Главное отличие цифровой камеры от пленочной - это используемый светочувствительный материал: в пленочной камере - пленка, в цифровой - особая светочувствительная матрица. Сам же принцип работы фотоаппарата практически ничем не отличается. Подобно тому как процесс фотографирования неотделим от свойств пленки, так и фотопроцесс цифрового фотоаппарата зависит от того, каким образом матрица преобразует сфокусированный объективом свет в цифровой код.

Матрица, или фотосенсор, - это интегральная микросхема (кремниевая пластина), состоящая из фотодиодов - мельчайших светочувствительных элементов. Принцип работы матрицы фотоаппарата следующий. Матрица преобразовывает в электрический сигнал энергию фотонов. Этот сигнал впоследствии и подлежит оцифровке.

Фотодиоды имеют способность преобразовывать в электрический заряд энергию светового потока. Чем больше фотодиод улавливает фотонов, тем больше на выходе получается электронов. Следовательно, чем больше общая площадь фотодиодов, тем больший поток света они воспринимают и тем более высокая светочувствительность матрицы.

Поскольку фотодиоды невозможно расположить максимально плотно, то поверхность сенсора, способная воспринимать свет составляет от 25 до 50% его общей площади. Чтобы свести к минимуму потери света, каждый фотодиод накрывается микролинзой, которая больше его самого по площади и которая соприкасается с микролинзами фотодиодов, которые находятся рядом. Микролинзы собирают и направляют свет внутрь фотодиодов, повышая светочувствительность сенсора.

Принцип работы цифрового фотоаппарата

Для того чтобы получить фотоизображение, необходим источник света. Фотоны - частицы света - покидают его источник и, отталкиваясь от предмета, входят в камеру, преодолевая несколько линз. После этого фотоны следуют по определенному пути. Ряд линз дает возможность достичь предельно четкого изображения. Количество света, проникающего внутрь, контролируют створки диафрагмы.

Свет, преодолев диафрагму, линзы, входит в отверстие и, отталкиваясь от зеркала, направляется в видоискатель.

Прежде свет проходит сквозь призму и преломляется - именно поэтому мы видим в видоискателе изображение как оно есть, а не повернутым вверх ногами, и если композиция нас устраивает, мы нажимаем на кнопку.

Зеркало поднимается, свет направляется внутрь и на долю секунды направляется не на видоискатель, а на матрицу фотокамеры.

Продолжительность этого действия полностью зависит от того, с какой скоростью сработали створки. Они могут открываться на мгновение, когда свет воздействует на сенсор света, и тогда период экспозиции составляет 1/4000 секунды. Это означает, что в мгновение ока створки могут закрыться и открыться 1400 раз. Следовательно, внутрь проникает чрезвычайно мало света. Это очень важный фактор для понимания принципа работы цифрового фотоаппарата.

В чем инновация цифровой камеры? Элемент, который фиксирует изображение, сенсор изображение (матрица), представляет собой решетку с плотной структурой, состоящую из крошечных светосенсоров. Каждый из них имеет ширину 6 микрон - это 6 миллионных частей одного метра, то есть 5 тыс. сенсоров помещаются на кончике заточенного карандаша.

Однако прежде свет проходит через фильтр, разделяющий на цвета - красный, зеленый и синий. Каждый сенсор может обрабатывать только какой-то один цвет. Когда в сенсор ударяют фотоны, то их поглощает полупроводниковый материал, из которого выполнен сенсор. На каждый фотон сенсор света испускает электрон, которому передается энергия фотона - это электрический заряд. Электрический заряд тем сильнее, чем ярче изображение. Таким образом, устройство фотоаппарата и принцип его работы предполагают, что каждый электрический заряд обладает различной интенсивностью.

После этого печатная плата переводит информацию на язык компьютера - цифр и битов. Это миллионы крохотных цветных точек, из которых состоит фото - пиксели. От количества пикселей в изображении прямо зависит разрешение. Иными словами, это несколько миллионов ветовых ловушек, которые нацелены на то, чтобы преобразовать свет в электричество и сделать максимально качественное изображение.

Учебный элемент

Фотокамера.

Устройство и принцип действия, интерфейсы подключения и правила эксплуатации, инструкция установки драйверов. Сравнительная характеристика.

В декабре 1975 года, инженер компании Kodak Стиви Сэссон изобрел нечто, что спустя несколько месяцев перевернуло все представления о фотографии - первый в мире цифровой фотоаппарат. Камера была размером с тостер и умела делать черно-белые снимки с разрешением 100x100 пикселей. Сегодня бы сказали, что камера имела разрешение в 0,01 мегапикселя. Снимки записывались на магнитофонную кассету. На запись одного снимка уходило 23 секунды. Для просмотра снимков использовалась специальная ТВ-приставка.

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

Основное предназначение цифровых камер состоит в съемке и по­следующем вводе в ЭВМ изображений (статических или движущихся в соответствии с типом камеры). Изобретения эти позволили отказа­ться от одной промежуточной стадии традиционных фото - и кино­процессов, связанной с обработкой (проявкой, закреплением и т. п.) пленок. В результате цифровое фото в первую очередь обрело по­пулярность у фотографов, занимающихся репортажной съемкой, и гораздо позже - у студийных фотографов-профессионалов

Цифровой фотоаппарат - это фотоаппарат, в котором для получения изображения используется массив полупроводниковых светочувствительных элементов, называемый матрицей, на которую изображение фокусируется с помощью системы линз объектива. Полученное изображение, в электронном виде сохраняется в виде файлов в памяти фотоаппарата или дополнительном носителе, вставляемом в фотоаппарат.

282" height="35" bgcolor="white" style="vertical-align:top;background: white">

Рис.1 Принцип действия цифровой камеры

Чтобы понять, как устроен цифровой фотоаппарат, вначале нужно разобраться с его принципом действия. (Рис.1) Лучи света, несущие изображение, проходя через объектив (до нажатия клавиши затвора в зеркальных фотоаппаратах между объективом и матрицей расположено зеркало, отражаясь от которого, свет попадает в видоискатель), фокусируются на сенсоре, или матрице, цифрового фотоаппарата. Этот сенсор выполняет ту же роль, которую выполняла когда-то светочувствительная поверхность фотопленки. Устройство цифрового фотоаппарата невозможно представить без сенсора, или матрицы, которая обладает возможностью преобразовывать поток фотонов в поток электронов, - 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.

Типичная цифровая фотокамера состоит из объектива, диафраг­мы, системы фокусировки (оптомеханическая часть) и матрицы ПЗС (фотоэлектронная часть), которая и производит фиксацию изобра­жения. (Рис.2-3)

компактная цифровая фотокамера зеркальная цифровая фотокамера

https://pandia.ru/text/78/176/images/image004_83.jpg" align="left" width="313" height="194 src=">

Рис.2 Рис.3

Электронные схемы" href="/text/category/yelektronnie_shemi/" rel="bookmark">электронной схеме фотоаппарата. Матрица (иногда её называют сенсором) представляет собой полупроводниковую пластину, содержащую большое количество светочувствительных элементов, в подавляющем большинстве случаев сгруппированных в строки и столбцы.

Комплементарий" href="/text/category/komplementarij/" rel="bookmark">комплементарный металл-оксид-полупроводник, по-английски CMOS - Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor).

Процессор в фотоаппарате по праву можно назвать мозговым центром цифровой фотокамеры. (Рис.5) Роль процессора заключается в том, чтобы из поступающей в него информации создать изображение, что не так просто. Во-первых, процессору цифровой фотокамеры нужно учесть все цветовые нюансы, а также использовать процесс интерполяции для повышения четкости изображения. Кроме того, процессору необходимо рассчитать баланс белого, контраст, яркость и некоторые другие характеристики снимка, включая визуальные эффекты.

