Впервые ощутив в своих руках фотоаппарат и попробовав сделать несколько кадров, у любого новичка возникает вполне логичный вопрос: «Как это работает?», «Из чего состоит современный фотоаппарат?». В этой статье мы постараемся как можно детальней описать устройство камеры и сделать это легко и интересно. Поехали!

Так из чего состоит цифровой фотоаппарат?

• Тушка или как многие профессионалы говорят body (англ. «тело») – корпус, состоящий из пластика или сплава магния, не пропускает свет.
• Байонет – к нему прикрепляют объективы.
• Объектив – состоит из системы линз (1). С помощью него изображение объектов съемки проецируется на матрицу.
• Диафрагма – это перегородка (2), которая находится внутри объектива, а также имеет вид лепестков. Они образуют отверстие, диаметр которого можно регулировать.
• Зеркало (3) – важнейшая вещь. Оно направляет изображение, которое создает объектив, к фокусировочному экрану (6), а затем через пентапризму (7) в видоискатель (8).
• Экран фокусировки – матовая пластина, с помощью которой фотограф видит изображение через видоискатель.
• Пентапризма – элемент, который переворачивает изображение.
• Видоискатель – своего рода «глазок», через который фотограф видит будущий снимок.
• Сенсор – электронная матрица (5), которая, чувствуя свет, заменяет в устройстве зеркального фотоаппарата пленку.
• Процессор – считывает и обрабатывает изображения, возникающие на матрице.
• Карта памяти – бережно хранит наши фотографии.
• Затвор – это механические шторки (4), которые находятся между сенсором и зеркалом фотокамеры. В момент съемки они временно открываются таким образом, чтобы свет, попал на матрицу.
• Аккумулятор – питание камеры и всех ее элементов.
• Штативное гнездо (11) – разъем для штатива.
• «Горячий башмак» (10) – к нему подключается внешняя вспышка.
• Дисплей (9) – для просмотра фотографий, а также для настройки необходимых параметров съемки.
• Управление – различные кнопочки, колесики и диски для управления и настройки фотокамеры.

Мы перечислили далеко не все части, но лучше ограничится этим набором, дабы при разборе принципов действия в дальнейшем не запутаться.

Устройство цифрового фотоаппарата: принцип действия

Всем начинающим фотографам (особенно мальчикам) наверняка интересно, что происходит внутри фотоаппарата в тот момент, когда вы решаете сделать кадр и нажимаете на кнопку. А происходит следующее:

1. При съемке в автоматическом режиме объектив самостоятельно фокусируется на предмете.
2. Затем механический или оптический стабилизатор изображение делает свое дело, а именно – стабилизирует изображение.
3. Опять же при съемке в авто-режиме, камера сама подбирает параметры: выдержку, диафрагму, ISO, а также баланс белого.
4. После чего зеркало(3) поднимается.
5. А затвор(4) открывается.
6. Свет, который проходит через объектив, формирует изображение на матрице, которое потом считывается процессором и сохраняется в карту.
7. Затвор закрыт.
8. Зеркало опущено.

Из чего состоит объектив фотоаппарата

Сейчас существует столько различных видов и марок объективов, что разобраться в составе каждого в рамках небольшой информативной статьи просто не реально. Устройство объектива зеркального фотоаппарата может насчитывать разное количество оптических элементов или линз. Они могут соединяться друг с другом или же, напротив, разделяться небольшим пространством. В простых объективах обычно используют систему, которая может состоять от одной - до трех линз. Что касается дорогих качественных объективов, то количество линз в системе может быть около десятка и больше.

Устройство вспышки фотоаппарата

Самый главный элемент любой электронной вспышки – это импульсная ксеноновая лампочка. Это запаянная стеклянная трубка (дугообразная, спиральная, прямая или кольцевая), которая наполнена ксеноном. На концах трубки имеются впаянные электроды, снаружи располагается зажигательный электрод, который представляет собой полосочку мастики или отрезок проволоки, проводящей ток.

Вспышки бывают:

• Встроенные – не особо мощные, дают плоское изображение, создают резкие контрастные тени. Не способны выделить структуры объекта съемки. Отлично подходят для использования при ярком естественном освещении, подсвечивают резкие тени. Но стоит отметить, что профессиональные фотографы не советуют использовать встроенную вспышку при съемке.
• Закрепленные – мощнее, чем встроенные, также их можно настраивать как в ручном режиме, так и в автоматическом.
• Не прикрепленные к фотоаппарату – обычно такие устанавливают на штатив. С помощью них можно изменять условия освещения, играть со светом.
• Макровспышки – применяются для макросъемки. Выглядят как небольшое кольцо, которое устанавливается на объективе камеры.

Устройство затвора фотоаппарата

Как мы уже писали выше, затвор в фотоаппарате используется для того, чтобы перекрыть поток света, который проецирует объектив на матрицу или пленку. Открывая затвора на заданное время выдержки, количество света дозируется – так регулируют экспозицию.

Типы затворов:

1. дисковой секторный затвор;
2. затовры-жалюзи;
3. центральный затвор;
4. диафрагменный затвор;
5. фокальный затвор.

Устройство матрицы фотоаппарата

Современная матрица представляет собой небольшую микросхему. Поверхность этой микросхемы составляет множество светочувствительных элементов, каждый из которых представляет собой самостоятельный светоприемник. Он преобразует свет в некий сигнал, который после обработки сохраняется на карте памяти. Снимок, который получает фотограф, состоит из комплекса записанных электронных сигналов с каждого светочувствительного элемента. Интересно, правда?

