Как устроен цифровой фотоаппарат? — ремонтируем фотоаппарат
Ремонт фотоаппаратов
Механическая часть его конструкции не сильно отличается от аналоговых собратьев. Все та же вспышка, объектив, светочувствительный элемент. Да вот разница только заключается в том, что он другой.
Если в обычном фотоаппарате роль светочувствительного и запоминающего элемента играла пленка, то у цифровой камеры роль светочувствительного элемента выполняет полупроводниковая матрица, а снятые снимки записываются на карту памяти.
Как устроена матрица? Это такая маленькая пластинка, на которой расположено определенное количество светочувствительных полупроводниковых фотоэлементов — фотодиодов. От их количества зависит разрешение получаемого изображения. Но не всегда количество фотодиодов гарантирует хорошее изображение. Сейчас многие производители устроили гонку за мегапикселями, что на самом деле зачастую приводит к ухудшению качества снимков в угоду цифрам.
Один мегапиксель равен одному миллиону светочувствительных элементов.
Современные цифровые фотоаппараты имеют матрицы двух видов: CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП). Каждая имеет свои достоинства и недостатки. Например, CCD обладает лучшим механизмом преобразования света, что ведет к уменьшению шумов у изображения и повышению динамического диапазона. Однако стоимость CCD матриц существенно выше чем CMOS. Поэтому, матрицы CCD ставятся только на профессиональные устройства, поскольку они позволяют получать намного более качественные фотографии. Студийные фотографии знаменитостей в глянцевых журналах это результат работы матрицы CCD. С другой стороны CMOS матрицы также устанавливаются на недорогие камеры для профессионалов и все камеры среднего ценового сегмента и смартфоны. Они относительно дешевы при массовом производстве, но создают изображение несколько более низкого качества — с большими шумами и меньшим диапазоном. Для того чтобы помочь матрице создать более качественную фотографию на помощь матрице приходит процессор фотоаппарата.
С помощью специальных алгоритмов, которые разработаны с учетом возможностей матрицы, современные профессиональные CMOS фотоаппараты справляются со своим задачами зачастую не хуже матриц CDD.
Матрица цифровой фотокамеры
Сами фотодиоды на матрице расположены не вплотную, так как в самом фотоаппарате существует множество вспомогательных элементов, которые также расположены на светочувствительной пластинке. Они помогают трансформации света в электричество. Но непосредственно эту функцию выполняют фотодиоды. Каждый улавливает определенное количество фотонов, отсюда и название. Фотон — это элементарная частица света так же, как электрон — простейший элемент электричества. Фотодиоды переводят фотоны в электроны, а потом специальные микросхемы в камере интерпретируют их в двоичный код, который процессор фотоаппарата записывает как файл с изображением на карту памяти.
Матрица для создания цветного изображения
Цифровая матрица реагирует лишь на изменения силы света, а потому на выходе получается черно-белое изображение.
Для того чтобы создать цветную картинку, на фотодиоды накладываются специальные светофильтры. Каждый из них пропускает лишь красные, синие или зеленые лучи света. Таким образом каждый из миллионов светодиодов накрыт светофильтром одного из трех цветов. Светофильтры настроены на то, чтобы воспринимать изображение лишь видимого светового диапазона. Чтобы не пропускались ИК-лучи, устанавливается специальный ИК-фильтр. Хотя временами создаются камеры, которые работают в невидимом диапазоне, в них ИК-фильтры не ставят.
Матрица имеет такой важный для фотографии параметр как светочувствительность. Он называется число ISO. Чем он больше, тем выше возможность снимать в темноте, но вместе с этим увеличивается количество шумов. Второй параметр любой фотографии это экспозиция — это количество света, которое попадет через объектив на матрицу и создаст электрический сигнал. Отличаются эти параметры тем, что ISO определяет процессор во время обработки светового потока, а экспозицию — диафрагма объектива и время выдержки, которые устанавливаются вручную или автоматически по выбранной программе.
С экспозицией связано понятие “динамический диапазон”. Это фактически соотношение самого маленького количества света на получившейся фотографии к самому большому. Чем шире динамический диапазон матрицы фотоаппарата, тем качественней будут снимки. Ведь на одних участках матрицы должно фокусироваться меньше света, а на других — больше. Если правильный баланс будет нарушен, то может получаться так, что света, облаков и синевы небесной на небе много будет, а в тенях — будет абсолютно черный цвет.
Как правило, чем дешевле камера, тем меньше ее динамический диапазон. Такое часто встречается на мобильных телефонах из-за ограничений на размер недорогой матрицы, а также на дешевых мыльницах, по той же причине. Компенсируется этот недостаток несколькими методами:
1. Технология HDR. Аббревиатура HDR расшифровывается, как высокий динамический диапазон. Схема очень проста. Когда вы делаете снимок, при нажатии кнопки затвора, фотокамера снимает не один кадр как обычно, а одновременно два или более изображения с разной экспозицией и самые лучшие, по мнению процессора фотокамеры, участки снимка сочетаются в один.
Как следствие, получаются прекрасные снимки, сродни изображениям с дорогого фотоаппарата.
2. Фоторедакторы с алгоритмом корректировки динамического диапазона. Благо, на мобильных телефонах такие есть. В последнее время начали появляться умные камеры, которые также имеют возможность устанавливать сторонние фоторедакторы. Современное ПО для фотографов обладает большим количеством разнообразных функций и справляется с ними достаточно хорошо. Благодаря этим средствам можно убрать лишнее свечение объектов или осветить тени, а также убрать фиолетовые оттенки, которые появляются вследствие осветления теней на снимках, сделанных дешевыми камерами.
Как вы видите механизм работы цифровой фотокамеры выглядит не слишком сложно и в чем-то схож с работой человеческого глаза. Так, объектив в фотоаппарате напоминает хрусталик, светочувствительная матрица — сетчатку, фотодиоды — палочки и колбочки, а процессор в человеческой зрительной системе — мозг. Именно это делает устройство фотоаппарата простым для понимания любого человека.
Как работает цифровой фотоаппарат
© 2014 Vasili-photo.com
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.
Матрица фотоаппарата Nikon D4
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.
Основа любой фотографии – свет. Он проникает в камеру через объектив, линзы которого формируют изображение предмета на светочувствительной матрице. При нажатии на кнопку спуска затвор камеры открывается (как правило, на доли секунды) и происходит экспонирование кадра, т.
е. освещение матрицы потоком света заданной интенсивности. В зависимости от желания получить светлый или тёмный снимок, может потребоваться различное количество света, т.е. различная экспозиция.
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.
Разрядность определяет количество оттенков, т.е. градаций яркости для каждого пикселя. Чем выше разрядность, тем более плавные тональные переходы способна запечатлеть камера. Большинство цифровых зеркальных камер способно сохранять 12 или 14 бит информации для каждого пикселя. 12 бит означает 212=4096 оттенков, а 14 бит – 214=16384 оттенка.
Динамический диапазон
Под динамическим диапазоном матрицы подразумевают отношение между максимальным уровнем сигнала фотодиодов и уровнем фонового шума матрицы, т.
е., по сути, – отношение между максимальной и минимальной интенсивностью света, которые матрица способна воспринять.
Чем больше фотонов способен уловить фотодиод до того, как он достигнет насыщения, тем большим динамическим диапазоном будет обладать сенсор в целом. Ёмкость фотодиодов пропорциональна их физическому размеру, а потому, при прочих равных условиях, фотоаппарат с бо́льшей матрицей, а значит, и с более крупными фотодиодами, будет обладать большим динамическим диапазоном и меньшим уровнем шума.
Кроме того, бо́льшая матрица обычно означает более высокое максимальное значение чувствительности ISO для конкретной модели фотоаппарата. Ведь повышение ISO в цифровой камере – это всего лишь усиление электрического сигнала непосредственно перед его оцифровкой. Естественно, что вместе с полезным сигналом усиливается и шум, а значит, матрица с большим отношением сигнал/шум обеспечивает более чистую картинку при высоких значениях ISO.
Формирование цветного изображения
Возможно, некоторые из читателей уже заметили, что матрица цифрового фотоаппарата в том виде, в каком она описана выше, способна воспринимать лишь чёрно-белое изображение.
Совершенно верно. Фотодиод регистрирует лишь интенсивность освещения (по принципу один фотон – один электрон), но не имеет возможности определить цвет, зависящий от длины световой волны или, иначе говоря, от энергии конкретных фотонов.
Чтобы решить эту проблему, каждый из фотодиодов снабжается светофильтром красного, зелёного или синего цвета. Красный светофильтр пропускает лучи красного цвета, но задерживает синие и зелёные лучи. Аналогичным образом ведут себя зелёный и синий светофильтры, пропуская лучи только своего цвета. В результате каждый фотодиод становится восприимчив лишь к ограниченному спектру световых волн.
Цветные светофильтры, покрывающие фотодиоды, образуют узор или мозаику, называемую массивом цветных фильтров. Существует множество вариантов взаимного расположения светофильтров, но в большинстве цифровых камер используется т.н. фильтр Байера, состоящий на 25 % из красных, на 25 % из синих и на 50 % из зелёных элементов. Вдвое большее количество зелёных светофильтров используется потому, что человеческий глаз обладает повышенной чувствительностью именно к световым лучам зелёного цвета, из-за чего неточность в передаче зелёного канала на фотографии особенно заметна.
Полученное с помощью массива цветных фильтров изображение не является в полной мере цветным, ведь каждый фотодиод сообщает процессору камеры информацию лишь об одном из основных цветов: красном, зелёном или синем. Недостающая цветовая информация для каждого пикселя восстанавливается в процессе дебайеризации. Процессор фотоаппарата анализирует данные из расположенных по соседству элементов и, используя хитроумные алгоритмы интерполяции, рассчитывает значения красного, зелёного и синего цвета для каждого пикселя, получая в конечном итоге полноцветное RGB изображение.
Печально, но платой за цвет является трёхкратное снижение чувствительности матрицы, поскольку, при использовании фильтра Байера, световой поток, достигающий каждого фотодиода, ослабляется светофильтром примерно втрое. Кроме того, страдает резкость изображения. Заявленное производителем разрешение матрицы отражает её, так сказать, чёрно-белое разрешение, в то время как цветное изображение формируется посредством интерполяции соседних пикселей, что несколько размывает картинку.
Также матрицы с массивом цветных фильтров ведут себя из рук вон плохо в условиях монохромного освещения. Например, при свете натриевых ламп низкого давления полноценно работают только красные фотодиоды. Зелёные получают минимум света, а синие и вовсе не воспринимают никакой информации. В результате фотография выходит довольно зернистой даже при умеренных значениях ISO, поскольку изображение приходится восстанавливать почти исключительно на основании красных пикселей, которых на матрице всего 25 %.
Существуют альтернативные подходы к получению цветного изображения вроде трёхматричных систем 3CCD или трёхслойных фотосенсоров Foveon X3, однако и они не лишены недостатков и по распространённости значительно уступают матрицам с фильтром Байера.
Предварительная фильтрация света
Поверх фильтра Байера и микролинз сенсор накрыт дополнительным фильтром, прозрачным для видимого света, но непроницаемым для инфракрасных лучей. Необходимость в ИК фильтре продиктована высокой чувствительностью матрицы не только к видимому, но также и к инфракрасному излучению.
ИК фильтр отсекает световые лучи с длиной волны свыше 700 нм и приводит диапазон частот, воспринимаемых фотосенсором, в соответствие с чувствительностью человеческого глаза.
Для съёмки же в инфракрасном диапазоне выпускаются специальные камеры без ИК фильтра.
К ультрафиолетовому излучению (с длиной волны меньше 400 нм) сенсор цифрового фотоаппарата практически не восприимчив, и потому в специальном УФ фильтре не нуждается.
Помимо фильтра, задерживающего инфракрасное излучение, фотосенсор часто снабжается ещё и т.н. оптическим фильтром нижних частот или сглаживающим фильтром, задача которого состоит в лёгком размытии изображения. Дело в том, что если снимаемый объект имеет области с мелкими деталями, размер которых сопоставим с размерами фотодиодов матрицы, то при оцифровке изображения возможно появление неестественно выглядящих артефактов вроде муара. Фильтр нижних частот сглаживает мельчайшие детали изображения, т.е. снижает частоту исходного аналогового сигнала до уровня, не превышающего частоту дискретизации.
Это позволяет уменьшить риск возникновения артефактов оцифровки ценой незначительного снижения резкости конечного снимка.
Чем выше разрешение цифрового фотоаппарата, тем меньше необходимость в сглаживающем фильтре, и потому в последнее время всё чаще выпускаются модели без оного. При разрешении матрицы свыше 15-20 мегапикселей аберрации объектива и дифракция на отверстии диафрагмы обеспечивают естественное и неизбежное размытие изображения, что делает намеренное ухудшение резкости с помощью фильтра нижних частот излишним.
***
Теперь вы знаете, как работает цифровая камера, и обладаете достаточным представлением об определённых технических слабостях цифровой фотографии на настоящем этапе её развития. Само собой разумеется, что сведения эти дополняют, но ни в коем случае не заменяют глубокое и всестороннее понимание экспозиции.
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.
Желаю удачи!
| Дата публикации: 22.01.2014 |
Вернуться к разделу «Матчасть»
Перейти к полному списку статей
Анатомия цифрового фотоаппарата / Фото и видео
Как кажется на первый взгляд, между цифровым и пленочным фотоаппаратами почти нет различий. И там и там вы нацеливаете объектив на предмет, нажимаете на кнопку затвора и получаете изображение, которое позднее превратится в фотографию. Но на самом деле технология цифрового фотоаппарата намного более изощрена и сложна по сравнению с пленочным.
Если пленочные фотоаппараты дорабатывались и совершенствовались более 160 лет, то цифровые технологии съемки находятся в младенческом возрасте: в лабораторных условиях они используются около 20 лет, а на потребительском рынке цифровые фотоаппараты появились только 7-8 лет назад. Конечно, скорость развития технологии за этот период просто потрясает, но предела пока что не достигнуто, и цифровые технологии съемки будут развиваться в направлениях повышения качества изображения, производительности и удобства управления. В цифровых фотоаппаратах до сих пор остается много острых углов, которые еще требуется отшлифовать.
Сейчас состояние цифровой технологии съемки можно сравнить с другой технологией XX века: автомобилями. Мы только что научились хромировать кузов, изготовлять двигатель и подключать фары. Говоря другими словами, цифровые технологии доказали свое право на жизнь, основы уже явно выделены, и нас ожидает относительно скучный этап дальнейшей эволюции.
Но, хотя нас и ждет скорее экстенсивное, нежели интенсивное, развитие, эта отрасль все же приковывает к себе пристальное внимание.
Большинство обозревателей и экспертов предсказывают, что цифровая фотография станет в очень короткое время такой же обыденной вещью как общественный транспорт, скоростные магистрали и другие современные чудеса.
До сих пор главной целью цифрового фотоаппарата была замена пленочного фотоаппарата. Но, как фильмы превзошли театральные постановки, по возможностям цифровой фотоаппарат сейчас значительно обгоняет свой пленочный аналог. Сегодня его предполагаемое использование уже не сводится только к получению статических изображений, фотоаппарат стал визуальным средством связи. За минуту (или даже за нескольких секунд) после съемки фотограф может распечатать изображение, использовать его на презентации, поместить в Интернет или передать по модему (в том числе и беспроводному).
Массив цветных светофильтров
В конечном счете, будет увеличиваться функциональность самого фотоаппарата, так что все показанные возможности будут доступны даже без компьютера.
Уже сейчас камеры оснащаются беспроводным инфракрасным интерфейсом для прямого подключения к принтерам, сотовым телефонам и беспроводным сетям. Например, цифровой фотоаппарат HP PhotoSmart 912 может по нажатию клавиши передать выбранные изображения на фотопринтер HP или на подобные фотоаппараты по инфракрасной связи.
Прямая закачка на FTP, просмотр веб-страниц и даже больше
Планируемая к скорому выпуску модель Ricoh RDC i700 способна автоматически закачивать изображения по протоколу FTP через встроенный модем. Для этого фотоаппарат оснащен подобным PDA интерфейсом управления с электронным пером. Таким образом, пользователь сможет передать как статические изображения, так и видеоролики, текст и звук используя заранее подготовленный HTML шаблон.
Кроме того, i700 поддерживает периферию стандарта Type II, например, дополнительный модем, сетевую или ATA карту. В i700 даже интегрирован собственный веб-браузер. Точно также Polaroid PDC-640M содержит встроенный 56,6k модем для подключения по телефонной линии и прямой закачки фотографий на фотосайт Polaroid.
В этом году несколько производителей анонсировали недорогие цифровые фотоаппараты (например, Kodak mc3 и Samsung Digimax 35MP), совмещенные с MP3 проигрывателями. Многие современные модели могут снимать короткий видеофильм низкого разрешения (включая аудиопоток), который затем можно просмотреть на самом фотоаппарате, на телевизоре или поместить на веб-страницу. Пока что не было объявлено ни одного фотоаппарата с поддержкой Bluetooth или другой современной технологии связи, однако можно наверняка ожидать, что в будущем подобные технологии найдут свое место в цифровых фотоаппаратах.
Безусловно, узкоспециализированные цифровые фотоаппараты (которые могут только снимать изображения) не исчезнут из продажи, но они уже выйдут из сферы интереса потребителей, желающих получить максимальную функциональность за уплаченную цену.
По мере увеличения функциональных возможностей строение цифрового фотоаппарата усложняется: огромное число технологий пытаются впихнуть в такую маленькую коробочку.
Размер и набор возможностей фотоаппарата — это лишь вопрос времени, изобретательности и требований рынка.
В этой статье мы попытаемся разобраться, как работают компоненты цифровой камеры, и что нам даст будущее с точки зрения новых технологий и дизайнов. Но сначала давайте вкратце взглянем на поток данных в цифровой фотографии для лучшего понимания современного состояния технологий.
Основы пленочной фотографии
В обычном пленочном фотоаппарате свет отражается от объекта или сцены и проходит через прозрачные стеклянные или пластиковые линзы, которые фокусируют его на тонком гибком кусочке пластика («пленка»). Пленка покрыта светочувствительным эмульсионным слоем галоида серебра. Попадающий на пленку свет (фотоны) приводит к немедленной химической реакции, которая после химической обработки помогает проявить и закрепить изображение на пленке.
Единственными регуляторами света в обычном пленочном фотоаппарате являются затвор (металлический или тканевой занавес или пластинки, которые быстро открываются и закрываются для управления временем выдержки/экспозиции сцены на пленке) и диафрагма (отверстие с изменяемым размером, позволяющее управлять количеством проходящего через линзу света). Перед съемкой фотограф устанавливает значение выдержки и размер диафрагмы. Диафрагма обычно устанавливается вручную при вращении ободка на объективе, который в свою очередь механически регулирует лепестки отверстия, пропускающего свет. Конечно, сегодня многие фотоаппараты (как аналоговые, так и цифровые) обладают некоторым интеллектом, позволяющим автоматически выбрать время выдержки и размер диафрагмы.
Но если мы обратимся к истокам, то современная пленочная фотография в любом случае есть разновидность химического и механического процесса, изобретенного в 1830 году Луисом Дагером и Фоксом Талботом.
Основы цифровой фотографии
В цифровых фотоаппаратах процесс получения изображения намного более сложен. Но, как и в пленочной технологии, принципы и основы будут неизменны в ближайшие годы, независимо от масштаба роста технологий.
| Цифровой фотоаппарат Minolta изнутри |
В цифровых фотоаппаратах также используется линза, но вместо фокусирования изображения на пленку, свет попадает на светочувствительные ячейки полупроводникового чипа, называемого сенсором (image sensor). Сенсор реагирует на получаемые фотоны, что фиксируется фотоаппаратом. Дальше вычислительный блок фотоаппарата анализирует полученную информацию и определяет необходимые значения выдержки и фокуса, цвет (баланс белого), необходимость вспышки и т.д. Потом сенсор захватывает изображение и передает его на чип АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который анализирует аналоговые электрические импульсы и преобразует их в цифровой вид (поток нулей и единичек).
