Як працює фотоапарат можна вивчити ще в школі. Але знати конструктивні особливості цікаво кожному власнику фотокамери. Основний принцип роботи цифрового фотоапарата можна висловити в декількох словах: світло перетворюється в електрику. Все тут служить для залучення світла, від кнопки пуск до лінз.
- Як влаштований фотоапарат
- Основні елементи цифрового фотоапарата
- Об'єктив фотокамери
- Кріплення оптики
- Діафрагма та її функції
- Робота дзеркал
- Функції та різновиди затворів
- Теорія обробки світла
- Матриця дзеркальної цифрової фотокамери
- Системи стабілізації зображення
- Коротка характеристика інших деталей фототехніки
Що ж революційного з точки зору світла в цифровому фотоапараті. Він перетворює світло на електричні заряди, які стають чином, зображеним на екрані. Як же це працює? Завдання кожної деталі фотоапарата зловити відмінне зображення. Але головне це світло.
Як влаштований фотоапарат
Для полегшення знайомства з пристроєм камери, підемо тим же шляхом, який проходить світло. Тобто наша подорож почнеться з об'єктива - системи лінз, серед яких знаходиться діафрагма. Лінзи потрібні для того, щоб направити потік променів у потрібному напрямку. А діафрагма - щоб регулювати кількість світла, яке пройде крізь об'єктив.
Далі починаються варіанти:
- У дзеркальної камери після об'єктива знаходиться дзеркало, яке перенаправляє більшу частину променів на спеціальну призму, що переломлює їх і направляє на систему лінз оптичного видошукача. Тобто користувач бачить саме те, що потрапило в об'єктив фотоапарата. На розташоване за дзеркалом затвор світло не потрапляє.
- У беззеркальній камері промені зупиняються на затворі. І тут знову є варіанти. Затвор може знаходитися в положенні візування, тоді на цифровий видошукач потрапляє зображення з матриці. А може бути просто закритий, якщо мова йде про окремого видошукача, чия вісь паралельна осі об'єктива, але не збігається з нею.
За затвором знаходиться матриця або плівка. У першому випадку камера буде доповнена цифровим блоком обробки і зберігання даних, з якого інформація передається на карту пам'яті. А в другому - механізмом перемотки плівки. На цьому з базовими елементами все.
Основні елементи цифрового фотоапарата
Дзеркальний цифровий фотоапарат належить до найбільш досконалої за конструкцією та функціональними можливостями великої групи фототехніки. На його прикладі зручно розглядати пристрій фотографічних апаратів в цілому. Пов'язано це з тим, що можна ознайомитися з конструктивними елементами, які зустрічаються і в інших видів цієї техніки.
Основними частинами дзеркального цифрового фотографічного апарату є:
- об'єктив;
- матриця;
- діафрагма;
- затвор;
- пентапризму;
- відошукач;
- поворотне і допоміжне дзеркала;
- світлонепроникний корпус.
Детальна схема будови фотоапарата представлена нижче. З неї видно, що розглянуті основні частини є безпосередньо задіяними в процесі отримання зображення.
Без наявності додаткових деталей, наприклад, фотовспишки, карти пам'яті, акумуляторних батарей, рідкокристалічного дисплея, різних датчиків також неможлива робота фотокамери і отримання якісних фотографій. Але ці конструктивні елементи безпосередньо не пов'язані з принципом функціонування фототехніки.
Об'єктив фотокамери
Об'єктив являє собою оптичну систему, яка складається з розташованих всередині оправи лінз. Вони бувають скляними або пластиковими (в дешевих моделях техніки). Світловий потік, що проходить крізь лінзи, ламається і формує зображення на матриці. Хороші об'єктиви дозволяють отримувати різкі, чіткі фотознімки без спотворень.
Нові моделі об'єктивів можуть бути оснащені електронними схемами, що керують, наприклад, оптичним стабілізатором, діафрагмою. Але на старих фотокамерах електроніка може не функціонувати.
Головними характеристиками об'єктивів є:
- Світлосила - це параметр, що показує співвідношення між яскравістю об'єкта, який відображається, і освітленням зображення, що отримується у фокальній площині (на матриці) за допомогою оптичної системи.
- Фокусна відстань - це відстань в міліметрах від оптичного центру об'єктива до мітки фокальної площини (фокуса), в якій розташована матриця. Від нього залежить кут огляду (поле зору) оптики та розміри отримуваного зображення.
- Зум - здатність оптичної системи наближати віддалені об'єкти (збільшувати їх зображення). Він визначається ставленням фокусних відстаней (максимального до мінімального).
- Різновид байонету.
