Как устроен фотоаппарат с точки зрения физики. Устройство фотоаппарата. Пленочные и цифровые фотокамеры. Кому подойдут компактные камеры и гиперзумы

Дата публикации: 27.11.2014

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.

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.

Кадр, сделанный компактным аппаратом с небольшой матрицей размером 2/3". В глубину резкости попали почти все фигурки.

Если вам нравится размытый фон на фотографиях, если вы занимаетесь портретной съемкой, то скорее всего вам понадобится камера с большой матрицей - формата APS-C или даже 24х36 мм.

Помимо этого, от размера матрицы напрямую зависит размер самого фотоаппарата и объективов к нему. Причем если размер корпуса аппарата еще можно сделать более-менее компактным даже при использовании полнокадровой матрицы, то уменьшить в размерах объектив не получится: законы оптики не позволят. Поэтому, покупая полнокадровый аппарат со сменной оптикой, будьте готовы к тому, что хороший объектив будет иметь солидные размеры и вес. Если же хочется использовать полнокадровую камеру и при этом иметь компактный объектив, придется довольствоваться не самыми универсальными и не самыми светосильными объективами. А вот в камерах, использующих матрицы меньшего размера, вполне получается использовать объективы более легкие, более компактные. Сравните сами.

Типы фотокамер. Их плюсы и минусы.

С сердцем цифрового фотоаппарата, матрицей, мы разобрались. Теперь разберемся, на какие типы делятся современные фотоаппараты.

Мобильная камера. Камера в телефоне

Сегодня встроенную фотокамеру можно встретить во многих устройствах. В смартфонах фотокамера (и иногда даже не одна, а две - основная и фронтальная) стали обязательным элементом. Наверное, у каждого читателя есть опыт фотосъемки на телефон. В погоне за компактностью, такие камеры оснащаются крохотными матрицами и простыми объективами. Все мы знаем, что снимки с телефона не претендуют на высокое качество, зато такая съемка не требует специальных навыков, а телефон всегда находится под рукой. Впрочем, если вы планируете более-менее серьезно заниматься фотографией, стоит задуматься о более продвинутом творческом инструменте, обеспечивающем более высокое качество снимков и ручную установку параметров съемки.

Компактные фотокамеры

Пожалуй, этот тип камер тоже знаком всем. Компактная камера есть почти в каждом доме. Основное достоинство их достоинство - это малый размер, низкая цена, простота в использовании и иногда большой зум.

В камеры этого типа обычно ставятся маленькие и средние матрицы с диагональю 1/2,3”,1/1,7”, 1”. Это обеспечивает данным аппаратам компактность и очень доступную цену. Конечно, бывают редкие модели компактов с крупными матрицами, даже с полнокадровыми. Но это довольно специфические и дорогостоящие аппараты.

Компактные камеры имеют несменный объектив. Как правило, такие фотоаппараты комплектуются универсальным объективом, позволяющим снимать как с широким углом обзора, так и фотографировать крупным планом удаленные от нас предметы. Опять таки, благодаря использованию небольших по размеру матриц, получается сделать объектив небольшим по размеру.

Большинство компактных камер ориентированы на съемку в автоматических режимах, чтобы фотографирование ими было максимально простым. По-английски они так и называются - “Point-and-shoot”, что на русский язык можно перевести как “навёл-снял”. Действительно, для съемки на такой аппарат достаточно нажать только одну кнопку, остальное сделает автоматика. А вот на съемку с ручными настройками данные аппараты рассчитаны не всегда. Порой не все настройки можно настроить вручную, а если и можно, то их приходится искать где-то в меню аппарата, что замедляет процесс.

Особняком в классе компактов стоят так называемые “гиперзумы” (“суперзумы”, “ультразумы”). Гиперзум - это компактная камера, оснащенная объективом с очень большой кратностью зума. Он может снимать как с широким углом обзора, так и брать крупным планом очень далекие объекты. Объективы с таким большим зумом имеют относительно крупный размер, из-за чего камера теряет свою компактность и сопоставима по габаритам, а часто и по цене, с более продвинутыми классами камер.

Кому подойдут компактные камеры и гиперзумы?