Устройство фотоаппарата зенит

Из чего состоит зеркальный фотоаппарат, мы уже выяснили, теперь пришел черед пленочной камеры «Зенит». Он состоит из:

• объектива;
• зеркала;
• затвора;
• фотопленки;
• матового стекла;
• конденсор (линза);
• пентапризма или пентазеркало;
• окуляр.

Конечно, мы перечислили далеко не все. Для того чтобы подробней узнать из чего состоит фотоаппарат (как цифровой, так и пленочный) вам необходимо записать в нашу , где опытный преподаватель расскажет вам о каждой гаечке и продемонстрирует все на наглядном примере.

93439 Фотография с нуля 0

В этом уроке вы узнаете: Принцип действия фотоаппарата. Из каких основных элементов состоит фотокамера.

Принцип действия цифровой фотокамеры

Фотография прежде всего связана со светом. Рассмотрим рисунок.

Свет от солнца или искусственного источника (1) сначала отражается от сцены, находящейся перед объективом фотокамеры, а затем проходит через объектив (2) и, если он есть, затвор (7) (о затворе вы узнаете чуть позже в этом уроке) к задней стенке корпуса камеры - на матрицу (сенсор) (8). В зеркальной фотокамере (DSLR) до нажатия на кнопку спуска затвора свет, отраженный зеркалом (3), пройдя через призму (4) - попадает в видоискатель (5). При съемке зеркало поднимается, и свет попадает на матрицу, как в компактной камере. В некоторых зеркальных камерах Sony зеркало неподвижное, полупрозрачное (SLT камеры).

Этот процесс аналогичен прохождению света через хрусталик человеческого глаза к колбочкам и палочкам, расположенным на задней стенке глаза, а также к зрительным нервам. Когда же свет достигает задней стенки корпуса, он попадает на чувствительный элемент (датчик изображения), который преобразует свет в электрическое напряжение. Затем полученная таким образом информация обрабатывается процессором для исключения помех, расчета значений цвета, формирования файла данных изображения и записи этого файла на носитель информации (карту для хранения цифровых изображений). После этого фотокамера подготавливается к экспонированию следующего изображения.

Весь этот процесс, в течение которого огромное количество информации обрабатывается и записывается на носитель, происходит довольно быстро.

Ниже представлены рисунки, дающие представление об основных элементах, из которых состоит компактная (беззеркальная) и зеркальная фотокамера.

Компактная фотокамера

Зеркальная фотокамера

Рассмотрим подробнее эти основные элементы, из которых состоит цифровая фотокамера и которые позволяют свету, отраженному от объекта съемки, стать фотографией.

Объектив

Объектив фотокамеры представляет собой весьма сложную конструкцию. Как правило, он состоит из целого ряда стеклянных линз, преломляющих и фокусирующих свет, поступающий в объектив. Благодаря этому увеличивается изображение снимаемой сцены и осуществляется фокусировка на конкретной точке. Подробнее об объективах вы узнаете из последующих уроков.

Видоискатель и экран ЖКИ

Видоискатель позволяет видеть изображение в момент его съемки и некоторые из параметров съемки, и представляет собой небольшое окно, в которое наблюдается снимаемая сцена. С его помощью уточняется композиция непосредственно перед съемкой.

Экран ЖКИ обеспечивает предварительный просмотр снимков перед их получением, а также последующий просмотр и анализ только что сделанных снимков относительно правильности установленной экспозиции и композиции либо для показа их окружающим. Кроме того, на экране ЖКИ могут быть просмотрены любые сделанные ранее снимки.

В цифровых фотокамерах экран ЖКИ также может выполнять функцию видоискателя. Вместо того, чтобы подносить фотокамеру к глазу для составления композиции снимаемой сцены, подготовить ее к съемке можно в любом положении, наблюдая на экране ЖКИ изображение еще до того, как оно будет зафиксировано. Один из недостатков экранов ЖКИ заключается в высоком потреблении энергии от батареи питания фотокамеры. Кроме того, просматривать изображения на экране ЖКИ в солнечный день на улице практически невозможно.

Несмотря на все перечисленные выше преимущества экрана ЖКИ, в цифровой фотокамере иногда полезным оказывается и видоискатель. В частности, когда заряд батареи питания на исходе и поэтому нецелесообразно расходовать драгоценную энергию на питание экрана ЖКИ. Как бы там ни было, но видоискатель по-прежнему служит удобной альтернативой экрану ЖКИ при составлении композиции фотографии.
Что же касается зеркальных цифровых фотокамер, то видоискатель и экран ЖКИ показывают одно и то же изображение, поскольку в этом случае для проецирования изображения из объектива в видоискатель используются зеркала. В компактных цифровых фотокамерах видоискатель служит в качестве простого окна, в которое видно снимаемую сцену, а не изображение, проецируемое через объектив для предварительного просмотра. Но поскольку видоискатель находится не в том месте, где и объектив, наблюдаемая в него перспектива оказывается несколько иной.

Затвор

Затвор представляет собой сложный механизм, точно управляющий продолжительностью прохождения света через объектив к пленке или цифровому чувствительному элементу, расположенному на задней стенке корпуса фотокамеры.

