Zariadenie a princíp fungovania fotoaparátu

2024 Autor: Sierra Becker | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-26 06:23

Fotografia je jedným z najdôležitejších vynálezov v histórii – skutočne zmenila spôsob, akým ľudia uvažujú o svete. Teraz môže každý človek vidieť obrazy vecí, ktoré sú v skutočnosti vo veľkej vzdialenosti alebo už dávno neexistujú. Každý deň sa na internete zverejňujú miliardy fotografií, ktoré menia život na digitálne pixely informácií.

Štruktúra fotoaparátu

Fotografie vám umožňuje zachytiť dôležité momenty života a uložiť si ich na ďalšie roky. Zariadenia na vytváranie obrázkov sú už dlho zabudované do telefónov a iných gadgetov, ale princíp fungovania fotoaparátu zostáva pre mnohých záhadou. Fotografia je rovnako veda ako umenie, no veľká väčšina nevie, čo sa stane, keď stlačí tlačidlo fotoaparátu alebo otvorí aplikáciu fotoaparátu v smartfóne. Prvý fotoaparát, o štruktúre a princípe, o ktorom bude reč neskôr, nemal žiadne tlačidlá a vôbec nepripomínal aplikáciu. Ale jeho zariadenie je jadrom moderných prístrojov.

Napríklad filmový fotoaparát pozostáva z troch hlavných prvkov: optického – objektívu, chemického – filmu a mechanického – tela fotoaparátu. V krátkosti sa zamyslime nad princípom fungovania fotoaparátu: film sa vkladá do cievky vpravo a navíja sa na ďalšiu cievku vľavo, pričom cestou prechádza pred objektívom. Je to dlhý pás pružného plastu potiahnutý špeciálnymi chemikáliami na báze zlúčenín striebra citlivých na svetlo.

Čiernobiely film má jednu vrstvu a farebný film má tri: vrchná časť je citlivá na modré svetlo, stred je citlivá na zelenú a spodná je citlivá na červenú. Obrázok bol získaný chemickou reakciou každého z nich. Aby svetlo film nepokazilo, je zabalený v odolnom plastovom valci odolnom voči svetlu, ktorý je umiestnený vo vnútri fotoaparátu. Ako však skombinovať všetky komponenty tak, aby zaznamenali jasný, rozpoznateľný obraz? Existuje mnoho rôznych spôsobov, ako zabezpečiť fungovanie týchto častí, ale najprv musíte pochopiť základný princíp fungovania fotoaparátu. Keďže fotografovanie nevyžaduje elektrinu, bežný jednooký zrkadlový fotoaparát je vynikajúcou ilustráciou základných procesov fotografovania.

Prečo potrebujete objektív

Najlepšie je začať stručne vysvetľovať, ako funguje fotoaparát, teóriou. Predstavte si, že stojíte uprostred miestnosti bez okien, dverí alebo svetiel. Na takom mieste nie je nič vidieť, pretože tam nie je zdroj svetla. Za predpokladu, že ste vybrali baterku a zapli ju, alúč z nej sa pohybuje priamočiaro. Keď toto svetlo zasiahne predmet, odrazí sa od neho a zasiahne vaše oči, čo vám umožní vidieť, čo je v miestnosti.

Princíp fungovania digitálneho fotoaparátu je podobný procesu vytrhnutia predmetov z tmavej miestnosti lúčom z baterky. Optickým komponentom fotoaparátu je objektív. Jeho úlohou je odraziť lúče svetla, ktoré sa vracajú od objektu, a presmerovať ich tak, aby sa spojili a vytvorili obraz, ktorý vyzerá ako scéna pred objektívom. Možno nie je úplne jasné, ako k tomuto procesu dochádza a prečo je obyčajné sklo schopné presmerovať svetlo. Odpoveď je veľmi jednoduchá: keď sa svetlo pohybuje z jedného média do druhého, mení rýchlosť.

Ako funguje šošovka

Svetlo sa šíri rýchlejšie vzduchom ako sklom, takže ho šošovka spomaľuje. Keď naň lúče dopadnú pod uhlom, jedna časť vlny sa dostane na povrch skôr ako druhá a tak sa najskôr spomalí. Keď svetlo vstupuje do skla pod uhlom, ohýba sa jedným smerom a potom znova, keď opúšťa sklo, pretože časti svetelnej vlny dopadajú na vzduch a zrýchľujú sa pred ostatnými.