Наконец, когда картинка готова, информация о ней преобразовывается цифровой фотокамерой в нужный формат, сжимается и помещается в память. Здесь подключается буферная память, напрямую влияющая на скорострельность камеры.

Аберрация" href="/text/category/aberratciya/" rel="bookmark">аберраций , используя при этом наименьшее число наименее дорогоhttps://pandia.ru/text/78/176/images/image011_9.png" alt="Подпись: Рис.6" align="left" width="502" height="31 src=">

Диафрагма - это такое устройство, которое помогает изменить количество световых лучей, проходящих через объектив фотоаппарата. К тому же именно диафрагма регулирует яркость изображения. Если говорить примитивным языком, диафрагма имеет форму лепестков, которые при помощи специального кольца могут одновременно поворачиваться, перекрывая друг друга. Таким образом, оставшееся в центре свободное пространство изменяется от максимального до минимального, тем самым регулируя поток света. В зависимости от типа и назначения объективы фотоаппарата различают между собой по двум основным параметрам: светосиле, которая характеризует яркость изображения, и фокусному расстоянию, которое определяет масштаб и угол изображения. Объектив цифровой камеры не претерпел кардинальных изменений по сравнению с объективами обычных фотокамер. Из-за меньших размеров сенсора, объективы цифровых камер (за исключением зеркальных камер, использующих те же объективы) имеют меньшие геометрические https://pandia.ru/text/78/176/images/image013_38.jpg" align="left" width="168" height="111 src=">Видоискатель - элемент фотоаппарата, показывающий границы будущего снимка и в некоторых случаях резкость и параметры съёмки (рис.7). На бытовых цифровых фотоаппаратах в качестве видоискателя используются ЖК экраны (на зеркальных в режиме LiveView и на

Рис.7

компактных камерах) и различные виды электронных и оптических видоискателей.

https://pandia.ru/text/78/176/images/image015_30.jpg" align="left" width="133" height="156 src=">Карта памяти - носитель информации, который обеспечивает длительное хранение данных большого объёма, в том числе изображений, получаемых цифровым фотоаппаратом. (Рис.8)

https://pandia.ru/text/78/176/images/image017_4.png" alt="Подпись:" align="left" width="109" height="32">Внешний интерфейс подключения к компьютеру общего назначения имеется практически во всех цифровых камерах. (Рис.9) На сегодня самым распространённым из них является USB. Также применяются специальные виды разъёмов для подключения к телевизору или принтеру. Появились первые модели фотокамер с беспроводными интерфейсами. Подключенный к порту USB компьютера фотоаппарат обнаруживается драйвером, который создает логический диск в системе Windows и обеспечивает прямой доступ из любого приложения. Пользователь может просматривать отснятые кадры, удалять неудачные и копировать приемлемые точно так же, как если бы к компьютеру был подключен обычный жесткий диск.

Кнопки цифрового фотоаппарата

Рис.10

Органы управления цифровым фотоаппаратом сгруппированы на верхней и задней панелях корпуса камеры. На верхней панели располагаются (с некоторыми отличиями от модели к модели) спусковая кнопка затвора, трехпозиционный переключатель управления моторным приводом изменения фокусного расстояния зуммируемого объектива (этот переключатель может быть заменен трехпозиционной клавишей на, чаще всего, задней или, реже, передней панели корпуса камеры) и дисковый селектор выбора рабочих режимов фотоаппарата. (Рис.10)

рис. 11. Кнопки задней панели цифрового фотоаппарата

На задней (или верхней, как у компактных камер) панели корпуса располагаются главный выключатель питания, кнопка активации и переключения режимов работы встроенной вспышки, включатель серийной съемки, кнопка экспокоррекции, кнопка включения/выключения цветного контрольного дисплея, кнопка вызова экранного меню и четырехпозиционная круглая кнопка навигации по меню. Этой же кнопке могут быть присвоены функции включения экспокоррекции, быстрого выбора светочувствительности сенсора и установки электронного автоспуска. (Рис.11)

Правила эксплуатации фотокамер

Редукторы" href="/text/category/reduktori/" rel="bookmark">редукторов фокусировки и трансфокации, зачастую приводят к заклиниванию объектива, и нередко выводят фотоаппарат из строя.

Правильная эксплуатация фотоаппарата сводится, в основном, к соблюдению инструкции, бережному и аккуратному обращению. Нарушение этих правил ведет к самым серьезным повреждениям аппарата.

Практика ремонта фотоаппаратов показывает, что большинство неисправностей вызвано именно этими обстоятельствами.

Инструкция по установке и подключения фотокамер

https://pandia.ru/text/78/176/images/image023_20.jpg" align="left" width="165" height="131 src=">После этого на мониторе компьютера с операционной системой Windows XP должна появится надпись.

Затем появится окно мастера установки нового оборудования. (Рис.12)

https://pandia.ru/text/78/176/images/image025_24.jpg" align="left" width="156" height="122 src=">

Увидев его, установите в CD-ROM привод компьютера диск из комплекта фотоаппарата. Если к камере прилагается несколько дисков, выберите тот, на котором есть надпись «USB Driver» и нажмите кнопку «далее». Компьютер начнет поиск необходимого драйвера на компакт-диске.

https://pandia.ru/text/78/176/images/image027_0.png" alt="Подпись: Рис.13" align="left" width="160" height="28 src=">Если поиск увенчается успехом, на экране отобразится окно установки драйвера. После того как установка будет завершена, нажмите кнопку «Готово» в появившемся окне. В подтверждение удачной установки на мониторе отобразится информационное окно. (Рис.13)

Через пару секунд после этого появится окно с выбором действий для нового «съемного диска». Здесь вы можете выбрать требуемое действие, но для начала лучше всего скопировать снимки на жесткий диск компьютера. Это можно сделать как в автоматическом режиме, так и вручную. (Рис.14)

https://pandia.ru/text/78/176/images/image029_1.png" alt="Подпись: Рис.14" align="left" width="124" height="27 src=">Согласно стандарту DCIF все цифровые фотоаппараты создают на карте памяти директорию «DCIM». Если вы увидите другие директории, не обращайте на них внимания, фотографии хранятся в глубине директории «DCIM». Открыв эту папку, вы увидите еще одну поддиректорию, в названии которой присутствует трехзначная цифра, сокращение от названия фирмы-производителя цифрового фотоаппарата, и, возможно, еще цифру. В этой папке и находятся ваши снимки!

Программное обеспечение" href="/text/category/programmnoe_obespechenie/" rel="bookmark">программного обеспечения и перезагрузки компьютера. Только после этого фотоаппарат будет распознан компьютером.

- Некоторые устаревшие модели не могут быть распознаны компьютером как сменный диск. TWAIN интерфейс такого фотоаппарата работает только в паре с каким-либо графическим редактором. Для сохранения снимков необходимо запустить графический редактор, выбрать опцию «импорт», а затем необходимое TWAIN устройство (главным образом этот интерфейс используется при работе со сканерами). После чего на экране появится окно с миниатюрами снимков. Выбранные снимки будут открыты в графическом редакторе, и только после этого их можно будет сохранить на жесткий диск, используя данную опцию графического редактора.

- Подключая современный фотоаппарат к компьютеру с устаревшей операционной системой, и, наоборот, при подключении устаревшего фотоаппарата к новой ОС вы можете столкнуться с непреодолимой проблемой отсутствия или неработоспособности драйвера. В этом случае будет проще использовать кардридер для копирования снимков, чем подключить камеру к ПК.

- Драйверы некоторых цифровых фотоаппаратов есть в стандартной комплектации Microsoft Windows XP. При подключении такой камеры она будет практически моментально распознана как съемный диск, без необходимости установки драйвера с компакт-диска.

