© 2014 сайт

Для полного контроля над процессом получения цифрового изображения необходимо хотя бы в общих чертах представлять себе устройство и принцип работы цифрового фотоаппарата.

Единственное принципиальное отличие цифровой камеры от плёночной заключается в природе используемого в них светочувствительного материала. Если в плёночной камере это плёнка, то в цифровой – светочувствительная матрица. И как традиционный фотографический процесс неотделим от свойств плёнки, так и цифровой фотопроцесс во многом зависит от того, как матрица преобразует свет, сфокусированный на неё объективом, в цифровой код.

Принцип работы фотоматрицы

Светочувствительная матрица или фотосенсор представляет собой интегральную микросхему (проще говоря, кремниевую пластину), состоящую из мельчайших светочувствительных элементов – фотодиодов.

Существует два основных типа сенсоров: ПЗС (Прибор с Зарядовой Связью, он же CCD – Charge-Coupled Device) и КМОП (Комплементарный Металл-Оксид-Полупроводник, он же CMOS – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Матрицы обоих типов преобразовывают энергию фотонов в электрический сигнал, который затем подлежит оцифровке, однако если в случае с ПЗС матрицей сигнал, сгенерированный фотодиодами, поступает в процессор камеры в аналоговой форме и лишь затем централизованно оцифровывается, то у КМОП матрицы каждый фотодиод снабжён индивидуальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и данные поступают в процессор уже в дискретном виде. В целом, различия между КМОП и ПЗС матрицами хоть и принципиальны для инженера, но абсолютно несущественны для фотографа. Для производителей же фотооборудования имеет значение ещё и тот факт, что КМОП матрицы, будучи сложнее и дороже ПЗС матриц в разработке, оказываются при этом выгоднее последних при массовом производстве. Так что будущее, скорее всего, за технологией КМОП в силу чисто экономических причин.

Фотодиоды, из которых состоит любая матрица, обладают способностью преобразовывать энергию светового потока в электрический заряд. Чем больше фотонов улавливает фотодиод, тем больше электронов получается на выходе. Очевидно, что чем больше совокупная площадь всех фотодиодов, тем больше света они могут воспринять и тем выше светочувствительность матрицы.

К сожалению, фотодиоды не могут быть расположены вплотную друг к другу, поскольку тогда на матрице не осталось бы места для сопутствующей фотодиодам электроники (что особенно актуально для КМОП матриц). Восприимчивая к свету поверхность сенсора составляет в среднем 25-50 % от его общей площади. Для уменьшения потерь света каждый фотодиод накрыт микролинзой, превосходящей его по площади и фактически соприкасающейся с микролинзами соседних фотодиодов. Микролинзы собирают падающий на них свет и направляют его внутрь фотодиодов, повышая таким образом светочувствительность сенсора.

По завершении экспонирования электрический заряд, сгенерированный каждым фотодиодом, считывается, усиливается и с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается в двоичный код заданной разрядности, который затем поступает в процессор фотоаппарата для последующей обработки . Каждому фотодиоду матрицы соответствует (хоть и не всегда) один пиксель будущего изображения.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект , внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

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.

Человека всегда тянуло к прекрасному, увиденной красоте человек пытался придать форму. В поэзии это была форма слова, в музыке красота имела гармоническую звуковую основу, в живописи формы прекрасного передавались красками и цветом. Единственное, что не мог человек, это запечатлеть мгновение. Например, поймать разбивающуюся каплю воды или рассекающую грозовое небо молнию. С появлением в истории фотоаппарата и развитием фотографии это стало возможным. История фотографии знает множественные попытки изобретения фотографического процесса до создания первой фотографии и берет начало в далеком прошлом, когда математики изучая оптику преломления света обнаруживали, что изображение переворачивается, если пропустить его в темную комнату через небольшой отверстие.

В1604 г. немецкий астроном Иоганн Кеплер установил математические законы отражения света в зеркалах, которые в последствии залегли в основу теории линз по которым другой итальянский физик Галилео Галилей создал первый телескоп для наблюдения за небесными телами. Принцип преломления лучей был установлен, оставалось только научиться каким-то образом сохранять полученные изображения на отпечатках еще не раскрытым химическим путем.