Štandardná konvexná šošovka má jednu alebo obe strany skla zakrivené. To znamená, že prechádzajúce svetelné lúče budú pri vstupe odklonené smerom k stredu šošovky. V dvojitej konvexnej šošovke, ako je lupa, sa svetlo ohýba pri vstupe a výstupe. Tým sa efektívne mení dráha svetla od objektu, ktorá súvisí s hlavnýmprincíp činnosti fotoaparátu. Svetelný zdroj vyžaruje svetlo vo všetkých smeroch. Všetky lúče začínajú v jednom bode a potom sa neustále rozchádzajú. Konvergujúca šošovka tieto lúče zachytí a presmeruje tak, aby sa všetky zbiehali späť do rovnakého bodu. Na tomto mieste sa získa obrázok subjektu.

Princíp fungovania prvého fotoaparátu

Prvá cela bola miestnosť s malým otvorom na jednej bočnej stene. Svetlo ním prechádzalo a odrážalo sa v priamych líniách a obraz sa premietal hore nohami na protiľahlú stenu. Volalo sa to camera obscura a umelci ju používali na maľovanie umeleckých plátien. Vynález sa pripisuje Leonardovi da Vincimu. Hoci takéto zariadenia existovali dávno pred prvou skutočnou fotografiou, až keď sa niekto rozhodol umiestniť svetlocitlivý materiál do zadnej časti tejto miestnosti, zrodil sa nápad získať obraz týmto spôsobom. Princíp fungovania prvej kamery bol nasledovný: keď lúč zasiahol fotocitlivý materiál, chemikálie zareagovali a vyleptali obraz na povrchu. Keďže tento fotoaparát nezachytil príliš veľa svetla, nasnímanie jednej fotografie trvalo osem hodín. Obrázok bol tiež dosť rozmazaný.

Rozdiel medzi zrkadlovkami

Profesionáli často uprednostňujú zrkadlovky. Verí sa, že kvalita obrazu je lepšia, pretože fotograf vidí skutočný obraz objektu v hľadáčiku, nieskreslený digitalizáciou a filtrami. Ak stručne popíšeme princíp fungovania fotoaparátu s reflexným hľadáčikom, potom sa význam zúži na skutočnosť, že v takomto fotoaparáte fotograf vidí skutočný obraz. Otáčaním a stláčaním tlačidiel dokáže upraviť aj všetky detaily. Môže za to dvojité zrkadlo – pentaprizma. Ale v dizajne fotoaparátu je ešte jeden - priesvitný, ktorý sa nachádza pred matricou, ktorá sa tiež nazýva snímač alebo snímač. Princíp činnosti spúšte fotoaparátu spočíva v tom, že po stlačení tlačidla sa zdvihne zrkadlo a zmení sa jeho uhol sklonu. V tomto momente na snímač dopadá prúd svetla, po ktorom sa obraz spracuje a zobrazí na obrazovke.

Princíp fungovania zrkadlovky je spojený s membránou, ktorá sa postupne otvára, aby prepustila lúče. Skladá sa z okvetných lístkov, ktorých poloha určuje priemer stredového kruhu a množstvo prepusteného svetla. Lúč dopadá na šošovky a potom na zrkadlo, matnicu a pentaprizma, kde sa obraz prevráti, a potom do hľadáčika. Toto je miesto, kde fotograf vidí skutočný obraz. Princíp fungovania bezzrkadlovky je iný v tom, že nemá takýto hľadáčik. Často je nahradený obrazovkou alebo elektronickou verziou. Fázové automatické zaostrovanie je tiež dostupné len na zrkadlovkách. Ďalším rozdielom je, že keď stlačíte spúšť, svetlo okamžite dopadne na matricu fotoaparátu.

Zamerajte sa na objekt

Kvalita obrazu sa mení v závislosti od prechodu svetlacez objektív fotoaparátu. Súvisí s tým, pod akým uhlom do nej svetelný lúč vstupuje a akú má štruktúru. Táto cesta závisí od dvoch hlavných faktorov. Prvým je uhol, pod ktorým svetelný lúč vstupuje do šošovky. Druhým je štruktúra šošovky. Uhol vstupu svetla sa mení, keď sa objekt približuje alebo vzďaľuje od neho. Lúče, ktoré vstupujú pod ostrejším uhlom, budú vychádzať pod tupejším uhlom a naopak. Objektív fotoaparátu zachytí všetky odrazené svetelné lúče a pomocou skla ich presmeruje do jedného bodu, čím vytvorí ostrý obraz. Celkový "uhol ohybu" v akomkoľvek danom bode zostáva konštantný.