В цифровой фотокамере затвор в традиционном смысле может и не понадобиться, что зависит от типа используемого датчика изображения. Так как датчик изображения цифровой фотокамеры является электронным прибором, а не светочувствительным химическим веществом, он может включаться или выключаться электронным путем. Следовательно, необходимость в наличии механического затвора, управляющего поступлением света в фотокамеру, отпадает. Тем не менее для некоторых типов фотокамер затвор все же требуется, хотя во многих моделях цифровых фотокамер механический затвор не применяется.

Независимо от наличия или отсутствия механического затвора в цифровой фотокамере по-прежнему необходим механизм для управления экспонированием изображения, а также кнопка спуска затвора. При нажатии кнопки спуска затвора активизируется целый ряд действий, приводящих в итоге к получению окончательного изображения. Прежде всего необходимо зарядить датчик изображения, чтобы подготовить его к восприятию света из объектива.

Кнопки для настройки фотокамеры

На корпусе камеры имеется множество кнопок, рычажков, дисков, назначение которых лучше всего описано в инструкции к вашей фотокамере. Большинство из них служат для подготовки фотокамеры к съемке, ее настройки и непосредственно съемки.

К ним относятся: установка режима автоматической фокусировки, выбор подходящего баланса белого для обеспечения правильной передачи цветов снимаемой сцены в зависимости от вида используемого освещения, выбор режима экспозиции и т.д. Подробнее об этих и других параметрах вы узнаете из последующих уроков.

Датчик изображения

Датчик изображения состоит из миллионов отдельных светочувствительных пикселей. В этих пикселях, по сути, выполняется преобразование света в электрическое напряжение.

Несмотря на то что цифровые фотокамеры позволяют делать многоцветные снимки, их датчики изображения не воспринимают цвет. Они способны реагировать только на относительную яркость сцены. Для ограничения спектра света, на который реагирует каждый пиксель датчика изображения, применяются специальные цветные светофильтры. Таким образом, в каждом пикселе может быть зарегистрирован только один из трех основных цветов (красный, зеленый или синий), которые необходимы для определения окончательного цвета пикселя. А для определения значений двух остальных основных цветов каждого пикселя применяется интерполяция цвета.

Подробнее о датчиках изображения вы узнаете из нашего следующего урока.

Встроенная вспышка

Встроенная вспышка есть в большинстве моделей цифровых фотокамер. Безусловно, это очень удобно, поскольку света в окружающих условиях зачастую не хватает. С другой стороны, вспышки, встроенные во многие фотокамеры, далеко не всегда оказываются практичными. Отчасти это связано с отсутствием контроля встроенной вспышки. Ведь в большинстве моделей цифровых фотокамер нельзя регулировать мощность встроенной вспышки, и поэтому при оценке уровня освещения приходится полностью полагаться на фотокамеру.

Невозможность регулировать мощность и положение встроенной вспышки превращается в серьезное препятствие при съемке объектов, расположенных близко к фотокамере. В этом случае вспышка слишком сильно освещает сцену, а изображение получается чрезмерно контрастным. Из-за того, что встроенная вспышка находится очень близко к объективу, на снимках зачастую возникает эффект «красных глаз».

Для установки на фотокамеру внешней вспышки и другого необходимого оборудования (видоискателя при его отсутствии в камере, микрофона и т.д.) служит разъем "горячий башмак".

Носители цифровой информации

В цифровой фотокамере каждое зафиксированное изображение записывается на карту-носитель цифровой информации. В какой-то степени эта карта заменяет пленку (и поэтому иногда называется цифровой пленкой), однако у нее есть свои особенности.

Носители цифровой информации бывают самых разных форм и размеров: от формата книги до величины пластинки жевательной резинки и даже меньше. А в некоторых даже имеется возможность использования нескольких типов носителей, что дает дополнительные удобства.

Питание цифрового фотоаппарата

В качестве источника питания в цифровых фотоаппаратах наиболее часто применяются перезаряжаемые элементы - аккумуляторы. По размерам корпуса элементы подразделяются на несколько типов. В цифровой съемочной технике применяются элементы формата ААА и АА (говоря проще "самые тонкие" и "тонкие батарейки") или имеется фирменный, не совместимый с камерами других производителей, конструктив. Размещаются элементы питания в специальном отсеке камеры, где иногда некоторые ищут кнопку "шедевр" :))).

В зеркальных и некоторых беззеркальных фотокамерах со сменной оптикой применяются батарейные блоки, где размещены несколько аккумуляторов, что значительно увеличивает время автономной работы фотоаппарата.

Итоги занятия:

Итак, мы рассмотрели основные элементы конструкции цифровой фотокамеры. Очень важным предметом, который часто забывают изучить, а иногда просто теряют, является руководство по фотокамере.

Анализируя поисковые запросы, которые приводят посетителей на наш сайт, констатирую, что вопросов "как включить" какую либо функцию камеры очень много. Для того чтобы максимально использовать возможности вашей фотокамеры, необходимо внимательно прочитать прилагаемое к ней руководство, что пользователи довольно часто ленятся делать, полагаясь на свои способности разбираться в новой аппаратуре по ходу дела. Как показывает практика - не разберетесь или станете разбираться в самый неподходящий момент.

Это и есть ваше первое практическое задание - внимательно изучить руководство (или инструкцию) по эксплуатации вашей фотокамеры.