В 1820-е гг.. Жозеф Нисефор Ньепс открыл способ сохранения полученного изображения путем обработки попадающего света асфальтовым лаком (аналог битума) на поверхность из стекла в, так называемой камере-обскуре. С помощью асфальтового лака изображение принимало форму и становилось видимым. В первые в истории человечества картину рисовал не художник, а падающие лучи света в преломлении.

В 1835 г. английский физик Уильям Тальбот, изучая возможности камеры-обскура Ньепса смог добиться улучшения качества фотоизображений с помощью изобретенного им отпечатка фотографии - негатива. Благодаря этой новой возможности снимки теперь можно было копировать. На своей первой фотографии Тальбот запечатлел собственное окно на котором четко просматривается оконная решетка. В будущем он написал доклад, где называл художественное фото миром прекрасного, таким образом заложив в историю фотографии будущий принцип печати фотографий. В 1861 г. фотограф из Англии Т. Сэттон изобрел первый фотоаппарат с единым зеркальным объективом. Схема работы первого фотоаппарата была следующей, на штатив закреплялся крупный ящик с крышкой сверху, через которую не проникал свет, но через которую можно было вести наблюдение. Объектив ловил фокус на стекле, где с помощью зеркал формировалось изображение.

В 1889 г. в истории фотографии закрепляется имя Джорджа Истмана Кодак, который запатентовал первую фотопленку в виде рулона, а потом и фотокамеру "Кодак", сконструированную специально для фотопленки. В последствии, название "Kodak" стало брэндом будущей крупной компании. Что интересно, название не имеет сильной смысловой нагрузки, в данном случае Истман решил придумать слово, начинающееся и заканчивающиеся на одну и ту же букву.

В 1904 г. братья Люмьер под торговой маркой "Lumiere" начали выпускаться пластины для цветного фото, которые стали основоположниками будущего цветной фотографии .

В 1923 г. появляется первый фотоаппарат в котором используется пленка 35 мм, взятая из кинематографа. Теперь можно было получать небольшие негативы, просматривая затем их выбирать наиболее подходящие для печатания крупных фотографий. Спустя 2 года фотоаппараты фирмы "Leica" запускаются в массовое производство.

В 1935 г. фотоаппараты Leica 2 комплектуются отдельным видеоискателем, мощной фокусировочной системой, совмещающие две картинки в одну. Чуть позже в новых фотоаппаратах Leica 3 появляется возможность использования регулировки длительности выдержки. Долгие годы фотоаппараты Leica оставались неотъемлимыми инструментами в области искусства фотографии в мире.

В 1935 г. компания "Kodak" выпускает в массовое производство цветные фотопленки "Кодакхром". Но еще долгое время при печати их надо было отдавать на доработку после проявки где уже накладывались цветные компоненты во время проявки.

В 1942 г. "Kodak" запускают выпуск цветных фотопленок "Kodakcolor", которые последующие полвека становятся одними из популярными фотопленками для профессиональных и любительских камер.

В 1963 г. представление о быстрой печати фотографий переворачивают фотокамеры "Polaroid", где фотография печатается мгновенно после полученного снимка одним нажатием. Достаточно было просто подождать несколько минут, чтобы на пустом отпечатке начали прорисовываться контуры изображений, а затем проступала полностью цветная фотография хорошего качества. Еще 30 лет универсальные фотоаппараты Polaroid будут занимать ведущие по популярности места в истории фото, чтобы уступить эпохе цифровой фотографии.

В 1970-х гг. фотоаппараты снабжались встроенным экспонометром, автофокусировку, автоматические режимы съемки, любительские 35 мм камеры имели встроенную фотовспышку. Чуть позже к 80-м годам фотоаппараты начали снабжаться ж/к панелями, которые показывали пользователю программные установки и режими фотокамеры. Эра цифровой техники только начиналась.

В 1974 г. с помощью электронного астрономического телескопа была получена первая цифровая фотография звездного неба.

В 1980 г. компания "Sony" готовит к выпуску на рынок цифровую видеокамеру Mavica. Снятое идео сохранялось на гибком флоппи-диске, который можно было бесконечно стирать для новой записи.

В 1988 г. компания "Fujifilm" официально выпустила в продажу первый цифровой фотоаппарат Fuji DS1P, где фотографии сохранялись на электронном носителе в цифровом виде. Фотокамера обладала 16Mb внутренней памяти.

В 1991 г. компания "Kodak" выпускает цифровую зеркальную фотокамеру Kodak DCS10, имеющую 1,3 mp разрешения и набор готовых функций для профессиональной съемки цифрой.

