Перед знакомством с основами фотосъемки нужно изучить, чтобы узнать, как основные понятия фотографии реализуются на практике.
В первую очередь, в входит корпус фотоаппарата, также именуемый «тушкой» или «боди» от английского слова “body”.
В этой части фотоаппарата находится , которая регистрирует фотографии, а также элементы управления камерой, с помощью которых фотограф указывает, когда и как фотографировать. В состав корпуса также входят аккумулятор, встроенная , электронный дисплей для просмотра фотографий и другие элементы.
В тыльной части камеры находится видоискатель, в который фотограф видит кадр во время фотосъемки.
В основе работы некоторых видоискателей лежит зеркало, с помощью которого можно видеть сцену через объектив (такие видоискатели называются TTL). Другие видоискатели представляют собой просто отверстие в корпусе камеры (распространены в мыльницах). Благодаря TTL-видоискателю полученное изображение имеет именно те границы, которые фотограф определил при съемке, поэтому его включают в для профессиональных фотографов и серьезных любителей, чтобы обеспечить максимальную точность передачи изображения.
Спуск затвора
Спуск затвора – это специальная кнопка, с помощью которой затвор внутри камеры поднимается, чтобы зарегистрировать кадр. Устройство фотокамеры профессиональной (зеркальной) также предполагает, что этой кнопкой также поднимается зеркало, благодаря которому фотограф видит происходящее через объектив. В большинстве таких камер спуском затвора можно также управлять дистанционно, с помощью специального кабеля или инфракрасного порта.
Затвор
Непрозрачная деталь из металла или пластика внутри камеры, которая защищает матрицу или пленку от попадания на нее света. Затвор поднимается с помощью кнопки спуска, которая также входит в . На нее нажимает фотограф, чтобы запечатлеть кадр. Время, в течение которого затвор остается открытым, регулируется выдержкой.
Управление выдержкой
Выдержка – это элемент управления, с помощью которого фотограф указывает камере, на какое время открыть затвор. В автоматических камерах (мыльницах) выдержка настраивается через специальное меню, и ее значение отображается на дисплее. В профессиональных и полупрофессиональных камерах выдержка регулируется при помощи специального колесика на корпусе камеры. Выдержка измеряется в долях секунды, например, 1/60. На дисплей камеры обычно выводится только знаменатель, например, 60.
Управление светочувствительностью
С помощью светочувствительности фотограф настраивает камеру для работы в различных условиях освещения. Управление светочувствительностью входит в как элемент меню. В профессиональных камерах ею можно управлять с помощью отдельной кнопки.
Управление диафрагмой
В автоматических фотоаппаратах-мыльницах диафрагма настраивается через меню. В зеркальных фотокамерах управлять этим параметром можно с помощью отдельного колесика или кнопки. Этот параметр регулирует отверстие диафрагмы, которая находится внутри объектива.
Матрица
Матрица – ключевой элемент, входящий в . С ее помощью фотоаппарат регистрирует фотографии. Матрица – это светочувствительный материал, на который проецируется изображение. От физического размера этого элемента зависит качество фотографий. Чем больше матрица, тем лучше качество получаемых изображений.
Вспышка
Чаще всего в также входит встроенная вспышка. В мыльницах вспышка встроена в корпус фотоаппарата. В зеркальных фотокамерах и некоторых компактах она выносится над камерой на специальном держателе.
«Горячий башмак»
– обязательный элемент, который входит в , используемой для профессиональных целей. Это металлическое крепление, в которое вставляется внешняя вспышка. Крепление называется горячим башмаком, поскольку в нем размещены электрические контакты, и вспышка заходит в них, как нога в обувь.
Кольцо объектива (байонет)
Кольцо объектива включено в , которая позволяет менять объективы. Это металлическое кольцо в лицевой части камеры, на которое крепится объектив. В кольце находятся электронные контакты, посредством которых на объектив передаются параметры съемки. Сбоку от кольца находится специальная кнопка, нажав на которую, фотограф может отсоединить объектив от корпуса камеры.
Объектив
К корпусу камеры через байонет крепится объектив — элемент, с помощью которого изображение проецируется на матрицу. В следующей статье подробно описано устройство объектива фотоаппарата.