Используя дополнительную вычислительную мощность (цифровые фотоаппараты могут содержать несколько процессоров и других чипов, включая специализированные процессоры и главный процессор), данные проходят дальнейшую обработку с помощью специальных (зависящих от конкретной модели/фирмы) алгоритмов и преобразуются в файл изображения, который уже можно просмотреть. Файл записывается на встроенный или внешний электронный носитель. Далее изображение может быть перенесено на компьютер, выведено на принтер или телевизор. Равно как его можно просмотреть на встроенном в камеру ЖК экране/видоискателе, благодаря чему пользователь может обработать изображение с помощью дополнительных алгоритмов или фильтров, используя встроенный интерфейс (чаще всего работающий через ЖК экран) или просто стереть неудачный снимок и начать все сначала.
На всем протяжении этого многоступенчатого процесса, «интеллект» камеры непрерывно опрашивает операционную систему для немедленной реакции на действия фотографа (которые он производит через многочисленные кнопки, рычаги, регуляторы и ЖК интерфейс).
Как видите, цифровой фотоаппарат является сложной системой, где множество данных и инструкций передается по множеству путей. И все это заключено в маленькой легкой коробочке с батарейками, которая умещается в вашей ладони.
Показанный процесс описывает лишь основы получения цифрового изображения. Его детали по-разному реализованы в различных цифровых фотоаппаратах. Давайте более подробно пройдемся по каждому шагу этого процесса в типичной цифровой камере.
Сенсор
До сих пор почти все камеры на рынке оценивались по количеству пикселей, которые может снять цифровой фотоаппарат (чем их больше, тем более детализированной будет фотография). Количество пикселей зависит от физического размера и концентрации элементов на сенсоре. Сенсор является сердцем цифровой камеры, и в качестве сенсора выступает ПЗС или КМОП чип. Сенсор состоит из множества светочувствительных элементов (photosites), содержащих фотодиоды. Элементы на чипе упорядочены и образуют матрицу.
Таким образом, элементы матрицы можно сопоставить с пикселями (равно как и назвать). Элементы реагируют на свет и создают электрический заряд, величина которого пропорциональна количеству попавшего света. Количество пикселей сенсора можно измерять по числу строк и столбцов AxB (например, 640×480), а можно — по общему числу элементов (например, 1 000 000 пикселей). Миллион пикселей обычно называют Мегапикселем (1 MP). В любом случае пиксель является наименьшим элементом цифрового изображения. Поэтому этот термин используется также и при описании мониторов и сканеров.
| Сенсор Kodak ColorVGA |
Некоторые производители иногда дают в технической спецификации две пиксельные характеристики КМОП/ПЗС сенсора. Первая из них показывает общее число пикселей (например, 3 340 000 пикселей или 2,11 MP), а вторая — число активных пикселей, которые используются для получения изображения.
Разница между этими числами обычно не превышает 5%.
Существует несколько причин такого расхождения. Во-первых, при производстве сенсора создаются «темные», дефектные пиксели (создание полностью исправного сенсора практически невозможно при существующих технологиях). Во-вторых, некоторые пиксели используются для других целей, например, для калибровки сигналов сенсора. Свет не попадает на часть пикселей, расположенных по краям. Эти пиксели помогают определить фоновый шум, который затем будет вычитаться из данных остальных пикселей. Также часть сенсора может не учитываться для создания изображения с требуемым форматом кадра (отношение количества точек по горизонтали к количеству точек по вертикали).
Кстати, зависимость размера фотографии от числа пикселей не линейная, а логарифмическая. Переход от 3 MP к 4 MP сенсору увеличивает размер изображения не на 25%, а на меньшее значение. По этой причине даже в новейших цифровых фотоаппаратах с увеличенной концентрацией пикселей на сенсоре размер изображения незначительно отличается от предыдущих моделей, что вряд ли так уж важно для большинства пользователей.
| Ход светового пучка через линзы в фотоаппарате Minolta |
Сейчас все цифровые камеры любительского уровня используют один КМОП или ПЗС сенсор. Некоторые high-end профессиональные аппараты (равно как и многие портативные видеокамеры) используют несколько сенсоров. В них входящий свет разделяется призмой на ряд пучков, каждый из которых попадает на свой сенсор. Такая технология позволяет предотвратить наложение цветов (когда границы красного, синего и зеленого цвета сдвинуты на изображении). Однако подобные камеры требуют более аккуратного процесса изготовления, а по причине наличия призмы они более массивны и менее выносливы. Также в них должна использоваться улучшенная оптика, так что общая цена такой камеры существенно выше.
Что интересно, использование нескольких сенсоров не приводит к линейному росту количества пикселей.
В большинстве фотоаппаратов (равно как и в многосенсорных видеокамерах) используется три отдельных КПОМ/ПЗС сенсора для красного, зеленого и синего цвета. Каждый из них получает 1/3 цветовой информации. Таким образом, при использовании трех 3 MP сенсоров они будут работать как один 3 MP сенсор. Однако зачастую в цифровых фотоаппаратах механизм использования информации, полученной от сенсоров, отличается. Фактически он зависит от модели и от производителя.
В некоторых трех-сенсорных фотоаппаратах каждый сенсор захватывает 1/3 от разрешения полного изображения, а затем происходит интерполяция. Другие камеры используют какую-либо комбинацию главных цветов на каждом сенсоре и задействуют сложные алгоритмы для получения изображения. Например, теперь уже не выпускающаяся Minolta RD-175 была оснащена тремя ПЗС сенсорами, два из которых были зелеными, а третий был красно-синим. (Такое удвоение зеленого сенсора напоминает технологию Bayer Pattern, о которой будет рассказано ниже). Каждый из сенсоров RD-175 содержал меньше 1 MP, но благодаря дальнейшему математическому преобразованию получавшееся изображение состояло из 1,7 Мегапикселей.
Во многих цифровых камерах только часть пикселя реагирует на свет, поэтому важно направить как можно больше света на нужную область пикселя (это явление называется коэффициентом заполнения, fill factor). Для этого на сенсорах большинства фотоаппаратов любительского уровня используются микролинзы, располагающиеся непосредственно над каждым пикселем и направляющие фотоны напрямую на светочувствительную область (well). Фотоны преобразуются в электроны с помощью кремниевого фотодиода, располагающегося в верхней части светочувствительной области, а сама область работает как конденсатор, так как обладает возможностью сохранения электрического заряда.
Так как сенсоры по своей сути есть черно-белые устройства, не различающие цвет, в цифровых фотоаппаратах чаще всего используется массив цветных светофильтров (color filter array, CFA), располагающихся между микролинзой и светочувствительной областью пикселя. С помощью светофильтра каждому пикселю присваивается свой цвет.
Производители цифровых камер используют различные архитектуры светофильтров, как правило, задействующие комбинацию основных цветов (красного, зеленого и синего) или дополнительных цветов (голубой, пурпурный и желтый). Но в любом случае принцип работы фильтра заключается в пропуске только нужного цвета (с определенной длиной волны). При этом требуется уменьшать проявления цветовых артефактов и избегать взаимного влияния соседних пикселей, в то же время сохраняя правильную цветопередачу. (Ниже мы рассмотрим, как процессор камеры создает изображение из отдельных битов цвета).
Массив цветных светофильтров
Чаще всего массив цветных светофильтров использует технологию Bayer Pattern, при которой красные, зеленые и синие фильтры располагаются в шахматном порядке, причем число зеленых фильтров в два раза больше чем красных или голубых. Это связано с тем, что человеческий глаз более чувствителен к свету с длиной волны в зеленом диапазоне, чем к синему или красному диапазонам.
Соответственно удвоение числа зеленых пикселей должно обеспечивать лучшее восприятие яркости и более естественные цвета для человеческого глаза (что очень напоминает соотношение яркостей полного видеосигнала, где яркость (Y) = 0,59G + 0,30R + 0,11B).
Также в результате использования этой технологии получаются более резкие изображения. Проблема соответствия воспринимаемого цвета и фактического цвета решается несколькими способами. Различные производители используют всевозможные цветовые модели и алгоритмы для улучшения цветопередачи цифрового фотоаппарата.
Все цифровые камеры оснащены электронным эквивалентом затвора (он отличается от традиционного механического затвора в пленочных фотоаппаратах), который встроен в сенсор. Он нужен для точной регуляции времени приема света сенсором. Электронный затвор — это переключатель, который включает (или выключает) сенсор для приема приходящего светового потока. Некоторые цифровые камеры также используют и более дорогой механический затвор, но отнюдь не для избыточности, а для предотвращения попадания на сенсор света после окончания времени выдержки.
Таким образом, предотвращаются артефакты типа появления ореола, затуманивания и смазывания.
Если вы нажимаете клавишу затвора наполовину, то в цифровом фотоаппарате фиксируются фокус и время выдержки в ожидании последующей съемки. Точно также все происходит и на обычной пленочной камере типа «навелся и снял» при нажатии клавиши затвора наполовину. Однако дальнейшие события в цифровом фотоаппарате принципиально отличаются от пленочного. При полном нажатии клавиши затвора в цифровой камере почти одновременно происходят следующие действия.
- Если фотоаппарат оснащен механическим затвором, то он закрывается. Далее сенсор немедленно освобождается от любых электрических зарядов. Это связано с постоянной активностью сенсора, что приводит к накоплению электрических зарядов в различных точках. (На некоторых усовершенствованных камерах сенсор должен находиться в режиме сна перед съемкой изображения для исключения влияния нагрева и увеличения соотношения сигнал/шум). Если камера не получает никаких инструкций, то сенсор будет непрерывно освобождаться от заряда примерно каждую 1/60 долю секунды.
Таким образом, перед съемкой изображения весь электрический заряд должен быть сброшен.
Что интересно, некоторые цифровые фотоаппараты (типа Olympus Camedia E-100RS) сохраняют последнее «удаленное» с сенсора изображение во временном буфере памяти. Они могут показать «удаленное» изображение после съемки, так что пользователь может выбрать лучший вариант из двух. Такой «предварительный» режим съемки оказывается полезен для получения фотографий детей или животных, которые зачастую моргают или двигаются при любом щелчке фотоаппарата. - Удаляет ли камера накопленный электрический заряд перед съемкой или преобразует ли его в изображение во временном буфере, в любом случае один из процессоров камеры использует эти данные для регуляции и выбора параметров будущей фотографии. Например, один из процессоров камеры, занимающийся регуляцией баланса белого (цветокоррекцией), может использовать полученные значения для определения, какие пиксели текущего изображения должны быть белыми.
Он может попытаться отрегулировать все цвета для устранения смещения от «точки белого». Точно также на базе полученных данных выбирается фокус, необходимость вспышки и другие обязательные параметры (еще перед фактической съемкой изображения). Эти параметры сохраняются в буфере и могут быть использованы далее на фазе обработки изображения. Если для съемки используется ЖК видоискатель, то на него также поступят эти данные.
- Как только электрические заряды будут сброшены с сенсора и необходимые параметры съемки будут выбраны, сенсор готов к принятию требуемого изображения (которое вы ожидаете получить при нажатии на клавишу затвора). Далее камера открывает механический затвор и активизирует электронный затвор. Оба из них остаются открытыми на время выдержки (определенное ранее). По окончании времени выдержки механический затвор закрывается.
- Пока камера занимает обработкой, затвор вновь открывается. Он будет закрыт только при последующем нажатии на клавишу затвора (когда будет начат процесс сброса заряда для подготовки к получению следующего изображения).
Если процессор (или фотограф) решит использовать электронную вспышку для получения фотографии сцены (обычно применяется встроенный в камеру стробоскопический источник света), то вспышка будет освещать сцену до тех пор, пока отдельный световой сенсор не решит, что вспышка достаточно осветила сцену для данного времени выдержки и не выключит вспышку.
Примечание: Olympus представляет себе процесс получения цифрового изображения в следующем виде.
| Процесс получения цифрового изображения с точки зрения Olympus |
Так как для сброса заряда сенсора требуется некоторое время (равно как и для чтения информации и установки параметров), всегда существует некоторая неизбежная задержка между полным нажатием на клавишу затвора и временем съемки изображения. На рядовой любительской цифровой камере эта задержка начинается от 60 миллисекунд (этот промежуток настолько мал, что вы вряд ли его заметите) до 1 секунды.
Использование больших буферов памяти и скоростных процессоров может уменьшить задержку, по этой причине дорогие фотоаппараты снимают быстрее своих дешевых собратьев. Среди самых дорогих профессиональных камер можно выделить новый Nikon Dh2 с 128 Мб буфером. Другие камеры типа Kodak DCS 520, 620 и Fuji S1 оснащены 64 Мб буфером. Очень небольшое количество профессиональных и high-end любительских камер оснащено буферами размером 16 Мб или 32 Мб.
Кроме того, ряд сенсоров (особенно КМОП) являются многофункциональными чипами с некоторым встроенным интеллектом, что помогает им уменьшать время, затрачиваемое на передачу и на обработку полученной информации. Подобно любой другой цифровой системе, цифровая камера работает тем быстрее, чем выше ее внутренняя пропускная способность.
Когда сенсор преобразует попавшие на него фотоны в электроны, то он работает с аналоговыми данными. Следующим шагом является снятие сохраненных электрических сигналов из пикселей и дальнейшее их преобразование в электрический ток посредством встроенного выходного усилителя.
Ток посылается на внешний или встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
Одним из главных отличий между КМОП и ПЗС сенсорами является то, что в КМОП сенсоре АЦП интегрирован, а при использовании ПЗС сенсора он находится на внешнем чипе. Но по этой же причине КМОП сенсор более зашумлен. АЦП преобразует различные уровни напряжения в двоичные цифровые данные. Цифровые данные подвергаются дальнейшей обработке и организуются в соответствии с битовой глубиной цвета для красного, зеленого и синего каналов, что выражается в интенсивности данного цвета для выбранного пикселя.
Разберемся с терминологией
Некоторые могут неправильно интерпретировать термин «битовая глубина цвета». Для понимания этого термина рассмотрим основы цифрового цвета. Все цвета в цифровом фотоаппарате создаются с помощью комбинации интенсивности (или битовых значений) трех главных цветов — красного, зеленого и синего. Эти три главные цвета также называются каналами.
Битовая глубина может быть определена для каждого из трех каналов (например, 10 бит, 12 бит и т.д.) или для всего спектра, при этом битовые значения каналов умножаются на три (30 бит, 36 бит и т.д.) Однако в мире приняты зачастую нелогичные соглашения по терминологии, поэтому вам придется кое-что просто запомнить. Например, 24-битный цвет (который иногда также называют True Color, так как он первым в цифровом мире приблизился по количеству цветов к уровню восприятия человеческого глаза) отводит по 8 бит на каждый канал.
Но 24-битный цвет никогда не называют 8-битным цветом. Если вы услышите, что кто-то говорит о 8-битном цвете, то он вовсе не имеет в виду 8 бит на канал. Скорее всего, этот человек подразумевает 8 бит на весь спектр, что дает 256 различных цветов (очень ограниченный спектр, кстати). 24-битный же цвет дает возможность отобразить 16,7 млн различных оттенков. Поэтому лучше всего принять 24-битный цвет как разделительную линию: если количество бит в спектре больше 24, то принято называть такую битовую глубину по количеству бит на весь спектр или по количеству бит на канал.
Если же количество бит 24 или меньше, то такую битовую глубину лучше называть по количеству бит в полном спектре.
До прошлой осени почти все любительские цифровые фотоаппараты работали с 24-битным цветом (используя 8-битные АЦП). Сейчас уже появились некоторые модели, типа Olympus E-10 и HP PhotoSmart 912, которые могут работать 30 или 36-битным цветом (используя 10 или 12-битные АЦП). Впрочем, некоторые цифровые фотоаппараты, способные снимать с большей глубиной цвета, используют 8-битные АЦП, что приводит к выводу изображения только с 24-битной глубиной. (Небольшое число камер, типа Canon PowerShot G1, могут записывать 36-битное изображение в формате RAW, но этот формат патентован, и он не может быть считан напрямую ни одной программой редактирования изображений. Хотя Photoshop и понимает изображения с глубиной вплоть до 16 бит на канал, его функциональность в таких случаях ограничена. Программное обеспечение для работы с камерой Canon должно сначала преобразовать файл в TIFF, который уже можно будет загрузить в Photoshop.
Еще одна неприятная вещь: с такими файлами не будет работать большинство устройств вывода). Возникает закономерный вопрос: зачем нам нужно снимать с такой глубиной цвета, если нам будет очень трудно или даже невозможно использовать такие изображения? Все дело в том, что чем больше битовая глубина цвета, тем больше деталей и градаций оттенков мы получим, особенно это касается затененных и ярко освещенных объектов. Здесь существует интересное решение. Как только камера (или ее программное обеспечение) получит данные, она может проанализировать их и при преобразовании изображения в 24-битное фотоаппарат попытается сохранить правильные цвета на самых критических участках.
Если в камере используется хороший алгоритм, то в результате получится лучшее изображение (по диапазону полутонов и по детализации в ярко освещенных областях и тенях), чем если бы камера изначально получала 24-битное изображение и потом его записывала. Большая глубина цвета (производная от глубины получаемого на сенсоре цвета и АЦП) является одной из характеристик, отличающих профессиональные цифровые камеры от любительских и полу-профессиональных (в дополнение к лучшей оптике и большим возможностям профессиональных устройств).
По этой же причине, даже если цифровые фотоаппараты АЦП передает поток цифровых данных на чип цифрового процессора сигналов (DSP). В некоторых камерах используется несколько DSP. В чипе DSP данные преобразуются в изображение на основе определенных инструкций. Эти инструкции включают в себя определение координат полученных от сенсора точек и присвоение им цвета по черно-белой и цветной шкале. В камерах с одним сенсором, использующим массив цветных светофильтров, применяются алгоритмы присвоения цветов с учетом мозаичного расположения пикселей.
Лучше всего представлять расположение массива цветных светофильтров как мозаику, составленную из трех или четырех основных или дополнительных цветов. Из этих цветов создаются все остальные оттенки. Алгоритмы преобразования анализируют соседние пиксели для определения цвета данного пикселя. Таким образом, в итоге получается изображение, похожее на то, если бы мы создавали его от трех физически разделенных сенсоров (если используются цвета RGB).
Поэтому в результате изображение передает естественные цвета и переходы между ними.
Кроме описанного процесса, DSP отвечает за разрешение изображения. Хотя большинство цифровых фотоаппаратов можно настроить на различные разрешения, внутри себя они будут получать и обрабатывать данные исходя от разрешения сенсора. Например, при VGA съемке на 3 Мегапиксельной цифровой камере, она будет выполнять съемку в разрешении 2048×1548, а не в 640×480. Далее DSP переведет (интерполирует) изображение в выбранное фотографом разрешение (кстати, разрешение выбирается через операционную систему с помощью ЖК дисплея или панели управления, или при нажатии соответствующей клавиши).
Однако некоторые сенсоры (как правило, КМОП) могут выборочно отсеивать пиксели вместо интерполирования, таким образом, выбирая меньшее или большее разрешение прямо во время съемки. Такая возможность КМОП сенсоров связана с подобной ОЗУ структурой, благодаря чему сенсор может выбрать требуемые данные через быстрый доступ по строке/столбцу.
В отличие от КМОП сенсора, ПЗС сенсор является устройством последовательного вывода данных, он должен непременно передать все данные, а уже потом процессор камеры сам будет осуществлять интерполяцию. Обычно использование КМОП сенсора, который может снимать только нужные данные, позволяет ускорить время обработки изображения в фотоаппарате.