Прежде всего тем, для кого фотография - не хобби и не профессия. Для тех, кто просто снимает на память и не хочет загружать себе голову какими-то сложными настройками. Такие камеры идеальны для путешествий налегке. В них всегда есть автоматические режимы, что позволит справиться с ними даже новичку. Профессиональные фотографы иногда выбирают компакт в качестве второй, вспомогательной фотокамеры.

Зеркальные фотокамеры

Следующий тип камер - зеркальные фотокамеры или зеркалки. Как класс оборудования они имеют богатую историю. Первые зеркалки появились еще в первой половине прошлого века. Тогда в них использовалась пленка. За более чем полвека их конструкция была доведена практически до совершенства, и лишь в XXI веке на смену пленке пришла цифровая матрица.

Зеркальные аппараты названы так потому, что в их конструкции есть система из зеркала и специальной отражающей призмы (пентапризмы), позволяющая видеть именно ту картинку, которую “видит” объектив. Причем, без всякой электроники.

Зеркало имеет подвижную конструкцию: когда оно опущено, свет попадает в видоискатель. Когда производится съемка, зеркало поднимается, и свет попадает на матрицу. С зеркальными камерами применяются сменные объективы . Вы можете выбрать для своего аппарата любой объектив из широкого модельного ряда, ориентируясь на тот вид съемок, которым хотите заниматься. Таким образом в любой ситуации можно получить идеальный инструмент для идеального качества снимков.

Зеркальные камеры не зря называют системными. Выбирая зеркалку того или иного производителя, мы выбираем систему из фотоаппарата, объективов и аксессуаров (например, вспышек). Этим активно пользуются все профессиональные фотографы и продвинутые любители.

В зеркальных камерах всегда используются матрицы большого размера. Формата APS-C или даже полнокадровые. А как говорилось выше, большая матрица - одно из слагаемых качественного снимка.

Скорость работы - следующее достоинство зеркальных камер. Фотограф, который перешел с компакта на зеркалку, может быть просто шокирован скоростью ее работы. Быстрый автофокус и мгновенная реакция на все манипуляции фотографа - свойство любой зеркалки.

Зеркальная камера очень оперативна в управлении. Производители уделяют большое внимание их проектированию, ведь это - профессиональный инструмент. Аппарат удобно держать в руках, а практически любую настройку можно отрегулировать одной-двумя кнопками, не залезая в меню.

Еще одно достоинство, которое стоит отметить - это долгая работа от аккумулятора. Заряжать аккумулятор такой камеры приходится относительно редко. Поскольку в зеркалке матрица (вместе с дисплеем аппарата - основной потребитель энергии) находится под нагрузкой не всегда, а только непосредственно во время съемки кадра, аккумулятор позволяет сделать на одном заряде около 500-1000 снимков в зависимости от модели камеры. Это почти недостижимая цифра для остальных типов камер. Продолжительная автономная работа фотоаппарата - очень важная вещь в путешествиях, поездках, длительных прогулках.

Из минусов зеркальных камер, пожалуй, стоит отметить их большой вес и размер. Впрочем, многим фотографам наоборот нравится ходить с большим фотоаппаратом и выглядеть как профессионал. Современные зеркалки бывают как весьма дорогими, рассчитанными на профессиональное использование, так и очень доступными. Сегодня зеркальную камеру может позволить себе практически каждый.

Кому подойдет зеркальная камера?

Всем, кто более-менее серьезно занимается фотографией и не боится относительно крупных размеров фотоаппарата. Для тех, кто хочет научиться профессионально фотографировать, сделать фотографию своей профессией, зеркальная камера - оптимальный выбор.

Компактные камеры со сменной оптикой или беззеркальные камеры

Это относительно недавно появившийся вид фотоаппаратов и самый активно развивающийся. Производители резонно решили, что если оснастить обычную компактную камеру сменными объективами и качественной матрицей, получится очень интересная вещь. Беззеркальные камеры сочетают в себе большинство плюсов зеркалок и компактов. Как уже сказано, “беззеркалки” имеют сменные объективы и компактные размеры. При этом позволяют делать кадры очень высокого качества. Ведь они оснащаются матрицами сравнительно крупных размеров.

Беззеркалки в целом довольно быстры в работе. Однако из-за миниатюрных размеров немного пострадала их эргономика. Камера уже не лежит в руке столь удобно и основательно, как зеркалка. Да и отсутствие оптического видоискателя многим фотографам не нравится. Из прочих минусов беззеркальных камер стоит отметить довольно непродолжительное время работы от батареи.