- Если драйвер не будет найден компьютером на компакт-диске автоматически, попробуйте установить другой диск из комплекта фотоаппарата. Либо попробуйте запустить установку драйвера, используя меню, автоматически появляющиеся на экране при установке компакт-диска.

- Перед переносом снимков в ПК убедитесь, что элементы питания фотоаппарата не истощены, либо подключите камеру к сетевому адаптеру. Отключение питания во время переноса может привести к потере снимков.

Сравнительная характеристика компактных и зеркальных

цифровых фотокамер

	характеристики	Компактные цифровые фотокамеры	Зеркальные цифровые фотокамер
	Изображение
	Видоискатель
Видоискатель компактной камеры всего лишь пытается оценить изображение, которое попадёт на сенсор, что потенциально менее точно. Компактные камеры могут также использовать то, что называется электронным видоискателем (ЭВИ), который пытается воспроизвести видоискатель зеркальной камеры, используя изображение с сенсора.	когда вы нажимаете кнопку спуска на зеркальной камере, зеркало поднимается, и свет, который был перенаправлен в видоискатель, попадает на сенсор камеры. Подъём зеркала как раз создаёт тот характерный щелчок, который мы привыкли ассоциировать с зеркальными камерами.
	Размер сенсора камеры
	Цена	меньше	больше Производство сенсоров большего размера стоит намного дороже, и соответственно они обычно требуют более дорогих объективов. Это основная причина, по которой зеркальные камеры стоят настолько дороже компактных.
	Вес и размер	меньше	больше Большие сенсоры требуют намного более тяжёлых и больших камер и объективов, поскольку объектив должен захватить и доставить свет на большую площадь. Помимо снижения портативности, недостаток этого решения ещё и в том, что человек становится более заметен с большими камерой и объективом (то есть, откровенная съёмка людей затрудняется).

	Глубина резкости	меньше	больше
	Визуальный шум	больше	меньше
	Динамический диапазон диапазон светотени между абсолютно чёрным и абсолютно белым	меньше	больше

Преимущества компактных камер

Экран как видоискатель (хотя большинство современных зеркальных камер тоже на это способны)

Большой набор творческих режимов

Нет движущихся частей зеркала/затвора, которые могут отказать после 10-100 тысяч снимков

Преимущества зеркальных камер

Быстрый автофокус

Намного меньшая задержка срабатывания затвора (интервал между нажатием кнопки и началом экспозиции)

Большая скорость серийной съёмки

Съёмка в RAW (хотя большинство топ-моделей компактных камер тоже это позволяют)

Возможность делать выдержки длиннее, чем 15-30 секунд (в ручном режиме)

Полный контроль над экспозицией

Возможность использования внешней вспышки (но и у многих топ-моделей компактных камер она есть)

Ручной контроль фокусного расстояния (вращением кольца на объективе, в отличие от нажатия на кнопку)

Большой диапазон светочувствительности ISO

Возможность заменить только камеру, сохранив все объективы

Однако большинство этих отличий следуют из того факта, что зеркальные камеры стоят намного дороже компактных, и не являются принципиальными качествами каждого типа. Если потратить достаточно много на топ-модель компактной камеры, у неё может оказаться достаточно много возможностей, обычно присущих зеркальным камерам.

Итоги сравнения компактных и зеркальных камер

Предпочтение того или иного типа камеры в действительности сводится к гибкости и потенциально более высокому качеству изображения в противовес портативности и простоте. Этот выбор зачастую зависит не только от конкретного человека, но и от того, что лучше для заданных условий съёмки и планируемого использования снимка.

Компактные камеры намного меньше, легче, менее дороги и менее заметны, однако зеркальные камеры позволяют получить меньшую глубину резкости, больший набор стилей съёмки и потенциально более высокое качество изображения. Компактные камеры, вероятно, намного лучше подходят для обучения фотографии, поскольку они меньше стоят, упрощают процесс съёмки и являются неплохим универсальным решением для многих видов съёмки без лишних сложностей. Зеркальные камеры гораздо лучше подходят для специального применения, а также когда вес и размер не имеют значения.

Невзирая на расходы, многие предпочитают иметь оба типа камер. Таким образом, они могут прихватить с собой компактную камеру на вечеринки и долгие прогулки, однако иметь в запасе зеркальную камеру на случай, когда придётся снимать в помещениях при слабой освещённости, или когда они собираются заниматься исключительно съёмкой (например, пейзажей или событий).

Контрольные вопросы:

Опишите принцип действия цифровой фотокамеры; Опишите устройство цифровой фотокамеры; Кратко опишите характеристики устройств цифровой фотокамеры; Правила эксплуатации фотокамеры; Настройка и подключение цифровой фотокамеры. Краткая характеристика компактных и зеркальных цифровых фотокамер.

Практическое занятие:

Выполнить фотосъемку, подключить к ПК, отредактировать фото в графическом редакторе.

Список литературы:

«Всё о компьютере»/ .- М.: АСТ»,2003ю-319с. «Информатика и информационные технологии ». Учебник для 10-11 классов/ .- М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, с.

1. http://ru. wikipedia. org/wiki/Цифровой_фотоаппарат- описывается устройство цифрового фотоаппарата

2. http://school-collection. *****/catalog/search/- единая коллекция цифровых образовательных ресурсов

Современные фотоаппараты все делают сами - чтобы получить снимок, пользователю достаточно лишь нажать на кнопку. Но ведь все равно интересно: по какому же волшебству картинка попадает в камеру? Мы постараемся объяснить основные принципы работы цифровых фотоаппаратов.

Ликбез: как работает цифровая камера

Основные части Борьба с искажениями

Основные части

В основном устройство цифровой камеры повторяет конструкцию аналоговой. Главное их различие - в светочувствительном элементе, на котором формируется изображение: в аналоговых фотоаппаратах это пленка, в цифровых – матрица. Свет через объектив попадает на матрицу, где формируется картинка, которая затем записывается в память. Теперь разберем эти процессы подробнее.

Состоит камера из двух основных частей – корпуса и объектива. В корпусе находятся матрица, затвор (механический или электронный, а иногда и тот и другой сразу), процессор и органы управления. Объектив, съемный или встроенный, представляет собой группу линз, размещенных в пластиковом или металлическом корпусе.

Где получается картинка

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждая ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, а чтобы она была цветной, приходится прибегать к разным хитростям. Ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксел покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!) в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue). Почему именно эти цвета? Потому что они – основные, а все остальные получаются путем их смешения и уменьшения или увеличения их насыщенности.

На матрице фильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному. Так делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету. Световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в ячейку лучи лишь своего цвета. Полученная картинка состоит только из пикселов красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат). Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселов. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Такое расположение фильтров на ячейках матрицы называется шаблоном Байера

Основных типов матриц два, и они различаются способом считывания информации с сенсора. В матрицах типа CCD (ПЗС) информация считывается с ячеек последовательно, поэтому обработка файла может занять довольно много времени. Хотя такие сенсоры «задумчивы», они относительно дешевы, и к тому же, уровень шума на полученных с их помощью снимках меньше.

Матрица типа ПЗС

В матрицах типа CMOS (КМОП) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. Каждый пиксел обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера и автофокусировки.

КМОП-матрица

Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные, где каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн.

Трехслойная матрица

Выше уже был упомянут процессор камеры – он отвечает за все процессы, в результате которых получается картинка. Процессор определяет параметры экспозиции, решает, какие из них нужно применить в данной ситуации. От процессора и программного обеспечения зависят качество фотографий и скорость работы камеры.