Кстати, алгоритм преобразования изображения в требуемое разрешение обычно держится производителями в секрете, так что он зависит от конкретной модели фотоаппарата. Другими словами, DSP осуществляет улучшение изображения в зависимости от параметров, заданных производителем. Таким образом, изображение, созданное любой камерой, является уникальным. Оно реализует свой баланс цветов и свою насыщенность (которые производитель счел наилучшими). Некоторые производители предпочитают добавлять теплые (розоватые) цвета, другие, наоборот, — холодные (голубоватые). Третьи выбирают нейтральную, реалистичную насыщенность для более аккуратной передачи цветов.
(Производитель выбирает цвета и насыщенность в каждой модели на основе своих предположений о том, какие цвета и оттенки больше понравятся среднему покупателю. Такой выбор редко бывает случайным, чаще всего он базируется на основе выбранного корпоративного дизайна).
| Пример цветовой насыщенности: теплые (розоватые) цвета | Пример цветовой насыщенности: холодные (голубоватые) цвета |
Более того, благодаря использованию одного или нескольких DSP вкупе с остальной логикой, камера комбинирует настойки фотографирования с анализом типа изображения. (А не является ли картинка с большим количеством голубого цвета небом, а бежевый блок — это случайно не кожа?) При этом также учитываются ручные настройки фотографа, заданные через интерфейс операционной системы камеры.
Если камера производит ненужный шум, или ее электронный затвор приводит к появлению затуманивания, то будет использован специальный алгоритм (заданный производителем) для выполнения необходимых исправлений.
Подобным же образом регулируется резкость/мягкость изображения, используется заранее заданный баланс белого и т.д. Именно на этом этапе обработки изображения и существуют значительные отличия между цифровыми фотоаппаратами от разных производителей.
Как только изображение пройдет через DSP, процессор камеры будет преобразовывать поток данных в файл изображения формата JPEF, TIFF или RAW. Обычно к этому файлу прикрепляются и метаданные фотографии (значение диафрагмы, скорость затвора, баланс белого, коррекция экспозиции, включение вспышки, время/дата и т.д.) Если файл не записывается в форматы RAW или TIFF, то он сжимается в соответствии с выбранным фотографом коэффициентом сжатия (обычно можно указать высокое, средне или низкое сжатие) и логикой камеры. Алгоритмы сжатия в фотоаппарате стараются соблюсти баланс между размером файла, скоростью обработки и качеством изображения.
После этого изображение записывается либо на встроенную память (как правило, в недорогих цифровых камерах), либо на съемную карту или другой устройство (такой путь используется в большинстве камер).
Преимущество использования съемной памяти заключается в возможности смены карты при ее заполнении. Таким образом, вы можете продолжать фотографировать, вместо того чтобы бежать к компьютеру, скачивать на него фотографии и стирать затем память камеры. Кроме того, съемная память дает пользователю возможность гибкой модернизации на карты большей емкости. Чаще всего используются карты CompactFlash (CF) и SmartMedia (SM). Тип используемой карты определяется маркой производителя и моделью фотоаппарата. Например, большинство цифровых камер Toshiba, Fuji и Olympus используют SmartMedia, в то время как большинство моделей Kodak, Nikon, Canon и Hewlett-Packard — CompactFlash. Впрочем, различия между картами CompactFlash и SmartMedia сейчас довольно размыты, тем более что некоторые модели Olympus и Canon могут использовать оба типа карт.
| Карта SmartMedia |
Карты SmartMedia тоньше и меньше, стоимость их производства также ниже. Но они изготавливаются из тонкого пластика, их позолоченные контакты выведены наружу, и их можно легко повредить, к примеру, статическим электричеством.
| Карта CompactFlash |
Карты CompactFlash толще и прочнее, кроме того, в них встроена некоторая логика, ускоряющая скорость чтения/записи. Также в карты CompactFlash можно добавлять буферную память. Емкость у карт CF также выше — сейчас выпущены уже 512 Мб CF карты от SanDisk, в то время как максимальный размер SM карт не превышает 128 Мб. Относительно новый тип CF карты, называемый Type II, может вмещать в себя еще больший объем памяти и даже работать с крошечным винчестером IBM Microdrive объемом до 1 Гб.
Минусом CF карт остается их ощутимо большая толщина по сравнению с SM картами, что приводит к увеличению отводимого под карту места в дизайне фотоаппарата.
| Карта Sony Memory Stick |
Из других видов носителей можно упомянуть Sony Memory Stick, MultiMedia (MM) и Secure Digital (SD). Кроме твердотельных карт памяти в некоторых фотоаппаратах используется несколько разновидностей миниатюрных дисков. Здесь следует перечислить 730 Мб магнито-оптический привод в новом фотоаппарате Sanyo IDC-1000Z, 156 Мб CD-R в Sony Mavica CD1000 и подобный 3» 156 Мб CD-RW диск в Sony Mavica CD200 и CD300, флоппи-диски с повышенной емкостью 120MM в Panasonic PVD-SD5000 и 40 Мб Click! диск в Agfa ePhoto CL30 Click! Сейчас данные решения, скорее всего, являются патентованными технологиями, так как они используются только определенными производителями в некоторых моделях.
Нам еще предстоит узнать, станут ли более распространенными.
Параллельно с записью изображения на носитель, оно может быть также показано и на ЖК видоискателе (или на электронном прямом видоискателе). В большинстве ЖК видоискателей используются 1,8» или 2» TFT панели, вмещающие от 65 000 до 220 000 пикселей. Частота их регенерации — от 1/8 до 1/30 секунды. ЖК панель разработана для оптимального просмотра с расстояния от 8» до 18».
Рекомендуется всегда использовать прямой видоискатель при съемке изображений, а ЖК видоискатель — главным образом для установки различных параметров и последующем просмотре снятого изображения. Даже при использовании ЖК видоискателей с высоким разрешением, цифровые камеры все равно вынуждены уменьшать изображение, так что вы никогда не увидите изображения 1:1 на видоискателе. По этой причине ЖК видоискатель сложно использовать для фокусировки или установки кадра. Но что еще хуже, ЖК экран просто пожирает батарейки при частом своем использовании.
Еще одним важным недостатком выступает то, что во многих дизайнах фотоаппаратов ЖК дисплей находится вблизи ПЗС или КМОП сенсора, а это может привести к нежелательному шуму или к появлению визуальных артефактов. (Главное преимущество шарнирных ЖК видоискателей — то, что они не находятся в корпусе камеры, например, в Canon G1. Чем дальше ЖК панель находится от сенсора, тем меньше шуму она создаст). В большинстве цифровых фотоаппаратов используется один из трех типов традиционного прямого видоискателя: просто стеклянный глазок, светоделитель или шарнирное зеркало. При использовании светоделителя (также он называется пленочным зеркалом), 90% света проходит через наклоненное под углом зеркало на сенсор, а 10% отражается под углом 90 градусов и через пентапризму попадает в глаз фотографа. Преимущество такой системы заключается в неподвижности зеркала (уменьшении вибрации) и отсутствии движущихся частей. Таким образом, светоделитель является более надежной системой. Но опять же, главным его недостатком является низкая эффективность при съемке в помещениях и в темноте: слишком мало света попадает в глаз фотографа, подчас такого света бывает недостаточно для выбора нужной композиции и фокуса.
| Видоискатель Fuji S1 |
В большинстве однолинзовых зеркальных пленочных фотоаппаратах и в профессиональных цифровых фотоаппаратах используется шарнирное зеркало, которое во время наводки отражает до 100% поступающего в объектив света в глаз фотографа. Когда фотограф нажмет клавишу затвора, зеркало сойдет с пути светового потока, на время зачерняя видоискатель, но в то же время, не препятствуя попаданию всего света на сенсор. После съемки зеркало возвращается обратно, и фотограф может продолжать составлять композицию для следующего кадра. При маленьких выдержках фотограф буквально даже не успеет моргнуть во время зачернения видоискателя — настолько быстро движется зеркало. Однако такая система механически более сложна, а, следовательно, менее вынослива. Впрочем, она обеспечивает лучшее качество картинки в видоискателе, чем при использовании светоделителя.
Намного более дешевым и менее сложным прямым видоискателем является стеклянный глазок. Эта система используется в большинстве любительских цифровых фотоаппаратов. Глазок выполнен из прозрачного стекла, и вместо демонстрации изображения, на которое нацелен объектив (а такой режим называется TTL), в глазок видно изображение, смещенное вверх или в сторону от объектива. Преимущество такого глазка заключается в отсутствии энергопотребления и движущихся частей. К тому же, изображение в глазке более ярко по сравнению с системами TTL. Однако главным минусом является неаккуратность глазка (как правило, глазок показывает меньше, чем будет снято на самом деле, так что вам придется обрезать ненужное изображение по краям кадра). Также глазок приводит к появлению параллакса.
Параллакс связан с тем, что глазок находится на расстоянии 1» или 2» от объектива, и вы видите сцену немного под другим углом (в сравнении с объективом). Сей факт не важен при фотографировании удаленных сцен, но отличие будет все более заметно при приближении к объекту.
При макросъемке (12» или ближе), глазок становится бесполезным в связи с большим параллаксом.
Электронный прямой видоискатель — новейшая технология, призванная заменить оптический видоискатель крошечным монитором с высоким разрешением и низким энергопотреблением. Кроме прямого и детального изображения объекта, по которому можно четко определить фокус, в большинстве электронных видоискателей отображается дополнительная важная информация о настройках: фокусное расстояние, выдержка, состояние вспышки и т.д. Главный недостаток такой технологии заключается в том, что она слишком нова и несовершенна в цифровых фотоаппаратах (в отличие от цифровых видеокамер), поэтому электронный глазок не всегда такой яркий и четкий, как традиционный оптический видоискатель.
Так же как и в ЖК видоискателе, прямой электронный видоискатель выводит изображение в более низком разрешении после обработки процессором. Или он может выводить электронный thumbnail, полученный из заголовка файла TIFF или JPEG.
По мере улучшения технологии можно ожидать, что прямые электронные видоискатели заменят ЖК видоискатели во многих моделях.
Кроме всей той обработки, что была показаны выше, в цифровом фотоаппарате происходят еще и другие процессы. Главный процессор выполняет общий контроль, в то время как другие процессоры и специализированные микросхемы проверяют и обрабатывают различную информацию. Например, операционная система должна постоянно проверять настройки фотографа, для того чтобы они сразу же отражались на получаемом изображении без задержек. Постоянно должна проверяться и зарядка батарей, чтобы фотоаппарат смог получить достаточно энергии для завершения цикла съемки одного изображения. Все компоненты фотоаппарата должны постоянно опрашиваться, чтобы убедиться в их корректной и правильной работе. Так что даже в простейших цифровых камерах типа «нацелился и снял» все совсем не так просто, как может показаться на первый взгляд.
Число процессоров, DSP и других микросхем широко варьируется в зависимости от имени производителя и марки цифрового фотоаппарата.
Впрочем, сейчас можно наметить тенденцию интеграции максимально возможного количества функций на один чип, дабы сэкономить на стоимости и пространстве.
Вся показанная выше обработка изображения требует большого количества электроэнергии. Пару лет назад при работе с цифровыми фотоаппаратами приходилось запасаться большим количеством щелочных (alkaline) AA батареек. Цифровые камеры потребляли очень много энергии, и батарейки приходилось менять даже после нескольких снимков. В современном поколении цифровых фотоаппаратов улучшилась эффективность использования электроэнергии и повысилась их экономичность. Многие цифровые камеры были переведены с щелочных элементов на более совершенные технологии, типа перезаряжаемых никель-гидридных или литий-ионных батарей. Некоторые производители, к примеру, Sony, разработали для своих цифровых фотоаппаратов «умные» батареи, которые могут в нужный момент информировать пользователя о количестве оставшейся энергии.
По мере усложнения конструкции фотоаппаратов, при добавлении компонент и повышении требований к скорости съемки, потребление энергии и экономичность будут находиться под пристальным вниманием разработчиков.
Качество цифрового фотоаппарата — это больше чем пиксели
Важно понимать, что фотография в цифровой камере — это результат сложного взаимодействия многих частей. Ни один компонент сам по себе не может получить качественное изображение, и в то же время любой затор может полностью прервать процесс съемки или негативно сказаться на качестве картинки.
| Фотография высокого качества, полученная с помощью Fuji S1 |
В первых цифровых фотоаппаратах самым значимым ограничивающим фактором являлось низкое качество и крошечный размер (примерно с горошину) сенсоров. Производители камер пришли к выводу, что в таких устройствах вряд ли имеет смысл использовать высококачественные линзы, так как сенсоры слишком слабы для получения хорошего изображения. Поэтому первые любительские цифровые фотоаппараты использовали дешевые пластиковые линзы с относительно низким оптическим качеством.
С другой стороны, современные камеры с 3-Мегапиксельными сенсорами, наконец, достигли качественного уровня пленочных камер, поэтому сейчас требуется подровнять по качеству и остальные механизмы. В настоящее время достаточно много внимания разработчиков приковано к линзам. Продолжается их совершенствование по направлениям увеличения количества пропускаемого света, улучшения цветопередачи, углового разрешения и фокусировки, дабы не пропал ни единый пиксель на сенсоре. Точно также на остальные компоненты цифрового фотоаппарата возлагается задача получения изображений лучшего качества, скорости и эффективности, дабы не отставать от быстрого развития сенсоров.
В недалеком будущем мы, безусловно, будем наблюдать значительные улучшения технологии цифровых фотоаппаратов. Будут продолжать совершенствоваться сенсоры, их плотность будет увеличиваться (первые 5-Мегапиксельные любительские камеры поступили в продажу уже этим летом). На таких сенсорах пиксели будут более плотно упакованы (и более мелки), а форм-фактор сенсоров увеличится.
Чем плотнее располагаются пиксели, чем они меньше, тем точнее необходимо доставлять фотоны через систему линз. Тем тщательнее нужно удалять различные шумы, равно как и использовать более эффективные алгоритмы улучшения изображений.
| Схема расположения линз в Olympus Brio D-100 |
По мере роста плотности сенсоров, все остальные детали, скорее всего, будет уменьшаться в размерах, так что сами камеры начнут становиться все более и более миниатюрными. В настоящее время самые маленькие камеры основаны на компромиссном технологическом выборе между функциональностью и размером. Но чипы выполняют все больше функций, технологии совершенствуются, так что вскоре даже самые маленькие фотоаппараты будут предоставлять полный комплекс услуг. Еще одним подходом к миниатюризации является кардинальная перестройка дизайна самой камеры.
Например, новый фотоаппарат Olympus Brio D-100 поражает своим необычно тонким корпусом. Для этого разработчикам пришлось позиционировать ПЗС сенсор под углом 90 градусов к объективу с помощью зеркала. Такая простая, хотя и достаточно революционная, идея привела к появлению нескольких принципиально новых дизайнов.
Наоборот, большие полупрофессиональные фотоаппараты будут падать в цене и постепенно завоевывать любительский рынок. Самые дешевые камеры с небольшим разрешением будут властвовать на нижнем сегменте этого рынка. Несмотря на относительно низкое разрешение, качество картинки будет повышаться и достигнет своих собратьев с высоким разрешением. (Помните, что количество пикселей — всего лишь один из аспектов цифровой фотографии, качество очень сильно зависит и от других аспектов).
Каждое новое поколение цифровых фотоаппаратов по своему интеллекту будет превосходить предыдущее. Вскоре фотоаппараты перейдут грань поистине многофункциональных устройств, успешно соединяя в себе цифровые видеокамеры, диктофоны, веб-камеры, PDA и сотовые телефоны. Поэтому вскоре мы должны увидеть поистине гениальные решения в области разработки фотоаппаратов и обработки изображений, которые смогут обойти создаваемый шум и другие проблемы, связанные с накоплением такого количества различной электроники в столь маленькой коробочке. Ну и, конечно, цены продолжат свое падение вниз, равно как будет повышаться производительность и качество. Сейчас начинается очень интересное время для цифровых фотографов (а это значит и для всех нас).
Дополнительные материалы:
Анатомия цифрового фотоаппарата. Часть 2: сенсоры
Sony Cyber-shot DSC-P72
Canon PowerShot G3
Casio Exilim ZOOM EX-Z3
Rekam Di 1.3M
RoverShot RS-2100
12kadrov.com – СТАРТ. Устройство фотоаппарата.
ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТИВАХ CANON
EF – Для полнокадровых матриц –обозначение байонета (крепления объектив к камере) автофокусных камер Canon EOS. Объективы можно ставить и камеры с “кропнутой” матрицей.
EF-S – байонет для кропнутых матриц – (short backfocus – короткий задний рабочий отрезок). Байонет Canon EF-S имеет более короткий рабочий отрезок, чем EF. Объективы Canon EF-S имеют выступающий сзади оптический элемент и его оправу, что делает невозможным установку EF-S объективов на камеры с байонетом EF (пленочные камеры, полнокадровые камеры Canon 1Ds, 1Ds Mark II, 5D). Установка EF-S объективов на камеры с байонетом EF чревата повреждениями камеры или объектива (в зависимости от моделей)!
IS – Стабилизатор. (Image Stabilizer) – система оптической стабилизации изображения, встроенная в объектив. Основана на сдвиге корректирующей группы линз внутри объектива. Дает возможность снимать с рук на выдержках на 2-3 ступени более коротких без смаза картинки.
L – принадлежность объектива к линейке профессиональных объективов Canon Luxury.
USM (Utlrasonic Motor) – ультразвуковой привод фокусировки (мотор), встроенный в объектив. В основе лежит преобразование ультразвуковых колебаний пъезоэлемента в механическую энергию. Такой мотор имеет повышенную скорость и точность фокусировки, работает практически бесшумно. Имеетзаметно лучшую, чем обычные моторы, работу в режиме следящего автофокуса (servo-AF).
DO (Diffractive Optical Elements) – использование в оптической конструкции объектива дифракционных оптических элементов. Позволяет уменьшить массу и размеры объектива, сохраняя выдающиеся оптические характеристики.
TS-E (Tilt-Shift) – специальные объективы с возможностью коррекции перспективы за счет наклонов и сдвигов оптического узла.
FT-M Full Time Manual – постоянная ручная фокусировка. Объектив не нужно переключать в ручной режим фокусировки, ибо она доступна постоянно.
I/R Internal Focus Rear Focus – объективы с внутренней фокусировкой или фокусировкой задней группой линз (с невращающейся передней линзой).
S-UD – Линзы из S-UD стекла.
AL – Асферические линзы.
CA Circular Aperture – круговая диафрагма.
ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТИВАХ NIKKOR (NIKON)
DX – неполнокадровые объективы с коротким задним рабочим отрезком. Не могут быть использованы с пленочными камерами!
FX – до выхода в свет камер DX существовали только полнокадровые объективы Nikon FX, которые на самом деле не имеют обозначения FX, так как на то время не нужно было разделять полный кадр и кропнутые матрицы.
AF – автофокусные объективы Nikon с механическим приводом фокусировки, мотор находится в камере. Работают в режиме автофокуса не со всеми аппаратами.
AF-S – автофокусные объективы Nikon с ультразвуковым приводом фокусировки, встроенным в объектив.
VR – (Vibration Reduction) – система оптической стабилизации изображения, встроенная в объектив. Основана на сдвиге корректирующей группы линз внутри объектива. Дает возможность снимать с рук на выдержках на 2-3 ступени более коротких без смаза картинки.
D – наличие в объективе процессора, передающего из объектива в камеру информацию о дистанции фокусировки. Необходимо для корректного функционирования современного алгоритма работы вспышек I-TTL.
G – электронное управление работой диафрагмы. Повышенная точность установки значения диафрагмы с шагом в 1/3 ступени. На объективах отсутствует кольцо установки диафрагмы. Включает все функции D.
IF – (Internal Focusing) – конструкция объектива, при которой фокусировка происходит за счет перемещения элементов только внутри объектива. Объективы с внутренней фокусировкой не изменяют своих размеров при фокусировке, быстрее фокусируются и более удобны при использовании светофильтров, для которых важно их положение (поляризационные, градиентные и т.д.).
DC (Defocus Control) – специальные объективы с возможностью управления степенью и характером размытия зоны нерезкости.