Производители в данном классе камер обращают особое внимание на стиль. В противовес строгим черным зеркалкам, ориентированным на продвинутых фотографов, среди беззеркалок очень много красивых, стильных, “имиджевых” моделей.

Кому подойдет беззеркальная камера?

Тем, кто хочет получать качественные фотографии, но при этом не хочет таскать за собой громоздкую зеркальную камеру. Такую камеру удобно брать в путешествия. Однако, если планируется путешествие без возможности зарядить камеру, лучше взять с собой набор запасных аккумуляторов.

Среднеформатные фотокамеры и цифровые задники

Бывают камеры, у которых матрица по размеру еще больше, чем у полнокадровых зеркалок. Например, ее размер может быть 44 x 33 мм, 53,9 х 40,4. Разрешение у таких больших матриц тоже немаленькое: несколько десятков мегапикселей.

Камеры данного типа называются “среднеформатными”. Это название осталось со времен пленочной фототехники. В пленочную эпоху в подобных камерах использовалась широкая пленка, значительно шире обычной. Такие камеры и тогда, и сейчас используются некоторыми профессиональными фотографами для получения фотографий очень высокого качества. Отпечатки с диагональю около одного метра - не предел для этих фотоаппаратов. Некоторые такие камеры оборудованы сменными модулями, в которых установлена непосредственно матрица и электронная начинка Такие модули называются цифровыми задниками. Среднеформатные камеры применяются в основном при съемке в условиях фотостудии из-за большого размера и не слишком высокой оперативности в работе. Еще один минус среднеформатных камер - цена, сопоставимая с ценой новой иномарки.

Константин Воронов

Занимаюсь профессиональной фотографией более 8 лет. Сфера деятельности - свадебная, портретная, пейзажная фотография. По образованию журналист. Разработал несколько курсов для сервиса онлайн-обучения фотографии Fotoshkola.net . Преподаватель, ведущий мастер-классов.

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

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

Устройство и работа фотоаппарата

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

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

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

Теория обработки света

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

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

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

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

Так вкратце можно изобразить принцип работы цифрового зеркального фотоаппарата .

davisgod — 16.08.2010 Работа цифрового фотоаппарата

До нажатия клавиши затвора в зеркальных фотоаппаратах между объективом и матрицей расположено зеркало, отражаясь от которого, свет попадает в видоискатель. В незеркальных фотоаппаратах и зеркальных фотоаппаратах в режиме Live View свет из объектива падает на матрицу, при этом на ЖК экран выводится изображение, сформированное на матрице. В некоторых фотоаппаратах при этом может происходить автоматическая фокусировка.

При неполном нажатии клавиши затвора (если такой режим предусмотрен) происходит выбор всех автоматически выбираемых параметров съёмки (фокусировка, определение экспопары, чувствительности фотоматериала (ISO) и т. д.).

При полном нажатии происходит съёмка кадра, и считывание информации с матрицы во встроенную память фотоаппарата (буфер). Далее производится обработка полученных данных процессором с учётом установленных параметров коррекции экспозиции, ISO, баланса белого и др., после чего данные сжимаются в формат JPEG и сохраняются на флэш-карту. При съёмке в формат RAW данные сохраняются на флэш-карту без обработки процессором (возможна коррекция битых пикселей и сжатие алгоритмом без потерь). Так как запись на флэш-карту изображения занимает достаточно большое количество времени, многие фотоаппараты позволяют снимать следующий кадр до окончания записи предыдущего на флэш-карту, если в буфере есть свободное место.

Захват изображения

Рождение цифрового изображения происходит в момент отражения света источника от объекта (или прохождения через полупрозрачный объект, вроде запачканного оконного стекла). Каждая часть объекта поглощает некоторую долю световых волн, а остальные находят свой путь к объективу камеры (цифра 1 на рис. 2.7). На рис. 2.7 вы можете увидеть только два больших пучка света, проходящих через объектив. На самом деле их триллионы. Все они состоят из фотонов - частичек света, которые ведут себя подобно волнам. (Корпускулярно-волновой дуализм - одна из тех загадок квантовой физики, которые мы оставим за кадром.)