По щелчку затвора

Затвор отмеряет время, в течение которого свет воздействует на сенсор (выдержку). В подавляющем большинстве случаев это время измеряется долями секунды – что называется, и моргнуть не успеешь. В цифровых зеркальных камерах, как и в пленочных, затвор представляет собой две непрозрачные шторки, закрывающих сенсор. Из-за этих шторок в цифровых зеркалках невозможно визирование по дисплею – ведь матрица закрыта и не может передавать изображение на дисплей.

В компактных камерах матрица не закрыта затвором, и поэтому можно компоновать кадр по дисплею

Когда кнопка спуска нажата, шторки приводятся в движение пружинам или электромагнитами, открывается доступ свету, и на сенсоре формируется изображение – так работает механический затвор. Но в цифровых камерах бывают еще и электронные затворы – они используются в компактных фотоаппаратах. Электронный затвор, в отличие от механического, нельзя пощупать руками, он, в общем-то, виртуален. Матрица компактных камер всегда открыта (именно потому и можно компоновать кадр, глядя на дисплей, а не в видоискатель), когда же нажимается кнопка спуска, кадр экспонируется в течение указанного времени выдержки, а затем записывается в память. Благодаря тому что у электронных затворов нет шторок, выдержки у них могут быть ультракороткими.

Наведем фокус

Как уже говорилось выше, часто для автофокусировки используется сама матрица. Вообще же, автофокусировка бывает двух типов – активная и пассивная.

Для активной автофокусировки камере нужны передатчик и приемник, работающие в инфракрасной области или с ультразвуком. Ультразвуковая система измеряет расстояние до объекта по методу эхолокации отраженного сигнала. Пассивная фокусировка осуществляется по методу оценки контраста. В некоторых профессиональных камерах сочетаются оба типа фокусировки.

В принципе, для фокусировки может использоваться вся площадь матрицы, и это позволяет производителям размещать на ней десятки фокусировочных зон, а также использовать «плавающую» точку фокуса, которую пользователь сам может разместить где ему угодно.

Борьба с искажениями

Именно объектив формирует на матрице изображение. Объектив состоит из нескольких линз – из трех и более. Одна линза не может создать совершенное изображение – по краям оно будет искажаться (это называется аберрациями). Грубо говоря, пучок света должен идти прямо на сенсор, не рассеиваясь по пути. В какой-то мере этому способствует диафрагма – круглая пластинка с дыркой посередине, состоящая из нескольких лепестков. Но сильно закрывать диафрагму нельзя – из-за этого уменьшается количество света, попадающее на сенсор (что и используется при определении нужной экспозиции). Если же собрать последовательно несколько линз с различными характеристиками, искажения, даваемые ими вместе, будут гораздо меньше, чем аберрации каждой из них по отдельности. Чем больше линз – тем меньше аберрации и тем меньше света попадает на сенсор. Ведь стекло, каким бы прозрачным оно нам ни казалось, не пропускает весь свет – какая-то часть рассеивается, что-то отражается. Чтобы линзы пропускали как можно больше света, на них наносят специальное просветляющее напыление. Если посмотреть на объектив камеры, будет видно, что поверхность линзы переливается радугой – это и есть просветляющее напыление.

Линзы располагаются внутри объектива примерно таким образом

Одна из характеристик объектива – светосила, значение максимально открытой диафрагмы. Она указывается на объективе, например, так: 28/2, где 28 – фокусное расстояние, а 2 – светосила. Для зум-объектива маркировка выглядит так: 14-45/3,5-5,8. Два значения светосилы указываются для зумов, поскольку в широкоугольном и в телеположении у них разные минимальные значения диафрагмы. То есть на разных фокусных расстояниях светосила будет разной.

Фокусное расстояние, которое указывают на всех объективах – это расстояние от передней линзы до светоприемника (в данном случае, матрицы). От фокусного расстояния зависит угол обзора объектива и его, так сказать, дальнобойность, то есть как далеко он «видит». Широкоугольные объективы отдаляют изображение относительно нашего обычного видения, а телеобъективы – приближают, и у них маленький угол обзора.

Угол обзора объектива зависит не только от его фокусного расстояния, но и от диагонали светоприемника. Для 35 мм пленочных камер нормальным (то есть примерно соответствующим углу обзора человеческого глаза) считается объектив с фокусным расстоянием 50 мм. Объективы с меньшим фокусным расстоянием – «широкоугольники», с большим – «телевики».

Левая часть нижней надписи на объективе – фокусное расстояние зума, правая часть - светосила

Здесь и кроется проблема, из-за которой рядом с фокусным расстоянием объектива цифровика часто указывают его эквивалент для 35 мм. Диагональ матрицы меньше диагонали 35 мм кадра, и поэтому приходится «переводить» цифры в более привычный эквивалент. Из-за этого же увеличения фокусного расстояния в зеркальных камерах с «пленочными» объективами становится почти невозможна широкоугольная съемка. Объектив с фокусным расстоянием 18 мм для пленочной камеры – суперширокоугольный, но для цифрового фотоаппарата его эквивалентное фокусное расстояние будет около 30 мм, а то и больше. Что касается телеобъективов, то увеличение их «дальнобойности» только на руку фотографам, ведь обычный объектив с фокусным расстоянием, скажем, 400 мм, стоит довольно дорого.

Видоискатель

В пленочных камерах компоновать кадр можно только пользуясь видоискателем. Цифровые же позволяют вовсе забыть о нем, поскольку в большинстве моделей для этого удобнее использовать дисплей. В некоторых очень компактных камерах видоискателя вовсе нет – просто из-за того, что нет для него места.

Самое важное в видоискателе – что через него можно увидеть. Например, зеркальные камеры так называются как раз из-за особенностей конструкции видоискателя. Изображение через объектив посредством системы зеркал передается в видоискатель, и таким образом фотограф видит реальную площадь кадра. Во время съемки, когда открывается затвор, загораживающее его зеркало поднимается и пропускает свет на чувствительный сенсор. Такие конструкции, конечно, отлично справляются со своими задачами, но занимают довольно много места и потому совершенно неприменимы в компактных камерах.

Вот так изображение через систему зеркал попадает в видоискатель зеркальной камеры

В компактных камерах применяют оптические видоискатели реального видения. Это, грубо говоря, сквозное отверстие в корпусе камеры. Такой видоискатель не занимает много места, но обзор его не соответствует тому, что «видит» объектив.

Еще есть псевдозеркальные камеры с электронными видоискателями. В таких видоискателях установлен маленьких дисплей, изображение на который передается непосредственно с матрицы – точно так же, как и на внешний дисплей.

Вспышка

Вспышка, импульсный источник света, используется, как известно, для подсветки там, где основного освещения недостаточно. Встроенные вспышки обычно не очень мощные, но их импульса хватает, чтобы осветить передний план. На полупрофессиональных и профессиональных камерах есть еще контакт для подключения гораздо более мощной внешней вспышки, он называется «горячий башмак».

Это, в общем, основные элементы и принципы работы цифровой камеры. Согласитесь, когда знаешь, как устройство работает, легче добиться качественного результата.

Фотоаппарат был изобретен 1861 году для получения и хранения неподвижных изображений. Первоначально в приборе они фиксировались на специальных пластинах, а позднее на пленке. С 70-х годов 20-го века начинается интенсивное развитие цифровой техники. Классические (пленочные) фотографические аппараты постепенно начинают отходить на второй план. На сегодняшний день их практически вытеснили цифровые фотокамеры. Эти современные приборы позволяют получать высококачественные снимки. Наибольшее распространение получили зеркальные, беззеркальные и компактные модели. Для занимающихся созданием фотографий рекомендуется использовать первые два типа изделий. При этом для такого рода деятельности необходимо знание устройства фотоаппарата и принципа его действия.