В 1994 г. компания "Canon" снабжает некоторые модели своих фотокамер системой оптической стабилизации изображений.

В 1995 г. компания "Kodak", следом за Canon прекращает выпуск популярных последние полвека пленочных своих фирменных фотокамер.

2000-х гг. Стремительно развивающиеся на базе цифровых технологий корпорации Sony, Samsung поглощают большую часть рынка цифровых фотоаппаратов. Новые любительские цифровые фотоаппараты быстро преодолели технологическую границу в 3Мп и по размеру матрицы легко соперничают с профессиональной фототехникой имея размер от 7 до 12 Мп. Несмотря на быстрое развитие технологий в цифровой технике, таких как: распознавание лица в кадре, исправление оттенков кожи, устранение эффекта "красных" глаз, 28-кратное "зумирование", автоматические сцены съемки и даже срабатывание камеры на момент улыбки в кадре, средняя цена на рынке цифровых фотокамер продолжает падать, тем более что в любительском сегменте фотоаппаратам начали противостоять мобильные телефоны, снабженные встроенными камерами с цифровым зумом. Спрос на пленочные фотоаппараты стремительно упал и теперь наблюдается другая тенденция повышения цены аналоговой фотографии, которая переходит в разряд раритета.

Устройство пленочного фотоаппарата

Принцип работы аналогового фотоаппарата: свет проходит через диафрагму объектива и, вступая в реакцию с химическими элементами пленки сохраняется на пленке. В зависимости от настройки оптики объектива, применения особых линз, освещенности и угла направленного света, времени раскрытия диафрагмы можно получить различный вид изображения на фотографии. От этого и многих других факторов формируется художественный стиль фотографии. Конечно, главным критерием оценки фотографии остается взгляд и художественный вкус фотографа.

Корпус.
Корпус фотоаппарата не пропускает свет, имеет крепления для объектива и фотоспышки, удобную форму ручки для захвата и место для крепления к штативу. Внутрь корпуса помещается фотопленка, которая надежно закрыта светонепропускающей крышкой.

Фильмовой канал.
В нем пленка перематывается, останавливась на нужном для съемке кадре. Счетчик механически связан с фильмовым каналом, при прокрутке которого указывает на количество отснятых кадров. Существуют камеры с моторным приводом, которые позволяют делать съемку через последовательно заданный промежуток времени, а также вести скоростную съемку до нескольких кадров в секунду.

Видоискатель.
Оптический объектив через которое фотограф видит в рамке будущий кадр. Зачастую имеет дополнительные метки для определения положения объекта и некоторые шкалы настройки светка и контрастности.

Объектив.
Объектив - мощный оптический прибор, состоящий из нескольких линз, позволяющий делать изображения на различном расстоянии со сменой фокусировки. Объективы для профессиональной фотосъемки помимо линз состоят еще из зеркал. Стандартный объектив имеет расстояние фокусаокругленно равное диагонали кадра, угол 45 градусов. Фокусное расстояние широкоугольного объектива меньшее диагонали кадра служит для съемки в небольшом пространстве, угол до 100 градусов. для удаленных и панорамных объектов применяется телескопический объектив у которого фокусное расстояние гораздо больше диагонали кадра.

Диафрагма.

Устройство регулирующее яркость оптической картинки объекта фотографирования по отношению к его яркости. Наибольшее распространение получила ирисовая диафрагма, у которой световое отверстие образуется несколькими серповидными лепестками в виде дуг, при съемке лепестки сходятся или расходятся, уменьшая или увеличивая диаметр светового отверстия.

Затвор

Затвор фотоаппарата приоткрывает шторки для попадания света на пленку, затем свет начинает действовать на пленку, вступая в химическую реакцию. От продолжительности приоткрытия затвора зависит экспозиция кадра. Так для ночной съемки ставится более длительная выдержка, для съемке на солнце или скоростной съемке максимально короткая.

Дальнометр.

Устройство с помощью которого фотограф определяет расстояние до объекта съемки. нередко дальномер бывает совмещен для удобства с видоискателем.

Кнопка спуска.

