Zariadenie a princíp činnosti kamery

Fotografia je jedným z najdôležitejších vynálezov v histórii — skutočne zmenila vnímanie sveta ľuďmi. Teraz môže každý vidieť obrázky vecí, ktoré sú v skutočnosti na veľkú vzdialenosť alebo už dlho neexistujú. Každý deň sa na internete zverejňujú miliardy fotografií, ktoré menia život na digitálne pixely informácií.

Štruktúra fotoaparátu

Fotografia vám umožňuje zachytiť dôležité okamihy života a uložiť ich na mnoho rokov. Zariadenia na vytváranie obrázkov sú už dlho zabudované do telefónov a iných pomôcok, ale princíp fungovania fotoaparátu zostáva pre mnohých záhadou. Fotografia je rovnako veda ako umenie, ale drvivá väčšina si neuvedomuje, čo sa stane, keď stlačí tlačidlo fotoaparátu alebo otvorí aplikáciu fotoaparátu v smartfóne. Prvá kamera, ktorej štruktúra a princíp fungovania sa bude diskutovať neskôr, vôbec nemala tlačidlá a vôbec sa nepodobala aplikácii. Ale jeho zariadenie je v srdci moderných gadgetov.

Napríklad filmová kamera pozostáva z troch hlavných prvkov: optickej šošovky, chemického filmu a mechanického tela kamery. Stručne zvážime princíp fungovania fotoaparátu: film je vložený do cievky vpravo a navinutý na inú cievku vľavo, ktorá prechádza pred objektívom pozdĺž cesty. Je to dlhá stuha z pružného plastu potiahnutá špeciálnymi chemikáliami na báze zlúčenín striebra, ktoré sú citlivé na svetlo.

Čiernobiely film má jednu vrstvu a farebný film má tri: horný je citlivý na modré svetlo, Stredný na zelený a spodný na červený. Obraz bol získaný v dôsledku chemickej reakcie každého z nich. Aby svetlo nepokazilo film, je zabalené v odolnom plastovom valci odolnom voči svetlu, ktorý je umiestnený vo vnútri fotoaparátu. Ako sa však všetky komponenty spájajú takým spôsobom, že zaznamenávajú jasný a rozpoznateľný obraz? Je toho veľa rôznymi spôsobmi, aby tieto časti fungovali, ale najprv musíte pochopiť základný princíp fotoaparátu. Pretože na fotografovanie nie je potrebná žiadna elektrina, konvenčná zrkadlovka s jedným objektívom poskytuje vynikajúcu ilustráciu zo základných procesov fotografickej produkcie.

Prečo potrebujem objektív

Začnite stručne vysvetľovať princípy fotoaparátu najlepšie zo všetkých s teóriou. Predstavte si, že stojíte uprostred miestnosti bez okien, dvere alebo osvetlenie. Na takom mieste nie je nič viditeľné, pretože neexistuje zdroj svetla. Ak predpokladáme, že ste vytiahli baterku a zapli ju a lúč z nej sa pohybuje v priamke. Keď toto svetlo zasiahne objekt, odrazí sa od neho a dostane sa do očí, čo vám umožní vidieť, čo je vnútri miestnosti.

Princíp fungovania digitálneho fotoaparátu je podobný procesu vytrhávania predmetov z tmavej miestnosti lúčom baterky. Optickou súčasťou fotoaparátu je objektív. Jeho úlohou je odrážať lúče svetla vrátené z objektu a presmerovať ich tak, aby sa spojili a vytvorili obraz, ktorý vyzerá ako scéna pred objektívom. Možno nie celkom jasné, ako funguje tento proces sa deje a prečo je obyčajné sklo schopné presmerovať svetlo. Odpoveď je veľmi jednoduchá: keď sa svetlo pohybuje z jedného média na druhé, mení rýchlosť.

Ako funguje objektív

Svetlo prechádza vzduchom rýchlejšie ako sklom, takže ho šošovka spomaľuje. Keď na ňu lúče dopadnú pod uhlom, jedna časť vlny sa dostane na povrch pred druhou a tým sa najskôr spomalí. Keď svetlo vstupuje do skla pod uhlom, ohýba sa v jednom smere a potom znova, keď vychádza zo skla, pretože časti svetelnej vlny vstupujú do vzduchu a zrýchľujú sa pred ostatnými.