Принцип работы цифровых и пленочных фотографических аппаратов, в общем, идентичен. Сильно упрощенную его схему можно представить следующим образом:

• после нажатия кнопки открывается затвор и отраженный от объекта свет поступает через объектив внутрь фотографического аппарата;
• в результате происходит формирование картинки на светочувствительном элементе (матрице или пленке) – фотографирование;
• затвор закрывается, после чего аппарат готов далее делать снимки.

Весь описанный процесс фотографирования проходит за доли секунды. У разных моделей фототехники из-за их конструктивных особенностей детальное его протекание различается.

В отличие от пленочных фотоаппаратов в цифровых вместо фотохимического сохранения изображений применяется фотоэлектрический способ . Его суть заключается в том, что световой поток преобразуется в электрический сигнал, который после записывается на носитель информации (цифровое запоминающее устройство).

Запечатленное изображение сразу доступно для просмотра на жидкокристаллическом дисплее, что очень удобно для оценки полученного результата. Его можно сохранить на компьютере или ноутбуке для дальнейшего просмотра, хранения, редактирования, передачи (например, по сети Интернет) либо печати на фотобумаге с использованием принтера.

Основные элементы цифрового фотоаппарата

Зеркальный цифровой фотоаппарат относится к наиболее совершенной по конструкции и функциональным возможностям обширной группе фототехники. На его примере удобно рассматривать устройство фотографических аппаратов в целом. Связано это с тем, что можно ознакомиться с конструктивными элементами, которые встречаются и у других видов данной техники.

Основными частями зеркального цифрового фотографического аппарата являются:

• объектив;
• матрица;
• диафрагма;
• затвор;
• пентапризма;
• видоискатель;
• поворотное и вспомогательное зеркала;
• светонепроницаемый корпус.

Детальная схема строения фотоаппарата представлена ниже. Из нее видно, что рассмотренные основные части являются непосредственно задействованными в процессе получения изображения.

Без наличия дополнительных деталей, например, фотовспышки, карты памяти, аккумуляторных батарей, жидкокристаллического дисплея, различных датчиков также невозможна работа фотокамеры и получение качественных фотографий. Но эти конструктивные элементы напрямую не связаны с принципом функционирования фототехники.

Объектив фотокамеры

Объектив представляет собой оптическую систему, которая состоит из расположенных внутри оправы линз. Они бывают стеклянными или пластиковыми (в дешевых моделях техники). Световой поток, проходящий сквозь линзы, преломляется и формирует изображение на матрице. Хорошие объективы позволяют получать резкие, четкие фотоснимки без искажений.

Новые модели объективов могут быть оснащены электронными схемами , управляющими, например, оптическим стабилизатором, диафрагмой. Но на старых фотокамерах электроника может не функционировать.

Главными характеристиками объективов являются:

1. Светосила – параметр, показывающий соотношение между яркостью объекта, который отображается, и освещенностью изображения, получаемого в фокальной плоскости (на матрице) с помощью оптической системы.
2. Фокусное расстояние – это расстояние в миллиметрах от оптического центра объектива до метки фокальной плоскости (фокуса), в которой расположена матрица. От него зависит угол обзора (поле зрения) оптики и размеры получаемого изображения.
3. Зум – способность оптической системы приближать удаленные объекты (увеличивать их изображение). Он определяется отношением фокусных расстояний (максимального к минимальному).
4. Разновидность байонета.

На маркировке объективов обычно первое число (или пара чисел) указывает фокусное расстояние, а второе (либо пара) – светосилу. Классификация объективов по фокусному расстоянию и углу обзора показана на нижеследующей фотографии. Более универсальным считается стандартный тип оптики.

Важно! Световая эффективность объективов зависит от светосилы. Чем она больше, тем фототехника лучше и, соответственно, стоит дороже. Оптическая система, обладающая большей светосилой, позволяет делать снимки на более коротких выдержках, чем с меньшим данным показателем.

Крепление оптики

Объективы крепятся к корпусу фотоаппарата с помощью байонета. Он представляет собой специальное высокоточное соединение (часто стандартного типа). Конструктивно этот крепежный узел может быть выполнен в виде накидной гайки, оснащенной прорезями, либо выступов на оправе с соответствующими им на корпусе пазами. Существуют модели изделий, где байонетное соединение представлено крупной резьбой, имеющей короткий ход.

К основным характеристикам байонета относятся:

• диаметр, который влияет на светосилу объектива;
• рабочий отрезок (схематически представлен на фото ниже), определяющий диапазон рабочих фокусных расстояний.

Важно! Рабочие отрезки фотокамеры и объектива должны совпадать. От этого напрямую зависит возможность установки оптики разных систем через переходник на фотографический аппарат.

Диафрагма и ее функции

Диафрагма – это механизм, предназначенный для регулирования светового потока, попадающего на матрицу цифрового фотоаппарата . Она находится между линзами внутри объектива.

Конструктивно деталь состоит из набора накладывающихся один на одного лепестков (обычное их количество составляет от 2 до 20 штук), которые бывают разной формы. Величина их взаимного сдвига относительно базового положения определяет размер образующегося круглого (при полном открытии) или многоугольного (при частичном) отверстия. Благодаря тому, что механизм открывается и закрывается, изменяется количество поступающего света. Дорогая и качественная оптика оснащается многолепестковыми диафрагмами .

От диаметра отверстия диафрагмы зависит ГРИП (глубина резкости изображаемого пространства): чем размер круга меньше, тем больше ГРИП. Такая взаимосвязь позволяет фотографам при съемке создавать различные эффекты, например, отделять от фона какой-либо объект.

Кроме рассмотренных показателей, размер отверстия диафрагмы оказывает влияние на такие параметры получаемого изображения:

• аберрацию (погрешность либо ошибку в передаче картинки), значение которой наименьшее, когда максимально закрыта диафрагма;
• дифракцию (огибание световыми волнами препятствий), выражающуюся в снижении способности оптики воспроизводить изображение объектов, которые расположены вблизи (показатель называется разрешением объектива), при уменьшении размера пропускающего свет отверстия;
• виньетирование (уменьшение освещенности, происходящее от центра снимка к его краям), наиболее ярко проявляющееся при максимально открытой диафрагме.

Диафрагму принято обозначать буквой «f». Число, расположенное с ней рядом, указывает диаметр отверстия. При этом, чем число меньше, тем больше размер отверстия, обозначаемый им. Диаметр 2,8 на данное время является максимальным на большинстве объективов. Дифракция с аберрацией уравновешены в диафрагмах от f/8 до f/11. При этом объектив имеет максимальное разрешение.

У зеркальных фотокамер современного производства объективы оснащены ирисовыми диафрагмами прыгающего типа. Они закрываются до установленного значения лишь в непосредственный момент съемки. Чтобы иметь возможность оценивать глубину резкости изображения при определенном диаметре отверстия, многие зеркалки оснащают репетиром . Он представляет собой механизм принудительного закрытия диафрагмы до рабочего значения.

Работа зеркал

Свет, прошедший через отверстие диафрагмы, попадает на зеркало. Там поток делится на 2 части. Одна из них поступает на фазовые датчики (отражаясь от вспомогательного зеркала), которые предназначены для определения того, находится или нет изображение в фокусе. Затем система фокусировки выдает команду линзам на перемещение. При этом они становятся так, чтобы снимаемый объект оказался в фокусе. Такая самонастройка называется фазовым автофокусом . Он является одним из основных преимуществ зеркалок перед беззеркальными цифровыми фотокамерами. Чтобы увидеть зеркало внутри корпуса, нужно просто снять оптику.