Запускает процесс фотосъемки длящийся не более секунды. В одно мгновение срабатывает затвор, раскрываются лепестки диафрагмы, свет попадает на химический состав фотопленки и кадр запечатлен. В старых пленочных фотоаппаратах кнопка спуска основана на механическом приводе, в более современных фотоаппаратах кнопка спуска, как и остальные движущиеся элементы камеры на электроприводе

Катушка фотплёнки
Катушка на которую крепится фотопленка внутри корпуса фотоаппарата.По окончании кадров на пленке в механических моделях пользователь перематывал фотопленку в обратном направлении в ручную, в более современных фотоаппаратах пленка перематывалась по окончании с помощью электромоторного привода, работающего от пальчиковых батареек.

Фотовспышка.
Плохая освещенность объектов фотосъемки приводит к использованию фотоспышки. В профессиональной съемке к этому приходится прибегать только в неотлагательных случаях когда нет других приборов освещения экранов, ламп. Фотоспышка состоит из газорязрядной лампы в виде стеклянной трубки содержащей газ ксенон. При накапливании энергии вспышка заряжается, газ в стеклянной трубке ионизируется, затем мгновенно разряжается, создавая яркую вспышку при силе света свыше сотни тысяч свечей. При работе вспышки нередко отмечается эффект "красных глаз" у людей и животных. Это происходит потому, что при недостаточной освещенности помещения где проводится фотосъемка, глаза человека расширяются и при срабатывании вспышки зрачки не успевают сузиться, отражая слишком много света от глазного яблока. Для усранения эффекта "красных глаз" используется один из методов предварительного направления светового потока на глаза человека перед срабатыванием вспышки, что вызывает сужение зрачка и меньшим отражением от него света вспышки.

Устройство цифрового фотоаппарата

Принцип работы цифрового фотоаппарата на стадии прохождения света через линзу объектива тот же, что и у пленочного. Изображение преломляется через систему оптики, но сохраняется не на химическом элементе фотопленки аналоговым путем, а преобразуется в цифровую информацию на матрице от разрешающей способности которой и будет зависеть качество снимка. Затем перекодированное изображение в цифровом виде сохраняется на сменном носителе информации. Информацию в виде изображения можно редактировать, перезаписывать и отправлять на другие носители данных.

Корпус.

Корпус цифрового фотоаппарата имеет вид по аналогии с пленочным фотоаппаратом, но за счет отсутствия необходимости фильмового канала и места для катушки с пленкой, корпус современного цифрового фотоаппарата значительно тоньше обычного пленочного и имеет место для ЖК экрана, встроенного в корпус, либо выдвижного, и слоты для карт памяти.

Видоискатель. Меню. Настройки (ЖК экран) .

Жидкокристалический экран неотъемлимая часть цифрового фотоаппарата. Он имеет совмещенную функцию видоискателя, в котором можно приближать объект, видеть результат автофокусировки, выстраивать экспозицию по границам, а также использовать его в качестве экрана меню с настройками и опциями набора функций съемки.

Объектив.

В профессиональных цифровых фотоаппаратах объектив практически ничем не отличается от аналоговых фотокамер. Он также состоит из линз и набора зеркал и имеет те же механические функции. В любительских камерах объектив стал гораздо меньших форм и помимо оптического зума (приближение объекта) имеет встроенный цифровой зум, который способен многократно приблизить отдаленный объект.

Матрица сенсор.

Главный элемент цифровой фотокамеры небольшая пластина с проводниками которая формирует качество изображения, четкость которого и зависит от разрешающей способности матрицы.

Микропроцессор.

Отвечает за все функции работы цифровой камеры. Все рычаги управления камеры ведут к процессору в котором зашита программная оболочка (прошивка), которая отвечает за действия фотокамеры: работа видоискателя, автофокус, программные сцены съемки, настройки и функции, электрический привод выдвижного объектива, работа фотовспышки.

Стабилизатор изображений.

При покачивании камеры во время нажатия на спусковой завтор или при съемке с движущейся поверхности, например, с качающегося на волнах катера, изображение может получится размытое. Оптический стабилизатор практически не ухудшает качество полученной картинки за счет дополнительной оптики, которая компенсирует отклонения изображения при покачивании, оставляя изображение неподвижным перед матрицей. Схема работы цифрового стабилизатора изображения фотоаппарата при дрожании картинки заключается в условных поправках, вносимых при расчете картинки процессором, задействовав дополнительную треть пикселей на матрице, учавствующих только в коррекции изображения.

Носители информации.