V štandardnej konvexnej šošovke je jedna alebo obe strany skla zakrivené. To znamená, že prechod lúče svetla pri vstupe sa odkloní do stredu objektívu. V dvojitej konvexnej šošovke, ako je lupa, sa svetlo ohne na výstupe aj na vstupe. To efektívne mení dráhu svetla od objektu, čo súvisí s hlavným princípom kamery. Svetelný zdroj vyžaruje svetlo vo všetkých smeroch. Všetky lúče začínajú v jednom bode a potom sa neustále rozchádzajú. Zberná šošovka vezme tieto lúče a presmeruje ich tak, aby sa všetky zbiehali späť do jedného bodu. V tomto okamihu sa získa obraz objektu.

Princíp činnosti prvej kamery

Prvá komora bola miestnosť s malým otvorom na jednej bočnej stene. Svetlo ním prešlo a odrážalo sa v priamych líniách a obraz sa premietal na opačnú stenu v obrátenej podobe. Volala sa camera obscura a používali ju umelci na maľovanie umeleckých pláten. Vynález sa pripisuje Leonardovi da Vincimu. Aj keď takéto zariadenia existovali dávno pred objavením sa prvej skutočnej fotografie, myšlienka získať obraz týmto spôsobom sa zrodila až vtedy, keď sa niekto rozhodol umiestniť materiál citlivý na svetlo do zadnej časti tejto miestnosti. Princíp činnosti prvej kamery bol nasledovný: keď lúč dopadol na fotosenzitívny materiál, chemikálie reagovali a vyleptali obraz na povrch. Keďže tento fotoaparát nezachytil príliš veľa svetla, jedna fotografia trvala osem hodín. Obrázok sa tiež ukázal byť dosť rozmazaný.

Rozdiel medzi zrkadlovkami

Profesionáli často uprednostňujú zrkadlovky. Predpokladá sa, že kvalita obrazu je lepšia, pretože fotograf vidí v hľadáčiku skutočný obraz objektu, ktorý nie je skreslený digitalizáciou a filtrami. Ak stručne opíšeme princíp fungovania fotoaparátu so zrkadlovým hľadáčikom, potom sa význam scvrkáva na skutočnosť, že v takomto fotoaparáte fotograf vidí skutočný obraz. Môže tiež upraviť všetky podrobnosti otočením a stlačením tlačidiel. Je to spôsobené dvojitým zrkadlom-pentaprizmom. Ale v dizajne kamery je ďalšia-priesvitná, umiestnená pred maticou, ktorá sa tiež nazýva snímač alebo snímač. Princíp činnosti uzávierky fotoaparátu spočíva v tom, že po stlačení tlačidla zdvihne zrkadlo a zmení jeho uhol sklonu. V tomto okamihu svetelný prúd zasiahne snímač, po ktorom sa obraz spracuje a zobrazí na obrazovke.

Princíp fungovania zrkadlovky je spojená s membránou, ktorá sa postupne mierne otvára, aby lúče mohli prechádzať. Skladá sa z okvetných lístkov, ktorých poloha určuje priemer stredového kruhu a množstvo prenášaného svetla. Lúč zasiahne šošovky a potom zrkadlo, zaostrovaciu obrazovku a pentaprizmus, kde sa obraz otočí, a potom do hľadáčika. To je miesto, kde fotograf vidí skutočný obraz. Princíp fungovania bezzrkadlovky sa líši v tom, že nemá taký hľadáčik. Často sa nahrádza obrazovkou alebo elektronickou verziou. Fázové automatické zaostrovanie je k dispozícii iba pre zrkadlovky. Ďalším rozdielom je, že po stlačení tlačidla spúšte svetlo okamžite zasiahne maticu fotoaparátu.

Zameranie na objekt

Kvalita obrazu sa líši v závislosti od toho, ako svetlo prechádza objektívom fotoaparátu. Súvisí to s uhlom, pod ktorým do neho svetelný lúč vstupuje, a s jeho štruktúrou. Táto cesta závisí od dvoch hlavných faktorov. Prvým je uhol vstupu svetelného lúča do šošovky. Druhou je štruktúra šošovky. Uhol svetelného vstupu sa zmení, keď sa objekt posunie bližšie alebo ďalej od neho. Lúče, ktoré vstupujú v ostrejšom uhle, budú vychádzať v tupejšom uhle a naopak. Objektív fotoaparátu zachytáva všetky odrazené lúče svetla a pomocou skla ich presmeruje do jedného bodu, čím vytvára jasný obraz. Všeobecný "uhol ohybu" v ktoromkoľvek konkrétnom bode zostáva konštantný.