Цифровой фотоаппарат – оптико-механический прибор, с электронным способом регистрации, обработки и хранения цифровых изображений, с помощью которого производится фотосъемка (рис. 23).
Цифровой фотоаппарат состоит из следующих основных частей:
Корпус со светонепроницаемой камерой;
Объектив;
Диафрагма;
Фотографический затвор;
Кнопка спуска – инициирует съёмку кадра;
Видоискатель;
Фокусировочное устройство;
Фотоэкспонометр;
Встроенная фотовспышка;
Элементы питания камеры;
Матрица;
Дисплей;
Органы управления;
Оптический стабилизатор изображения;
Цифровой блок обработки и хранения данных;
Карта памяти.
Рис. 23. Устройство цифрового фотоаппарата
Конструкция современной цифровой камеры имеет много общего с пленочной камерой, поэтому в дальнейшем Мы будем рассматривать лишь те элементы, которые являются уникальными для цифровой фотокамеры или обладают определенной спецификой использования.
Фотографический затвор. Цифровые фотоаппараты могут обладать как механическим затвором так и электронным.
Электронные фотографические затворы представляют собой не отдельное устройство, а принцип дозирования экспозиции цифровой матрицей. Выдержка определяется временем между обнулением матрицы и моментом считывания с нее информации. Применение электронного затвора позволяет достичь более коротких выдержек без использования дорогостоящих высокоскоростных механических затворов. Есть модели фотоаппаратов, в которых используется комбинация механического и электронного затвора. В таких камерах механический затвор используется при длительных выдержках, а электронный – при коротких.
Видоискатель. В настоящее время многие цифровые камеры имеют оптический или электронный видоискатель (электронная система имитирующая видоискатель зеркальной фотокамеры) для быстрой компоновки кадра и жидкокристаллический дисплей, выполняющий несколько функций, для более точного построения композиции, и просмотра результата съемки. Недостатком жидкокристаллического дисплея является невозможность его использования при высокой освещенности, так как в таких условиях информация на дисплее становиться не различима, и как следствие невозможность осуществить кадрирование. На ЖК дисплей в зависимости от режима работы фотокамеры может выводиться также информация об экспозиционных параметрах и др. С помощью ЖК дисплея мы получаем доступ к меню управления настройками камеры.
Матрица (светочувствительная матрица) – специализированная аналоговая или цифро-аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных элементов (фотосенсоров), выстроенных в ряды и строки (рис. 24). Матрица предназначена для преобразования, спроецированного на неё оптического изображения в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных (при наличии АЦП непосредственно в составе матрицы). При проецировании изображения на матрицу, в каждом ее фотосенсоре накапливается электрический заряд, пропорциональный яркости приходящегося на него элемента изображения. Матрица является основным элементом цифровых фотоаппаратов и видеокамер. Применяется в планшетных и проекционных сканерах.
Рис. 24. Матрица цифрового фотоаппарата
Фотосенсор – это устройство, преобразующее световую энергию (фотоны) в энергию электрического заряда (электроны): чем ярче свет, тем больше заряд (рис. 25).
Рис. 25. Схема фрагмента матрицы цифровой фотокамеры: 1 – инфракрасный фильтр;
2 – микролинза; 3 – красный светофильтр пикселя (фрагмент фильтра Байера);
4 – фотосенсор; 5 –кремниевая подложка
С матрицы в фотоаппарат поступает аналоговая информация, которая образуется в результате измерения электрического заряда на фотосенсорах. Далее с помощью аналого-цифрового преобразователя она преобразуется в цифровую форму – двоичный код. Двоичное число – это последовательность 0 и 1, где каждая цифра называется битом информации. Число бит называют глубиной цвета. В цифровой фотографии, как правило двоичные цифры группируются в цепочки из восьми бит – байты. Байт несет информацию о 256 (десятичная система) возможных значений яркости фотосенсора, что соответствует 256 оттенкам серого.