На вопросы по теме первого урока, по изложенному материалу и по практическому заданию вы можете задать на сайта.

И в завершении - небольшой видеоролик "Как работает зеркальный цифровой фотоаппарат".

В следующем уроке №2: Типы фотокамер. Основные характеристики современных фотоаппаратов. Узнаем подробнее о сенсорах. Поговорим о мегапикселях. Расскажем, как выбрать фотокамеру.

За время своего существования фотография проникла буквально во все области человеческой деятельности. Для одних людей - это профессия, для других - просто развлечение, для третьих - верный помощник в работе. Фотография оказала огромное влияние на развитие современной культуры, науки и техники. В настоящее время фотография - одна из бурно развивающихся современных информационных технологий.

К фототоварам относят фотоаппараты, светочувствительные материалы, фотопринадлежности.

Современный фотоаппарат представляет собой электронный оптико-механический прибор для создания оптического (светового) изображения объекта на поверхности светочувствительного материала (фотопленки или электронно-оптического преобразователя).

Основными конструктивными узлами фотоаппарата являются корпус, объектив, диафрагма, затвор, видоискатель, фокусировочное и экспонометрическое устройство, электронная лампа-вспышка, индикаторное устройство, счетчик кадров.

Для регистрации и хранения светового изображения в пленочных фотоаппаратах используется фотопленка. В цифровых фотоаппаратах для регистрации изображения используется электронно-оптический преобразователь (матрица, состоящая из большого количества светочувствительных элементов-пикселей), а для хранения информации об изображении - флэш-память (энергонезависимое устройство хранения оцифрованных изображений).

Пиксель является наименьшим элементом цифрового изображения. Миллион пикселей называют мегапикселем. Пиксели реагируют на свет и создают электрический заряд, величина которого пропорциональна количеству попавшего света. Для формирования сигналов о цветном изображении, микроскопические элементы (пиксели) светочувствительной матрицы покрыты микросветофильтрами красного, зеленого и синего цветов и объединены в группы, что позволяет получить электронную копию цветного изображения.

Электрические сигналы считываются с пикселей, преобразуются в аналого-цифровом преобразователе в двоичные цифровые данные и записываются во флэш-память. Электронно-оптический преобразователь (ЭОП) характеризуется разрешающей способностью (в мегапикселях) и размером по диагонали (в дюймах). Разрешающая способность определяется произведением количества пикселей по горизонтали и вертикали. Например, обозначение 2048 х 1536 пикселей соответствует разрешению в 3,2 мегапикселя. Наиболее распространены матрицы с диагональю 1/2; 1/3; 1/4 дюйма.

Корпус является несущей частью фотоаппарата, в которой монтируются все узлы и механизмы фотоаппарата и размещается светочувствительный материал.

На передней панели корпуса находится объектив. Объектив может крепиться к корпусу жестко или быть съемным. В последнем случае крепление объектива может быть резьбовым или байонетным. За объективом пленочного фотоаппарата, со стороны задней панели корпуса, имеется кадровая рамка, просвет в которой называется кадровым окном. Кадровое окно определяет размеры поля изображения (формат кадра) на светочувствительном материале.

Объектив представляет собой систему оптических линз, заключенных в общую оправу и предназначенную для формирования светового изображения объекта съемки и проецирования его на поверхность светочувствительного материала. От свойств объектива, а также светочувствительного материала, в значительной степени зависит качество получаемого изображения. В оправу объектива вводятся диафрагма, механизмы фокусировки и изменения фокусного расстояния.

Диафрагма (рис.) предназначена для изменения величины светового отверстия объектива.

Рис. Устройство и принцип действия диафрагмы

С помощью диафрагмы регулируют освещенность светочувствительного материала и изменяют глубину резкости изображаемого пространства. Отверстие диафрагмы образуется несколькими серповидными лепестками (ламелями), расположенными симметрично вокруг оптической оси объектива.

В фотоаппаратах может применяться ручное и автоматическое управление диафрагмой.

Ручное управление диафрагмой осуществляется кольцом, расположенным на внешней поверхности оправы объектива, на котором нанесена шкала диафрагменных чисел. Ряд значений диафрагм нормирован числами: 1; 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22. Переход от одного значения диафрагменного числа к соседнему изменяет количество проходящего через объектив света вдвое - пропорционально изменению площади светового отверстия.

Автоматическое управление диафрагмой осуществляется экспонометрическим устройством фотоаппарата в зависимости от условий съемки (яркости снимаемого объекта, светочувствительности фотопленки) и выдержки.

Фокусировочное устройство объектива предназначено для совмещения создаваемого объективом оптического изображения с плоскостью светочувствительного материала при различных расстояниях до объекта съемки.

Фокусировка объектива (наводка на резкость) осуществляется путем перемещения объектива или какой-либо его части вдоль его оптической оси. В современных фотоаппаратах фокусировка объектива возможна в пределах от фотографической бесконечности до некоторого минимального расстояния, называемого ближним пределом фокусировки. Ближний предел фокусировки зависит от величины максимального выдвижения объектива.

В фотоаппаратах может использоваться ручная и автоматизированная система фокусировки. В некоторых простейших компактных фотоаппаратах объективы не имеют механизма фокусировки. Такие объективы, получившие название фикс-фокус, имеют большую глубину резкости и сфокусированы на некоторое постоянное расстояние.