PC (Perspective Control) – специальные объективы с возможностью коррекции перспективы за счет наклонов и сдвигов оптического узла.
Micro специальные объективы для макросъемки в масштабах до 1:1.
Ai, Ai-s, Ai-D – неавтофокусные объективы Nikon.
ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТИВАХ SONY
DT (Digital Technology) — объективы для камер с APS-C матрицей (кроп), нельзя использовать на полнокадровой камере.
OSS – Стабилизатор.
SSM (Super Sonic wave Motor) — ультразвуковой мотор. Имеют заметно лучшую, чем обычные моторы, работу в режиме следящего автофокуса.
A (Alpha Type) — обозначение типа байонета, способа крепления к камере.
CZ (Carl Zeiss) — объективы разработанные компанией Carl Zeiss, для камер с байонетом A, качественная и дорогая оптика.
G (Sony Professional Lens) — профессиональная серия объективов.
SAM (Smooth Autofocus Motor) — более дешёвый мотор, чем SSM.
STF (Smooth Transition Focus) — в объективе присутствует оптический элемент, благодаря которому переходы между областями в фокусе и не в фокусе отображаются плавно.
D (Distance Integration) — объектив поддерживает функцию передачи камере информации о дистанции на сфокусированный объект. Необходимо для корректной работы системы вспышечного замера ADI.
APO — объектив содержит апохроматические элементы для уменьшения хроматических аберраций.
xi — функция изменения фокусного расстояния встроенным мотором.
ADI – современная система вспышечного замера, учитывающая расстояние до объекта.
Anti-Dust – система очистки матрицы от пыли.
Устройство фотоаппарата. Пленочные и цифровые фотокамеры
Современные цифровые камеры во многом напоминают старые пленочные фотоаппараты. И в этом нет ничего удивительного, ведь цифровая фотография, по сути, выросла из пленочной, позаимствовав различные узлы и компоненты. Особенное сходство прослеживается между зеркальным цифровым фотоаппаратом и пленочной камерой: ведь и там и там применяется объектив, с помощью которого аппарат фокусируется на снимаемом объекте. Схожий процесс: фотограф просто нажимает на кнопку затвора и, в конечном счете, получается фотоизображение.
Тем не менее, несмотря на схожесть процесса съемки, устройство цифрового фотоаппарата является гораздо более сложным по сравнению с пленочным. И эта сложность конструкции обеспечивает «цифровикам» существенные преимущества – мгновенный результат съемки, удобство, широкие функциональные возможности по управлению фотосъемкой и обработке изображений. Для того, чтобы разобраться в устройстве цифрового фотоаппарата, нужно, прежде всего, ответить на следующие вопросы: Как создается фотоизображение? Какие узлы цифровой фотоаппарат позаимствовал у пленочного? И что нового появилось в фотокамере с развитием цифровых технологий?
Содержание:
Принцип работы пленочного и цифрового фотоаппарата
Принцип работы обычной пленочной камеры состоит в следующем. Свет, отражаясь от снимаемого объекта или сцены, проходит через диафрагму объектива и фокусируется особым образом на гибкой, полимерной пленке. Фотопленка покрыта светочувствительным эмульсионным слоем на основе галоидного серебра. Мельчайшие гранулы химических веществ на пленке под действием света изменяют свою прозрачность и цвет. В результате, фотопленка благодаря химическим реакциям «запоминает» изображение.
Как известно, для формирования любого существующего в природе оттенка достаточно использовать комбинацию трех основных цветов – красного, зеленого и синего. Все остальные цвета и оттенки получаются путем их смешивания и изменения насыщенности. Каждая микрогранула на поверхности фотопленки отвечает, соответственно, за свой цвет в изображении и изменяет свои свойства именно в той степени, в которой на нее попали лучи света.
Поскольку свет различается по цветовой температуре и интенсивности, то в результате химической реакции на фотопленке получается практически полное дублирование снимаемой сцены. В зависимости от характеристик оптики, освещенности, времени выдержки/экспозиции сцены на пленке и времени раскрытия диафрагмы, а также других факторов формируется тот или иной стиль фотографии.
Что же касается цифрового фотоаппарата, то тут также используется система оптики. Лучи света проходят через линзу объектива, преломляясь особым образом. Далее они достигают диафрагмы, то есть отверстия с изменяемым размером, посредством которого регулируется количество света. Далее при фотографировании лучи света попадают уже не на эмульсионный слой фотопленки, а на светочувствительные ячейки полупроводникового сенсора или матрицы. Чувствительный сенсор реагирует на фотоны света, захватывает фотоизображение и передает его на аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
Последний анализирует простые, аналоговые электрические импульсы, и преобразует их с помощью специальных алгоритмов в цифровой вид. Это перекодированное изображение в цифровом виде сохраняется на встроенном или внешнем электронном носителе. Готовое изображение уже можно посмотреть на ЖК-экране цифровой камеры, либо вывести его на монитор компьютера.
В течение всего этого многоступенчатого процесса получения фотоизображения электроника камеры непрерывно опрашивает систему на предмет немедленной реакции на действия фотографа. Сам фотограф через многочисленные кнопки, регуляторы и настройки может влиять на качество и стиль получаемого цифрового снимка. И весь этот сложный процесс внутри цифровой камеры происходит за считанные доли секунды.
Устройство цифрового фотоаппарата. Основные элементы.
Даже визуально корпус цифровой камеры схож с пленочным аппаратом, за исключением того, что в «цифровике» не предусмотрено катушки фотопленки и фильмового канала. На катушку в пленочных фотоаппаратах закреплялась пленка. И по окончании кадров на пленке фотографу приходилось перематывать кадры в обратном направлении вручную. В фильмовом канале фотопленка перематывалась до нужного для съемки кадра.
В цифровых фотоаппаратах все это кануло в лету, причем за счет избавления от фильмового канала и места для катушки с пленкой удалось сделать корпус камеры существенно тоньше. Впрочем, некоторые узлы пленочных фотоаппаратов плавно перешли в цифровую фототехнику. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим основные элементы современной цифровой камеры:
Объектив фотокамеры
Оптическая схема объектива SamyangИ в пленочной, и в цифровой фотокамере световые лучи проходят через объектив для получения изображения. Объектив представляет собой оптическое устройство, состоящее из набора линз и служащее для проецирования изображения на плоскости. В зеркальных цифровых фотоаппаратах объективы практически ничем не отличаются от тех, что использовались в пленочных камерах. Более того, многие современные «зеркалки» обладают совместимостью с объективами, разработанными для пленочных моделей. К примеру, старые объективы с байонетом F могут применяться со всеми цифровыми зеркальными фотоаппаратами Nikon.
Диафрагма и затвор
Диафрагма – это круглое отверстие, посредством которого можно регулировать величину светового потока, попадающего на светочувствительную матрицу или фотопленку. Это изменяемое отверстие, обычно размещающееся внутри объектива, образуется несколькими серповидными лепестками, которые при съемке сходятся или расходятся. Естественно, что диафрагма имеется как в пленочных, так и в цифровых аппаратах.
Тоже самое можно сказать и о затворе, который устанавливается между матрицей (фотопленкой) и объективом. Правда, в пленочных камерах используется механический затвор, представляющий собой своеобразные шторки, которые ограничивают воздействие света на пленку. Современные же цифровые аппараты оснащены электронным эквивалентом затвора, способным включать/выключать сенсор для приема приходящего светового потока. Электронный затвор фотоаппарата обеспечивает точную регуляцию времени приема света матрицей фотоаппарата.
В некоторых цифровых камерах, впрочем, имеется и традиционный механический затвор, который служит для предотвращения попадания на матрицу световых лучей после окончания времени выдержки. Тем самым, предотвращается смазывание картинки или появления эффекта ореола. Стоит отметить, что поскольку цифровому фотоаппарату может потребоваться некоторое время, чтобы обработать изображение и сохранить его, то возникает задержка по времени между тем моментом, когда фотограф нажал на кнопку спуска, и моментом, когда камера зафиксировала изображение. Эта задержка по времени называется задержкой срабатывания затвора.
Видоискатель
Как в пленочном, так и в цифровом фотоаппарате имеется устройство для визирования, то есть устройство для предварительной оценки кадра. Оптический видоискатель, состоящий из зеркал и пентапризмы, показывает фотографу изображение именно в том виде, в котором оно существует в натуре. Однако многие современные цифровые камеры оборудованы электронным видоискателем. Он снимает изображение со светочувствительной матрицы и показывает фотографу таким, каким камера его видит с учетом предустановленных настроек и используемых эффектов.
В недорогих компактных цифровых фотоаппаратах видоискатель как таковой может просто отсутствовать. Его функции выполняет встроенный ЖК-экран с функцией LiveView. ЖК-экраны сегодня встраиваются и в зеркальные цифровые аппараты, поскольку благодаря такому экрану фотограф имеет возможность сразу же просмотреть результаты съемки. Таким образом, если снимок не удался, его можно тут же удалить и отснять новый кадр уже с другими настройками или в другом ракурсе.
– Матрица и аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
После того, как мы рассмотрели принцип работы пленочного и цифрового фотоаппарата, стало понятно, в чем собственно состоит основная разница между ними. В цифровой камере вместо фотопленки появилась светочувствительная матрица или сенсор. Матрица представляет собой полупроводниковую пластину, на которой размещается огромное множество фотоэлементов.
Матрица цифрового фотоаппаратаРазмеры матрицы не превышают размеров кадра фотопленки. Каждый из чувствительных элементов матрицы при попадании на него светового потока создает минимальный элемент изображения – пиксел, то есть одноцветный квадрат или прямоугольник. Элементы сенсора реагируют на свет и создают электрический заряд. Таким образом, матрица цифрового фотоаппарата фиксирует световые потоки.
Матрица цифровой камеры характеризуется такими параметрами, как физические размеры, разрешение и чувствительность, то есть способность матрицы точно уловить поток попадающего на нее света. Все эти параметры оказывают свое влияние на качество фотоизображения.
Полученная информация от сенсора в виде электрических импульсов далее поступает на обработку в аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Функция последнего состоит в том, чтобы превратить эти аналоговые импульсы в цифровой поток данных, то есть перевести изображение в цифровой вид.
Микропроцессор
Микропроцессор присутствовал и в некоторых последних моделях пленочных камер, однако в цифровом фотоаппарате он стал одним из ключевых элементов. Микропроцессор отвечает в «цифровике» за работу затвора, видоискателя, матрицы, автофокуса, системы стабилизации изображения, оптики, а также за запись отснятого фото- и видеоматериала на носитель, выбор настроек и программных режимов съемки. Это своеобразный мозговой центр камеры, управляющий всей электроникой и отдельными узлами.
От производительности микропроцессора во многом зависит то, насколько быстро цифровая камера сможет осуществлять непрерывную съемку. В этой связи в некоторых продвинутых моделях цифровых камер используется сразу два микропроцессора, которые могут производить отдельные операции параллельно. Тем самым, обеспечивается максимальная скорость серийной съемки.
Носитель информации, карты памяти
Если аналоговый (пленочный) фотоаппарат сразу же фиксирует изображение на пленке, то в цифровом, электроника записывает изображение в цифровом формате на внешний или внутренний носитель информации. Для этой цели в большинстве случаев используются карты памяти (SD, CompactFlash и др.). Но в некоторых камерах имеется и встроенная память небольшого объема, которой хватает для размещения нескольких отснятых кадров.
Карты памятиТакже цифровые камеры обязательно оснащаются соответствующими разъемами для возможности их подключения к персональному или планшетному компьютеру, телевизору и другим устройствам. Благодаря этому фотограф получает возможность всего через несколько минут после съемки поместить готовое изображение в Интернете, передать по электронной почте или распечатать.
Батарея фотоаппарата
Во многих пленочных фотоаппаратах используется аккумуляторная батарея для приведения в действие электроники, которая, в частности, управляет фокусировкой и автоматической экспозицией сцены. Но эта работа не требует значительного энергопотребления, поэтому на одном заряде батареи пленочная камера способна проработать несколько недель.
Другое дело цифровая фототехника. Здесь жизнь аккумуляторной батареи камеры измеряется часами. А потому для поддержания работы камеры в условиях отсутствия источника электричества фотографу порой приходится запасаться дополнительными батареями.
Несмотря на то, что цифровая фототехника заимствовала многие узлы и компоненты из пленочной фотографии, она обладает рядом существенных преимуществ. Прежде всего, это возможность оперативно контролировать результаты съемки и вносить необходимые коррективы. Цифровой фотоаппарат в силу особенностей своего устройства предоставляет любому фотографу больше гибкости в процессе съемки за счет широких возможностей управления качеством изображений. Цифровые технологии обеспечивают мгновенный доступ к любому кадру и высокоскоростную фотосъемку. Сочетание гибкости, широких функциональных возможностей и оперативности ведения съемки гарантируют обладателю цифровой камеры получение фотографий превосходного качества практически в любых условиях.
Возможности цифровой фототехники сегодня далеко не исчерпаны. По мере развития устройство цифровых камер будет все более усложняться, в них будут реализованы новые технологии, увеличивающие функциональность аппаратов и обеспечивающие еще более высокое качество изображений.
Источник: Фотокомок.ру (при цитировании или копировании активная ссылка обязательна)
Устройство цифрового фотоаппарата
Начиная осваивать новое хобби – фотографию, новичку открываются множество различных терминов. Пониманием того, что познание фотодела не может пройти без изучения основных узлов и частей фотоаппарата, начинающий фотолюбитель уже делает большой шаг вперед. Связь принципов работы каждой составляющей фотокамеры с конечными результатами очень важна. Кажется, что современный цифровой фотоаппарат далеко ушел от своего родителя – пленочной механической фотокамеры, однако это мнение ошибочно. Устройство цифрового фотоаппарата своими основными узлами ничем не отличается от аппаратов предыдущего поколения. Механизмы оставили за собой всё тот же функционал, а значит, принцип их работы остался прежним. Так как устроен современный цифровой фотоаппарат?
- Что такое цифровой фотоаппарат
- Начинка цифрового зеркального фотоаппарата
- Беззеркальный цифровой фотоаппарат
Что такое цифровой фотоаппарат
Цифровой фотоаппарат – это все тоже устройство для фиксации статических изображений окружающего мира, с целью их последующего использования, что и его механический старший брат. Нажатием кнопки спуска затвора мир замирает на миг и этот миг уже никогда не будет забыт. Теперь этот миг запечатлен на носитель информации и доступен каждому желающему. Ровно тем же занимаются люди уже второй век подряд, держа в руках это волшебное устройство. Только если раньше процесс был затратным, то сегодня во все социальные сети загружается около полумиллиона фотографий в минуту! А сколько остается на жестком диске? Устройства фотофиксации сегодня встраиваются везде, но они обладают несколько другими принципами получения изображения. Поговорим об устройстве фототехники на примере цифрового зеркального фотоаппарата. И забегая вперед, в конце статьи разберем разницу с новшеством — беззеркальной цифровой камерой.
Начинка цифрового зеркального фотоаппарата
Основными элементами цифрового фотоаппарата являются корпус, затвор, пентапризма и зеркала, видоискатель, объектив, матрица, диафрагма, процессор, дисплей. Существуют и дополнительные элементы, которые также необходимы для получения изображения, такие как датчики фокусировки и экспозамера, карта памяти, аккумулятор и другие. Однако, хотя без них и невозможна работа цифрового фотоаппарата, их назначение говорит само за себя и в отдельном представлении не нуждается. Рассмотрим основные элементы в той последовательности, в которой через них проходит свет на пути к построению окончательного изображения.
- Объектив цифрового фотоаппарата состоит в основном из корпуса и системы линз. Объективы бывают с постоянным и переменным фокусным расстоянием. В последнем случае фокусное расстояние меняется благодаря сдвигам линз относительно друг друга. Объектив крепится к корпусу фотоаппарата через байонет – посадочное место, на котором имеются контакты. При присоединении объектива контакты касаются подобных на корпусе фотокамеры и она обменивается сведениями необходимыми для фотографирования: выставленным фокусным расстоянием, статусом стабилизации, расстоянием до объекта и другими. Линзы объектива могут быть выполнены как из стекла, так и из пластика, кроме того они могут быть покрыты специальными низкодисперсионными и прочими напылениями, призванными уменьшить показатели оптических искажений.
Корпус объектива изготавливается из пластика или металла, что напрямую влияет на его цену. - Свет, проходя через линзы объектива, достигает диафрагмы. Это устройство призвано регулировать световой поток. Благодаря лепестковому строению диафрагма может плавно закрываться и открываться в зависимости от выставленных настроек. Таким образом, поток света, проходящего дальше в корпус фотокамеры, уменьшается при закрытии и увеличивается при открытии. Значение диафрагмы не бывает безграничным – ее максимальное и минимальное открытие зависит от объектива. Устройства с возможностью открытия диафрагмы до значений f/2,8 и шире принято называть светосильными. На объективе могут располагаться органы управления и вспомогательные индикаторы: переключатели фокусировки (автомат или ручной режим), включение и отключением стабилизации и другие. Байонет объектива зависит от фирмы производителя. Не все объективы взаимозаменяемы между собой, но в продаже существуют переходные устройства. Сторонние фирмы, специализирующиеся только на производстве оптики, выпускают один и тот же объектив с расчетом на разные байонеты.
- Двигаясь дальше, внутрь корпуса, свет попадает на зеркало. В зеркальных фотоаппаратах такая система позволяет перенаправлять световой поток на все необходимые органы – в видоскатель, датчик фокусировки, матрицу. Первое зеркало очень легко увидеть, если отсоединить объектив от фотокамеры. Зеркало стоит под углом около 45 градусов и отражает свет в пентапризму, откуда он поступает в видоискатель. Первое зеркало является переменным, и ему свойственно подниматься в момент нажатия кнопки спуска затвора. Его функционал заканчивается на данном моменте. Можно сказать, что данное зеркало используется для замера света поступающего в устройство и компоновки кадра. Так как оно стоит на пути света к матрице, то при начале экспонирования («рисование» светом изображения на матрице) оно сдвигается.
- Но до начала экспонирования, изображение отражается от зеркала в перевернутом виде. Для переворачивания изображения обратно служит пентапризма фотоаппарата. Она состоит из двух зеркал, отражаясь от которых в видоискатель попадает итоговое изображение. Таково устройство оптического видоискателя. Как правило, видоискатель тоже состоит из нескольких линз и имеет возможность подстройки под зрение фотографа. Легко предположить, что изображение в видоискателе фотокамеры показывается до момента спуска затвора. Далее происходит процесс, описанный выше – зеркало сдвигается, для попадания светового потока на матрицу.
- Матрица цифрового фотоаппарата – замена пленки. В 70-х годах прошлого века начали появляться первые цифровые устройства. До этого момента и много позже прекрасно существовала пленка. Именно на нее попадал свет, проявляя на ней изображение. В современных цифровых фотокамерах разнообразие матриц поражает. Их размеры варьируются от очень маленьких, соизмеримых с ногтем мизинца, до достаточно больших. Стандартом считается прототип размера пленочного кадра – 36 на 24 миллиметра. Матрица цифрового фотоаппарата покрыта множеством светочувствительных элементов, равного количеству пикселей в характеристиках устройства. Чем большие по размеру эти элементы тем, качественнее получается изображение. Именно поэтому компактные фотокамеры никогда не догонят по качеству зеркальные фотоаппараты с большими матрицами. Важным свойством матрицы является ISO. Благодаря цифровым технологиям чувствительность элементов можно регулировать, меняя значение ISO. Матрица, становясь более восприимчива к свету, улавливает большее его количество за ту же единицу времени. Однако, при повышении ISO, растет шум получаемого изображения. Улавливаемая светочувствительными элементами информация передается в процессор устройства.