Фотосенсоры фиксируют яркость элемента изображения, не неся ни какой информации о его цвете. Для получения информации о цвете – матрицу фотосенсоров сверху накрывают матрицей миниатюрных светофильтров, каждый из которых пропускает красный, зеленый или синий свет и задерживает остальные, упорядоченных в виде мозаичного узора Байера (рис. 26). При этом преобладает зеленый цвет, что объясняется физиологией восприятия цвета глазом человека наиболее чувствительному к зеленой части спектра. Благодаря наличию светофильтров каждый пиксель (от англ. pixel – pixture element – элемент, из множества, которых строится цифровое изображение) в конкретном месте сенсора способен регистрировать интенсивность только одного из трех основных цветов (рис. 25). Вследствие этого большее количество света, достигающего фотосенсора, теряется. Захватывается только половина приходящего зеленого света, так как каждый ряд содержит только половину зеленых пикселей, а вторую половину составляют синие или красные. Регистрируется 25% красного и синего света. Поскольку большая часть света не регистрируется, светочувствительность матрицы в целом снижается. Фотосенсоры обладают повышенной чувствительностью к инфракрасному диапазону спектра, поэтому кроме цветных фильтров, устанавливают и инфракрасный.
Рис. 26. Фрагмент типичный сенсор состоит из чувствительного массива и последовательности фильтров, упорядоченных в виде мозаичного узора Байера
Большинство матриц цифровых фотоаппаратов захватывают лишь часть изображения, а полное цветное изображение (восстановление цвета каждого пикселя) получается в результате математической обработки (интерполяции) микропроцессором фотокамеры.
Основные технологии матриц цифровых фотоаппаратов
ПЗС – прибор с зарядовой связью (от англ. CCD – charge-coupled device). Приборы с зарядовой связью первоначально создавались как устройства памяти, в которых можно было поместить заряд во входной регистр устройства. Однако способность элемента памяти устройства получить заряд благодаря фотоэлектрическому эффекту сделала данное применение ПЗС устройств основным.
ПЗС-матрица – специализированная аналоговая интегральная микросхема, выполненная на основе поликремния, состоящая из светочувствительных элементов (фотодиодов). Фотодиод способен сохранять электрический заряд (эта способность называется емкостью), накапливаемый при ударении фотонов о поверхность сенсора. Перед экспонированием производится сброс всех ранее образовавшихся зарядов и приведение всех элементов устройства в исходное состояние. В процессе экспонирования, в каждом пикселе матрицы, накапливается электрический заряд. Чем интенсивнее световой поток, тем больше накапливается электронов – выше итоговый заряд данного пикселя. После того как отработал фотографический затвор происходит процесс считывания этих зарядов. После аналогово-цифрового преобразования информация обрабатывается микропроцессором камеры.
КМОП – комплементарная структура металл-оксид-полупроводник (от англ. CMOS – Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Структуры КМОП обладают чувствительностью к свету. КМОП-матрица – светочувствительная матрица, выполненная на основе КМОП-технологии. В КМОП матрице применяется технология APS (Active Pixel Sensors), которая добавляет к каждому пикселю транзисторный усилитель считывания, позволяя преобразовывать электрический заряд в напряжение и проводить ряд процедур обработки изображения непосредственно в фотосенсоре, реагируя на специфические условия освещенности в момент фотосъемки, что значительно увеличивает быстродействие фотоаппаратов построенных на их основе. Это обеспечило также произвольный доступ к фотодетекторам аналогично реализованному в микросхемах оперативной памяти. С помощью механизма произвольного доступа можно выполнять считывание выбранных групп пикселей – кадрированное считывание. Кадрирование позволяет уменьшить размер захваченного изображения и значительно увеличить скорость считывания по сравнению с ПЗС матрицами. Основные преимущества КМОП технологии – низкое энергопотребление, единство технологии производства с остальными, цифровыми элементами аппаратуры, возможность объединения на одном кристалле аналоговой и цифровой части, что приводит к значительному снижению их себестоимости.
Геометрический размер матрицы и его влияние на изображение.
Геометрический размер матрицы определяет размер изображения – формат кадра. В отличие от фиксированного формата кадра в пленочной фотографии 24×36 мм, размеры матриц современных цифровых фотоаппаратов значительно отличаются друг от друга. Размер матрицы измеряется по диагонали, в долях дюйма (4/3", 2/3", 1/1,8", 1/2,2").