Свет, попадающий на стеклянный элемент объектива, обозначен цифрой 2. На рисунке показана только одна линза, но в реальной жизни объективы содержат от 4 до 15, 20 или более различных элементов, которые перемещаются синхронно или по отдельности, в зависимости от способа фокусировки или изменения фокусного расстояния объектива. Элементы объектива можно сдвигать для того, чтобы компенсировать эффект дрожания камеры, которое возникает при большой выдержке из-за нестабильности ее положения.

Объективы с фиксированным фокусом (без изменения фокусного расстояния) - самые простые: они предназначены для фокусировки изображения на сенсор только одним способом. При этом перемещение элементов не обеспечивается. Усложнение функций объектива для корректировки изображения при определенном увеличении или положении фокуса требует применения дополнительных элементов. В любом случае целью является сведение световых лучей (обозначенных на рис. 2.7 цифрой 3) в четко сфокусированную позицию на сенсоре камеры (цифра 4).

Сенсор играет роль пленки; как и пленка, он содержит вещество, чувствительное к свету. На сегодняшний день в большинстве цифровых фотоаппаратов используются сенсоры CCD (charge coupled device - прибор с зарядовой связью, ПЗС) или CMOS (complementary metal oxide semiconductor - комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, КМОП). Далее типы сенсоров будут рассмотрены несколько более детально. На данный момент вам достаточно знать, что сенсор - это массив (набор столбцов и строк) крохотных диодов. Когда некоторое количество фотонов сталкивается с диодом, создается электрон. Чем больше фотонов достигает ячейки диода, тем больше скапливается электронов и ярче становится пиксель на результирующем изображении.

Минимальное число фотонов, необходимых для регистрации изображения, определяет чувствительность сенсора. Очень чувствительные сенсоры требуют наличия всего нескольких фотонов и позволяют сделать снимок при меньшем освещении. Когда вы настраиваете параметр ISO цифрового фотоаппарата (скажем, изменяете его значение с ISO 100 на ISO 800), то фактически изменяете этот порог и даете указание сенсору требовать меньшего количества фотонов для конкретного пикселя при записи изображения. При высоких значениях ISO возможен эффект зернистого шума. При высокой чувствительности сенсор может фиксировать интерференцию электронов или другую не относящуюся к изображению информацию. В общем, чем больше сенсор, тем меньше шума создается.

Обычные чипы CMOS по своей природе менее чувствительны к свету и более восприимчивы к шуму. Однако для их работы требуется в сто раз меньше энергии (что позволяет продлить срок службы аккумуляторов), кроме того, они намного дешевле в производстве, чем чипы CCD. По этой причине они довольно часто встречаются в дешевых цифровых фотоаппаратах (и сканерах). С недавних пор CMOS-сенсоры стали гораздо сложнее. Теперь их используют даже в современных камерах (стоимостью свыше 1000 долл.).

При использовании CCD-сенсора электрический заряд перемещается к краю массива пикселей и конвертируется из аналогового сигнала в цифровое значение. Чипы CMOS в каждом пикселе массива содержат транзисторы для усиления сигнала и выполнения аналогово-цифрового преобразования. Несмотря на то что на сегодняшний день на рынке доминируют чипы CCD, технология CMOS постоянно совершенствуется, и на сегодняшний день используется даже в самых сложных цифровых камерах, в том числе в 12- и 16-мегапиксельных моделях от Nikon и Canon. Используется она и в более простых устройствах, таких как мобильные телефоны с камерами, Web-камеры и игрушечные камеры.