Второй поток попадает на фокусировочный экран (матовое стекло). Благодаря этому фотограф может сразу оценить глубину резкости будущего снимка и точность фокусировки. Выпуклая линза, расположенная над экраном фокусировки, увеличивает размер получаемой картинки. Зеркало убирается после нажатия спуска, позволяя свету без препятствий поступать на матрицу.

Целая категория фототехники представлена моделями с неподвижным полупрозрачным зеркалом. Его использование позволяет пользоваться автофокусом не только при фотосъемке, но также во время проведения видеосъемки в режиме «Live View». Также возможно непрерывное визирование.

Функции и разновидности затворов

После нажатия спуска также срабатывает затвор, который установлен между зеркалом и матрицей. Назначением его является регулирование доступа на матрицу света. Время, в течение которого затвор открыт, называется выдержкой. За этот временной отрезок происходит процесс экспонирования.

Затворы на зеркалках бывают двух типов:

• механическим (наиболее распространены);
• электронными (цифровыми).

Конструктивно механические затворы представляет собой вертикально или горизонтально расположенные 1 либо 2 непрозрачные для светового потока шторки. Основными характеристиками таких затворов являются скорость и лаг. Под последним понимают быстроту открытия шторок после того, как нажат спуск.

Открытие и закрытие шторок происходит очень быстро (за доли секунды) за счет электромагнитов или пружинок. Скорость затвора – это промежуток времени, который требуется, чтобы получить снимок после нажатия спуска. Механические затворы имеют предел срабатывания. Выдержки примерно с 1/8000 секунды получают, используя уже цифровые затворы.

Электронный затвор – это не какое-либо отдельное устройство, а принцип регулирования экспозиции (количества поступающего света) матрицей. Выдержка в данном случае представляет собой временной промежуток между ее обнулением и моментом считывания информации с нее. Использование электронных затворов характеризуется возможностью достижения более коротких выдержек без применения механических дорогостоящих аналогов.

Более совершенными считаются модели фотографических аппаратов с комбинацией электронного и механического типов затворов. При этом первый используется при коротких выдержках, а второй – при длительных. Также механический затвор защищает матрицу от попадания на нее пыли.

Количество поступающего внутрь камеры света, регулируемое диафрагмой, и выдержка, устанавливаемая затвором, лежат в основе процесса фотографирования. Благодаря сочетанию этих показателей в различных вариантах фотографами достигаются разные эффекты.

Пентапризма и видоискатель

Световой поток, пройдя через фокусировочный экран, попадает в пентапризму. Она состоит из двух зеркал . Первоначально от поворотного зеркала изображение поступает в перевернутом виде. Зеркала пентапризмы переворачивают его, выдавая на видоискатель итоговую картинку в нормальном виде.

Видоискатель является устройством, позволяющим фотографу предварительно оценивать кадры. Основными его характеристиками являются:

• светлость (зависит от качества и светопропускных свойств стекол, из которых сделан);
• размер (площадь);
• покрытие (в современных моделях достигает 96-100%).

Важно! Оценивать кадры фотографу легче на больших по размеру видоискателях с более светлыми стеклами. Но они устанавливаются только на моделях выше среднего уровня.

Схема движения светового потока в видоискателе фотоаппарата

Зеркальные фотокамеры могут быть оснащены видоискателями следующих видов:

• оптическими;
• электронными;
• зеркальными.

Оптические видоискатели наиболее распространены. Такие устройства представляют собой расположенную возле объектива систему линз. Их преимуществом является отсутствие потребления энергии, а недостатком – некоторое искажение изображения, попадающего в кадр.

Электронные устройства – это миниатюрный жидкокристаллический (ЖК) экран. Изображение на него передается с матрицы камеры. Электронным видоискателем можно пользоваться даже при сильном солнечном свете, потому что он расположен внутри корпуса. Но во время работы он потребляет электроэнергию

Зеркальные видоискатели считаются лучшими, потому что способны обеспечить наиболее высокую контрастность, качество контуров объектов. Такие устройства перешли к цифровым фотографическим аппаратам от пленочных аналогов. Видимое фотографом изображение формируется поворотным зеркалом.

Существуют модели без видоискателей. В них визирование изображений фотографом происходит с помощью ЖК-монитора. Недостатком таких экранов является то, что практически невозможно рассмотреть на них что-либо при ярком солнечном свете. Также у мониторов может быть небольшое разрешение.

Матрица зеркальной цифровой фотокамеры

Матрица зеркалок – это аналоговая либо цифро-аналоговая микросхема с фотосенсорами. Последние представляют собой светочувствительные элементы , которые преобразуют энергию света в электрический заряд (пропорционален по величине яркости освещения). Таким способом матрицы переводят оптическое изображение в аналоговый сигнал либо в цифровые данные. Которые затем поступают по цепочке преобразователь-процессор-карта памяти.

Важно! За получение картинок в цвете отвечает светофильтр. Он установлен перед микросхемой.

Основными характеристиками матриц являются:

• разрешение;
• размер;
• светочувствительность (ISO);
• соотношение между сигналом и шумом (скоплением хаотично расположенных точек разных цветов, появление которых связано с недостатком освещенности объектов).

Под разрешением понимают количество светочувствительных элементов в детали, измеряемое в современных приборах мегапикселями (соответствует миллиону фотосенсоров). Чем больше их число, тем лучше будут переданы на фото мелкие детали.

От размера матрицы , измеряемого по диагонали, зависит количество фотонов, которое она может уловить, а также присутствие шумов на получаемом изображении. Чем этот параметр больше, тем лучше (шумов меньше). Диагональ детали в востребованных моделях фототехники составляет 1/1,8 -1/3,2 дюйма.

Светочувствительность матриц находится в пределах 50-3200. Большие значения чувствительности позволяют проводить съемку при плохой освещенности, например, в сумерках либо в ночное время. Но при этом возрастает уровень шума. Оптимальным уровнем ISO считается его значения от 50 до 400. Увеличение чувствительности сопровождается возрастанием шумов.

В зеркальной фототехнике распространение получили две разновидности матриц:

• полнокадровые (совпадают размером с кадром пленки 35 мм);
• усеченные (с уменьшенной диагональю).

Матрицы отличаются друг от друга форматами, которые бывают следующими:

• Full Frame – полнокадровые (35×24 мм);
• APS-H – матрицы профессиональных фотоаппаратов (29×19-24×16 мм);
• APS-C – применяются в моделях изделий потребительского класса (23×15-18×12 мм).

Полнокадровые матрицы больше размерами, чем усеченные. Ими оснащают профессиональные модели фотокамер.

Системы стабилизации изображения

Из-за перемещения фотокамеры при фотосъемке или из-за дрожания рук получаются смазанные кадры. С данным явлением борется стабилизатор изображения (имеется не во всех моделях). Он бывает трех видов:

• оптическим;
• с подвижной матрицей;
• электронным (цифровым).

Первый представляет собой вмонтированный в объектив блок линз, который управляется специальными сенсорами. Системы с подвижной матрицей (например, «Anti-shake») предполагают ее фиксацию на двигающейся платформе. Они считаются менее эффективными, чем оптическая стабилизация.

Электронный vr (подавитель вибраций) предполагает преобразование лишь картинки процессором. Цифровой стабилизатор функционирует с любыми объективами.

Краткая характеристика остальных деталей фототехники

Наличие фотовспышки позволяет подсвечивать объекты, расположенные на переднем плане вблизи от фотографа. Обычно встроенные первоначально такие устройства отличаются небольшой мощностью. По этой причине полупрофессиональные и профессиональные фотографические аппараты оснащают разъемом, позволяющим подключать дополнительные фотовспышки.