- Процессор – мозг цифрового фотоаппарата. Чем мощнее процессор, тем выше быстродействие и качественнее итоговое изображение. Процессор аккумулирует всю получаемую информацию, обрабатывает ее и выдает привычные для нас файлы форматов JPEG, RAW, которые сохраняются на карту памяти устройства для дальнейшего использования. Почему от процессора зависит качество? Современные методы обработки информации позволяют в значительной степени понижать шум картинки, исправлять дефекты и делается это по заранее выставленным настройкам, алгоритмам. Именно поэтому важна мощность процессора, ведь все процессы протекают именно в нем.
- Перед матрицей установлен затвор – устройство для вторичного дозирования поступающего света. Только приемы затвора отличаются от диафрагменных. Если диафрагма дозировала поток размерами отверстия, то затвор – временем, в течение которого этот свет поступает на матрицу. Существует механический и электронный затворы. Устройство механического выполнено в виде двух шторок, которые открываются на выставленное фотографом время – время выдержки. Электронный же связан с матрицей и дает команду на начало сбора информации от света и конец. Три параметра – диафрагма, выдержка и ISO – это и есть три основных способа фотографу влиять на результат. Зная принципы действия этих параметров, начинающему фотографу легче их использовать.
- На дисплее фотограф видит конечный результат своего труда. Такое чудо стало возможным именно на цифровых фотоаппаратах. Дисплей позволяет оценить свои ошибки и переснять кадр в случае необходимости. Современные дисплеи цифровых фотокамер очень качественные, а последнее время все больше фотоаппаратов выпускается с сенсорными дисплеями, позволяющими управлять через них параметрами съемки.
- Корпус фотоаппарата – тоже не маловажная его часть. С появлением фотографии, корпус должен был обеспечивать полную темноту внутри него. Такая задача выполняется им и сегодня. Кроме того корпус современного цифрового фотоаппарата отвечает за эргономику – он должен быть удобен. А также за защиту – профессиональные фотоаппараты изготовлены из металлических сплавов и надежно защищают их от умеренных механических воздействий, падений, ударов.
Беззеркальный цифровой фотоаппарат
Имея схожий принцип работы, беззеркалка все же отличается своими методами поступления света на матрицу. Беззеркальные цифровые фотокамеры становятся все более распространенными. Некоторые производители уже делают ставки именно на беззеркальное будущее.
Основными плюсами современных беззеркалок являются меньший размер (что не всегда может быть плюсом, фотографы привыкли к размерам зеркалки) и возможность видеть конечное получаемое изображение на экране еще до производства спуска затвора. Это стало возможным благодаря отсутствию зеркала.
Свет попадает на матрицу устройства напрямую. Видоискатель в беззеркалках электронный, изображение в нем формируется маленьким четким дисплеем. В этом тоже есть своеобразный плюс – 100% покрытие кадра (в оптических видоискателях показатель покрытия – около 95%). Электронный видоискатель может передать больше полезной информации – от установленных настроек до диаграммы.
Основным же недостатком цифрового беззеркального устройства является меньшая автономность. Работа дисплеев – основной потребитель энергии. В среднем в два раза автономность беззеркалок уступает зеркальным цифровым фотоаппаратам.
Изображение объекта – это свет, отраженный от него. Именно свет несет в наш глаз всю информацию. Наши глаза и мозг – природный аналог фотоаппарата. Наша память – фотоальбом. Устройство современной цифровой фотокамеры не сильно сложно в познании.
Как работают цифровые камеры
Фотоны с неба собираются телескопом и фокусируются на датчике цифровой камеры, где создаются фотоэлектроны, сохраняются во время экспозиции и, наконец, оцифровываются и превращаются в числа, с которыми мы работаем на компьютере. Цифровая камера принимает свет и фокусирует его через линзу на матрицу из кремния. Он состоит из сетки крошечных фотосайтов из , чувствительных к свету. Каждый фотосайт обычно называют пикселем , сокращение от «элемент изображения». В сенсоре цифровой зеркальной камеры есть миллионы таких отдельных пикселей.
Цифровые камеры записывают свет из нашего мира или космоса пространственно, тонально и во времени. Пространственная выборка означает, что угол обзора, который видит камера, разбивается на прямоугольную сетку пикселей. Тональная выборка означает, что непрерывно меняющиеся тона яркости в природе разбиваются на отдельные дискретные ступени тона. Если имеется достаточно сэмплов, как пространственных, так и тональных, мы воспринимаем их как точное представление исходной сцены. Выборка по времени означает, что мы делаем экспозицию заданной продолжительности.
Наши глаза также пробуют мир способом, который можно рассматривать как «временную экспозицию», обычно на относительно короткой основе в несколько десятых секунды, когда уровни освещенности высоки, как в дневное время. В условиях низкой освещенности экспозиция глаза или Время интегрирования может увеличиться до нескольких секунд. Вот почему мы можем увидеть больше деталей в телескоп, если какое-то время смотрим на слабый объект.
Глаз является относительно чувствительным детектором. Он может обнаружить одиночный фотон, но эта информация не отправляется в мозг, потому что она не превышает минимального порога отношения сигнал/шум схемы фильтрации шума в зрительной системе. Для отправки в мозг информации об обнаружении требуется несколько фотонов. Цифровая камера почти так же чувствительна, как глаз, и обе гораздо более чувствительны, чем пленка, для обнаружения которой требуется много фотонов.
Именно временная выборка с длительной выдержкой действительно делает возможной магию цифровой астрофотографии. Истинная сила цифрового датчика заключается в его способности интегрировать или собирать фотоны за гораздо более длительные периоды времени, чем глаз. Вот почему мы можем записывать детали на длинных выдержках, которые невидимы глазу даже через большой телескоп.
Каждый фотосайт на ПЗС- или КМОП-чипе состоит из светочувствительной области из кристаллического кремния в фотодиоде, который поглощает фотоны и высвобождает электроны за счет фотоэлектрического эффекта. Электроны хранятся в колодце в виде электрического заряда, который накапливается в течение всего времени воздействия. Генерируемый заряд пропорционален количеству фотонов, попавших на датчик.
Затем этот электрический заряд передается и преобразуется в аналоговое напряжение, которое усиливается и затем отправляется в аналого-цифровой преобразователь, где он оцифровывается (превращается в число).
ДатчикиCCD и CMOS одинаково работают при поглощении фотонов, генерации электронов и их хранении, но различаются тем, как передается заряд и где он преобразуется в напряжение. Оба заканчиваются цифровым выходом.
Весь файл цифрового изображения представляет собой набор чисел, представляющих положение и значения яркости для каждого квадрата в массиве. Эти числа хранятся в файле, с которым могут работать наши компьютеры.
Весь фотосайт нечувствителен к свету. Есть только фотодиод. Процент чувствительного к свету фотосайта называется коэффициентом заполнения . Для некоторых датчиков, таких как микросхемы CMOS, коэффициент заполнения может составлять всего 30–40 процентов всей площади фотосайта. Остальная часть сенсора CMOS состоит из электронных схем, таких как усилители и схемы шумоподавления.
Поскольку светочувствительная область настолько мала по сравнению с размером фотосайта, общая чувствительность чипа снижается. Чтобы увеличить коэффициент заполнения, производители используют микролинзы для направления фотонов, которые обычно попадают в нечувствительные области и в противном случае остаются незамеченными, на фотодиод.
Электроны генерируются до тех пор, пока фотоны попадают на датчик во время экспонирования или интегрирования. Они хранятся в потенциальной яме до окончания экспозиции. Размер колодца называется полной емкостью , и он определяет, сколько электронов может быть собрано до того, как он заполнится и будет зарегистрирован как полный. В некоторых датчиках, когда лунка заполняется, электроны могут перетекать в соседние лунки, вызывая цветение , которое видно как вертикальные всплески на ярких звездах. Некоторые камеры имеют функции предотвращения цветения, которые уменьшают или предотвращают это. Большинство цифровых зеркальных камер очень хорошо контролируют цветение, и это не проблема для астрофотографии.
Количество электронов, которые может накопить яма, также определяет динамический диапазон сенсора , диапазон яркости от черного до белого, в котором камера может фиксировать детали как в тусклых, так и в ярких областях сцены. После учета шума датчик с большей полноразмерной емкостью обычно имеет больший динамический диапазон. Датчик с более низким уровнем шума помогает расширить динамический диапазон и улучшить детализацию в слабоосвещенных областях.
Не каждый фотон, попавший на детектор, зарегистрируется. Обнаруженное число определяется Квантовая эффективность датчика. Квантовая эффективность измеряется в процентах. Если датчик имеет квантовую эффективность 40 процентов, это означает, что четыре из каждых десяти фотонов, попадающих в него, будут обнаружены и преобразованы в электроны. По словам Роджера Н. Кларка, квантовая эффективность ПЗС- и КМОП-сенсоров в современных цифровых зеркальных камерах составляет от 20 до 50 процентов, в зависимости от длины волны. Специализированные астрономические ПЗС-камеры высшего класса могут иметь квантовую эффективность 80 процентов и более, хотя это относится к изображениям в градациях серого.
Количество электронов, накапливающихся в яме, пропорционально количеству регистрируемых фотонов. Затем электроны в яме преобразуются в напряжение. Этот заряд является аналоговым (непрерывно изменяющимся) и обычно очень мал и должен быть усилен, прежде чем его можно будет оцифровать. Усилитель считывания выполняет эту функцию, согласовывая диапазон выходного напряжения датчика с диапазоном входного напряжения аналого-цифрового преобразователя. Аналого-цифровой преобразователь преобразует эти данные в двоичное число.
Когда аналого-цифровой преобразователь оцифровывает динамический диапазон, он разбивает его на отдельные шаги. Общее количество шагов определяется разрядностью преобразователя. Большинство цифровых зеркальных камер работают с глубиной цвета 12 бит (4096 шагов).
Выход датчика технически называется аналого-цифровым блоком (ADU) или цифровым номером (DN). Количество электронов на ADU определяется усилением системы. Коэффициент усиления, равный 4, означает, что аналого-цифровой преобразователь оцифровал сигнал таким образом, что каждый ADU соответствует 4 электронам.
Рейтинг ISO экспозиции аналогичен рейтингу чувствительности пленки. Это общая оценка чувствительности к свету. Датчики цифровых камер действительно имеют только одну чувствительность, но позволяют использовать различные настройки ISO, изменяя коэффициент усиления камеры. Когда усиление удваивается, количество электронов на ADU уменьшается в 2 раза.
По мере увеличения ISO в цифровой камере меньше электронов преобразуется в одиночный ADU. Увеличение ISO отображает меньший динамический диапазон в той же битовой глубине и уменьшает динамический диапазон. При ISO 1600 можно использовать только около 1/16 полной емкости сенсора. Это может быть полезно для астрономических изображений тусклых объектов, которые в любом случае не заполнят лунку. Камера преобразует только небольшое количество электронов из этих редких фотонов, и, отображая этот ограниченный динамический диапазон на полную разрядность, становится возможным большее различие между шагами. Это также дает больше шагов для работы, когда эти тусклые данные растягиваются позже в процессе обработки, чтобы увеличить контраст и видимость.
Для каждого пикселя в датчике данные яркости, представленные числом от 0 до 4095 для 12-битного аналого-цифрового преобразователя, вместе с координатами местоположения пикселя сохраняются в файле. Эти данные могут быть временно сохранены во встроенном буфере памяти камеры, прежде чем они будут постоянно записаны на съемную карту памяти камеры.
Этот файл чисел преобразуется в изображение при отображении на мониторе компьютера или при печати.
Это числа, полученные в процессе оцифровки, с которыми мы можем работать на наших компьютерах. Числа представлены в виде битов, сокращения «двоичных цифр». Биты используют двоичную запись с основанием 2, где единственными числами являются единица и ноль, вместо чисел с основанием 10 от 0 до 9.с которыми мы обычно работаем. Компьютеры используют двоичные числа, потому что транзисторы, из которых они сделаны, имеют только два состояния, включенное и выключенное, которые представляют собой числа один и ноль. Таким образом можно представить все числа. Именно это делает компьютеры такими мощными в работе с числами — эти транзисторы очень быстрые.
Пространственная выборка
Фотосайты в сенсоре камеры соответствуют один к одному пикселям цифрового изображения при его выводе. Многие люди также называют фотосайты в датчике камеры общим термином «пиксели». Эти фотосайты расположены прямоугольным массивом. В Canon 20D размер массива составляет 3504 x 2336 пикселей, что в сумме составляет 8,2 миллиона пикселей. Эту сетку можно представить как шахматную доску, где каждая клетка очень маленькая. Квадраты настолько малы, что, если смотреть на них с расстояния, они обманывают глаз и мозг, заставляя думать, что изображение представляет собой изображение с непрерывным тоном. Если вы увеличите любое цифровое изображение до достаточно большого размера, вы сможете увидеть отдельные пиксели. Когда это происходит, мы называем изображение «пиксельным».
Цветные изображения на самом деле состоят из трех отдельных каналов информации о черном и белом, по одному для красного, зеленого и синего. Благодаря тому, как глаз и мозг воспринимают цвет, все цвета радуги могут быть воссозданы с помощью этих трех основных цветов.
Хотя цифровая камера может записывать 12 бит или 4096 шагов информации о яркости, почти все устройства вывода могут отображать только 8 бит или 256 шагов на цветовой канал. Исходные 12-битные (2 12 = 4096) входные данные должны быть преобразованы в 8-битные (2 8 = 256) для вывода.
В приведенном выше примере указанный пиксель имеет уровень яркости 252 в красном канале, 231 в зеленом канале и 217 в синем канале. Яркость каждого цвета может варьироваться от 0 до 255, всего 256 шагов в каждом цветовом канале, когда он отображается на мониторе компьютера или выводится на настольный принтер. Ноль указывает на чистый черный цвет, а 255 — на чистый белый.
256 цветов красного, зеленого и синего могут показаться не такими уж большими, но на самом деле это огромное число, потому что 256 x 256 x 256 = более 16 миллионов отдельных цветов.
Тональная выборка
Свет и тона в мире непрерывны. После захода солнца в ясный день небо на западе меняется от яркого у горизонта до темно-синего над головой. Эти оттенки синего постоянно меняются. Они плавно переходят от светлого к темному.
Цифровые камеры измеряют свет и разбивают его непрерывно меняющиеся тона на дискретные шаги, которые могут быть представлены числами (цифрами). Они оцифровывают изображение.
Благодаря тому, как работает наша зрительная система, если мы разделим непрерывные тона на достаточное количество маленьких дискретных шагов, мы можем обмануть глаз, заставив его думать, что это непрерывный тон, даже если это не так.
256 шагов — визуально кажется непрерывным 128 шагов 64 шага 32 шага 16 шаговВ приведенных выше примерах мы можем видеть эффект разного количества тонов при выборке от черного к белому. Мы можем четко отличить небольшое количество тонов от непрерывных. Но когда число увеличивается, где-то около 128 шагов, они кажутся нашему восприятию непрерывными.
Компьютеры и числа
Поскольку компьютеры очень сильны в манипулировании числами, мы можем выполнять различные операции с этими числами быстро и легко.
Например, контраст определяется как разница в яркости между соседними пикселями. Чтобы был контраст, для начала должна быть разница, поэтому один пиксель будет светлее, а другой темнее. Мы можем очень легко увеличить контраст, просто добавив число к значению яркости более светлого пикселя и вычтя число из значения яркости более темного пикселя.
Цвет в изображении представлен значением яркости пикселя в каждом из трех цветовых каналов — красного, зеленого и синего — которые составляют информацию о цвете. Мы можем так же легко изменить цвет пикселя или группы пикселей, просто изменив числа.
Мы можем выполнять и другие трюки, например, повышать кажущуюся резкость изображения за счет увеличения контраста краевых границ объектов на изображении с помощью процесса, называемого нерезким маскированием.
Наличие изображения, представленного числами, позволяет нам иметь над ним большой контроль. А поскольку изображение представляет собой набор чисел, его можно точно воспроизвести сколько угодно раз без потери качества.
Линейные и нелинейные данные
Реакция цифрового датчика на запись пропорциональна количеству фотонов, попавших на него. Ответ линейный. В отличие от пленки, цифровые датчики записывают в два раза больше сигнала, когда на него попадает удвоенное количество фотонов. Цифровые датчики также не страдают от отказа взаимности, как большинство фильмов.
Данные, созданные датчиком CMOS в цифровой зеркальной камере и записанные в файл необработанных данных, являются линейными. Линейные данные обычно выглядят очень темными и малоконтрастными по сравнению с обычной фотографией (см. изображение ниже).
Зрительное восприятие яркости человеком больше похоже на логарифмическую кривую, чем на линейную кривую. Другие человеческие чувства, такие как слух и даже вкус, также являются логарифмическими. Это означает, что мы лучше ощущаем различия в нижней части шкалы восприятия, чем в верхней части. Например, мы можем очень легко отличить гирю в один фунт от гири в два фунта, когда берем их в руки. Но нам очень трудно определить разницу между весом в 100 фунтов и весом в 101 фунт. Но разница та же, один фунт.
Обычные фотографии, снятые на пленку, также записываются нелинейным способом, подобным тому, как работает человеческое зрение. Вот почему мы можем посмотреть слайд на свет, и он будет выглядеть как разумное представление исходной сцены без каких-либо дополнительных модификаций.
Поскольку система зрительного восприятия человека не работает линейно, необходимо применить нелинейную кривую, чтобы «растянуть» линейные данные с камеры DSLR, чтобы тональность фотографии соответствовала тому, как работает наша зрительная система. Эти нелинейные корректировки выполняются программным обеспечением внутри камеры, если изображение записывается в файл JPEG. Если необработанный файл сохраняется в камере, эти нелинейные корректировки выполняются в программном обеспечении позже, когда данные открываются в программе обработки изображений.
Щелкните курсором мыши на изображении, чтобы увидеть сравнение двух изображений. Нажмите еще раз, чтобы вернуться к предыдущему изображению. В примерах изображений, показанных выше, снимок экрана диалогового окна Curves Photoshop был включен в изображение, чтобы мы могли видеть сравнение между линейными данными и теми же данными с примененной к ним нелинейной кривой. Кривая на темном изображении линейная, это прямая линия. Кривая на ярком изображении показывает растяжение, которое необходимо применить к данным, чтобы приблизить их к нашему визуальному восприятию.
Кривая представляет входные и выходные значения яркости пикселей изображения. Черный находится в нижнем левом углу, а белый — в верхнем правом углу. Серые тона находятся между ними. Когда линия прямая, входной сигнал, идущий горизонтально вдоль нижней части, совпадает с выходным тоном, который проходит вертикально вдоль левого края.
Во вставке кривой, когда прямая линия вытягивается вверх для увеличения ее наклона, увеличивается контраст этой части кривой и соответствующих тонов в изображении. На приведенном выше примере изображения тон в указанной точке сделан намного светлее. Все тона в изображении ниже этой точки на кривой и соответствующие тона в изображении растягиваются, а их контраст увеличивается.
Вот почему важно работать с высокой битовой глубиной при работе с необработанными изображениями. Из-за необходимых сильных растяжений и увеличения контраста тона раздвигаются. Если у нас много тонов, что позволяет большая разрядность, они будут плавно перераспределяться. Если у нас не так много тонов для работы, мы рискуем постеризацией и полосатостью при растягивании данных.
В ярком изображении наклон верхней части кривой уменьшается в светлых областях изображения. Это сжимает тона и уменьшает контраст этих тонов на изображении.
Именно тот факт, что мы можем получить доступ к этим данным в линейной форме с высокой битовой глубиной, делает изображения с цифровых зеркальных и ПЗС-камер такими мощными для записи астрофотографий. Это позволяет нам вычесть фон неба и световое загрязнение. Это дает нам возможность контролировать нелинейные корректировки растяжения данных. Эти корректировки выявят детали астрономического объекта, которые скрыты глубоко в том, что мы считаем теневыми областями обычной фотографии.
Как работают цифровые камеры?