Ak je svetlo rozostrené, obrázok bude vyzerať rozmazane alebo rozostrený. Ohýbanie šošovky v podstate zväčšuje vzdialenosť medzi rôznymi bodmi na nej. Lúče z bližšieho bodu sa zbiehajú ďalej od šošovky ako z jedného vzdialenejšieho. To znamená, že skutočný obraz bližšieho objektu sa vytvára ďalej od šošovky ako od vzdialenejšieho. Celkový „uhol luku“je určený štruktúrou šošovky. Objektív fotoaparátu sa otáča, aby zaostril približovaním alebo vzďaľovaním od povrchu filmu alebo snímača. Šošovka s okrúhlejším tvarom bude mať ostrejší uhol zakrivenia. To zvyšuje čas, počas ktorého sa jedna časť svetelnej vlny pohybuje rýchlejšie ako druhá časť, takže svetlo sa ostrejšie otáča. Výsledkom je, že zaostrený skutočný obraz sa vytvorí ďalej od šošovky, keď má šošovka rovnejší povrch.

Veľkosťveľkosť objektívu a fotografie

Ako sa vzdialenosť medzi šošovkou a skutočným obrazom zväčšuje, svetelné lúče sa rozširujú a vytvárajú väčší obraz. Plochá šošovka premieta veľký obraz, ale film je exponovaný iba v strede obrazu. Šošovka je v podstate vycentrovaná v strede rámu, čím sa zväčšuje malá oblasť pred divákom. Keď sa predná strana skla vzďaľuje od snímača fotoaparátu, predmety sa približujú. Ohnisková vzdialenosť je miera vzdialenosti medzi miestom, kde svetelné lúče prvýkrát dopadli na šošovku, a miestom, kde dopadajú na snímač fotoaparátu. Profesionálne fotoaparáty vám umožňujú inštalovať rôzne šošovky s rôznym zväčšením. Stupeň zväčšenia popisuje ohnisková vzdialenosť. Vo fotoaparátoch je definovaná ako vzdialenosť medzi šošovkou a skutočným obrazom objektu vo veľkej vzdialenosti.

Rozdiely medzi šošovkami

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

Chromatická aberácia

Šošovka fotoaparátu je vlastne niekoľko šošoviek spojených do jedného bloku. Môže sa vytvoriť jedna zbiehavá šošovkaskutočný obraz na filme, ale bude skreslený množstvom aberácií. Jedným z najvýznamnejších faktorov skreslenia je, že rôzne farby spektra sa pri pohybe cez šošovku ohýbajú odlišne. Táto chromatická aberácia v podstate vytvára obraz, kde tóny nie sú správne zarovnané. Fotoaparáty to kompenzujú použitím viacerých šošoviek vyrobených z rôznych materiálov. Každá šošovka spracováva farby inak a keď sa skombinujú určitým spôsobom, farby sa preusporiadajú. Objektív so zoomom má schopnosť pohybovať rôznymi prvkami objektívu tam a späť. Zmenou vzdialenosti medzi jednotlivými šošovkami môžete upraviť silu zväčšenia šošovky ako celku.

Filmové a obrazové snímače

Zariadenie a princíp činnosti kamery sú spojené aj so záznamom informácií na médium. Historicky boli fotografi aj akýmsi chemikom. Film pozostáva z fotocitlivých materiálov. Keď na tieto materiály dopadá svetlo zo šošovky, zachytávajú tvar predmetov a detaily, napríklad koľko svetla z nich vychádza. V tmavej miestnosti bol film vyvolaný, podrobený sérii chemických kúpeľov, aby sa vytvoril obraz. Princíp fungovania fotoaparátu so snímačom je trochu odlišný od fungovania filmového fotoaparátu. Hoci šošovky, metódy a pojmy sú rovnaké, snímač digitálneho fotoaparátu vyzerá skôr ako solárny panel než pásik filmu. Každý snímač je rozdelený na milióny červených, zelených a modrých pixelov alebo megapixelov. Keď svetlo zasiahne pixel, senzor ho premení na energiu a počítač zabudovaný vo fotoaparáte prečíta, koľko energievyrába sa.