Механизм изменения фокусного расстояния объектива позволяет изменять угол поля зрения объектива и масштаб изображения на светочувствительном материале посредством изменения фокусного расстояния объектива. Механизмом изменения фокусного расстояния оснащаются объективы дорогих фотоаппаратов среднего и высокого класса.

Затвор представляет собой механизм фотоаппарата, автоматически обеспечивающий пропускание световых лучей к светочувствительному материалу в течение заданного промежутка времени (выдержки) при нажатии на кнопку затвора. Ряд числовых значений выдержек, автоматически устанавливаемых затвором, нормирован следующими числами (в секундах): 1/4000; 1/2000; 1/1000; 1/500; 1/250; 1/125; 1/60; 1/30; 1/15; 1/8; 1/4; 1/2; 1; 2; 3; 4. Различают модели фотоаппаратов с постоянной, ручной и автоматической установкой выдержки. По принципу действия затворы, применяемые в современных фотоаппаратах, подразделяются на электронно-механические, электронные и электронно-оптические.

Электронно-механический затвор состоит из световых заслонок, перекрывающих световой поток, электронного реле времени, отрабатывающего установленное время экспонирования, и электромагнитного привода, обеспечивающего перемещение световых заслонок. К электронно-механическим затворам относят центральные и щелевые затворы. В центральных затворах световые заслонки в виде тонких металлических лепестков открывают световое отверстие объектива от центра (от оптической оси) к краям, а закрывают в обратном направлении, подобно диафрагме (рис.)

Рис. Схема устройства и действия центрального затвора

Центральные затворы располагаются, как правило, между линзами объектива или непосредственно за объективом и применяются в компактных пленочных и цифровых фотоаппаратах, имеющих жестко встроенный несъемный объектив.

Особую группу центральных затворов представляют затворы-диафрагмы, у которых функции затвора и диафрагмы объединены в одном механизме с регулированием величины и длительности открытия светового отверстия. Они способны отрабатывать выдержки до 1/500 с.

Щелевые затворы (рис.) пропускают световой поток к светочувствительному материалу через щель, образованную двумя световыми заслонками в виде тканевых шторок или металлических ламелей. При срабатывании затвора, шторки (или две группы ламелей) перемещаются одна за другой, с определенным интервалом времени, вдоль или поперек кадрового окна. Одна из световых заслонок открывает кадровое окно, а другая - закрывает его.

Выдержка зависит от ширины щели. Щелевые затворы способны отрабатывать более короткие выдержки (в 1/1000 с и короче) и применяются в фотоаппаратах, имеющих съемный объектив.

Рис. Схема устройства щелевого затвора

Электронный затвор применяется в цифровых фотоаппаратах. Он представляет собой электронный переключатель, который включает (или выключает) ЭОП в определенный момент времени с одновременным считыванием зафиксированной электронной информации. Электронный затвор способен отработать выдержку в 1/4000 и даже 1/8000 с. Электронный затвор срабатывает бесшумно и без вибраций.

В некоторых цифровых фотоаппаратах наряду с электронным применяется электронно-механический или электронно-оптический затвор.

Электронно-оптический (жидкокристаллический) затвор представляет собой жидкий кристалл, расположенный между двумя параллельными стеклянными поляризованными пластинами, через который свет проходит на электронно-оптический преобразователь (ЭОП). При подаче напряжения через тонкое прозрачное электропроводное напыление к внутренней поверхности стеклянных пластин возникает электрическое поле, изменяющее на 90° плоскость поляризации жидкого кристалла и соответственно обеспечивающее его максимальную непрозрачность. Таким образом, путем подачи напряжения жидкокристаллический затвор закрывается, а при отсутствии напряжения (выключении) - открывается. Электронно-оптический затвор отличается простотой и надежностью, так как отсутствуют механические компоненты.

Видоискатель служит для визуальной компоновки кадра. Для правильного определения границ кадра необходимо, чтобы угловое поле зрения видоискателя соответствовало угловому полю зрения съемочного объектива, а оптическая ось видоискателя совпадала с оптической осью съемочного объектива.

При несовпадении оптической оси видоискателя с оптической осью съемочного объектива границы изображения, наблюдаемого в видоискателе, не совпадают с границами кадра на светочувствительном материале (явление параллакса). При фотографировании удаленных объектов параллакс незаметен, но возрастает по мере уменьшения дистанции съемки.

Современные фотоаппараты могут иметь телескопический, зеркальный (перископический) видоискатель или жидкокристаллическую панель.

Компактные фотоаппараты оснащаются телескопическим видоискателем, который располагается в корпусе фотоаппарата рядом с объективом.

Идентификационным признаком фотоаппаратов с телескопическим видоискателем является наличие на передней панели корпуса фотоаппарата окна видоискателя.

В зеркальных видоискателях (рис.) съемочный объектив является одновременно и объективом видоискателя. Такая схема видоискателя обеспечивает беспараллаксное визирование. Оптическое изображение объекта съемки, видимое в окуляре видоискателя и получаемое на светочувствительном материале, идентичны друг другу.

Рис. Схема устройства фотоаппарата с зеркальным видоискателем: а - с убирающимся зеркалом; б - с призмой-делителем

Фотоаппараты, имеющие зеркальный видоискатель, получили название зеркальных (SLR - Single Lens Reflex). Идентификационным признаком однообъективного зеркального фотоаппарата (видоискателя) является отсутствие на передней панели корпуса фотоаппарата окна видоискателя и призматическая форма верхней панели корпуса.