На маркуванні об'єктивів зазвичай перше число (або пара чисел) вказує фокусну відстань, а друге (або пара) - світлосилу. Класифікація об'єктивів за фокусною відстанню та кутом огляду показана на нижченаведеній фотографії. Більш універсальним вважається стандартний тип оптики.
Важливо! Світлова ефективність об'єктивів залежить від світлосили. Чим вона більша, тим фототехніка краща і, відповідно, коштує дорожче. Оптична система, що володіє більшою світлосилою, дозволяє робити знімки на більш коротких витримках, ніж з меншим даним показником.
Кріплення оптики
Об'єктиви кріпляться до корпусу фотоапарата за допомогою байонету. Він - це спеціальне високоточне з'єднання (часто стандартного типу). Конструктивно цей кріпильний вузол може бути виконаний у вигляді накидної гайки, оснащеної прорізами, або виступів на оправі з відповідними їм на корпусі пазами. Існують моделі виробів, де байонетне з'єднання представлено великою різьбою, що має короткий хід.
До основних характеристик байонету належать:
- діаметр, який впливає на світлосилу об'єктива;
- робочий відрізок (схематично представлений на фото нижче), що визначає діапазон робочих фокусних відстаней.
Важливо! Робочі відрізки фотокамери і об'єктива повинні збігатися. Від цього безпосередньо залежить можливість встановлення оптики різних систем через перехідник на фотографічний апарат.
Діафрагма та її функції
Діафрагма - це механізм, призначений для регулювання світлового потоку, що потрапляє на матрицю цифрового фотоапарата. Вона знаходиться між лінзами всередині об'єктива.
Конструктивно деталь складається з набору пелюсток, що накладаються один на одного (звичайна їх кількість становить від 2 до 20 штук), які бувають різної форми. Величина їх взаємного зсуву відносно базового положення визначає розмір круглого, що утворюється (при повному відкритті) або багатокутного (при частковому) отвору. Завдяки тому, що механізм відкривається і закривається, змінюється кількість світла, що надходить. Дорога і якісна оптика оснащується багатолепестковими діафрагмами.
Від діаметра отвору діафрагми залежить ГРИП (глибина різкості зображеного простору): чим розмір кола менший, тим більший ГРИП. Такий взаємозв'язок дозволяє фотографам при зйомці створювати різні ефекти, наприклад, відокремлювати від фону будь-який об'єкт.
Крім розглянутих показників, розмір отвору діафрагми впливає на такі параметри отримуваного зображення:
- аберацію (похибка або помилка в передачі картинки), значення якої найменше, коли максимально закрита діафрагма;
- дифракцію (огинання світловими хвилями перешкод), що виражається в зниженні здатності оптики відтворювати зображення об'єктів, які розташовані поблизу (показник називається роздільною здатністю об'єктива), при зменшенні розміру пропускає світло отвору;
- віньєтування (зменшення освітленості, що відбувається від центру знімка до його країв), найбільш яскраво проявляється при максимально відкритій діафрагмі.
Діафрагму прийнято позначати буквою «f». Число, розташоване поруч, вказує діаметр отвору. При цьому, чим число менше, тим більший розмір отвору, позначений ім.Діаметр 2,8 на даний час є максимальним на більшості об'єктивів. Дифракція з аберацією зрівноважена в діафрагмах від f/8 до f/11. При цьому об'єктив має максимальну роздільну здатність.
У дзеркальних фотокамер сучасного виробництва об'єктиви оснащені ірисовими діафрагмами стрибаючого типу. Вони закриваються до встановленого значення лише в безпосередній момент зйомки. Щоб оцінювати глибину різкості зображення при певному діаметрі отвору, багато дзеркалок оснащують репетиром. Він являє собою механізм примусового закриття діафрагми до робочого значення.
Робота дзеркал
Світло, що пройшло через отвір діафрагми, потрапляє на дзеркало. Там потік ділиться на 2 частини. Одна з них надходить на фазові датчики (відбиваючись від допоміжного дзеркала), які призначені для визначення того, знаходиться чи ні зображення у фокусі. Потім система фокусування видає команду лінзам на переміщення. При цьому вони стають так, щоб об'єкт, який знімається, опинився у фокусі. Така самонабудова називається фазовим автофокусом. Він є однією з основних переваг дзеркалок перед беззеркальними цифровими фотокамерами. Щоб побачити дзеркало всередині корпусу, потрібно просто зняти оптику.
Другий потік потрапляє на фокусувальний екран (матове скло). Завдяки цьому фотограф може відразу оцінити глибину різкості майбутнього знімка і точність фокусування. Випукла лінза, розташована над екраном фокусування, збільшує розмір отримуваної картинки. Дзеркало прибирається після натискання узвозу, дозволяючи світлу без перешкод надходити на матрицю.