Функции фотоаппарата расширяет применение вспышек, способных подавлять эффект красных глаз. Также удобным является наличие нескольких основных их рабочих режимов:

• автоматического;
• принудительного;
• медленной синхронизации;
• без вспышки.

Чтобы делать автопортреты либо устранить колебания фотоаппарата, используют автоспуск . Это устройство создает задержку времени между нажатием на спуск затвора и его действительным срабатыванием.

На заметку! Во время длительной фотосъемки ряд моделей зеркалок рекомендуется вместо аккумуляторных батарей питать с помощью адаптера, подключаемого через dc in разъем. Это возможно только при наличии доступа к сети напряжением 220 V.

Процессор фотоаппарата выполняет такие функции:

• управляет вспышкой, интерфейсом камеры, автофокусировкой;
• рассчитывает экспозицию;
• обрабатывает данные с матрицы;
• регулирует резкость, светочувствительность, контраст, баланс белого, шум и ряд других параметров картинки;
• сохраняет изображение на карте памяти, сжимая файлы;
• обеспечивает связь с внешними устройствами (например, компьютером).

При обработке цифровых данных процессором они хранятся в оперативной памяти. Для постоянного сохранения информации служат съемные носители в виде карт памяти разных форматов (например, SecureDigital – SD).

Благодаря наличию кнопок управления можно вручную управлять разными настройками, например: регулировать выдержку с диафрагмой, устанавливать светочувствительность матрицы, баланс белого. Это позволяет контролировать весь процесс фотосъемки, создавать требуемые эффекты.

Заключение

Зеркальные фотокамеры позволяют получать высококачественные снимки из-за наличия больших по размеру матриц. Поэтому их используют в своей деятельности профессиональные фотографы и любители, серьезно занимающиеся фотографией. Важнейшим фактором популярности зеркальной фототехники также является сменная оптика, которая делает возможным проводить фотосъемку через телескоп, эндоскоп либо микроскоп.

Если кто не читал статью, настоятельно рекомендую ознакомиться, потому что тема сегодняшней статьи будет перекликаться с предыдущей. Для всех остальных еще раз повторю резюме. Существует три типа фотоаппаратов: компактные, беззеркальные и зеркальные. Компактные – самые простые, а зеркальные – самые продвинутые. Практический вывод статьи заключался в том, что для более-менее серьезного занятия фотографией следует остановить свой выбор на беззеркалках и зеркалках.

Сегодня мы поговорим об устройстве фотоаппарата. Как и в любом деле, нужно понимать принцип работы своего инструмента для уверенного управления. Не обязательно досконально знать устройство, но основные узлы и принцип действия понимать надо. Это позволит взглянуть на фотоаппарат с другой стороны – не как на черный ящик со входным сигналом в виде света и выходом в виде готового изображения, а как на устройство, в котором вы разбираетесь и понимаете, куда дальше проходит свет и как получается итоговый результат. Компактные камеры затрагивать не будем, а поговорим о зеркальных и беззеркальных аппаратах.

Устройство зеркального фотоаппарата

Глобально фотоаппарат состоит из двух частей: фотоаппарата (его еще называют body — тушка) и объектива. Тушка выглядит следующим образом:

Тушка — вид спереди

Тушка – вид сверху

А вот так выглядит фотоаппарат в комплекте с объективом:

Теперь посмотрим на схематическое изображение фотоаппарата. Схема будет отображать структуру фотоаппарата “в разрезе” с такого же ракурса, как на последнем изображении. На схеме цифрами обозначены основные узлы, которые мы и будем рассматривать.

После настройки всех параметров, кадрирования и фокусировки фотограф нажимает кнопку спуска. При этом зеркало поднимается и поток света попадает на главный элемент фотоаппарата – матрицу.

Как видите, поднимается зеркало и открывается затвор 1. Затвор в зеркалках механический и определяет время, в течении которого свет будет поступать на матрицу 2. Это время называется выдержкой. Также его называют временем экспонирования матрицы. Основные характеристики затвора: лаг затвора и его скорость. Лаг затвора определяет, как быстро откроются шторки затвора после нажатия кнопки спуска – чем меньше лаг, тем больше вероятность, что вон та проносящаяся мимо вас машина, которую вы пытаетесь снять, получится в фокусе, не смазана и скадрирована так, как вы это сделали при помощи видоискателя. У зеркалок и беззеркалок лаг затвора небольшой и измеряется в мс (миллисекундах). Скорость затвора определяет минимальное время, в течении которого будет открыт затвор – т.е. минимальную выдержку. На бюджетных камерах и камерах среднего уровня минимальная выдержка – 1/4000 с, на дорогих (в основном полнокадровых) – 1/8000 с. Когда зеркало поднято, свет не поступает ни на систему фокусировки, ни на пентапризму через фокусировочный экран, а попадает прямо на матрицу через открытый затвор. Когда вы делаете кадр зеркальным фотоаппаратом и при этом все время смотрите в видоискатель, то после нажатия на спуск вы на время увидите черное пятно, а не изображение. Это время определяется выдержкой. Если установить выдержку 5 с, к примеру, то после нажатия на кнопку спуска вы будете наблюдать черное пятно в течении 5 секунд. После окончания экспонирования матрицы зеркало возвращается в исходное положение и свет опять поступает в видоискатель. ЭТО ВАЖНО! Как видите, существуют два основных элемента, регулирующих поток света, попадающий на сенсор. Это диафрагма 2 (см. предыдущую схему), которая определяет количество пропускаемого света и затвор, который регулирует выдержку – время, за которое свет попадает на матрицу. Эти понятия лежат в основе фотографии. Их вариациями достигаются различные эффекты и важно понять их физический смысл.

Матрица фотоаппарата 2 представляет собой микросхему со светочувствительными элементами (фотодиодами), которые реагируют на свет. Перед матрицей стоит светофильтр, который отвечает за получение цветной картинки. Двумя важными характеристиками матрицы можно считать ее размер и соотношение сигнал/шум. Чем выше и то, и другое, тем лучше. Подробнее о фотоматрицах мы поговорим в отдельной статье, т.к. это очень обширная тема.

С матрицы изображение поступает на АЦП (аналого-цифровой преобразователь), оттуда в процессор, обрабатывается (или не обрабатывается, если ведется съемка в RAW) и сохраняется на карту памяти.

Еще к важным деталям зеркалок можно отнести репетир диафрагмы. Дело в том, что фокусировка производится при полностью открытой диафрагме (насколько это возможно, определяется конструкцией объектива). Выставляя в настройках закрытую диафрагму, фотограф не видит изменений в видоискателе. В частности, ГРИП остается постоянной. Чтобы увидеть, каким будет выходной кадр, можно нажать на кнопку, диафрагма прикроется до установленного значения и вы увидите изменения до нажатия на кнопку спуска. Репетир диафрагмы устанавливается на большинстве зеркалок, но мало кто им пользуется: новички часто о нем не знают или не понимают назначения, а опытные фотографы примерно знают, какой будет ГРИП в тех или иных условиях и им легче сделать пробный кадр и в случае необходимости поменять настройки.

Устройство беззеркального фотоаппарата

Давайте сразу посмотрим на схему и будем обсуждать предметно.

Беззеркалки не в пример проще зеркалок и по сути являются их упрощенным вариантом. В них нет зеркала и сложной системы фазовой фокусировки, а также установлен видоискатель другого типа.