Экспонометрическое устройство в современных фотоаппаратах обеспечивает автоматическое или полуавтоматическое определение и установку экспозиционных параметров - выдержки и диафрагменного числа в зависимости от светочувствительности фотопленки и освещенности (яркости) объекта съемки.

Экспонометрическое устройство состоит из светоприемника, электронной системы управления, индикатора, а также исполнительных органов, управляющих работой затвора, диафрагмы объектива и согласующих работу затвора и лампы-вспышки. В качестве светоприемника в большинстве современных фотоаппаратов используют кремниевые фото-диоды. В компактных фотоаппаратах, светоприемник экспонометрического устройства располагается на передней панели корпуса, рядом с объективом.

В зеркальных фотоаппаратах высокого класса светоприемник размещают внутри корпуса фотоаппарата, за объективом, что позволяет автоматически учитывать реальное светопропускание объектива (реальную освещенность светочувствительного материала). Фотоаппараты с замером освещенности внутри корпуса за съемочным объективом имеют международное обозначение TTL или TEE.

Механизм транспортировки пленки служит для перемещения пленки на один кадр, точной ее установки перед объективом и обратной перемотки пленки в кассету после экспонирования. Механизм транспортировки пленки связан со счетчиком кадров, который предназначен для отсчета экспонированных или неэкспонированных кадров.

Фотовспышка предназначена для кратковременного освещения объекта съемки при фотографировании в условиях недостаточной естественной освещенности, съемке объекта против света, а также подсветки теневых участков объекта при ярком солнце.

Индикаторное устройство служит для индикации режимов съемки и контроля за работой фотоаппарата. В качестве индикаторных устройств в фотоаппаратах используются жидкокристаллические дисплеи (LCD - индикаторы), светодиоды и стрелочные индикаторы.

Цифровой фотоаппарат – оптико-механический прибор, с электронным способом регистрации, обработки и хранения цифровых изображений, с помощью которого производится фотосъемка (рис. 23).

Цифровой фотоаппарат состоит из следующих основных частей:

Корпус со светонепроницаемой камерой;

Объектив;

Диафрагма;

Фотографический затвор;

Кнопка спуска – инициирует съёмку кадра;

Видоискатель;

Фокусировочное устройство;

Фотоэкспонометр;

Встроенная фотовспышка;

Элементы питания камеры;

Матрица;

Дисплей;

Органы управления;

Оптический стабилизатор изображения;

Цифровой блок обработки и хранения данных;

Карта памяти.

Рис. 23. Устройство цифрового фотоаппарата

Конструкция современной цифровой камеры имеет много общего с пленочной камерой, поэтому в дальнейшем Мы будем рассматривать лишь те элементы, которые являются уникальными для цифровой фотокамеры или обладают определенной спецификой использования.

Фотографический затвор. Цифровые фотоаппараты могут обладать как механическим затвором так и электронным.

Электронные фотографические затворы представляют собой не отдельное устройство, а принцип дозирования экспозиции цифровой матрицей. Выдержка определяется временем между обнулением матрицы и моментом считывания с нее информации. Применение электронного затвора позволяет достичь более коротких выдержек без использования дорогостоящих высокоскоростных механических затворов. Есть модели фотоаппаратов, в которых используется комбинация механического и электронного затвора. В таких камерах механический затвор используется при длительных выдержках, а электронный – при коротких.

Видоискатель. В настоящее время многие цифровые камеры имеют оптический или электронный видоискатель (электронная система имитирующая видоискатель зеркальной фотокамеры) для быстрой компоновки кадра и жидкокристаллический дисплей, выполняющий несколько функций, для более точного построения композиции, и просмотра результата съемки. Недостатком жидкокристаллического дисплея является невозможность его использования при высокой освещенности, так как в таких условиях информация на дисплее становиться не различима, и как следствие невозможность осуществить кадрирование. На ЖК дисплей в зависимости от режима работы фотокамеры может выводиться также информация об экспозиционных параметрах и др. С помощью ЖК дисплея мы получаем доступ к меню управления настройками камеры.

Матрица (светочувствительная матрица) – специализированная аналоговая или цифро-аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных элементов (фотосенсоров), выстроенных в ряды и строки (рис. 24). Матрица предназначена для преобразования, спроецированного на неё оптического изображения в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных (при наличии АЦП непосредственно в составе матрицы). При проецировании изображения на матрицу, в каждом ее фотосенсоре накапливается электрический заряд, пропорциональный яркости приходящегося на него элемента изображения. Матрица является основным элементом цифровых фотоаппаратов и видеокамер. Применяется в планшетных и проекционных сканерах.

Рис. 24. Матрица цифрового фотоаппарата

Фотосенсор – это устройство, преобразующее световую энергию (фотоны) в энергию электрического заряда (электроны): чем ярче свет, тем больше заряд (рис. 25).

