель количества света для получения требуемого количества энергии.

Этот параметр особенно важен при фотосессии в темное время суток или в малоосвещенном помещении. Для того, чтобы настроить правильную светочувствительность вам необходимо поработать с такими параметрами, как выдержка и диафрагма.

Разобравшись с ними, вы повысите светочувствительность своего устройства, что, несомненно, скажется на качестве производимых вами изображений.

Источник: http://top100photo.ru/blog/sovety-po-vyboru-fototekhniki/princip-raboty-i-ustrojstva-fotoapparata-podrobnaja-shema-iz-chego-sostoit-tehnika

Как устроен фотоаппарат и какие бывают фотоаппараты

Устройство фотоаппарата, строение и принцип действия. Устройство фотоаппарата. Пленочные и цифровые фотокамеры. Работа в программе Adobe Photoshop

В этом уроке мы постараемся доступно рассказать о том, как устроен фотоаппарат и какие типы фотоаппаратов сегодня существуют. Попробуем подойти к этому вопросу с практической точки зрения, объяснив самые важные для фотографов вопросы простым языком. Эта статья поможет вам выбрать фотоаппарат под ваши задачи, а в дальнейшем получать удовольствие от съемки.

Как работает фотоаппарат?

Все знают, для чего нужен фотоаппарат. Но как он работает? Знание принципов работы фотокамеры поможет всегда получать качественные снимки. Тут то же самое, что с автомобилем: чтобы хорошо водить машину, нужно хоть немного представлять, как она устроена.

Разобраться с процессом фотосъемки поможет простая схема.

  • Свет — самое главное в фотографии. Всё начинается с него. Само слово “фотография” можно перевести как “рисование светом”, “светопись”. Свет начинает свое путешествие от источника, например, от солнца.
  • Свет падает на все окружающие нас предметы. Это очень важно запомнить: фотоаппарат снимает не сами предметы, а свет, отраженный от них. Именно свет и умение с ним работать — ключ к хорошим кадрам.
  • Отраженный от предмета свет проходит через объектив фотоаппарата.
  • Он проецируется на светочувствительный сенсор — матрицу. Раньше, когда не было цифровых фотокамер, вместо матрицы использовалась фотопленка.
  • Матрица состоит из миллионов светочувствительных элементов. Они улавливают свет и передают информацию о нем уже в электронном виде в процессор фотокамеры. Процессор обрабатывает полученные данные и сохраняет их в виде файла.
  • Файл записывается на карте памяти.

Все современные цифровые фотокамеры работают по такому принципу, отличаясь лишь в некоторых деталях.

Матрица фотокамеры

Матрица — это сердце современного фотоаппарата. Именно от ее качества будет во многом зависеть качество фотографий. Матрица имеет две основные характеристики, информация о которых доступна потребителю: это разрешение и физический размер.

Сначала давайте разберемся с разрешением. Разрешение матрицы — это число ее светочувствительных элементов, пикселей. Чем их больше, тем больше точек будут составлять итоговое фото. Сегодня среднее разрешение матриц от 16 до 36 миллионов пикселей.

Однако, может быть так, что мегапикселей на матрице много, а качество снимка всё равно невысоко: он не резок, не контрастен, утопает в цифровом шуме — помехах. Качество изображения зависит не только от разрешения в мегапикселях, но и от физического размера самой матрицы.

Фрагмент снимка, сделанного на смартфон с камерой в 8 мегапикселей

Фрагмент кадра с разрешением в 8 мегапикселей, сделанный на зеркальную фотокамеру.

Оба снимка сделаны в одном разрешении. Как видно, кадр, снятый на мобильный телефон, сильно проигрывает в качестве: он не так контрастен, на снимке не сохранились мелкие детали, например, прожилки на листочке. А ведь именно за мелкие детали должно отвечать высокое разрешение матрицы.

В различные типы камер устанавливаются матрицы различного размера. Самая большая на этой схеме — полнокадровая матрица. Ее размер соответствует кадру со знакомой всем фотопленки формата “135” или просто “35 мм” — 36х24 мм.

Матрицы такого размера позволяют получать изображения очень высокого качества. Но чем больше физический размер матрицы, тем она дороже. Поэтому большие матрицы встречаются лишь в достаточно дорогих устройствах. Для любительских зеркалок характерен формат APS-C.

Чем дешевле устройство, тем меньше в нем установлена матрица.

Большие матрицы дают выигрыш не только в детализации, но и в качестве изображения при съемке на высоких значениях чувствительности, при плохом освещении.

Дело в том, что на сенсоре большой площади можно реализовать больший размер самих светочувствительных элементов — пикселей.

Для сравнения: один светочувствительный элемент матрицы современного полнокадрового аппарата имеет в среднем размер в 4,9-8,3 микрон. Размер одного пикселя компактного фотоаппарата или смартфона около 1-3 микрон.

Особенности больших и маленьких матриц

Плюсы больших матриц — полнокадровых и APS-C — очевидны: они дают лучшее качество изображения. При этом работа с ними имеет несколько нюансов. Законы оптики таковы, что при работе с большой матрицей мы получаем малую глубину резкости на фото.

С одной стороны, мы можем красиво размывать фон на своих снимках. Но в то же время возникнут сложности, если мы захотим сделать на снимке резким всё — и передний план, и фон.

При съемке на зеркальную камеру, добиться большой глубины резкости получится не всегда.

В то же время, маленькие матрицы позволяют снимать с практически бесконечной глубиной резкости. Чем меньше матрица, тем проще получить кадр с большой глубиной резкости.

Именно поэтому, снимая на смартфон или компактный аппарат, сложно размыть фон на снимке: получается слишком большая глубина резкости, всё на снимке становится четким.

Сравним два кадра, сделанных при одинаковых параметрах съемки, но на фотоаппараты с матрицами разных размеров.

Источник: https://Prophotos.ru/lessons/16273-kak-ustroen-fotoapparat-kakie-byvayut-fotoapparaty

Правсила
Добавить комментарий