Ak svetlo nezasiahne to pravé, obraz bude vyzerať rozmazane alebo rozostrene. Ohýbanie šošovky v skutočnosti zvyšuje vzdialenosť medzi rôznymi bodmi na nej. Lúče z bližšieho bodu sa zbiehajú ďalej od šošovky ako od tej, ktorá je ďalej. To znamená, že skutočný obraz bližšieho objektu sa vytvára ďalej od šošovky ako od vzdialenejšej. Celkový "uhol ohybu" je určený štruktúrou šošovky. Objektív fotoaparátu sa otáča, aby zaostril, pričom sa pohybuje bližšie alebo ďalej od povrchu filmu alebo matrice. Objektív s guľatejším tvarom bude mať ostrejší uhol ohybu. To zvyšuje čas, počas ktorého sa jedna časť svetelnej vlny pohybuje rýchlejšie ako druhá časť, takže svetlo robí ostrejšiu zákrutu. Výsledkom je, že zaostrený skutočný obraz sa vytvára ďalej od šošovky, keď má šošovka plochejší povrch.

Veľkosť objektívu a veľkosť fotografie

Keď sa vzdialenosť medzi objektívom a skutočným obrazom zväčšuje, svetelné lúče sa rozširujú a vytvárajú väčší obraz. Plochý objektív premieta veľký obraz, ale film je vystavený iba v jeho strednej časti. V skutočnosti je objektív zaostrený na stred rámu a zväčšuje malú plochu pred divákom. Keď sa predná časť skla vzdiali od snímača fotoaparátu, objekty sa priblížia. Ohnisková vzdialenosť je meranie vzdialenosti medzi miestom, kde svetelné lúče prvýkrát zasiahli objektív, a miestom, kde sa dostanú k snímaču fotoaparátu. Profesionálne fotoaparáty vám umožňujú inštalovať rôzne objektívy s rôznym zväčšením. Stupeň zväčšenia je opísaný ohniskovou vzdialenosťou. Vo fotoaparátoch je definovaná ako vzdialenosť medzi objektívom a skutočným obrazom objektu na veľkú vzdialenosť.

Rozdiely medzi šošovkami

Vyšší počet ohniskových vzdialeností naznačuje väčšie zväčšenie obrazu. Rôzne šošovky sú vhodné pre rôzne situácie. Ak snímate pohorie, môžete použiť objektív s obzvlášť veľkou ohniskovou vzdialenosťou. Umožňujú vám zamerať sa na určité prvky v diaľke. Ak potrebujete urobiť portrét zblízka, postačí širokouhlý objektív. Má oveľa kratšiu ohniskovú vzdialenosť, takže komprimuje scénu pred fotografom.

Chromatická aberácia

Objektív fotoaparátu je v skutočnosti niekoľko šošoviek kombinovaných do jednej jednotky. Jeden zbiehajúci sa objektív môže na filme vytvoriť skutočný obraz, ale bude skreslený množstvom aberácií. Jedným z najvýznamnejších faktorov deformácie je to, že rôzne farby spektra sa pri pohybe cez šošovku ohýbajú odlišne. Táto Chromatická aberácia v podstate vytvára obraz, kde odtiene nie sú správne zarovnané. Fotoaparáty to kompenzujú použitím viacerých objektívov vyrobených z rôznych materiálov. Každá šošovka spracováva farby inak a keď sú určitým spôsobom kombinované, farby sa preskupia. Objektív so zoomom má schopnosť pohybovať rôznymi prvkami objektívu tam a späť. Zmenou vzdialenosti medzi jednotlivými šošovkami môžete nastaviť silu zväčšenia šošovky ako celku.

Filmové a obrazové senzory

Zariadenie a princíp činnosti kamery sú tiež spojené so zaznamenávaním informácií na médiu. Historicky boli fotografi tiež akýmsi chemikom. Film sa skladá z fotosenzitívnych materiálov. Keď sú tieto materiály vystavené svetlu z objektívu, zachytávajú tvar predmetov a detailov, napríklad koľko svetla z nich pochádza. V tmavej miestnosti bol film vyvinutý vystavením sérii chemických kúpeľov, aby sa obraz objavil. Princíp činnosti kamery so snímačom sa trochu líši od činnosti filmu. Aj keď sú šošovky, metódy a pojmy rovnaké, matica digitálneho fotoaparátu vyzerá skôr ako solárny panel ako pás filmu. Každý snímač je rozdelený na milióny červených, zelených a modrých pixelov alebo megapixelov. Keď svetlo zasiahne pixel, senzor ho premení na energiu a počítač zabudovaný do fotoaparátu číta, koľko energie sa generuje.