Ціла категорія фототехніки представлена моделями з нерухомим напівпрозорим дзеркалом. Його використання дозволяє користуватися автофокусом не тільки при фотозйомці, але також під час проведення відеозйомки в режимі «Live View». Також можливе безперервне візування.
Функції та різновиди затворів
Після натискання спуску також спрацьовує затвор, який встановлений між дзеркалом і матрицею. Призначенням його є регулювання доступу на матрицю світла. Час, протягом якого затвор відкритий, називається витримкою. За цей часовий відрізок відбувається процес експонування.
Затвори на дзеркалках бувають двох типів:
- механічним (найбільш поширені);
- електронними (цифровими).
Конструктивно механічні затвори являють собою вертикально або горизонтально розташовані 1 або 2 непрозорі для світлового потоку шторки. Основними характеристиками таких затворів є швидкість і лаг. Під останнім розуміють швидкість відкриття шилів після того, як натиснуть спуск.
Відкриття і закриття шітей відбувається дуже швидко (за частки секунди) за рахунок електромагнітів або пружинок. Швидкість затвора - це проміжок часу, який потрібно, щоб отримати знімок після натискання спуску. Механічні затвори мають межу спрацювання. Витяги приблизно з 1/8000 секунди отримують, використовуючи вже цифрові затвори.
Електронний затвор - це не будь-який окремий пристрій, а принцип регулювання експозиції (кількості вступника світла) матрицею. Витримка в даному випадку являє собою часовий проміжок між її обнуленням і моментом зчитування інформації з неї. Використання електронних затворів характеризується можливістю досягнення більш коротких витягів без застосування механічних дорогих аналогів.
Більш досконалими вважаються моделі фотографічних апаратів з комбінацією електронного і механічного типів затворів. При цьому перший використовується при коротких витримках, а другий - при тривалих. Також механічний затвор захищає матрицю від потрапляння на неї пилу.
Кількість камери світла, що надходить всередину, регульована діафрагмою, і витримка, встановлювана затвором, лежать в основі процесу фотографування. Завдяки поєднанню цих показників у різних варіантах фотографами досягаються різні ефекти.
Теорія обробки світла
Так у чому ж революційність цифрової камери? Елемент, що фіксує зображення, сенсор зображення (матриця) - це решітка з щільною структурою, що складається з крихітних сенсорів світла. Ширина кожного всього 6 мікрон - це 6 мільйонних метра. 5 тисяч таких сенсорів можуть поміститися на кінчику гостро заточеного олівця.
Але спочатку світло має пройти через фільтр, який поділяє його на кольори: зелений, червоний і синій. Кожен сенсор світла обробляє тільки один колір. Коли в нього вдаряють фотони, вони поглинаються напівпровідниковим матеріалом, з якого він зроблений. На кожен поглинений фотон сенсор світла випускає електричну частинку, вона називається електрон. Енергія фотона передається електрону - це електричний заряд. І чим яскравіше зображення, тим сильніший електричний заряд. Таким чином, кожен електричний заряд має різну інтенсивність.
Потім друкована плата перекладає цю інформацію мовою комп'ютера, мовою цифр і бітів або послідовність одиниць і нулів. Вони являють собою мільйони крихітних кольорових точок, з яких і складається фото - це пікселі. Чим більше пікселів у зображенні, тим краще роздільна здатність. Іншими словами це кілька мільйонів мікроскопічних світлових пасток, які разом з усіма елементами фотоапарата націлені на одне завдання - перетворити світло на електрику, що б зробити прекрасні фотографії.
Далі вся ця інформація в цифровому вигляді подається в процесор, де вона обробляється за певними алгоритмами. Потім вже готова фотографія передається в пам'ять фотокамери, де вона і зберігається і доступна для перегляду користувачеві.
Так коротко можна зобразити принцип роботи цифрового дзеркального фотоапарата.
- Поради щодо вибору фотокамери
- Види цифрових фотоапаратів
- Як вибирають фотоапарат
Вибір | Фотовспышка | Експокорекція | Чохли і рюкзаки | Стабілізатор зображення | Штативи
Матриця дзеркальної цифрової фотокамери
Матриця дзеркалок - це аналогова або цифро-аналогова мікросхема з фотосенсорами. Останні - це світлочутливі елементи, які перетворюють енергію світла на електричний заряд (пропорційний за величиною яскравості освітлення). Таким чином матриці переводять оптичне зображення в аналоговий сигнал або в цифрові дані. Які потім надходять по ланцюжку перетворювач-процесор-карта пам'яті.