Полученное изображение сохраняется в памяти фотоаппарата в виде информации на внутренней, либо внешней памяти. Фотоаппараты имеют разъемы для карт памяти SD, MMC, CF, XD-Picture и др., а также разъемы для подключения к другим источникам храненияинформации компьютеру, HDD сменным носителям и т.п.

Цифровая фототехника сильно поменяла представления в истории фотографии о том какое должно быть художественное фото. Если в прежние времена фотографу приходилось идти на различные ухищрения, чтобы получить интересный цвет или необычный фокус для определения жанра фотографии, то теперь есть целый набор примочек, включенных в программное обеспечение цифровой фотокамеры, коррекция размеров изображения, изменение цвета, создание рамки вокруг фото. Также любую отснятую цифровую фотографию можно подвергнуть редактированию в известных фоторедакторах на компьютере и легко установить в цифровую фоторамку, которые следом за пошаговым наступлением цифровых технологий становятся все более популярными для украшения интерьера чем-то новым и необычным.

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.

Свет попадает на матрицу цифрового фотоаппарата через оптическую систему, основными составляющими которой являются объектив, видоискатель и устройство автоматической фокусировки. Оптическая система собирает лучи света и проецирует изображение на плоскость. Объектив, безусловно, занимает центральное место в оптической системе цифровой камеры, поскольку именно от его характеристик и качества изготовления зависят детальность и резкость получаемого на светочувствительном носителе изображения.

Широкий выбор объективов для цифровой фототехники определяет разнообразие возможностей для реализации творческих идей и задумок фотографа. Несмотря на то, что объектив является одним из важнейших узлов фотоаппарата, его основные принципы работы и устройство мало изменились за десятилетия с момента появления первой пленочной камеры.

Принцип работы объектива фотоаппарата основан на одном из главных оптических свойств света – преломлении световых лучей при прохождении границы сред с разными плотностями. Это свойство прекрасно заметно, например, при размешивании сахара в чашке с чаем. Глядя в чашку, мы можем заметить, как ложка, который мы помешиваем сахар, оказывается точно надломленной на границе воды и воздуха. Это оптическое свойство обуславливается тем простым фактом, что скорость распространения света в воде меньше, чем скорость распространения световых лучей в воздухе.

Еще более впечатляющий эффект преломления наблюдается при прохождении света сквозь границу воздуха и стекла, особенно при определенном радиусе искривления стекла. В объективе цифровой камеры свет преломляется при прохождении через прозрачную полированную поверхность стекла линзы, то есть на границе «воздух — оптическое тело». В результате преломления светового потока объектив проецирует на светочувствительном элементе фотоаппарата (матрице) геометрически правильное, резкое изображение снимаемых объектов по всему полю кадра.

Получаемое таким способом световое изображение не должно содержать каких-либо искажений формы, яркости или цвета фотографируемых объектов. Однако явления преломления света в объективе фотоаппарата нередко сопровождаются возникновением так называемых аберраций (искажений изображения). Для того, чтобы снизить эти проявления, сказывающиеся негативно на качестве изображения, в современных оптических системах применяются разнообразные приемы, связанные, в частности, с увеличением числа линз в объективе.

Конструкция объектива

Объектив является сложным оптическим устройством, которое конструктивно состоит из следующих основных элементов: системы линз и сферических зеркал, изготовленных из специального оптического стекла, металлической оправы и диафрагмы. В лицевой части объектива располагается оптическая линза, основное предназначение которой состоит в сборе световых лучей. Внутри объектива размешаются уже другие оптические линзы и сферические зеркала, которые отвечают за последующее преломление света и дальнейшее формирование изображения.

Количество линз или оптических элементов в конструкции современных объективов может быть разным. При этом они могут быть соединены друг с другом или, наоборот, разделены воздушным пространством. В простейших объективах используется система, состоящая из одной — трех линз. А в высококачественных и дорогих объективах количество оптических элементов, выполненных из различных сортов стекла, может достигать десяти и более.

Оптическое стекло, используемое при изготовлении объективов, отличается идеальной прозрачностью и гладкостью, для него недопустимо наличие каких-либо пузырьков и короблений, ведь онимогут привести к искажению изображения. В конструкции современных объективов применяются особые асферические линзы, которые способны лучше справляться с разнообразными оптическими аберрациями. Такие асферические линзы довольно часто используются, в частности, в устройстве широкоугольной оптики.