Световой поток попадает через объектив на матрицу 1. Естественно, свет проходит через диафрагму в объективе. Она не обозначена на схеме, но, думаю, по аналогии с зеркалками вы догадались, где она расположена, ведь объективы зеркалок и беззеркалок по конструкции практически не отличаются (разве что размерами, байонетом и количеством линз). Более того, большинство объективов от зеркалок через переходники можно установить на беззеркалки. В беззеркалках нет затвора (точнее, он электронный), поэтому выдержка регулируется временем, в течении которого матрица включена (принимает фотоны). Что касается размера матрицы, то он соответствует формату Micro 4/3 или APS-C. Второй используется чаще и полностью соответствует матрицам, встраиваемым в зеркалки от бюджетного до продвинутого любительского сегмента. Сейчас стали появляться полнокадровые беззеркалки. Думаю, в будущем количество FF (Full Frame — полнокадровых) беззеркалок будет увеличиваться.

На схеме цифрой 2 обозначен процессор, на который поступает информация, полученная матрицей.

Под цифрой 3 изображен экран, на который выводится изображение в режиме реального времени (режим Live View). В отличии от зеркалок в беззеркалках это не сложно сделать, потому что световой поток не преграждается зеркалом, а беспрепятственно поступает на матрицу.

В общем все выглядит просто замечательно – убраны сложные конструктивные механические элементы (зеркало, датчики фокусировки, фокусировочный экран, пентапризма, затвор). Это значительно облегчило и удешевило производство, уменьшило в размере и весе аппараты, но также создало массу других проблем. Надеюсь, вы помните их из раздела о беззеркалках в статье о . Если нет, то сейчас мы их обсудим, попутно разбирая, какими техническими особенностями обусловлены эти недостатки.

Первая главная проблема – видоискатель. Так как свет попадает прямо на матрицу и никуда не отражается, то мы не можем видеть изображение напрямую. Мы видим лишь то, что попадает на матрицу, потом непонятным образом преобразуется в процессоре и выводится на непонятно какой экран. Т.е. в системе существует множество погрешностей. Мало того, у каждого элемента имеются свои задержки и изображение мы видим не сразу, что неприятно при съемке динамических сцен (из-за постоянно улучшающихся характеристик процессоров, экранов видоискателей и матриц это не так критично, но все равно имеет место быть). Изображение выводится на электронный видоискатель, у которого высокое разрешение, но которое все равно не сравнится с разрешением глаза. Электронные видоискатели имеют свойство слепнуть при ярком свете из-за ограниченной яркости и контрастности. Но более чем вероятно, что в будущем эту проблему преодолеют и чистое изображение, пропущенное через ряд зеркал канет лету также, как и “правильная пленочная фотография”.

Вторая проблема возникла из-за отсутствия фазовых датчиков автофокуса. Вместо них используется контрастный метод, который по контуру определяет, что должно быть в фокусе, а что – нет. При этом линзы объектива перемещаются на определенное расстояние, определяется контрастность сцены, линзы перемещаются опять и снова определяется контрастность. И так до тех пор, пока не будет достигнута максимальная контрастность и камера не сфокусируется. Это занимает слишком много времени и такая система менее точна, чем фазовая. Но в то же время контрастный автофокус представляет собой программную функцию и не занимает дополнительного места. Сейчас в матрицы беззеркалок уже научились встраивать фазовые датчики, получив гибридный автофокус. По скорости он сопоставим с системой автофокусировки у зеркалок, но пока что устанавливается только в избранных дорогих моделях. Думаю, в будущем эта проблема также будет решена.

Третья проблема представляет собой низкую автономность из-за напичканности электроникой, которая постоянно работает. Если фотограф работает с камерой, то все это время свет поступает на матрицу, постоянно обрабатывается процессором и выводится на экран или электронный видоискатель с высокой скоростью обновления – фотограф ведь должен видеть происходящее в реальном времени, а не в записи. Кстати, последний (я про видоискатель) тоже потребляет энергию, и не мало, т.к. его разрешение высоко и яркость с контрастностью должны быть на уровне. Отмечу, что при увеличении плотности пикселей, т.е. при уменьшении их размера при одном и том же энергопотреблении неизбежно снижается яркость и контрастность. Поэтому на питание качественных экранов с высоким разрешением расходуется много энергии. В сравнении с зеркалками количество кадров, которое можно сделать от одного заряда батареи, в несколько раз меньше. Пока что эта проблема критична, потому что значительно уменьшить энергопотребление не получится, а рассчитывать на прорыв в элементах питания не приходится. По крайней мере такая проблема долгое время существует на рынке ноутбуков, планшетов и смартфонов и ее решение успехом не увенчалось.

Четвертая проблема представляет собой как преимущество, так и недостаток. Речь идет об эргономике камеры. Вследствие избавления от “ненужных элементов” зеркалочного происхождения уменьшились размеры. Но беззеркалки пытаются позиционировать как замену зеркалкам и размеры матриц это подтверждают. Соответственно, используются объективы не самого маленького размера. Небольшая беззеркалка, похожая на цифрокомпакт, просто исчезает из поля зрения при использовании телевика (объектива с большим фокусным расстоянием, сильно приближающим объекты). Также многие элементы управления спрятаны в меню. В зеркалках они вынесены на корпус в виде кнопок. Да и просто приятнее работать с аппаратом, который нормально ложится в руку, не норовит выскользнуть и в котором можно наощупь, не задумываясь оперативно менять настройки. Но размер камеры – это палка о двух концах. С одной стороны большой размер обладает выше описанными преимуществами, а с другой — малая камера помещается в любой карман, ее можно чаще брать с собой и люди обращают на нее меньше внимания.

Что касается пятой проблемы, то она связана с оптикой. Пока что существует множество байонетов (типов креплений объективов к камерам). Под них сделано на порядок меньше объективов, чем под байонеты основных систем зеркалок. Проблема решается установкой переходников, с помощью которых на беззеркалках можно использовать абсолютное большинство зеркалочных объективов. Простите за каламбур)

Устройство компактного фотоаппарата

Что касается компактов, то у них масса ограничений, основным из которых является малый размер матрицы. Это не позволяет получить картинку с низким шумом, высоким динамическим диапазоном, качественно размыть фон и накладывает еще массу ограничений. Далее идет система автофокусировки. Если в зеркалках и беззеркалках используется фазовый и контрастный виды автофокуса, которые относятся к пассивному типу фокусировки, так как ничего не излучают, то в компактах используется активный автофокус. Камерой излучается импульс инфракрасного света, который отражается от объекта и попадает обратно в камеру. По времени прохождения этого импульса определяется расстояние до объекта. Такая система работает очень медленно и не работает на значительных расстояниях.

В компактах используется несменная низкокачественная оптика. Для них недоступен широкий набор аксессуаров, как для старших собратьев. Визирование происходит в режиме Live View по дисплею или через видоискатель. Последний представляет собой обычное стекло не очень хорошего качества, не связан с оптической системой фотоаппарата, из-за чего возникает неправильное кадрирование. Особенно сильно это проявляется при съемке близлежащих объектов. Продолжительность работы компактов от одного заряда невелика, корпус маленький и его эргономичность еще намного хуже, чем у беззеркалок. Количество доступных настроек ограничено и они спрятаны в глубине меню.

Если говорить об устройстве компактов, то оно простое и представляет собой упрощенную беззеркалку. Здесь меньше и хуже матрица, другой тип автофокуса, нет нормального видоискателя, отсутствует возможность замены объективов, невысокая продолжительность работы от аккумулятора и непродуманная эргономика.

Вывод

Вкратце мы рассмотрели устройство фотоаппаратов различных типов. Думаю, теперь вы имеете общее представление о внутреннем строении камер. Эта тема очень обширна, но для понимания и управления процессами, происходящими при съемке теми или иными фотоаппаратами при различных настройках и с разной оптикой вышеизложенной информации, думаю, будет достаточно. В дальнейшем мы все-таки поговорим об отдельных важнейших элементах: матрице, системах автофокусировки и объективах. А пока давайте на этом остановимся.