Просмотр изображения

Когда свет от объекта достигает сенсора, происходит немало интересных событий. Наиболее важным является возможность предварительного просмотра изображения с помощью цветного жидкокристаллического экрана на задней панели фотоаппарата или с помощью видоискателя (цифра 5 на рис. 2.7). Электронное содержимое цифрового фотоаппарата обеспечивает довольно много вариантов просмотра. В зависимости от модели камеры можно использо несколько приведенных ниже вариантов просмотра.
Просмотр с помощью жидкокристаллического экрана. Эта панель просмотра, работающая как миниатюрный дисплей компьютера, практически в точности отображает картинку, воспринимаемую сенсором. Размер диагонали ЖК-экрана, как правило, составляет 4–5 см (хотя уже сегодня есть модели с экранами порядка 9 см, которые, вне сомнения получат более широкое применение в ближайшем будущем). Как правило, на ЖК-экран выводится около 98% изображения, «видного» через объектив. Однако при ярком свете изображение на жидкокристаллическом экране рассмотреть довольно сложно. В этом случае для улучшения видимости используется технология задней подсветки. Сложно рассматривать изображение на ЖК-экране и при съемке тусклых или неотчетливых предметов, но только в том случае, если камера усиливает сигнал в недостаточной степени для того, чтобы изображение на экране было ярким.
Просмотр через оптический видоискатель. Многие цифровые фотоаппараты оснащены стеклянной системой прямого просмотра - оптическим видоискателем, с помощью которого можно наводить кадр. Оптический видоискатель иногда представляет собой простое окошко (для дешевых цифровых камер с фиксированным увеличением), однако, как правило, является более сложной системой с возможностью изменения фокусного расстояния для предварительного просмотра изображения. Преимуществом оптического видоискателя является то, что объект виден постоянно (тогда как в других системах изображение во время экспозиции может мерцать). Оптические системы обеспечивают более яркое изображение, чем электронные. Большим недостатком является неточное воспроизведение картинки с сенсора, что может привести, например, к отсечению на фотографии части чьей-то головы.
Просмотр через электронный видоискатель. Электронный видоискатель работает как небольшой телеэкран внутри фотоаппарата, с помощью которого можно увидеть изображение, достаточно близкое к картинке, фиксируемой сенсором. Однако изображение, полученное с помощью электронного видоискателя, более удобно для просмотра, чем на жидкокристаллическом экране. Следует отметить, что во время съемки электронный видоискатель «сбрасывается». Кроме того, могут возникать проблемы просмотра изображения при слабом освещении, а также смазанное изображение при съемке движущихся объектов.
Просмотр оптического изображения через объектив (для однообъективных зеркальных моделей). Другой разновидностью оптического видоискателя является вид через объектив, который обеспечивается в зеркальных фотоаппаратах. Такие фотоаппараты имеют дополнительный компонент (не показанный на диаграмме), который отражает свет (идущий через объектив) вверх через оптическую систему для точного просмотра. В некоторых моделях используются системы зеркал. Зеркало отражает фактически весь свет на видоискатель. В момент спуска затвора зеркало поворачивается, позволяя свету попасть на сенсор. Иногда используется механизм разделения луча. Он разделяет луч света, отражая одну его часть на видоискатель, а другую передавая на сенсор.

Несложно догадаться, что разделитель луча «отбирает» часть освещения для видоискателя, поэтому ни сенсор, ни видоискатель не получают полной интенсивности света. Однако такое строение системы гарантирует, что изображение не «пропадет» во время экспозиции.

Фотографирование

Когда вы нажимаете на кнопку спуска, фотоаппарат создает снимок. Некоторые фотокамеры оснащены механическим затвором, который открывается на определенный период времени, а затем закрывается (это время можно рассматривать как скорость срабатывания затвора). В других фотокамерах данная функция реализована с помощью электронного устройства. Электронные затворы «сбрасывают» изображение с сенсора непосредственно перед получением нового снимка, а потом на время выдержки опять активизируют сенсор, тем самым обеспечивая эмуляцию работы механического затвора.

Если кнопку срабатывания затвора слегка «надавить» перед ее полным нажатием, то многие фотоаппараты могут выполнить еще некоторые действия. Допустим, выдержка и фокус уже зафиксированы. При желании можно немного сместить изображение, при этом фотоаппарат сохранит прежние установки экспозиции и фокуса. При использовании автоматического устройства фокус вычисляется путем максимизации контрастности главного объекта или каким-либо более сложным способом. Например, компания Sony в модельном ряду Class 1 впервые внедрила систему автофокусировки, которая с помощью лазера проектирует на объект специальную световую решетку. Камера анализирует контраст между объектом и образом лазера. Эта система особенно хороша при низком уровне освещенности, когда контрастности объекта при существующем свете, возможно, не хватит для обычного фокусирования. Есть фотоаппараты, в которых для облегчения фокусировки применяется дополнительное освещение, реализуемое посредством светодиодной лампы.