Так как большинство пользователей имеют опыт съемки на пленочные фотоаппараты, оказалось удобным сравнивать объективы пленочных и цифровых камер по углу поля зрения. Для этого было введено понятие эквивалентного фокусного расстояния.
Эквивалентное фокусное расстояние (ЭФР) – фокусное расстояние цифровой камеры, преобразованное в соответствующие значения для 35-миллиметровой пленочной камеры по углу поля зрения. Эквивалентные значения необходимы из-за того, что для цифровых камер размеры датчика и фокусные расстояния объектива не являются стандартизированными, и поэтому преобразование значений важно для сравнения их характеристик. Например, типичный объектив цифровой камеры с фокусным расстоянием 5,8–17,4 мм может дать такое же поле зрения, как и объектив с переменным фокусным расстоянием 38–114 мм для пленочной камеры.
Для сравнения объективов цифровых фотокамер с объективами камер формата 35 мм используется коэффициент преобразования фокусного расстояния – кропфактор.
Кропфактор (K f) – отношение диагонали 35 мм кадра (43,2 мм) к диагонали матрицы . Для плёночных фотоаппаратов и полноформатных матриц цифровых фотоаппаратов равен 1. Рассмотрим соотношение между размерами наиболее распространённых типоразмеров матриц цифровых фотоаппаратов со стандартным плёночным кадром (рис. 27).
Рис. 27. Сравнение размеров матриц цифровых фотокамер с кадром 35-мм плёнки.
Геометрический размер матрицы определяет площадь поглощения света и оказывает значительное влияние на многие характеристики изображения шумы, цвета, светочувствительность, ГРИП и т.п.
Отношение сторон кадра
В аналоговой (пленочной) фотографии используется формат кадра 3:2 (36×24 мм).
В цифровой фотографии существуют несколько форматов кадра:
– формат кадра 4:3 (телевизионный формат кадра: PAL, SECAM, NTSC);
– формат кадра 16:9 (телевизионный формат кадра телевидения высокой четкости);
– формат кадра 3:2.
В ряде фотоаппаратов имеется настройка, позволяющая программно изменять формат кадра, что приводит к изменению разрешения снимка (мегапиксели), так как формат кадра определяется геометрическим размером матрицы и соотношением ее сторон.
Формат кадра необходимо учитывать при фотосъемке, в зависимости от предполагаемого дальнейшего использования фотографии.
29.12.2016
Механизм практически всех зеркальных цифровых фотоаппаратов включают в себя фотокамеру, где объектив для захвата картинки и объектив видоискателя один и тот же, и цифровую матрицу, используемую для фиксации рисунка.
В незеркальных фотоаппаратах картинку в видоискатель проецирует небольшой отдельный объектив, обычно расположенный над основным. А в фотоаппарате обычного устройства изображение отражается на экране, а после сразу попадает на матрицу.
Современные фотоаппараты схожи друг с другом по своей комплектации, в них входят одни и те же составляющие.
Основные составляющие части фотоаппарата
Объектив
Это набор плит, который используется для преломления лучей света на пленку или матрицу. Он отвечает за четкость изображения.
Диафрагма
Представляет собой проем округлой формы регулируемого размера, встроенный внутрь объектива. Позволяет управлять количеством света, направляемым на матрицу фотоаппарата.
Выглядит как набор лепестков, при накладывании друг на друга которых образуется округлое отверстие. Величина отверстия находится в зависимости от расстояния, на которое будут сдвинуты лепестки. Диафрагму можно закрывать и открывать. Если она закрыта, на матрицу попадает минимальное количество света, а если открыта - максимальное.
Зеркало
После того как световой поток проходит через диафрагму и набор встроенных линз, он попадает на полупрозрачное зеркало. Она разделяет поток света на две части.
Система фокусировки
Это фазовые датчики, используемые для того, чтобы определить, попадает изображение в фокус или нет. Далее система дает задание, чтобы линзы перемещались таким образом, чтобы объект попадал в фокус. Часть светового потока после разделения попадает на систему фокусировки.