Как работают цифровые камеры? — Объясните этот материалВы здесь: Домашняя страница > Гаджеты > Фотоаппараты и цифровые фотоаппараты
- Дом
- Индекс А-Я
- Случайная статья
- Хронология
- Учебное пособие
- О нас
- Конфиденциальность и файлы cookie
Реклама
Цифровые камеры открывают совершенно новые смысл в идее рисования по номерам. В отличие от пленочных камер старого образца, они захватывают и записывают изображения мир вокруг нас с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел. Это имеет много преимуществ: это дает нам мгновенные фотографии, позволяет нам редактировать наши изображения и облегчает нам обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных телефоны), электронную почту и веб-сайты.
Фото: Обычный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг — это линза; прямоугольник над ним — ксеноновая лампа-вспышка. Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фотографии ниже на этой странице.
Содержание
- Как работают обычные пленочные камеры
- Как работают цифровые камеры
- Как цифровые камеры используют цифровые технологии
- Почему цифровые камеры сжимают изображения
- Преобразование обычных фотографий в цифровые фотографии
- Внутри цифровой камеры
- Что такое «беззеркальные» камеры?
- Чем цифровые камеры отличаются от камер смартфонов?
- Краткая история фотографии
- Узнать больше
Как работают обычные пленочные камеры
Если у вас есть камера старого образца, вы знаете, что она бесполезна
без одного жизненно важного оборудования: пленки . Пленка — это длинная катушка
из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра)
которые чувствительны к свету. Чтобы свет не портил пленку, ее заворачивают в прочную,
светонепроницаемый пластиковый цилиндр — то, что вы вставляете в свою камеру.
Фото: Пленочная камера старого образца позднего 1980-е годы. Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую. золотник слева, проходящий перед объективом по пути. Когда ты сделай фото, затвор позволяет свет попадает из объектива и обнажает пленку. Это все очень 19 век по сравнению с цифровой фотографией!
Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать
кнопка. Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который делает
отверстие (диафрагма) ненадолго открывается в передней части камеры, позволяя
свет проникал через линзу (толстый кусок
стекло или пластик
устанавливается спереди). Свет вызывает реакции, происходящие в
химические вещества на пленке, тем самым сохраняя изображение перед собой.
Это не однако конец процесса. Когда фильм закончен, вы нужно отнести его в аптеку (аптеку), чтобы получить его развитый. Обычно это включает в себя размещение пленки в огромном автоматизированная проявочная машина. Машина открывает фильм контейнер, вытаскивает пленку и погружает ее в различные другие химикаты. чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в сериал «негативных» картинок — призрачных перевернутых версий что вы видели на самом деле. На негативе черные участки выглядят светлыми и наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив хранит их как противоположности. После того, как машина сделала негативы, он использует их для изготовления отпечатков (готовых версий) ваших фото.
Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного
неприятность. Большинство людей обнаружили, что тратят фотографии впустую.
просто «добить фильм». Часто приходится ждать
несколько дней, пока ваша пленка будет проявлена, а ваши отпечатки (
готовые фотографии) вернулся к вам. Неудивительно, что
цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает
все эти проблемы одним махом.
(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных камерах и традиционной фотографии, см. нашу основную статью о том, как работают пленочные камеры.)
Рекламные ссылки
Принцип работы цифровых камер
Фото: типичный датчик изображения. Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) — светочувствительная часть; золотые провода, отходящие от него, соединяют его с цепью камеры.
Цифровые камеры очень похожи на обычные пленочные камеры, но работают в
совершенно другим способом. Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять
фотографировать цифровым фотоаппаратом, апертура открывается спереди
камера и свет проникают через объектив.
Пока это то же самое, что и пленочная камера.
Однако с этого момента все по-другому. Нет пленки в цифре
камера. Вместо этого есть кусок
электронное оборудование, которое
улавливает входящие световые лучи и превращает их в электрические
сигналы. Этот детектор света относится к одному из двух типов: либо с зарядовой связью
устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .
Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте вверх, вы заметите, что картина состоит из миллионов крошечных цветные точки или квадраты, называемые пикселями . ЖК-экраны портативных компьютеров также формируют изображения с использованием пикселей, хотя они часто слишком малы, чтобы видеть. На экране телевизора или компьютера, электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели очень быстро. Свет от экрана попадает к вашим глазам и мозг обманывают, заставляя видеть большую движущуюся картинку.
В цифровой камере происходит ровно наоборот. Свет от
то, что вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий
«картинка» попадает на чип датчика изображения, который разбивает его на миллионы
пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя
и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография эффективно
чрезвычайно длинная строка чисел, описывающая точные детали
каждого пикселя, который он содержит. Подробнее о том, как датчик изображения формирует цифровое изображение, можно прочитать в нашей статье.
статья о веб-камерах.
Как в цифровых камерах используются цифровые технологии
После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все что угодно с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете загрузите сделанные вами изображения и загрузите их в такие программы, как PhotoShop чтобы отредактировать их или оживить. Или вы можете загрузить их на веб-сайты, отправить по электронной почте друзьям и т. д. на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате. формат и всевозможные другие цифровые гаджеты — все, от iPod с воспроизведением MP3 для мобильных телефонов и компьютеров на фотопринтеры — используйте цифровые технология тоже. Цифровой — это такой язык, на котором все электронные гаджеты «говорят» сегодня.
Фото: Цифровые камеры гораздо удобнее
чем пленочные камеры. Вы можете сразу увидеть, как будет выглядеть изображение на ЖК-дисплее. экран сзади. Если ваша фотография не получилась, вы можете просто удалить ее и попробовать
опять таки. Вы не можете сделать это с пленочной камерой. Цифровые камеры означают
фотографы могут быть более творческими и экспериментальными.
Если вы откроете цифровую фотографию в программе для рисования (редактирования изображений),
вы можете изменить его всеми возможными способами. Такая программа работает
регулируя числа, которые представляют каждый пиксель изображения. Так,
если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче,
программа перебирает все числа для каждого пикселя по очереди и
увеличивает их на 20 процентов. Если вы зеркально отразите изображение (переверните его
по горизонтали), программа меняет последовательность чисел, которые она
магазины, поэтому они бегут в противоположном направлении. Что вы видите на
экран — это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что
вы не видите, программа рисования меняет все числа в
фон.
Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные цифровые камеры. У вас может быть камера с оптическим зумом и цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается вперед и назад. чтобы сделать входящее изображение больше или меньше, когда оно попадает на ПЗС. А цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает входящее изображение без фактического перемещения объектива. Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается. Короче говоря, оптический зум делает изображения больше и такими же четкими, но цифровой зум делает изображения больше и более размытыми.
Почему цифровые камеры сжимают изображения
Представьте на мгновение, что вы — ПЗС- или КМОП-матрица, воспринимающая изображение. Выгляни в окно и попробуй
выясните, как вы будете хранить детали представления, которое вы можете видеть.
Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов.
Поэтому вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна. Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого
пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти
измерения в виде чисел. Если вы измерили цвет и
яркость для шести миллионов пикселей и записал обе вещи как
чисел, вы получите строку из миллионов чисел — просто чтобы
сохранить одну фотографию! Вот почему высококачественные цифровые изображения часто
создавать огромные файлы на вашем компьютере. Каждого может быть несколько
мегабайты (миллионы символов).
Чтобы обойти это, цифровые камеры, компьютеры и другие цифровые гаджеты
используйте метод, называемый сжатием . Сжатие — математический трюк
который включает в себя сжатие цифровых фотографий
поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти.
Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что
расшифровывается как Совместное
Группа экспертов по фотографии, в честь ученых и математиков
кто придумал идею) JPG известен как «с потерями».
сжатие, потому что, когда фотографии сжаты таким образом, некоторые
информация теряется и не может быть восстановлена. JPG с высоким разрешением
использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; используются файлы JPG с низким разрешением
гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о
сжатие в нашей статье о MP3
игроки.
Большинство цифровых камер имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высокой или более низкие разрешения. При выборе высокого разрешения камера может хранить меньше изображений на карте памяти, но они намного качественнее. Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но качество будет не хуже. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.
Преобразование обычных фотографий в цифровые
Есть
способ превратить фотографии с обычной пленочной камеры в цифровые
фотографии — путем их сканирования. Сканер это часть компьютера
оборудование, похожее на небольшой фотокопировальный аппарат
но работает как
цифровая камера. Когда вы помещаете свои фотографии в сканер, свет сканирует
через них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в
цифровые изображения, которые вы можете видеть на своем компьютере.
Внутри цифровой камеры
Вы когда-нибудь задумывались, что находится внутри цифровой камеры? Что делает фото? Где он хранится? Что заставляет вспышку работать? И как все эти биты соединяются вместе? Когда вы разбираете электронные гаджеты, их гораздо сложнее понять, чем обычные машины (вещи, которые работают через четкий физический механизм): вы не всегда можете увидеть, какая часть выполняет какую работу и как. Тем не менее, может быть весьма поучительно заглянуть в ваши любимые гаджеты, чтобы увидеть, что скрывается внутри. Я не рекомендую вам пробовать это дома: вскрытие — это самый быстрый способ аннулировать вашу гарантию; это также хороший способ гарантировать, что они больше никогда не сработают!
Основные части цифровой камеры
Фото: Детали обычной цифровой камеры. Если бы не ЖК-экран и батареи (два самых больших компонента), вы, вероятно, могли бы сделать такую камеру размером с почтовую марку!
Я открыл камеру на нашей верхней фотографии — и вот детали, которые я нашел внутри:
- Батарейный отсек : В этой камере используются две 1,5-вольтовые батареи, поэтому общее напряжение составляет
3 вольта (3 В).
- Импульсный конденсатор : Конденсатор заряжается в течение нескольких секунд, чтобы накопить достаточно энергии для срабатывания вспышки.
- Лампа-вспышка : Работает от конденсатора. Это занимает немного энергии для срабатывания такой ксеноновой вспышки, поэтому многие вспышки в помещении фотография быстро разряжает ваши батареи.
- Светодиод : Маленький красный светодиод (светоизлучающий диод) показывает, когда работает автоспуск, поэтому вы можете фотографировать себя более легко.
- Линза : Линза улавливает свет от объекта, который вы фотографируете, и фокусирует его на ПЗС-матрице.
- Механизм фокусировки : Эта камера имеет простой переключаемый фокус, который переключает объектив между двумя положениями для снимая либо крупным планом, либо дальними планами.
- Датчик изображения : Это светочувствительный микрочип в цифровом
камеры и использует технологию CCD или CMOS. На самом деле вы не можете увидеть чип на этой фотографии, потому что он находится прямо под объективом. Но посмотреть, как это выглядит, вы можете в нашей статье о веб-камерах.
- Разъем USB : Подсоедините кабель USB здесь и подключите его к компьютеру, чтобы загрузить фотографии, которые вы взятый. Для вашего компьютера ваша камера выглядит как еще одно запоминающее устройство (например, жесткий диск).
- Гнездо для карты SD (защищенный цифровой) : Сюда можно вставить карту флэш-памяти для хранения большего количества фотографий. Камера имеет очень маленькую внутреннюю память, в которой также будут храниться фотографии.
- Микросхема процессора : Основной цифровой «мозг» камеры. Этот управляет всеми функциями камеры. Это пример интегральной схемы.
- Соединитель для запястья : Ремешок, который надежно удерживает камеру привязанный к запястью, прикрепляется здесь.
- Верхний кожух : Простые винты в верхней части показанного нижнего кожуха здесь.
Другой важной частью, не показанной здесь, является ЖК-дисплей, на котором отображается
фотографии, которые вы сделали. Он установлен на задней части электронной схемы.
плату, так что вы не можете видеть его на этом фото.
Что такое «беззеркальные» камеры?
Есть фактически четыре различных типа цифровых камер. Самый простой, известный как наведи и снимай , есть объектив
для захвата света (который может увеличиваться или не увеличиваться), датчик изображения для преобразования светового рисунка в цифровую форму и ЖК-экран сзади для просмотра ваших фотографий. На противоположном конце спектра находятся камеры DSLR (Digital Single Lens Reflex), которые выглядят как традиционные профессиональные пленочные камеры и имеют внутри подвижное шарнирное зеркало, которое позволяет вам видеть точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, см. в нашей статье о пленочных камерах). Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые камеры представляют собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от
система шарнирных зеркал вместо ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише. Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но лишены таких функций, как оптический зум.
Чем цифровые камеры отличаются от камер смартфонов?
Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры — отличная вещь — если вы
сравнивая их со старыми пленочными камерами, т.е. Благодаря их превосходному, ультрасовременному имиджу
датчиков, на самом деле нет никакой веской причины (кроме ностальгического предпочтения
аналоговая технология) для использования пленки.
Вас можно простить за то, что вы думаете, что продажи цифровых камер увеличатся.
ракеты в результате, но вы были бы неправы. За последние несколько лет,
продажи цифровых камер упали двузначными числами параллельно
с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются
более
чем 1,5 миллиарда каждый год). Посетите сайт для обмена фотографиями, например
Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле
телефоны: в марте 2022 года, когда я обновляю эту статью,
Все пять лучших камер Flickr
айфоны. Есть ли веская причина владеть автономным цифровым
камера больше или вы теперь можете делать все с камерой телефона?
Фото: Плюсы и минусы цифровых камер и смартфонов представлены на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие и лучшие телескопические объективы (вверху) и датчики по сравнению с теми, что используются в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (в центре). Но смартфоны, несомненно, выигрывают в связях, и у них больше, лучше и четче экраны (внизу). Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фото на крошечном экране Canon.
Сенсоры и экраны
Вернитесь на десятилетие назад, и не будет никакого сравнения между
грубые и неуклюжие фотокамеры на мобильных телефонах и даже самые
посредственные компактные цифровые камеры. Пока цифровики хвастались
постоянно растущее число мегапикселей, мобильные телефоны делали грубые снимки
немного лучше, чем те, которые вы могли бы получить от обычной веб-камеры (1
мегапикселей или меньше было обычным явлением). Теперь все изменилось.
Цифровая камера Canon Ixus/Powershot 10-летней давности, которой я регулярно пользуюсь, имеет разрешение 7,1 мегапикселя, что
идеально подходит почти для всего, что я когда-либо хотел
делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что
(теоретически, по крайней мере) звучит так, как будто он должен быть в два раза лучше.
Но ждать! «Мегапиксели» — обманчивый маркетинговый ход: на самом деле важен размер
и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше
датчик, тем лучше снимки. Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о 1/2,5-дюймовой ПЗС-матрице.
в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа).
Что на самом деле означают эти цифры?
Измерения датчиков основаны на ненужной запутанной математике, которую я не буду здесь объяснять.
вам придется поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные датчики, размером примерно с половину ногтя на мизинце (размером менее 5 мм в каждом направлении), хотя датчик Canon значительно больше. Digital Ixus, хотя и на восемь лет старше смартфона LG, и, по-видимому, имеет вдвое меньше «мегапикселей»,
имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG,
особенно в условиях низкой освещенности.
Canon также набрал намного лучше, телескопический объектив
(технически рассчитанный на 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) — лучшее качество и к тому же телескопический — который может снимать все с бесконечного расстояния
пейзажи до макросъемки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть
загрузить свои фотографии на компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи
потому что у Canon только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран.
LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана с 14-сантиметровым (5,5-дюймовым) «монитором».
В то время как Canon оценивает экран Ixus в 230 000 пикселей, LG
может похвастаться Quad HD (2560×1440 пикселей), или примерно в шестнадцать раз больше.
Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя все еще карманного размера).
Имейте в виду, что мой Canon — это просто компактная камера типа «наведи и снимай», так что это не совсем честное сравнение между тем, чего можно добиться с действительно хорошей цифровой камерой и действительно хорошим смартфоном. Мой LG находится на самом высоком уровне среди камер смартфонов, но Ixus далеко не так хорош. как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная цифровая зеркальная камера будет иметь сенсор , который намного больше, чем у смартфона — до 3,6 см × 2,4 см, — поэтому она сможет захватывать очень мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности. У него также будет больший и лучший экран и лучшие (сменные) объективы.
Фото: крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой). что вы ищете вот объектив: чип сенсора изображения находится прямо под ним. (Если непонятно, красная штука — это ручка, на которую я указываю.)
Социальные сети
отдел: по сути, это компьютеры, которые можно носить в кармане.
портативный и всегда онлайн. Таким образом, вы не только с большей вероятностью
делать случайные фотографии (потому что вы всегда носите с собой камеру), но
вы можете мгновенно загружать свои снимки в Instagram с метким названием,
Фейсбук или Твиттер. И это настоящая причина, по которой смартфон
фотоаппараты превзошли цифровую технику старой школы: сама фотография
изменен с цифрового эквивалента 19дагерротип го века
(само по себе возврат к портретным картинам прошлого) к чему-то
более импровизированные, немедленные и, конечно же, социальные . Для
для целей Facebook или Twitter, которые часто просматриваются на мобильных устройствах с маленькими экранами
устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее.
(Докажите это сами, загрузив изображение высокого разрешения из Instagram или
Flickr, и вы обнаружите, что редко бывает больше пары сотен
килобайт в размере и 1000 мегапикселей или меньше в каждом измерении,
в сумме получается менее одного мегапикселя.) Даже на лучшем
веб-сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей
никогда не просматривайте свои фотографии в многомегапиксельных размерах:
они просто не поместились бы на экране. Так что даже если ваш смартфон не имеет массы мегапикселей, он
на самом деле не имеет значения: большинство людей просматривают ваши фотографии на их смартфоны не заметят или не заметят. Социальные сети означают, что у вас никогда не будет
сказать, что вы сожалеете, что забыли свою зеркальную камеру и у вас был только iPhone!
Надстройки для смартфона
Зеркальные зеркальные камеры Canon или Nikon превзойдут снимки даже с лучшие смартфоны, но часто потому, что это не подобное сравнение. Часто мы сравниваем хорошие любительские фотографии сделанные на смартфоны, в блестящие профессиональные фотографии, сделанные на зеркалки. Сколько из того, что мы видим, это камера… и сколько взгляд фотографа? Иногда трудно разделить два вещи
Профессионалы могут добиться потрясающих результатов с помощью смартфонов, но и любители могут,
с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие
ручное управление (как правило, даже меньше, чем с базовым компактным
цифровая камера). Вы можете обойти это, в определенной степени,
с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больше контроля над
неудобные настройки старой школы, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого.
(Поищите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как «профессиональная фотография».
или «ручная фотосъемка».) Вы также можете добавить к смартфонам сменные объективы, чтобы обойти недостатки
объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут уж ничего не поделаешь
о крошечном датчике изображения более низкого качества). Как только ваши фотографии
благополучно сняты, существует множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенный,
бесплатная версия PhotoShop, которая может помочь вам ретушировать ваши любительские
«посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».
Так зачем же покупать цифровые?
Поскольку у многих людей сейчас есть смартфоны, реальный вопрос
нужна ли вам цифровая камера. Очень трудно увидеть
Больше аргументов в пользу компактов типа «наведи и снимай»: для социальных сетей
снимки, большинство из нас может обойтись с нашими телефонами. Для этого сайта я беру много макросов
фотографии — крупные планы схем и механических частей — с моим Иксусом, которые я никак не мог
захват с LG, так что я не буду прыгать с корабля в ближайшее время.
Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, нет никакого сравнения между
смартфоны и зеркалки. У первоклассной зеркальной фотокамеры более качественное изображение.
датчик (до 50 раз больше по площади, чем в
смартфон) и гораздо лучший объектив:
эти две принципиально важные вещи делают «сырое» изображение
от DSLR намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции
управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко
больший диапазон фотографий в гораздо более широком диапазоне освещения
условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий,
мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной
соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе,
ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда вы счастливы. Сказав
что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi, которые
предлагают аналогичное удобство мгновенного обмена для смартфонов. И из
конечно, ничто не мешает вам носить с собой смартфон и зеркалку
если вы действительно хотите лучшее из обоих миров!