Положение линз в объективе должно быть выдержано с точностью до тысячных долей миллиметра, чтобы создаваемое оптическое изображение было максимально резким и четким. В объективе, состоящем из нескольких линз, крайне важно, чтобы оптическая ось каждой отдельной линзы идеально совпадала с оптическими осями всех других линз. Только таким образом может быть достигнуто получение качественного изображения.

Высокая точность взаимного расположения линз в объективе достигается за счет крепления линз в металлической оправе. То есть оправа – это не просто корпус объектива, а компонент, обеспечивающий необходимое расстояние между линзами, а также защиту оптических элементов от механических и климатических воздействий. Оправа выполняется под конкретный тип камеры и ее соединения с объективом.

Большая часть объективов состоит из двух частей: основной металлической оправы, в которой размещаются все оптические детали и диафрагма, и переходной оправы, служащей для осевого перемещения основной оправы и ее соединения с камерой. Переходная оправа обычно имеет несколько кольцеобразных деталей. В результате поворота одного из таких колец обеспечивается осевое перемещение той части металлической оправы, в которой укреплен основной блок объектива. Конструкция оправ объектива предполагает возможность ручного или автоматического изменения диафрагмы, то есть регулируемого по величине отверстия, способного изменять количество световых лучей, проходящих через объектив на матрицу цифрового фотоаппарата.

Шестилепестковая диафрагма

Диафрагма в объективе представляет собой светонепроницаемую заслонку с небольшим отверстием в центре, которая просто отсекает световые лучи, проходящие сквозь края линзы. Такая заслонка в подавляющем большинстве объективов состоит из тонких металлических лепестков серповидной формы, установленных по окружности между линзами объектива. Эти лепестки диафрагмы могут поворачиваться одновременно друг с другом, двигаясь в пространство между линзами или выходя из него. Диафрагма служит для изменения глубины резко изображаемого пространства. Уменьшая размер диафрагменного отверстия, мы можем повысить резкость кадра.

Элементы объектива (источник electrogor.ru)

В устройство объектива входит и фокусировочное кольцо. Оно используется для ручной наводки объектива на резкость. Вращая кольцо объектива, фотограф может сделать резким либо передний, либо задний план. Если же объектив снабжен функцией автофокуса, то фокусировочное кольцо вращается автоматически благодаря специальному мотору. При нажатии на затвор камеры объектив автоматически фокусируется на резкость по центральному участку кадра. Фиксирование фокусировки обычно происходит при нажатии кнопки спуска до половины.

В современных объективах ведущих производителей применяется ультразвуковой привод фокусировки (USM), встроенный непосредственно в объектив. Благодаря ему обеспечивается очень быстрая скорость работы фокусировки. Существуют объективы и с так называемым отверточным приводом, который механически связывает объектив и фотоаппарат. Такая система работает более медленно и шумно.

Помимо автофокуса, в конструкции объектива часто встраивается и механизм стабилизации, который компенсирует дрожание камеры при увеличенных выдержках, тем самым, давая фотографу возможность получать резкие кадры в условиях недостаточной освещенности без использования штатива. Объектив с переменным фокусным расстоянием имеет специальное кольцо трансфокатора, используемое для изменения фокусного расстояния. С помощью такого кольца можно приблизить или отдалить снимаемый объект в кадре.

Оправа объектива может составлять одно целое с камерой только в том случае, если объектив жестко встроен в фотоаппарат. В цифровых же камерах, рассчитанных на использование сменных объективов, применяется система крепления объектива — байонет. Такие системы крепления объектива к камере у каждого производителя свои собственные, хотя существуют и некоторые открытые стандарты байонета. Размеры и форма байонета зависят от типа камеры, к которой крепится объектив. Сам объектив может, в свою очередь, предоставлять возможность для установки разнообразных фильтров. Для этого он оснащается специальной резьбой, расположенной вокруг внешней линзы. Именно на эту резьбу и прикручиваются различные фильтры и другие аксессуары для объективов.

Характеристики объектива

Объективы характеризуются двумя основными параметрами – светосилой и фокусным расстоянием. Как правило, значения этих параметров указываются на передней части оправы любого объектива. Светосила определяет яркость создаваемого объективом оптического изображения, то есть иными словами служит показателем способности объектива пропускать свет. Чем больше света проходит через объектив, тем, соответственно, выше его светосила.