Фокусирующий экран
Дает возможность фотографу оценить глубину резкости изображаемого пространства будущего фотоснимка. Именно на фокусирующий экран направляется вторая часть светового потока, разделенного зеркалом. Выглядит как матовое стекло, над которым находится выпуклая линза для увеличения изображения.
Пентапризма
Это приспособление, в которое входят два зеркала, переворачивающих картинку, чтобы в видоискателе оно выглядело нормально. Ее необходимость обусловлена тем, что картинка, которая поступает с объектива и зеркала выглядит перевернутой. Поток света из фокусировочного экрана попадает на пентапризму, которая проецирует изображение на видоискатель.
Видоискатель
Устройство, через которое фотограф видит итоговую картинку - не перевернутую. Главные характеристики этой детали - его покрытие, величина и светлость. В фотоаппаратах, которые используются в наши дни, покрытие видоискателя составляет от 96 до 100%. Если этот параметр составляет менее 100%, то итоговый фотоснимок получится большего размера, чем его видит фотограф.
Однако, эта разница не слишком существенна. Кроме того, матрицы в современных фотокамерах обладают высоким разрешением, поэтому лишнюю часть фотографии всегда можно убрать.
Величина видоискателя зависит от его площади, а светлость - от качества и светопропускаемости стекол, которые использовались при его изготовлении. Чем больше размер видоискателя и светлее стекла, тем проще будет фотографу навести необходимый фокус и понять попал в него желаемый объект или нет.
Конечно же, большие и светлые видоискатели существенно упрощают работу фотографа, но их устанавливают только на дорогостоящие модели профессионального уровня, которые может позволить себе далеко не каждый.
Со времени появления первого фотоаппарата существенных изменений в механизм действия этого приспособления внесено не было. Принцип работы остается тот же: свет попадает через отверстие, масштабируется, затем направляется на светочувствительный элемент, встроенный внутрь камеры.
Интересные публикации на сайте
История развития фототехники привела к тому, что были выработаны определённые стандарты на интерфейс между фотографом и используемой им фототехникой. В результате цифровые фотоаппараты в большинстве своих внешних черт и органах управления повторяют наиболее совершенные модели плёночной техники. Принципиальное различие оказывается в «начинке» аппарата, в технологиях фиксации и последующей обработке изображения.
Основные элементы цифрового фотоаппарата
- Матрица
- Объектив
- Затвор
- Видеоискатели
- Процессор
- Дисплей
- Вспышка
Устройство зеркального фотоаппарата
Зеркальный цифровой фотоаппарат - это фотоаппарат, в котором объектив видоискателя и объектив для захвата изображения один и тот же, также в фотоаппарате используется цифровая матрица для записи изображения. В не зеркальном фотоаппарата в видоискатель попадает изображение из отдельного маленького объектива, чаще всего находящийся над основным. Отличие также имеется и от обычного устройства фотоаппарата (мыльницы), где отображается на экране изображение, попадающее непосредственно на матрицу.
В обычном устройстве зеркального цифрового фотоаппарата свет проходит через объектив (1). Затем он достигает диафрагмы, которая регулирует его количество (2), затем свет доходит до зеркала в устройстве зеркального цифрового фотоаппарата, отражается и проходит через призму (4), чтобы перенаправить его в видоискатель (5). Информационный экран добавляет к изображению дополнительную информацию о кадре и экспозиции (зависит от модели фотокамеры). В момент, когда происходит фотографирование, зеркало устройства фотоаппарата (6) поднимается, открывается затвор фотоаппарата (7). В этот момент свет попадает прямо на матрицу фотоаппарата и происходит экспонирование кадра - фотографирование. Затем закрывается затвор, обратно опускается зеркало, и фотоаппарат готов к следующему снимку. Необходимо понимать, что весь этот сложный процесс внутри происходит за доли секунды.
C самого создания первого устройство фотоаппарата, основная схема работы его почти не изменилась. Свет проходит через отверстие, масштабируется и попадает на светочувствительный элемент внутри устройства фотоаппарата. Будь это пленочной камерой или зеркальной цифровой фотокамерой. Рассмотрим основные отличая зеркального фотоаппарата от не зеркального. Как вы могли догадаться главное отличие в наличии специального зеркала. Это зеркальце позволяет фотографу видеть в видоискателе абсолютно такую же картинку, которая попадает на плёнку или матрицу.