Prečo na megapixeloch záleží

Snímač fotoaparátu funguje tak, že meria, koľko energie má každý pixel, a umožňuje mu určiť, ktoré oblasti na obrázku sú svetlé a tmavé. A pretože každý pixel má farebnú hodnotu, počítač fotoaparátu môže posúdiť farby v scéne tak, že sa pozrie na to, aké ďalšie blízke pixely sú zaregistrované. Spojením informácií zo všetkých pixelov je počítač schopný aproximovať tvary a farby fotografovaného objektu. Ak každý pixel zhromažďuje informácie o svetle, senzory fotoaparátu s väčším počtom megapixelov dokážu zachytiť viac detailov.

To je dôvod, prečo výrobcovia často inzerujú megapixelové fotoaparáty pridaním stručného vysvetlenia, ako fotoaparát funguje. Aj keď je to do určitej miery pravda, dôležitá je aj veľkosť snímača. Väčšie snímače zachytia viac svetla, čo vám pomôže získať lepšiu kvalitu obrazu pri slabom osvetlení. Zabalenie veľkého množstva megapixelov do malého snímača v skutočnosti zhoršuje kvalitu obrazu, pretože jednotlivé pixely sú príliš malé. Štandardný objektív 50 mm objektívu neumožňuje veľké približovanie alebo odďaľovanie, takže je ideálny pre objekty, ktoré nie sú príliš blízko ani príliš ďaleko.

Ako funguje Polaroid

Prenosné fotografické štúdio, ktoré zachytáva takmer okamžité snímky, bolo snom už dlho. Až kým sa neobjavil nezvyčajný fotoaparát, ktorý vám umožní nečakať týždne na výtlačkysnímky. Edwin Land vytvoril prvý fotoaparát Polaroid. Mal nápad na okamžitú fotografiu a požiadal Kodak o financie. Spoločnosť to ale zobrala ako vtip a iba sa mu vysmiala. Edwin Land odišiel domov a začal pracovať na iných projektoch, aby získal peniaze. Vytvoril Polaroid Lens a potom vynašiel svoje slávne prenosné fotografické štúdio.

Princíp činnosti fotoaparátu Polaroid je podobný ako mechanizmus fungovania bežnej filmovej kamery, vo vnútri ktorej bola plastová základňa pokrytá časticami zlúčeniny striebra citlivými na svetlo. Každý polotovar pre fotografiu má rovnaké svetlocitlivé vrstvy umiestnené na plastovej fólii. Obsahujú všetky potrebné chemikálie na vyvolávanie fotografie. Pod každou farebnou vrstvou je ďalšia, s farbivom. Celkovo je na karte viac ako 10 rôznych vrstiev, vrátane nepriehľadnej základnej vrstvy, ktorá je blankou pre chemickú reakciu. Zložkou, ktorá spúšťa proces, je činidlo, zmes deaktivátorov, alkálie, biely pigment a ďalšie prvky. Nachádza sa vo vrstve tesne nad fotosenzitívnymi vrstvami a tesne pod vrstvou obrázka.

Princíp činnosti fotoaparátu Polaroid spočíva v tom, že pred fotografovaním sa všetok reagenčný materiál zhromaždí vo forme guľôčky na okraji plastovej fólie, ďaleko od fotocitlivého materiálu. Po stlačení tlačidla okraj filmu opustí komoru cez dvojicu valcov, ktoré rozdeľujú reagenčný materiál v strederám. Keď je činidlo rozdelené medzi obrazovú vrstvu a fotosenzitívne vrstvy, reaguje s inými chemickými prvkami. Nepriehľadný materiál zabraňuje filtrovaniu svetla do spodných vrstiev, takže film nie je pred vyvolaním úplne exponovaný.

Chemické látky sa pohybujú nadol cez vrstvy a premieňajú exponované častice každej vrstvy na kovové striebro. Chemikálie potom rozpustia vývojové farbivo, takže začne presakovať do vrstvy obrazu. Oblasti kovového striebra v každej vrstve, ktoré boli vystavené svetlu, zachytávajú farbivá, takže sa prestanú pohybovať nahor. Do vrstvy obrázka sa presunú iba farby z neexponovaných vrstiev. Svetlo odrážajúce sa od bieleho pigmentu v činidle prechádza týmito farebnými vrstvami. Kyslá vrstva vo filme reaguje s alkáliami a deaktivátormi v činidle, čo vedie k postupnému vytváraniu obrazu. Na úplné rozvinutie potrebuje svetlo a zvyčajne fotograf vytiahne kartu a uvidí konečnú chémiu spojenú s vyvolávaním filmu.