Рис. 25. Схема фрагмента матрицы цифровой фотокамеры: 1 – инфракрасный фильтр;
2 – микролинза; 3 – красный светофильтр пикселя (фрагмент фильтра Байера);
4 – фотосенсор; 5 –кремниевая подложка

С матрицы в фотоаппарат поступает аналоговая информация, которая образуется в результате измерения электрического заряда на фотосенсорах. Далее с помощью аналого-цифрового преобразователя она преобразуется в цифровую форму – двоичный код. Двоичное число – это последовательность 0 и 1, где каждая цифра называется битом информации. Число бит называют глубиной цвета. В цифровой фотографии, как правило двоичные цифры группируются в цепочки из восьми бит – байты. Байт несет информацию о 256 (десятичная система) возможных значений яркости фотосенсора, что соответствует 256 оттенкам серого.

Фотосенсоры фиксируют яркость элемента изображения, не неся ни какой информации о его цвете. Для получения информации о цвете – матрицу фотосенсоров сверху накрывают матрицей миниатюрных светофильтров, каждый из которых пропускает красный, зеленый или синий свет и задерживает остальные, упорядоченных в виде мозаичного узора Байера (рис. 26). При этом преобладает зеленый цвет, что объясняется физиологией восприятия цвета глазом человека наиболее чувствительному к зеленой части спектра. Благодаря наличию светофильтров каждый пиксель (от англ. pixel – pixture element – элемент, из множества, которых строится цифровое изображение) в конкретном месте сенсора способен регистрировать интенсивность только одного из трех основных цветов (рис. 25). Вследствие этого большее количество света, достигающего фотосенсора, теряется. Захватывается только половина приходящего зеленого света, так как каждый ряд содержит только половину зеленых пикселей, а вторую половину составляют синие или красные. Регистрируется 25% красного и синего света. Поскольку большая часть света не регистрируется, светочувствительность матрицы в целом снижается. Фотосенсоры обладают повышенной чувствительностью к инфракрасному диапазону спектра, поэтому кроме цветных фильтров, устанавливают и инфракрасный.

Рис. 26. Фрагмент типичный сенсор состоит из чувствительного массива и последовательности фильтров, упорядоченных в виде мозаичного узора Байера

Большинство матриц цифровых фотоаппаратов захватывают лишь часть изображения, а полное цветное изображение (восстановление цвета каждого пикселя) получается в результате математической обработки (интерполяции) микропроцессором фотокамеры.

Основные технологии матриц цифровых фотоаппаратов

ПЗС – прибор с зарядовой связью (от англ. CCD – charge-coupled device). Приборы с зарядовой связью первоначально создавались как устройства памяти, в которых можно было поместить заряд во входной регистр устройства. Однако способность элемента памяти устройства получить заряд благодаря фотоэлектрическому эффекту сделала данное применение ПЗС устройств основным.

ПЗС-матрица – специализированная аналоговая интегральная микросхема, выполненная на основе поликремния, состоящая из светочувствительных элементов (фотодиодов). Фотодиод способен сохранять электрический заряд (эта способность называется емкостью), накапливаемый при ударении фотонов о поверхность сенсора. Перед экспонированием производится сброс всех ранее образовавшихся зарядов и приведение всех элементов устройства в исходное состояние. В процессе экспонирования, в каждом пикселе матрицы, накапливается электрический заряд. Чем интенсивнее световой поток, тем больше накапливается электронов – выше итоговый заряд данного пикселя. После того как отработал фотографический затвор происходит процесс считывания этих зарядов. После аналогово-цифрового преобразования информация обрабатывается микропроцессором камеры.

КМОП – комплементарная структура металл-оксид-полупроводник (от англ. CMOS – Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Структуры КМОП обладают чувствительностью к свету. КМОП-матрица – светочувствительная матрица, выполненная на основе КМОП-технологии. В КМОП матрице применяется технология APS (Active Pixel Sensors), которая добавляет к каждому пикселю транзисторный усилитель считывания, позволяя преобразовывать электрический заряд в напряжение и проводить ряд процедур обработки изображения непосредственно в фотосенсоре, реагируя на специфические условия освещенности в момент фотосъемки, что значительно увеличивает быстродействие фотоаппаратов построенных на их основе. Это обеспечило также произвольный доступ к фотодетекторам аналогично реализованному в микросхемах оперативной памяти. С помощью механизма произвольного доступа можно выполнять считывание выбранных групп пикселей – кадрированное считывание. Кадрирование позволяет уменьшить размер захваченного изображения и значительно увеличить скорость считывания по сравнению с ПЗС матрицами. Основные преимущества КМОП технологии – низкое энергопотребление, единство технологии производства с остальными, цифровыми элементами аппаратуры, возможность объединения на одном кристалле аналоговой и цифровой части, что приводит к значительному снижению их себестоимости.

Геометрический размер матрицы и его влияние на изображение.

Геометрический размер матрицы определяет размер изображения – формат кадра. В отличие от фиксированного формата кадра в пленочной фотографии 24×36 мм, размеры матриц современных цифровых фотоаппаратов значительно отличаются друг от друга. Размер матрицы измеряется по диагонали, в долях дюйма (4/3", 2/3", 1/1,8", 1/2,2").

Так как большинство пользователей имеют опыт съемки на пленочные фотоаппараты, оказалось удобным сравнивать объективы пленочных и цифровых камер по углу поля зрения. Для этого было введено понятие эквивалентного фокусного расстояния.