Механизм работы цифрового фотоаппарата довольно сложен для неподготовленного читателя, но все-таки кратко опишем его: до нажатия клавиши затвора в зеркальных фотоаппаратах между объективом и матрицей расположено зеркало, отражаясь от которого, свет попадает в видоискатель. В незеркальных фотоаппаратах и зеркальных фотоаппаратах в режиме Live View свет из объектива падает на матрицу, при этом на ЖК экран выводится изображение, сформированное на матрице. В некоторых фотоаппаратах при этом может происходить автоматическая фокусировка. При неполном нажатии клавиши затвора (если такой режим предусмотрен) происходит выбор всех автоматически выбираемых параметров съёмки (фокусировка, определение экспопары, чувствительности фотоматериала (ISO) и т. д.). При полном нажатии происходит съёмка кадра, и считывание информации с матрицы во встроенную память фотоаппарата (буфер). Далее производится обработка полученных данных процессором с учётом установленных параметров коррекции экспозиции, ISO, баланса белого и др., после чего данные сжимаются в формат JPEG и сохраняются на флэш-карту. При съёмке в формат RAW данные сохраняются на флэш-карту без обработки процессором (возможна коррекция битых пикселей и сжатие алгоритмом без потерь). Так как запись на флэш-карту изображения занимает достаточно большое количество времени, многие фотоаппараты позволяют снимать следующий кадр до окончания записи предыдущего на флэш-карту, если в буфере есть свободное место.
Отличие устройства зеркального цифрового фотоаппарата от пленочного зеркального фотоаппарата?
1. Первое отличие очевидно: в цифровом зеркальном фотоаппарате используется электроника для записи изображения на карту памяти, в то время как устройство пленочного зеркального фотоаппарата захватывает изображение на пленку.
2. Второе отличие между цифровым и пленочным зеркальным фотоаппаратом в том, что большинство цифровых зеркальных фотоаппаратов записывают изображение на поверхность матрицы, которая по площади меньше, чем кадр в пленочной зеркалке.
3. Устройство цифрового фотоаппарата позволяет фотографу увидеть изображение сразу после съемки.
4. Более старые модели пленочных фотокамер не требуют электрического питания. Они полностью состоят из механики. А цифровым зеркальным фотоаппаратам необходимы батарейки или аккумуляторы.
5. При съёмке на пленку лучше немного переэкспонировать кадр, но для цифрового фотоаппарата лучше немного недоэкспонировать кадр.
6. Независимо от того, цифровой фотоаппарат или пленочный, оба типа фото камер имеют огромные возможности по смене объективов, пультов дистанционного управление, вспышек, элементов питания и других аксессуаров.
В основном устройство цифровой камеры повторяет конструкцию пленочного фотоаппарата. Главное их различие – в светочувствительном элементе, на котором формируется изображение. В пленочных фотоаппаратах это пленка, в цифровых – матрица. Свет через объектив попадает на матрицу, где формируется картинка, которая затем записывается в память. Внешний вид цифрового фотоаппарата (корпус без объектива) приведен на рис. 2.
Рис. 2. Внешний вид корпуса цифрового фотоаппарата без объектива
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.
Матрица
Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселей. 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 ухищрениям. Так, например, ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксель покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!) в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue ). Эти цвета – 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 (рис. 3) состоит только из пикселей красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат). Для записи файлов в наиболее популярном для хранения фотографических изображений графическом растровом формате JPEG и универсальном формате TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселей. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.
Рис. 3. Принцип получения цветного изображения
Существует два основных типа матриц. Они различаются способом считывания информации с сенсора. В матрицах типа ПЗС (рис. 4) 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.
Рис. 4. Матрица типа ПЗС Рис. 5. КМОП-матрица
В матрицах типа КМОП (рис. 5) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. Каждый пиксель обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера (измерение уровня освещенности фотографируемого объекта) и автофокусировки (автоматическое наведение оптической системы объектива на резкость изображения в фокальной плоскости).
Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные, где каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн (рис. 6).
Рис. 6. Трехслойная матрица
Лучшей альтернативой линейному ПЗС является трехлинейный (trilinear ) ПЗС . Он имеет три ряда фильтров, фактически включенных в элементы ПЗС .
Каждый фильтр блокирует свой первичный цвет. Таким образом, ПЗС снимает информацию сразу о трех цветах, при этом время на съемку кадра значительно сокращается. Эти системы довольно медлительны и используются в студийных фотоаппаратах. Цифровые фотоаппараты “в режиме реального времени”, использующие матрицу элементов ПЗС , управляют цветом одним из двух способов. При первом способе цвет попадает на матрицу ПЗС , в которой смежные пиксели содержат различные цветовые фильтры.
В процессе записи изображения микропроцессор, расположенный внутри фотоаппарата, считывает сигнал от каждого пикселя и усредняет полученное значение. Этот способ позволяет мгновенно отснять кадр. Единственный недостаток состоит в том, что полученное изображение “размывается” из-за использования средств математической обработки. Если, например, сфотографировать белый лист с черным квадратом посередине, то мы не увидим абсолютно четкую грань квадрата. Цвет пикселей, которые окажутся на грани черного и белого цветов, будут определяться как средний между 100% черного и 100% белого, и поэтому примет значение 50% серого цвета. Цвет пикселей, смежных с 50% серого цвета, будет, в свою очередь, определяться как средний между ним и цветом пикселей с другой стороны, и так далее.
Затвор
Затвор отмеряет время, в течение которого свет воздействует на сенсор (выдержку). В подавляющем большинстве случаев это время измеряется долями секунды. В цифровых зеркальных камерах, как и в пленочных, затвор представляет собой две непрозрачных шторки, закрывающих сенсор. Из-за этих шторок в цифровых зеркальных фотоаппаратах невозможно визирование по дисплею, поскольку матрица закрыта и не может передавать изображение на дисплей.
Рис. 7. Компоновка кадра изображения непосредственно на дисплее
В компактных камерах матрица не закрыта затвором, и поэтому можно компоновать кадр по дисплею (рис. 7).
Когда кнопка спуска нажата, шторки приводятся в движение пружинами или электромагнитами. Благодаря этому 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.
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.
Видоискатель
В пленочных камерах компоновать кадр можно, только пользуясь видоискателем. Цифровые же фотоаппараты позволяют вовсе забыть о нем, поскольку в большинстве моделей для этого удобнее использовать дисплей (рис. 6). В некоторых очень компактных камерах видоискатель вообще отсутствует. Самое важное в видоискателе – это то, 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.
На рис. 8 приведена схема попадания изображения через систему зеркал в видоискатель зеркального фотоаппарата.
Рис. 8. Схема попадания изображения в видоискатель
зеркального фотоаппарата
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 маленький дисплей, изображение на который передается непосредственно с матрицы – точно так же, как и на внешний дисплей.
2.5. Память
Второй основной структурной единицей цифрового фотоаппарата является память.
В начале 90-х годов цифровые фотоаппараты использовали только один вид памяти, получивший название встроенной. Эта память создавала много неудобств в работе фотографа. Ограниченная, как правило, небольшим объемом, обычно 2 Мб , она позволяла сохранять небольшое количество снимков, которые, в свою очередь, сразу необходимо было переписывать на компьютер.
В середине 90-х годов появился новый вид памяти, получивший название сменной памяти. Сменная память используется в цифровых фотоаппаратах для увеличения количества сохраняемых кадров. Она представляет собой небольшие карточки, которые вставляются в камеру. Она энергонезависима, то есть для хранения записанной на нее информации не нуждается в питании. Фактически она больше похожа на жесткий диск, используемый в компьютере, только очень маленьких размеров и с меньшим объемом.
Наличие в фотоаппарате возможности использовать сменную память можно считать существенным плюсом, так как можно самому регулировать (правда, путем дополнительных денежных вложений) емкость цифрового фотоаппарата. Примеры сменных карт памяти приведены на рис. 9.
Рис. 9. Примеры сменных карт памяти