Краткая история фотографии
Произведение искусства: оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, работала немного по-старому. видеокамера и нуждался в отдельном мониторе воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная). Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали кассету, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просматривали сделанные снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Работа из патента США 4,131,9.19: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда и Стивена Дж. Сассона, любезно предоставленный Управлением по патентам и товарным знакам США.
- 4 век до н.э.: китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненную комнату с отверстием в драпировках, которое проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
- Конец 1700-х: Томас Веджвуд (1771–1805) и сэр Хамфри Дэви (1778–1829), два английских ученых провели ранние эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге. Их фото не было постоянные: они становились черными, если не хранились постоянно в темном месте.
- 1827: французский Жозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире фотографии. Его метод не годился для портретной съемки людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым на восемь часов.
- 1839: Французский оперный живописец Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
- 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел процесс фотографического негатива.
- 1851: Британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать четкие фотографии на влажные стеклянные пластины.
- 1870-е годы: британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластин и желатина.
- 1883: Американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
- 1888: Джордж Истман представил свою простую в использовании камеру Kodak. Его лозунгом было: «Вы нажимаете на кнопку, а мы делаем все остальное».
- 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную камеру полароид.
- 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную камеру полароид.
- 1975: Американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
- 1990-е: Цифровые камеры стали популярными, постепенно вытесняя пленочные камеры.
- 1999: Kyocera выпустила VP-210, первый смартфон со встроенной (фронтальной) цифровой камерой.
- 2000-е годы: появление более совершенных мобильных телефонов со встроенными цифровыми камерами привело к тому, что автономные цифровые камеры стали излишними для повседневной фотосъемки.
- 2007: Samsung анонсировала B710, первый смартфон с двумя 1,3-мегапиксельными цифровыми камерами (для съемки 3D-фотографий).
- 2019: Производители телефонов, такие как Samsung и Nokia , начинают выпускать телефоны с семью камерами, предлагая несколько объективов для каждой возможной возможности фотографирования!
Узнайте больше
На этом сайте
- Компьютерная графика
- Пленочные фотоаппараты и основная фотография
- История общения
Книги
- Руководство по фотографии с помощью смартфона: снимайте, редактируйте, экспериментируйте, делитесь Питером Коупом. Welbeck, 2021. В этой книге есть множество советов, от селфи до виртуальной реальности, которые помогут максимально эффективно использовать камеру вашего смартфона.
- Цифровая фотография для чайников Джули Кинг. John Wiley, 2016. Иллюстрированное базовое введение.
- Справочник цифрового фотографа Тома Анга. Дорлинг Киндерсли, 2016. Хорошее базовое введение в цифровые технологии, но опытным фотографам оно может показаться слишком упрощенным. Представлено в очень визуальном стиле DK.
- Книга о цифровой фотографии Скотта Келби. Пичпит Пресс, 2006–2014 гг. Серия из пяти более подробных книг, посвященных различным аспектам практической фотографии.
Статьи
- Фотосъемка интересных людей в вашем сообществе: руководство по портретной съемке от Кейт Плауз, Донны Шоу и Натали Пру. The New York Times, 4 января 2022 г. Как использовать камеру смартфона, чтобы рассказать (визуальную) историю человека.
- Беззеркальные камеры: новый решающий момент в фотографии от Лео Келиона. BBC News, 26 сентября 2018 г. Как большие сенсоры и беззеркальные камеры возрождают интерес к цифровым камерам.
- Фотосъемка на смартфоне развивается благодаря приложениям для камеры и сопутствующим инструментам от Кита Итона. The New York Times, 1 октября 2014 г. Новые приложения для камеры помогают смартфонам имитировать расширенные элементы управления, ранее доступные только на сложных цифровых зеркальных фотокамерах. В
Скажите, вы можете делать телефонные звонки на этой камере? (The New York Times, 16 ноября 2011 г.), Ник Билтон смотрит на
съемные линзы и другие приспособления для расширения диапазона снимков, которые вы можете делать на свой телефон.
- Смерть фотографии: телефоны с камерами разрушают искусство? Стюарт Джеффрис. The Guardian, 13 декабря 2013 г. Ухудшает ли само количество фотографий, которые мы сейчас делаем, их качество — и качество моментов, которые мы записываем?
- Постобработка: почему камера смартфона навсегда изменила фотографию, Джеймс Бэрхэм. The Verge, 20 июня 2013 г. Профессиональный фотограф объясняет, как смартфоны помогли ему снова полюбить фотографию и почему камеры больше не имеют значения.
Патенты
- Патент США 4,131,919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона, Eastman Kodak Company, 26 декабря 1978 года. Самая первая цифровая камера на основе ПЗС, запатентованная Kodak еще в 1970-х годах.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.
Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.
Подпишитесь на нас
Оцените эту страницу
Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.
Сохранить или поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис. (2006/2022) Цифровые фотоаппараты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/digitalcameras.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]
Подробнее на нашем веб-сайте…
- Средства связи
- Компьютеры
- Электричество и электроника
- Энергия
- Машиностроение
- Окружающая среда
- Гаджеты
- Домашняя жизнь
- Материалы
- Наука
- Инструменты и приборы
- Транспорт
↑ Вернуться к началу
Как работают цифровые камеры?
Как работают цифровые камеры? — Объясните этот материалВы здесь: Домашняя страница > Гаджеты > Фотоаппараты и цифровые фотоаппараты
- Дом
- Индекс А-Я
- Случайная статья
- Хронология
- Учебное пособие
- О нас
- Конфиденциальность и файлы cookie
Реклама
Цифровые камеры открывают совершенно новые смысл в идее рисования по номерам. В отличие от пленочных камер старого образца, они захватывают и записывают изображения мир вокруг нас с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел. Это имеет много преимуществ: это дает нам мгновенные фотографии, позволяет нам редактировать наши изображения и облегчает нам обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных телефоны), электронную почту и веб-сайты.
Фото: Обычный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг — это линза; прямоугольник над ним — ксеноновая лампа-вспышка. Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фотографии ниже на этой странице.
Содержание
- Как работают обычные пленочные камеры
- Как работают цифровые камеры
- Как цифровые камеры используют цифровые технологии
- Почему цифровые камеры сжимают изображения
- Преобразование обычных фотографий в цифровые фотографии
- Внутри цифровой камеры
- Что такое «беззеркальные» камеры?
- Чем цифровые камеры отличаются от камер смартфонов?
- Краткая история фотографии
- Узнать больше
Как работают обычные пленочные камеры
Если у вас есть камера старого образца, вы знаете, что она бесполезна
без одного жизненно важного оборудования: пленки . Пленка — это длинная катушка
из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра)
которые чувствительны к свету. Чтобы свет не портил пленку, ее заворачивают в прочную,
светонепроницаемый пластиковый цилиндр — то, что вы вставляете в свою камеру.
Фото: Пленочная камера старого образца позднего 1980-е годы. Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую. золотник слева, проходящий перед объективом по пути. Когда ты сделай фото, затвор позволяет свет попадает из объектива и обнажает пленку. Это все очень 19 век по сравнению с цифровой фотографией!
Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать
кнопка. Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который делает
отверстие (диафрагма) ненадолго открывается в передней части камеры, позволяя
свет проникал через линзу (толстый кусок
стекло или пластик
устанавливается спереди). Свет вызывает реакции, происходящие в
химические вещества на пленке, тем самым сохраняя изображение перед собой.
Это не однако конец процесса. Когда фильм закончен, вы нужно отнести его в аптеку (аптеку), чтобы получить его развитый. Обычно это включает в себя размещение пленки в огромном автоматизированная проявочная машина. Машина открывает фильм контейнер, вытаскивает пленку и погружает ее в различные другие химикаты. чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в сериал «негативных» картинок — призрачных перевернутых версий что вы видели на самом деле. На негативе черные участки выглядят светлыми и наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив хранит их как противоположности. После того, как машина сделала негативы, он использует их для изготовления отпечатков (готовых версий) ваших фото.
Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного
неприятность. Большинство людей обнаружили, что тратят фотографии впустую.
просто «добить фильм». Часто приходится ждать
несколько дней, пока ваша пленка будет проявлена, а ваши отпечатки (
готовые фотографии) вернулся к вам. Неудивительно, что
цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает
все эти проблемы одним махом.
(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных камерах и традиционной фотографии, см. нашу основную статью о том, как работают пленочные камеры.)
Рекламные ссылки
Принцип работы цифровых камер
Фото: типичный датчик изображения. Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) — светочувствительная часть; золотые провода, отходящие от него, соединяют его с цепью камеры.
Цифровые камеры очень похожи на обычные пленочные камеры, но работают в
совершенно другим способом. Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять
фотографировать цифровым фотоаппаратом, апертура открывается спереди
камера и свет проникают через объектив.
Пока это то же самое, что и пленочная камера.
Однако с этого момента все по-другому. Нет пленки в цифре
камера. Вместо этого есть кусок
электронное оборудование, которое
улавливает входящие световые лучи и превращает их в электрические
сигналы. Этот детектор света относится к одному из двух типов: либо с зарядовой связью
устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .
Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте вверх, вы заметите, что картина состоит из миллионов крошечных цветные точки или квадраты, называемые пикселями . ЖК-экраны портативных компьютеров также формируют изображения с использованием пикселей, хотя они часто слишком малы, чтобы видеть. На экране телевизора или компьютера, электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели очень быстро. Свет от экрана попадает к вашим глазам и мозг обманывают, заставляя видеть большую движущуюся картинку.
В цифровой камере происходит ровно наоборот. Свет от
то, что вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий
«картинка» попадает на чип датчика изображения, который разбивает его на миллионы
пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя
и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография эффективно
чрезвычайно длинная строка чисел, описывающая точные детали
каждого пикселя, который он содержит. Подробнее о том, как датчик изображения формирует цифровое изображение, можно прочитать в нашей статье.
статья о веб-камерах.
Как в цифровых камерах используются цифровые технологии
После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все что угодно с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете загрузите сделанные вами изображения и загрузите их в такие программы, как PhotoShop чтобы отредактировать их или оживить. Или вы можете загрузить их на веб-сайты, отправить по электронной почте друзьям и т. д. на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате. формат и всевозможные другие цифровые гаджеты — все, от iPod с воспроизведением MP3 для мобильных телефонов и компьютеров на фотопринтеры — используйте цифровые технология тоже. Цифровой — это такой язык, на котором все электронные гаджеты «говорят» сегодня.
Фото: Цифровые камеры гораздо удобнее
чем пленочные камеры. Вы можете сразу увидеть, как будет выглядеть изображение на ЖК-дисплее. экран сзади. Если ваша фотография не получилась, вы можете просто удалить ее и попробовать
опять таки. Вы не можете сделать это с пленочной камерой. Цифровые камеры означают
фотографы могут быть более творческими и экспериментальными.
Если вы откроете цифровую фотографию в программе для рисования (редактирования изображений),
вы можете изменить его всеми возможными способами. Такая программа работает
регулируя числа, которые представляют каждый пиксель изображения. Так,
если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче,
программа перебирает все числа для каждого пикселя по очереди и
увеличивает их на 20 процентов. Если вы зеркально отразите изображение (переверните его
по горизонтали), программа меняет последовательность чисел, которые она
магазины, поэтому они бегут в противоположном направлении. Что вы видите на
экран — это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что
вы не видите, программа рисования меняет все числа в
фон.
Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные цифровые камеры. У вас может быть камера с оптическим зумом и цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается вперед и назад. чтобы сделать входящее изображение больше или меньше, когда оно попадает на ПЗС. А цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает входящее изображение без фактического перемещения объектива. Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается. Короче говоря, оптический зум делает изображения больше и такими же четкими, но цифровой зум делает изображения больше и более размытыми.
Почему цифровые камеры сжимают изображения
Представьте на мгновение, что вы — ПЗС- или КМОП-матрица, воспринимающая изображение. Выгляни в окно и попробуй
выясните, как вы будете хранить детали представления, которое вы можете видеть.
Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов.
Поэтому вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна. Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого
пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти
измерения в виде чисел. Если вы измерили цвет и
яркость для шести миллионов пикселей и записал обе вещи как
чисел, вы получите строку из миллионов чисел — просто чтобы
сохранить одну фотографию! Вот почему высококачественные цифровые изображения часто
создавать огромные файлы на вашем компьютере. Каждого может быть несколько
мегабайты (миллионы символов).
Чтобы обойти это, цифровые камеры, компьютеры и другие цифровые гаджеты
используйте метод, называемый сжатием . Сжатие — математический трюк
который включает в себя сжатие цифровых фотографий
поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти.
Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что
расшифровывается как Совместное
Группа экспертов по фотографии, в честь ученых и математиков
кто придумал идею) JPG известен как «с потерями».
сжатие, потому что, когда фотографии сжаты таким образом, некоторые
информация теряется и не может быть восстановлена. JPG с высоким разрешением
использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; используются файлы JPG с низким разрешением
гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о
сжатие в нашей статье о MP3
игроки.
Большинство цифровых камер имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высокой или более низкие разрешения. При выборе высокого разрешения камера может хранить меньше изображений на карте памяти, но они намного качественнее. Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но качество будет не хуже. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.
Преобразование обычных фотографий в цифровые
Есть
способ превратить фотографии с обычной пленочной камеры в цифровые
фотографии — путем их сканирования. Сканер это часть компьютера
оборудование, похожее на небольшой фотокопировальный аппарат
но работает как
цифровая камера. Когда вы помещаете свои фотографии в сканер, свет сканирует
через них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в
цифровые изображения, которые вы можете видеть на своем компьютере.
Внутри цифровой камеры
Вы когда-нибудь задумывались, что находится внутри цифровой камеры? Что делает фото? Где он хранится? Что заставляет вспышку работать? И как все эти биты соединяются вместе? Когда вы разбираете электронные гаджеты, их гораздо сложнее понять, чем обычные машины (вещи, которые работают через четкий физический механизм): вы не всегда можете увидеть, какая часть выполняет какую работу и как. Тем не менее, может быть весьма поучительно заглянуть в ваши любимые гаджеты, чтобы увидеть, что скрывается внутри. Я не рекомендую вам пробовать это дома: вскрытие — это самый быстрый способ аннулировать вашу гарантию; это также хороший способ гарантировать, что они больше никогда не сработают!
Основные части цифровой камеры
Фото: Детали обычной цифровой камеры. Если бы не ЖК-экран и батареи (два самых больших компонента), вы, вероятно, могли бы сделать такую камеру размером с почтовую марку!
Я открыл камеру на нашей верхней фотографии — и вот детали, которые я нашел внутри:
- Батарейный отсек : В этой камере используются две 1,5-вольтовые батареи, поэтому общее напряжение составляет
3 вольта (3 В).
- Импульсный конденсатор : Конденсатор заряжается в течение нескольких секунд, чтобы накопить достаточно энергии для срабатывания вспышки.
- Лампа-вспышка : Работает от конденсатора. Это занимает немного энергии для срабатывания такой ксеноновой вспышки, поэтому многие вспышки в помещении фотография быстро разряжает ваши батареи.
- Светодиод : Маленький красный светодиод (светоизлучающий диод) показывает, когда работает автоспуск, поэтому вы можете фотографировать себя более легко.
- Линза : Линза улавливает свет от объекта, который вы фотографируете, и фокусирует его на ПЗС-матрице.
- Механизм фокусировки : Эта камера имеет простой переключаемый фокус, который переключает объектив между двумя положениями для снимая либо крупным планом, либо дальними планами.
- Датчик изображения : Это светочувствительный микрочип в цифровом
камеры и использует технологию CCD или CMOS. На самом деле вы не можете увидеть чип на этой фотографии, потому что он находится прямо под объективом. Но посмотреть, как это выглядит, вы можете в нашей статье о веб-камерах.
- Разъем USB : Подсоедините кабель USB здесь и подключите его к компьютеру, чтобы загрузить фотографии, которые вы взятый. Для вашего компьютера ваша камера выглядит как еще одно запоминающее устройство (например, жесткий диск).
- Гнездо для карты SD (защищенный цифровой) : Сюда можно вставить карту флэш-памяти для хранения большего количества фотографий. Камера имеет очень маленькую внутреннюю память, в которой также будут храниться фотографии.
- Микросхема процессора : Основной цифровой «мозг» камеры. Этот управляет всеми функциями камеры. Это пример интегральной схемы.
- Соединитель для запястья : Ремешок, который надежно удерживает камеру привязанный к запястью, прикрепляется здесь.
- Верхний кожух : Простые винты в верхней части показанного нижнего кожуха здесь.
Другой важной частью, не показанной здесь, является ЖК-дисплей, на котором отображается
фотографии, которые вы сделали. Он установлен на задней части электронной схемы.
плату, так что вы не можете видеть его на этом фото.
Что такое «беззеркальные» камеры?
Есть фактически четыре различных типа цифровых камер. Самый простой, известный как наведи и снимай , есть объектив
для захвата света (который может увеличиваться или не увеличиваться), датчик изображения для преобразования светового рисунка в цифровую форму и ЖК-экран сзади для просмотра ваших фотографий. На противоположном конце спектра находятся камеры DSLR (Digital Single Lens Reflex), которые выглядят как традиционные профессиональные пленочные камеры и имеют внутри подвижное шарнирное зеркало, которое позволяет вам видеть точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, см. в нашей статье о пленочных камерах). Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые камеры представляют собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от
система шарнирных зеркал вместо ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише. Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но лишены таких функций, как оптический зум.
Чем цифровые камеры отличаются от камер смартфонов?
Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры — отличная вещь — если вы
сравнивая их со старыми пленочными камерами, т.е. Благодаря их превосходному, ультрасовременному имиджу
датчиков, на самом деле нет никакой веской причины (кроме ностальгического предпочтения
аналоговая технология) для использования пленки.
Вас можно простить за то, что вы думаете, что продажи цифровых камер увеличатся.
ракеты в результате, но вы были бы неправы. За последние несколько лет,
продажи цифровых камер упали двузначными числами параллельно
с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются
более
чем 1,5 миллиарда каждый год). Посетите сайт для обмена фотографиями, например
Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле
телефоны: в марте 2022 года, когда я обновляю эту статью,
Все пять лучших камер Flickr
айфоны. Есть ли веская причина владеть автономным цифровым
камера больше или вы теперь можете делать все с камерой телефона?
Фото: Плюсы и минусы цифровых камер и смартфонов представлены на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие и лучшие телескопические объективы (вверху) и датчики по сравнению с теми, что используются в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (в центре). Но смартфоны, несомненно, выигрывают в связях, и у них больше, лучше и четче экраны (внизу). Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фото на крошечном экране Canon.
Сенсоры и экраны
Вернитесь на десятилетие назад, и не будет никакого сравнения между
грубые и неуклюжие фотокамеры на мобильных телефонах и даже самые
посредственные компактные цифровые камеры. Пока цифровики хвастались
постоянно растущее число мегапикселей, мобильные телефоны делали грубые снимки
немного лучше, чем те, которые вы могли бы получить от обычной веб-камеры (1
мегапикселей или меньше было обычным явлением). Теперь все изменилось.
Цифровая камера Canon Ixus/Powershot 10-летней давности, которой я регулярно пользуюсь, имеет разрешение 7,1 мегапикселя, что
идеально подходит почти для всего, что я когда-либо хотел
делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что
(теоретически, по крайней мере) звучит так, как будто он должен быть в два раза лучше.
Но ждать! «Мегапиксели» — обманчивый маркетинговый ход: на самом деле важен размер
и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше
датчик, тем лучше снимки. Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о 1/2,5-дюймовой ПЗС-матрице.
в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа).
Что на самом деле означают эти цифры?
Измерения датчиков основаны на ненужной запутанной математике, которую я не буду здесь объяснять.
вам придется поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные датчики, размером примерно с половину ногтя на мизинце (размером менее 5 мм в каждом направлении), хотя датчик Canon значительно больше. Digital Ixus, хотя и на восемь лет старше смартфона LG, и, по-видимому, имеет вдвое меньше «мегапикселей»,
имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG,
особенно в условиях низкой освещенности.