Важливо! За отримання картинок у кольорі відповідає світлофільтр. Він встановлений перед мікросхемою.
Основними характеристиками матриць є:
- дозвіл;
- розмір;
- світлочутливість (ISO);
- співвідношення між сигналом і шумом (скупченням хаотично розташованих точок різних кольорів, поява яких пов'язана з браком освітленості об'єктів).
Під роздільною здатністю розуміють кількість світлочутливих елементів у деталі, що вимірюється в сучасних приладах мегапікселями (відповідає мільйону фотосенсорів). Чим більше їх число, тим краще будуть передані на фото дрібні деталі.
Від розміру матриці, вимірюваного за діагоналлю, залежить кількість фотонів, яку вона може вловити, а також присутність шумів на отримуваному зображенні. Чим більший параметр, тим краще (шумів менше). Діагональ деталі в затребуваних моделях фототехніки становить 1/1,8 -1/3,2 дюйма.
Світлочутливість матриць знаходиться в межах 50-3200. Великі значення чутливості дозволяють проводити зйомку при поганій освітленості, наприклад, у сутінках або в нічний час. Але при цьому зростає рівень шуму. Оптимальним рівнем ISO вважається його значення від 50 до 400. Збільшення чутливості супроводжується зростанням шумів.
У дзеркальній фототехніці поширення отримали два різновиди матриць:
- повнокадрові (збігаються розміром з кадром плівки 35 мм);
- усічені (зі зменшеною діагоналлю).
Матриці відрізняються один від одного форматами, які бувають такими:
- Full Frame - повнокадрові (35 ^ 24 мм);
- APS-H - матриці професійних фотоапаратів (29 ст.1 19-24 ст.1 16 мм);
- APS-C - застосовуються в моделях виробів споживчого класу (23 ст.1 15-18 ст.1 12 мм).
Повнокадрові матриці більше розмірами, ніж усічені. Ними оснащують професійні моделі фотокамер.
Системи стабілізації зображення
Через переміщення фотокамери при фотозйомці або через тремтіння рук виходять змащені кадри. З цим явищем бореться стабілізатор зображення (є не у всіх моделях). Він буває трьох видів:
- оптичним;
- з рухомою матрицею;
- електронним (цифровим).
Перший являє собою вмонтований в об'єктив блок лінз, який управляється спеціальними сенсорами. Системи з рухомою матрицею (наприклад, «Anti-shake») припускають її фіксацію на платформі, що рухається. Вони вважаються менш ефективними, ніж оптична стабілізація.
Електронний vr (придушувач вібрацій) передбачає перетворення лише картинки процесором. Цифровий стабілізатор функціонує з будь-якими об'єктивами.
Коротка характеристика інших деталей фототехніки
Наявність фотовспишки дозволяє підсвічувати об'єкти, розташовані на передньому плані поблизу фотографа. Зазвичай вбудовані спочатку такі пристрої відрізняються невеликою потужністю. З цієї причини напівпрофесійні та професійні фотографічні апарати оснащують роз'ємом, що дозволяє підключати додаткові фотовишки.
Функції фотоапарата розширює застосування спалахів, здатних придушувати ефект червоних очей. Також зручною є наявність декількох основних їх робочих режимів:
- автоматичного;
- примусового;
- повільної синхронізації;
- без спалаху.
Щоб робити автопортрети або усунути коливання фотоапарата, використовують автоспуск. Цей пристрій створює затримку часу між натисканням на спуск затвора і його дійсним спрацюванням.
На замітку! Під час тривалої фотозйомки ряд моделей дзеркалок рекомендується замість акумуляторних батарей живити за допомогою адаптера, що підключається через dc in роз'єм. Це можливо тільки при наявності доступу до мережі напругою 220 V.
Процесор фотоапарата виконує такі функції:
- керує спалахом, інтерфейсом камери, автофокусуванням;
- розраховує експозицію;
- обробляє дані з матриці;
- регулює різкість, світлочутливість, контраст, баланс білого, шум і ряд інших параметрів картинки;
- зберігає зображення на карті пам'яті, стискаючи файли;
- забезпечує зв'язок із зовнішніми пристроями (наприклад, комп'ютером).
Під час обробки цифрових даних процесором вони зберігаються в оперативній пам'яті. Для постійного збереження інформації є знімні носії у вигляді карт пам'яті різних форматів (наприклад, SecureDigital - SD).
За допомогою кнопок керування можна вручну керувати різними параметрами, наприклад: регулювати витримку з діафрагмою, встановлювати світлочутливість матриці, баланс білого. Це дозволяє контролювати весь процес фотозйомки, створювати необхідні ефекти.