Эквивалентное фокусное расстояние (ЭФР) – фокусное расстояние цифровой камеры, преобразованное в соответствующие значения для 35-миллиметровой пленочной камеры по углу поля зрения. Эквивалентные значения необходимы из-за того, что для цифровых камер размеры датчика и фокусные расстояния объектива не являются стандартизированными, и поэтому преобразование значений важно для сравнения их характеристик. Например, типичный объектив цифровой камеры с фокусным расстоянием 5,8–17,4 мм может дать такое же поле зрения, как и объектив с переменным фокусным расстоянием 38–114 мм для пленочной камеры.

Для сравнения объективов цифровых фотокамер с объективами камер формата 35 мм используется коэффициент преобразования фокусного расстояния – кропфактор.

Кропфактор (K f) – отношение диагонали 35 мм кадра (43,2 мм) к диагонали матрицы . Для плёночных фотоаппаратов и полноформатных матриц цифровых фотоаппаратов равен 1. Рассмотрим соотношение между размерами наиболее распространённых типоразмеров матриц цифровых фотоаппаратов со стандартным плёночным кадром (рис. 27).

Рис. 27. Сравнение размеров матриц цифровых фотокамер с кадром 35-мм плёнки.

Геометрический размер матрицы определяет площадь поглощения света и оказывает значительное влияние на многие характеристики изображения шумы, цвета, светочувствительность, ГРИП и т.п.

Отношение сторон кадра

В аналоговой (пленочной) фотографии используется формат кадра 3:2 (36×24 мм).

В цифровой фотографии существуют несколько форматов кадра:

– формат кадра 4:3 (телевизионный формат кадра: PAL, SECAM, NTSC);

– формат кадра 16:9 (телевизионный формат кадра телевидения высокой четкости);

– формат кадра 3:2.

В ряде фотоаппаратов имеется настройка, позволяющая программно изменять формат кадра, что приводит к изменению разрешения снимка (мегапиксели), так как формат кадра определяется геометрическим размером матрицы и соотношением ее сторон.

Формат кадра необходимо учитывать при фотосъемке, в зависимости от предполагаемого дальнейшего использования фотографии.

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

Основные элементы цифрового фотоаппарата

• Матрица
• Объектив
• Затвор
• Видеоискатели
• Процессор
• Дисплей
• Вспышка

Устройство зеркального фотоаппарата

Зеркальный цифровой фотоаппарат - это фотоаппарат, в котором объектив видоискателя и объектив для захвата изображения один и тот же, также в фотоаппарате используется цифровая матрица для записи изображения. В не зеркальном фотоаппарата в видоискатель попадает изображение из отдельного маленького объектива, чаще всего находящийся над основным. Отличие также имеется и от обычного устройства фотоаппарата (мыльницы), где отображается на экране изображение, попадающее непосредственно на матрицу.

В обычном устройстве зеркального цифрового фотоаппарата свет проходит через объектив (1). Затем он достигает диафрагмы, которая регулирует его количество (2), затем свет доходит до зеркала в устройстве зеркального цифрового фотоаппарата, отражается и проходит через призму (4), чтобы перенаправить его в видоискатель (5). Информационный экран добавляет к изображению дополнительную информацию о кадре и экспозиции (зависит от модели фотокамеры). В момент, когда происходит фотографирование, зеркало устройства фотоаппарата (6) поднимается, открывается затвор фотоаппарата (7). В этот момент свет попадает прямо на матрицу фотоаппарата и происходит экспонирование кадра - фотографирование. Затем закрывается затвор, обратно опускается зеркало, и фотоаппарат готов к следующему снимку. Необходимо понимать, что весь этот сложный процесс внутри происходит за доли секунды.

C самого создания первого устройство фотоаппарата, основная схема работы его почти не изменилась. Свет проходит через отверстие, масштабируется и попадает на светочувствительный элемент внутри устройства фотоаппарата. Будь это пленочной камерой или зеркальной цифровой фотокамерой. Рассмотрим основные отличая зеркального фотоаппарата от не зеркального. Как вы могли догадаться главное отличие в наличии специального зеркала. Это зеркальце позволяет фотографу видеть в видоискателе абсолютно такую же картинку, которая попадает на плёнку или матрицу.

Механизм работы цифрового фотоаппарата довольно сложен для неподготовленного читателя, но все-таки кратко опишем его: 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.

Отличие устройства зеркального цифрового фотоаппарата от пленочного зеркального фотоаппарата?

1. Первое отличие очевидно: в цифровом зеркальном фотоаппарате используется электроника для записи изображения на карту памяти, в то время как устройство пленочного зеркального фотоаппарата захватывает изображение на пленку.

2. Второе отличие между цифровым и пленочным зеркальным фотоаппаратом в том, что большинство цифровых зеркальных фотоаппаратов записывают изображение на поверхность матрицы, которая по площади меньше, чем кадр в пленочной зеркалке.

3. Устройство цифрового фотоаппарата позволяет фотографу увидеть изображение сразу после съемки.

4. Более старые модели пленочных фотокамер не требуют электрического питания. Они полностью состоят из механики. А цифровым зеркальным фотоаппаратам необходимы батарейки или аккумуляторы.

5. При съёмке на пленку лучше немного переэкспонировать кадр, но для цифрового фотоаппарата лучше немного недоэкспонировать кадр.

6. Независимо от того, цифровой фотоаппарат или пленочный, оба типа фото камер имеют огромные возможности по смене объективов, пультов дистанционного управление, вспышек, элементов питания и других аксессуаров.