Если существующего освещения недостаточно, может сработать электронная вспышка (на рис. 2.7 она обозначена цифрой 7). Во многих фотоаппаратах для вычисления правильной экспозиции учитывается количество отраженного от объекта света вспышки. В некоторых моделях для расчетов используется предварительная вспышка, происходящая за мгновение до основной. Предварительная вспышка приводит к некоторому сжатию радужной оболочки глаз живых существ, снижая вероятность появления эффекта «красных глаз ». В самых лучших системах встроенная вспышка находится на максимально возможном расстоянии над объективом (рис. 2.8), что дает более естественное освещение и еще сильнее снижает эффект «красных глаз».

Скорость срабатывания затвора в большинстве случаев не влияет на экспозицию, так как ее время существенно превышает продолжительность вспышки (от 1/1000 до 1/50000 секунды или еще меньше). Если раскрытие объектива позволяет настроить экспозицию в некоторых пределах, то, как правило, электронная вспышка обеспечит дополнительную гибкость экспозиции за счет изменения количества испускаемого света и сокращения времени выдержки при съемке на небольших расстояниях.

Электрический сигнал от сенсора, преобразованный в цифровую форму электронными устройствами фотоаппарата, сохраняется на цифровых носителях (картах CompactFlash (CF), SecureDigital (SD)) либо на других носителях, таких как Sony Memory Stick , карта xD или мини-диски Hitachi Microdrive. Время, необходимое для сохранения изображения, варьируется от нескольких мгновений до 30 секунд (или более) и зависит от размера снимка, выбранного метода и степени сжатия, а также «скорости» носителя (некоторые карты сохраняют снимки значительно дольше, чем другие). На рис. 2.7 электронные устройства и хранилище данных обозначены цифрой 8, но их реальное местоположение может изменяться в зависимости от производителя и модели. Чаще всего эти элементы находятся в правой части фотокамеры либо в отдельном отсеке в ее нижней части.

Видео сюжет канала discovery о работе цифрового фотоаппарата >
>
>
(http://ru.wikipedia.org/wiki; http://www.cfoto.info)

© 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 … Орфографический словарь-справочник

Фотик, мыльница, фоторужье, фотокамера, лейка, вераскоп Словарь русских синонимов. фотоаппарат аппарат; камера (разг.) Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011 … Словарь синонимов

ФОТОАППАРАТ - оптический прибор для фотографической съёмки. Несмотря на большое разнообразие конструкций фотоаппаратов, принципиальная схема их одинакова. Фотоаппарат представляет собой светонепроницаемую камеру, в передней стенке которой расположен объектив,… … Краткая энциклопедия домашнего хозяйства

фотоаппарат - ФОТОАППАРАТ, аппарат, камера, разг. фотик … Словарь-тезаурус синонимов русской речи

То же, что фотографический аппарат … Большой Энциклопедический словарь

фотоаппарат - Прибор для получения на фотографическом материале действительного изображения предмета при фотографировании. Примечание При проекции временная последовательность отдельных изображений не вызывает впечатления естественного движения. [ГОСТ 25205… … Справочник технического переводчика

фотоаппарат - фотографический аппарат … Словарь сокращений и аббревиатур

А; м. Фотографический аппарат. Прихватить на экскурсию ф. Корреспонденты с фотоаппаратами. Щёлкать фотоаппаратом (разг.; фотографировать). * * * фотоаппарат то же, что фотографический аппарат. * * * ФОТОАППАРАТ ФОТОАППАРАТ, то же, что… … Энциклопедический словарь

фотоаппарат - ФОТОАППАРАТ, а, м Аппарат, предназначенный для первичной фиксации видимого изображения предмета на светочувствительных материалах. Фотоаппарат Polaroid, позволяющий получать готовые снимки за 60 секунд, был изобретен в 1948 году … Толковый словарь русских существительных

фотоаппарат - fotoaparatas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. camera; photographic camera vok. Photoapparat, m; photographische Kamera, f; photographischer Apparat, m rus. фотоаппарат, m pranc. appareil photographique, m … Fizikos terminų žodynas

Книги

• Фотоаппарат , Александр Левин , Елизавета одна растила сына Лёню. Отец ребенка Аркадий бросил ее почти сразу после появления сына на свет, заявив, что встретил другую. Спустя время, Аркадий с новойсемьей переехал из города,… Категория: