Средства фотографии: устройство и принцип работы фотоаппарата

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

В КДД средства фототехники применяются для фотосъемки проводимых мероприятий, в работе фотографических кружков.

Принцип работы

· 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.

· 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.

Итак, основные элементы зеркальной цифровой камеры приведены на следующем рисунке:

1. Объектив. То что ловит и пропускает через систему линз и диафрагму изображение.

2. Зеркало. Здесь оно показано в положении визирования, т.е. когда мы ловим объект.

3. Затвор. То что закрывает матрицу

4. Матрица. Светочувствительный материал

5. Зеркало. Здесь оно в положении фотографирования

6. Линза видоискателя.

7. Пентапризма.

8. Окуляр видоискателя

Точечной линией показано, как идет изображение в положении визирования. Сначала свет проходит через систему линз объектива Затем он достигает диафрагмы, которая регулирует его количество. Попадая в корпус камеры он отражается от зеркала (2), и идет через матовую линзу в пентапризму (7). Пентапризма (7) делает переворот изображения в его естественное (для нас) положение. Если бы не пентапрзма, то в окуляре видоискателя мы бы видели перевернутое изображение.

Когда мы прицелились на объект и нажимаем кнопку съемки, то происходит следующее: Зеркало (2) убирается, затвор (3) поднимается (сворачивается) на время выдержки и свет идет на матрицу, которая в течение времени выдержки облучается светом и формирует изображение происходит экспонирование кадра — фотографирование. Затем закрывается затвор, обратно опускается зеркало, и фото камера готова к следующему снимку. Необходимо понимать, что весь этот сложный процесс внутри происходит за доли секунды.

Устройство цифрового фотоаппарата

· Корпус 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.

· Объектив

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).

· Затвор

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.

· Матрица (сенсор)

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. Сила освещенности поделена на 256 уровней, т. о полное число 256 X 256 X 256 = 16,7 миллиона комбинаций воспроизводит полную цветовую гамму кадра. Благодаря этому цвет может быть охарактеризован числовым значением, и информация о нем может быть сохранена.

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

· Видоискатель (ЖК экран).

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.

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

· 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.

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

Классификация цифровых фотоаппаратов