Prečo sú megapixely dôležité

Princípom činnosti matice kamery je zmerať, koľko energie má každý pixel, a umožňuje jej určiť, ktoré oblasti obrazu sú svetlé a tmavé. A keďže každý pixel má hodnotu farby, počítač s fotoaparátom môže vyhodnotiť farby v scéne tak, že sa pozrie na to, ktoré ďalšie susedné pixely sú zaregistrované. Zhromaždením informácií zo všetkých pixelov je počítač schopný aproximovať tvary a farby snímaného objektu. Ak každý pixel zhromažďuje informácie o svetle, potom snímače fotoaparátu s veľkým počtom megapixelov dokážu zachytiť viac detailov.

To je dôvod, prečo výrobcovia často inzerujú megapixely fotoaparátu pridaním stručného vysvetlenia toho, ako fotoaparát funguje. Aj keď je to do istej miery pravda, dôležitá je aj veľkosť snímača. Väčšie matice zhromaždia viac svetla, čo pomôže dosiahnuť lepšiu kvalitu obrazu pri slabom osvetlení. Balenie veľkého počtu megapixelov do malého snímača skutočne zhoršuje kvalitu obrazu, pretože jednotlivé pixely sú príliš malé. Štandardný objektív s ohniskovou vzdialenosťou 50 mm vám neumožňuje výrazne zväčšiť alebo zmenšiť obraz, čo ho robí ideálne pre snímanie objektov, ktoré nie sú príliš blízko alebo ďaleko.

Ako to funguje "Polaroid"

Prenosné fotografické štúdio, kde môžete fotografovať takmer okamžite — dlho to bol len sen. Kým sa neobjaví neobvyklý fotoaparát, ktorý vám umožní nečakať týždne na tlač obrázkov. Edwin Land vytvoril prvý fotoaparát "Polaroid". Mal predstavu o vytvorení okamžitej fotografie a požiadal spoločnosť Kodak o financovanie. Ale firma to vzala ako vtip a len sa mu zasmiala. Edwin Land odišiel domov a začal pracovať na ďalších projektoch na získanie peňazí. Vytvoril Polaroid Lens a potom vynašiel svoje slávne prenosné fotografické štúdio.

Princíp fungovania kamery "Polaroid" je to podobné mechanizmu činnosti konvenčnej filmovej kamery, vo vnútri ktorej bola plastová základňa pokrytá časticami striebornej zlúčeniny citlivými na svetlo. V každom prázdnom mieste pre fotografiu sú rovnaké fotosenzitívne vrstvy umiestnené na plastovej fólii. Obsahujú všetky potrebné chemikálie na vývoj fotografie. Pod každou farebnou vrstvou je ďalšia s farbivom. Celkovo je na karte viac ako 10 rôznych vrstiev vrátane nepriehľadnej základne, ktoré predstavujú polotovar pre chemickú reakciu. Zložkou, ktorá začína proces, je činidlo, zmes deaktivátorov, zásad, bieleho pigmentu a ďalších prvkov. Nachádza sa vo vrstve tesne nad fotosenzitívnymi vrstvami a tesne pod vrstvou obrazu.

Princíp fungovania kamery "Polaroid" faktom je, že pred fotografovaním sa všetok reagenčný materiál zhromažďuje vo forme gule na okraji plastovej fólie, ďaleko od fotosenzitívneho materiálu. Po stlačení tlačidla okraj filmu vystupuje z fotoaparátu cez pár valčekov, ktoré distribuujú reagenčný materiál v strede rámu. Keď je činidlo rozdelené medzi obrazovú vrstvu a fotosenzitívne vrstvy, reaguje s inými chemickými prvkami. Nepriehľadný materiál zabraňuje filtrovaniu svetla na podkladové vrstvy, takže film nie je predtým úplne odkrytý.

Chemické činidlá sa pohybujú nadol cez vrstvy a premieňajú exponované častice každej vrstvy na kovové striebro. Potom chemikálie rozpustia farbivo vývojky, takže začne prenikať nahor na vrstvu obrazu. Oblasti kovového striebra v každej vrstve, ktoré boli vystavené svetlu, zachytávajú farbivá tak, aby sa prestali pohybovať nahor. Iba farby z neexponovaných vrstiev sa presunú nahor do obrazovej vrstvy. Svetlo odrazené od bieleho pigmentu v činidle prechádza týmito farebnými vrstvami. Kyslá vrstva vo filme reaguje s alkáliami a deaktivátormi v činidle, čo vedie k postupnému vzhľadu obrazu. Potrebuje svetlo, aby sa prejavilo až do konca, a zvyčajne fotograf, odstránenie karty, vidí Posledný chemický proces spojený s vývojom filmu.