Преимущество объективов, обладающих высокой светосилой, заключается в том, что они позволяют вести съемку в условиях недостаточной освещенности и предоставляют фотографу больше свободы в выборе экспозиционных параметров съемки. Но если снимаемый объект освещен достаточно хорошо, то светосильный объектив будет уже не помощником, а скорее помехой. Высокая яркость создаваемого им изображения обеспечит переэкспонирование матрицы фотоаппарата.

Фокусное расстояние, в свою очередь, характеризует масштаб изображения, проецируемого объективом на матрицу цифровой камеры. Чем больше фокусное расстояние объектива, тем более «приближенное» и крупное изображение получится при съемке одного и того же объекта. Меньшее фокусное расстояние позволяет охватить большее поле обзора и уместить, таким образом, на одной фотографии широкую панораму.

От фокусного расстояния объектива напрямую зависит не только охват кадра и угол обзора, но и перспектива снимка. В частности, увеличение фокусного расстояния позволяет сделать задний план более крупным, приблизить его к переднему и сгладить разницу в расстоянии. Наоборот, уменьшение фокусного расстояния дает возможность сделать задний план визуально дальше и мельче, усиливая ощущения перспективы на снимке.

В зависимости от фокусного расстояния принято классифицировать объективы на следующие виды:

— Стандартные (фокусное расстояние от 40 до 50 мм)

Стандартным принято называть объектив с фокусным расстоянием, примерно равным диагонали кадра. С помощью стандартного объектива получается изображение, приближенное к тому, каким картинку видит человеческий глаз. То есть стандартные объективы нейтральны по своему действию и не обеспечивают никаких эффектов. Такие объективы широко применяются для съемки портретов, поскольку они не допускают искажения лиц.

— Широкоугольные (фокусное расстояние от 12 до 35 мм)

Широкоугольные объективы имеют короткое фокусное расстояния и широкий угол обзора, что позволяет использовать их в тех случаях, когда требуется увеличенный угол зрения. Например, при съемке пейзажей или архитектуры, где широкоугольный объектив дает возможность подчеркнуть перспективу пространства в кадре. Они также оказываются очень удобными при съемке в ограниченном пространстве благодаря своему широкому полю зрения.

— Телеобъективы (фокусное расстояние от 200 мм и более)

Для съемки удаленных объектов применяются телеобъективы. Благодаря небольшому углу обзора телеобъектив позволяет акцентировать внимание на основном объекте съемки, отсекая из кадра или размывая до неузнаваемости все лишнее. Телеобъективы способны сокращать расстояние между передним и задним планами, буквально «сплющивая» перспективу. Такие объективы гораздо более восприимчивы к дрожанию или малейшим вибрациям камеры, поэтому их использование практически немыслимо без надежного штатива.

Помимо этих типов, выделяют и другие объективы специального назначения. В частности, макрообъективы или объективы «фиш-ай».

Напоследок стоит сказать о некоторой специфике объективов, предназначенных именно для цифровых фотоаппаратов. Дело в том, что фотопленка может практически одинаково воспринимать как свет, падающий на ее поверхность под нормальным углом, так и косые световые лучи. Поэтому для определения качества объектива для пленочного аппарата нужно было лишь провести тестовую съемку и отпечатать фотографии большого формата, чтобы увидеть готовый результат.

Цифровая же фототехника характеризуется тем, что светочувствительный элемент (матрица) гораздо критичнее относится к углу падения световых лучей. И если лучи падают на поверхность матрицы под острым углом, то некоторая часть света просто не попадает на светочувствительную поверхность. В результате, при использовании некоторых объективов изображение по краям кадра теряет четкость, в других же случаях начинают проявляться заметные цветовые артефакты.

Чтобы решить эту проблему, производители объективов для цифровых фотоаппаратов стараются сегодня применять системы из нескольких линз и оптических элементов в конструкции оптики. Однако в этом случае приходится добиваться того, чтобы центр симметрии каждого оптического элемента идеально совпадал с оптическими осями других линз. Если этого не удается достичь, то неминуемо возникают различные геометрические аберрации и искажения, также портящие снимок.

Поэтому производство фотографических объективов в современных условиях отличается высокой степенью сложности и требует очень высокой точности изготовления. Такую точность при изготовлении линз и сборке объективов удается достигнуть только за счет использования на производственных предприятиях роботизированных сборочных аппаратов.