Canon также набрал намного лучше, телескопический объектив
(технически рассчитанный на 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) — лучшее качество и к тому же телескопический — который может снимать все с бесконечного расстояния
пейзажи до макросъемки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть
загрузить свои фотографии на компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи
потому что у Canon только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран.
LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана с 14-сантиметровым (5,5-дюймовым) «монитором».
В то время как Canon оценивает экран Ixus в 230 000 пикселей, LG
может похвастаться Quad HD (2560×1440 пикселей), или примерно в шестнадцать раз больше.
Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя все еще карманного размера).
Имейте в виду, что мой Canon — это просто компактная камера типа «наведи и снимай», так что это не совсем честное сравнение между тем, чего можно добиться с действительно хорошей цифровой камерой и действительно хорошим смартфоном. Мой LG находится на самом высоком уровне среди камер смартфонов, но Ixus далеко не так хорош. как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная цифровая зеркальная камера будет иметь сенсор , который намного больше, чем у смартфона — до 3,6 см × 2,4 см, — поэтому она сможет захватывать очень мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности. У него также будет больший и лучший экран и лучшие (сменные) объективы.
Фото: крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой). что вы ищете вот объектив: чип сенсора изображения находится прямо под ним. (Если непонятно, красная штука — это ручка, на которую я указываю.)
Социальные сети
отдел: по сути, это компьютеры, которые можно носить в кармане.
портативный и всегда онлайн. Таким образом, вы не только с большей вероятностью
делать случайные фотографии (потому что вы всегда носите с собой камеру), но
вы можете мгновенно загружать свои снимки в Instagram с метким названием,
Фейсбук или Твиттер. И это настоящая причина, по которой смартфон
фотоаппараты превзошли цифровую технику старой школы: сама фотография
изменен с цифрового эквивалента 19дагерротип го века
(само по себе возврат к портретным картинам прошлого) к чему-то
более импровизированные, немедленные и, конечно же, социальные . Для
для целей Facebook или Twitter, которые часто просматриваются на мобильных устройствах с маленькими экранами
устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее.
(Докажите это сами, загрузив изображение высокого разрешения из Instagram или
Flickr, и вы обнаружите, что редко бывает больше пары сотен
килобайт в размере и 1000 мегапикселей или меньше в каждом измерении,
в сумме получается менее одного мегапикселя.) Даже на лучшем
веб-сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей
никогда не просматривайте свои фотографии в многомегапиксельных размерах:
они просто не поместились бы на экране. Так что даже если ваш смартфон не имеет массы мегапикселей, он
на самом деле не имеет значения: большинство людей просматривают ваши фотографии на их смартфоны не заметят или не заметят. Социальные сети означают, что у вас никогда не будет
сказать, что вы сожалеете, что забыли свою зеркальную камеру и у вас был только iPhone!
Надстройки для смартфона
Зеркальные зеркальные камеры Canon или Nikon превзойдут снимки даже с лучшие смартфоны, но часто потому, что это не подобное сравнение. Часто мы сравниваем хорошие любительские фотографии сделанные на смартфоны, в блестящие профессиональные фотографии, сделанные на зеркалки. Сколько из того, что мы видим, это камера… и сколько взгляд фотографа? Иногда трудно разделить два вещи
Профессионалы могут добиться потрясающих результатов с помощью смартфонов, но и любители могут,
с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие
ручное управление (как правило, даже меньше, чем с базовым компактным
цифровая камера). Вы можете обойти это, в определенной степени,
с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больше контроля над
неудобные настройки старой школы, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого.
(Поищите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как «профессиональная фотография».
или «ручная фотосъемка».) Вы также можете добавить к смартфонам сменные объективы, чтобы обойти недостатки
объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут уж ничего не поделаешь
о крошечном датчике изображения более низкого качества). Как только ваши фотографии
благополучно сняты, существует множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенный,
бесплатная версия PhotoShop, которая может помочь вам ретушировать ваши любительские
«посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».
Так зачем же покупать цифровые?
Поскольку у многих людей сейчас есть смартфоны, реальный вопрос
нужна ли вам цифровая камера. Очень трудно увидеть
Больше аргументов в пользу компактов типа «наведи и снимай»: для социальных сетей
снимки, большинство из нас может обойтись с нашими телефонами. Для этого сайта я беру много макросов
фотографии — крупные планы схем и механических частей — с моим Иксусом, которые я никак не мог
захват с LG, так что я не буду прыгать с корабля в ближайшее время.
Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, нет никакого сравнения между
смартфоны и зеркалки. У первоклассной зеркальной фотокамеры более качественное изображение.
датчик (до 50 раз больше по площади, чем в
смартфон) и гораздо лучший объектив:
эти две принципиально важные вещи делают «сырое» изображение
от DSLR намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции
управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко
больший диапазон фотографий в гораздо более широком диапазоне освещения
условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий,
мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной
соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе,
ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда вы счастливы. Сказав
что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi, которые
предлагают аналогичное удобство мгновенного обмена для смартфонов. И из
конечно, ничто не мешает вам носить с собой смартфон и зеркалку
если вы действительно хотите лучшее из обоих миров!
Краткая история фотографии
Произведение искусства: оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, работала немного по-старому. видеокамера и нуждался в отдельном мониторе воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная). Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали кассету, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просматривали сделанные снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Работа из патента США 4,131,9.19: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда и Стивена Дж. Сассона, любезно предоставленный Управлением по патентам и товарным знакам США.
- 4 век до н.э.: китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненную комнату с отверстием в драпировках, которое проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
- Конец 1700-х: Томас Веджвуд (1771–1805) и сэр Хамфри Дэви (1778–1829), два английских ученых провели ранние эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге. Их фото не было постоянные: они становились черными, если не хранились постоянно в темном месте.
- 1827: французский Жозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире фотографии. Его метод не годился для портретной съемки людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым на восемь часов.
- 1839: Французский оперный живописец Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
- 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел процесс фотографического негатива.
- 1851: Британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать четкие фотографии на влажные стеклянные пластины.
- 1870-е годы: британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластин и желатина.
- 1883: Американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
- 1888: Джордж Истман представил свою простую в использовании камеру Kodak. Его лозунгом было: «Вы нажимаете на кнопку, а мы делаем все остальное».
- 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную камеру полароид.
- 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную камеру полароид.
- 1975: Американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
- 1990-е: Цифровые камеры стали популярными, постепенно вытесняя пленочные камеры.
- 1999: Kyocera выпустила VP-210, первый смартфон со встроенной (фронтальной) цифровой камерой.
- 2000-е годы: появление более совершенных мобильных телефонов со встроенными цифровыми камерами привело к тому, что автономные цифровые камеры стали излишними для повседневной фотосъемки.
- 2007: Samsung анонсировала B710, первый смартфон с двумя 1,3-мегапиксельными цифровыми камерами (для съемки 3D-фотографий).
- 2019: Производители телефонов, такие как Samsung и Nokia , начинают выпускать телефоны с семью камерами, предлагая несколько объективов для каждой возможной возможности фотографирования!
Узнайте больше
На этом сайте
- Компьютерная графика
- Пленочные фотоаппараты и основная фотография
- История общения
Книги
- Руководство по фотографии с помощью смартфона: снимайте, редактируйте, экспериментируйте, делитесь Питером Коупом. Welbeck, 2021. В этой книге есть множество советов, от селфи до виртуальной реальности, которые помогут максимально эффективно использовать камеру вашего смартфона.
- Цифровая фотография для чайников Джули Кинг. John Wiley, 2016. Иллюстрированное базовое введение.
- Справочник цифрового фотографа Тома Анга. Дорлинг Киндерсли, 2016. Хорошее базовое введение в цифровые технологии, но опытным фотографам оно может показаться слишком упрощенным. Представлено в очень визуальном стиле DK.
- Книга о цифровой фотографии Скотта Келби. Пичпит Пресс, 2006–2014 гг. Серия из пяти более подробных книг, посвященных различным аспектам практической фотографии.
Статьи
- Фотосъемка интересных людей в вашем сообществе: руководство по портретной съемке от Кейт Плауз, Донны Шоу и Натали Пру. The New York Times, 4 января 2022 г. Как использовать камеру смартфона, чтобы рассказать (визуальную) историю человека.
- Беззеркальные камеры: новый решающий момент в фотографии от Лео Келиона. BBC News, 26 сентября 2018 г. Как большие сенсоры и беззеркальные камеры возрождают интерес к цифровым камерам.
- Фотосъемка на смартфоне развивается благодаря приложениям для камеры и сопутствующим инструментам от Кита Итона. The New York Times, 1 октября 2014 г. Новые приложения для камеры помогают смартфонам имитировать расширенные элементы управления, ранее доступные только на сложных цифровых зеркальных фотокамерах. В
Скажите, вы можете делать телефонные звонки на этой камере? (The New York Times, 16 ноября 2011 г.), Ник Билтон смотрит на
съемные линзы и другие приспособления для расширения диапазона снимков, которые вы можете делать на свой телефон.
- Смерть фотографии: телефоны с камерами разрушают искусство? Стюарт Джеффрис. The Guardian, 13 декабря 2013 г. Ухудшает ли само количество фотографий, которые мы сейчас делаем, их качество — и качество моментов, которые мы записываем?
- Постобработка: почему камера смартфона навсегда изменила фотографию, Джеймс Бэрхэм. The Verge, 20 июня 2013 г. Профессиональный фотограф объясняет, как смартфоны помогли ему снова полюбить фотографию и почему камеры больше не имеют значения.
Патенты
- Патент США 4,131,919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона, Eastman Kodak Company, 26 декабря 1978 года. Самая первая цифровая камера на основе ПЗС, запатентованная Kodak еще в 1970-х годах.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.
Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.
Подпишитесь на нас
Оцените эту страницу
Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.
Сохранить или поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис. (2006/2022) Цифровые фотоаппараты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/digitalcameras.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]
Подробнее на нашем веб-сайте…
- Средства связи
- Компьютеры
- Электричество и электроника
- Энергия
- Машиностроение
- Окружающая среда
- Гаджеты
- Домашняя жизнь
- Материалы
- Наука
- Инструменты и приборы
- Транспорт
↑ Вернуться к началу
Как работают цифровые камеры?
Как работают цифровые камеры? — Объясните этот материалВы здесь: Домашняя страница > Гаджеты > Фотоаппараты и цифровые фотоаппараты
- Дом
- Индекс А-Я
- Случайная статья
- Хронология
- Учебное пособие
- О нас
- Конфиденциальность и файлы cookie
Реклама
Цифровые камеры открывают совершенно новые смысл в идее рисования по номерам. В отличие от пленочных камер старого образца, они захватывают и записывают изображения мир вокруг нас с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел. Это имеет много преимуществ: это дает нам мгновенные фотографии, позволяет нам редактировать наши изображения и облегчает нам обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных телефоны), электронную почту и веб-сайты.
Фото: Обычный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг — это линза; прямоугольник над ним — ксеноновая лампа-вспышка. Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фотографии ниже на этой странице.
Содержание
- Как работают обычные пленочные камеры
- Как работают цифровые камеры
- Как цифровые камеры используют цифровые технологии
- Почему цифровые камеры сжимают изображения
- Преобразование обычных фотографий в цифровые фотографии
- Внутри цифровой камеры
- Что такое «беззеркальные» камеры?
- Чем цифровые камеры отличаются от камер смартфонов?
- Краткая история фотографии
- Узнать больше
Как работают обычные пленочные камеры
Если у вас есть камера старого образца, вы знаете, что она бесполезна
без одного жизненно важного оборудования: пленки . Пленка — это длинная катушка
из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра)
которые чувствительны к свету. Чтобы свет не портил пленку, ее заворачивают в прочную,
светонепроницаемый пластиковый цилиндр — то, что вы вставляете в свою камеру.
Фото: Пленочная камера старого образца позднего 1980-е годы. Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую. золотник слева, проходящий перед объективом по пути. Когда ты сделай фото, затвор позволяет свет попадает из объектива и обнажает пленку. Это все очень 19 век по сравнению с цифровой фотографией!
Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать
кнопка. Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который делает
отверстие (диафрагма) ненадолго открывается в передней части камеры, позволяя
свет проникал через линзу (толстый кусок
стекло или пластик
устанавливается спереди). Свет вызывает реакции, происходящие в
химические вещества на пленке, тем самым сохраняя изображение перед собой.
Это не однако конец процесса. Когда фильм закончен, вы нужно отнести его в аптеку (аптеку), чтобы получить его развитый. Обычно это включает в себя размещение пленки в огромном автоматизированная проявочная машина. Машина открывает фильм контейнер, вытаскивает пленку и погружает ее в различные другие химикаты. чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в сериал «негативных» картинок — призрачных перевернутых версий что вы видели на самом деле. На негативе черные участки выглядят светлыми и наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив хранит их как противоположности. После того, как машина сделала негативы, он использует их для изготовления отпечатков (готовых версий) ваших фото.
Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного
неприятность. Большинство людей обнаружили, что тратят фотографии впустую.
просто «добить фильм». Часто приходится ждать
несколько дней, пока ваша пленка будет проявлена, а ваши отпечатки (
готовые фотографии) вернулся к вам. Неудивительно, что
цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает
все эти проблемы одним махом.
(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных камерах и традиционной фотографии, см. нашу основную статью о том, как работают пленочные камеры.)
Рекламные ссылки
Принцип работы цифровых камер
Фото: типичный датчик изображения. Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) — светочувствительная часть; золотые провода, отходящие от него, соединяют его с цепью камеры.
Цифровые камеры очень похожи на обычные пленочные камеры, но работают в
совершенно другим способом. Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять
фотографировать цифровым фотоаппаратом, апертура открывается спереди
камера и свет проникают через объектив.
Пока это то же самое, что и пленочная камера.
Однако с этого момента все по-другому. Нет пленки в цифре
камера. Вместо этого есть кусок
электронное оборудование, которое
улавливает входящие световые лучи и превращает их в электрические
сигналы. Этот детектор света относится к одному из двух типов: либо с зарядовой связью
устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .
Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте вверх, вы заметите, что картина состоит из миллионов крошечных цветные точки или квадраты, называемые пикселями . ЖК-экраны портативных компьютеров также формируют изображения с использованием пикселей, хотя они часто слишком малы, чтобы видеть. На экране телевизора или компьютера, электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели очень быстро. Свет от экрана попадает к вашим глазам и мозг обманывают, заставляя видеть большую движущуюся картинку.
В цифровой камере происходит ровно наоборот. Свет от
то, что вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий
«картинка» попадает на чип датчика изображения, который разбивает его на миллионы
пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя
и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография эффективно
чрезвычайно длинная строка чисел, описывающая точные детали
каждого пикселя, который он содержит. Подробнее о том, как датчик изображения формирует цифровое изображение, можно прочитать в нашей статье.
статья о веб-камерах.
Как в цифровых камерах используются цифровые технологии
После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все что угодно с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете загрузите сделанные вами изображения и загрузите их в такие программы, как PhotoShop чтобы отредактировать их или оживить. Или вы можете загрузить их на веб-сайты, отправить по электронной почте друзьям и т. д. на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате. формат и всевозможные другие цифровые гаджеты — все, от iPod с воспроизведением MP3 для мобильных телефонов и компьютеров на фотопринтеры — используйте цифровые технология тоже. Цифровой — это такой язык, на котором все электронные гаджеты «говорят» сегодня.
Фото: Цифровые камеры гораздо удобнее
чем пленочные камеры. Вы можете сразу увидеть, как будет выглядеть изображение на ЖК-дисплее. экран сзади. Если ваша фотография не получилась, вы можете просто удалить ее и попробовать
опять таки. Вы не можете сделать это с пленочной камерой. Цифровые камеры означают
фотографы могут быть более творческими и экспериментальными.
Если вы откроете цифровую фотографию в программе для рисования (редактирования изображений),
вы можете изменить его всеми возможными способами. Такая программа работает
регулируя числа, которые представляют каждый пиксель изображения. Так,
если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче,
программа перебирает все числа для каждого пикселя по очереди и
увеличивает их на 20 процентов. Если вы зеркально отразите изображение (переверните его
по горизонтали), программа меняет последовательность чисел, которые она
магазины, поэтому они бегут в противоположном направлении. Что вы видите на
экран — это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что
вы не видите, программа рисования меняет все числа в
фон.
Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные цифровые камеры. У вас может быть камера с оптическим зумом и цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается вперед и назад. чтобы сделать входящее изображение больше или меньше, когда оно попадает на ПЗС. А цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает входящее изображение без фактического перемещения объектива. Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается. Короче говоря, оптический зум делает изображения больше и такими же четкими, но цифровой зум делает изображения больше и более размытыми.
Почему цифровые камеры сжимают изображения
Представьте на мгновение, что вы — ПЗС- или КМОП-матрица, воспринимающая изображение. Выгляни в окно и попробуй
выясните, как вы будете хранить детали представления, которое вы можете видеть.
Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов.
Поэтому вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна. Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого
пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти
измерения в виде чисел. Если вы измерили цвет и
яркость для шести миллионов пикселей и записал обе вещи как
чисел, вы получите строку из миллионов чисел — просто чтобы
сохранить одну фотографию! Вот почему высококачественные цифровые изображения часто
создавать огромные файлы на вашем компьютере. Каждого может быть несколько
мегабайты (миллионы символов).
Чтобы обойти это, цифровые камеры, компьютеры и другие цифровые гаджеты
используйте метод, называемый сжатием . Сжатие — математический трюк
который включает в себя сжатие цифровых фотографий
поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти.
Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что
расшифровывается как Совместное
Группа экспертов по фотографии, в честь ученых и математиков
кто придумал идею) JPG известен как «с потерями».
сжатие, потому что, когда фотографии сжаты таким образом, некоторые
информация теряется и не может быть восстановлена. JPG с высоким разрешением
использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; используются файлы JPG с низким разрешением
гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о
сжатие в нашей статье о MP3
игроки.
Большинство цифровых камер имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высокой или более низкие разрешения. При выборе высокого разрешения камера может хранить меньше изображений на карте памяти, но они намного качественнее. Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но качество будет не хуже. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.
Преобразование обычных фотографий в цифровые
Есть
способ превратить фотографии с обычной пленочной камеры в цифровые
фотографии — путем их сканирования. Сканер это часть компьютера
оборудование, похожее на небольшой фотокопировальный аппарат
но работает как
цифровая камера. Когда вы помещаете свои фотографии в сканер, свет сканирует
через них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в
цифровые изображения, которые вы можете видеть на своем компьютере.
Внутри цифровой камеры
Вы когда-нибудь задумывались, что находится внутри цифровой камеры? Что делает фото? Где он хранится? Что заставляет вспышку работать? И как все эти биты соединяются вместе? Когда вы разбираете электронные гаджеты, их гораздо сложнее понять, чем обычные машины (вещи, которые работают через четкий физический механизм): вы не всегда можете увидеть, какая часть выполняет какую работу и как. Тем не менее, может быть весьма поучительно заглянуть в ваши любимые гаджеты, чтобы увидеть, что скрывается внутри. Я не рекомендую вам пробовать это дома: вскрытие — это самый быстрый способ аннулировать вашу гарантию; это также хороший способ гарантировать, что они больше никогда не сработают!
Основные части цифровой камеры
Фото: Детали обычной цифровой камеры. Если бы не ЖК-экран и батареи (два самых больших компонента), вы, вероятно, могли бы сделать такую камеру размером с почтовую марку!
Я открыл камеру на нашей верхней фотографии — и вот детали, которые я нашел внутри:
- Батарейный отсек : В этой камере используются две 1,5-вольтовые батареи, поэтому общее напряжение составляет
3 вольта (3 В).
- Импульсный конденсатор : Конденсатор заряжается в течение нескольких секунд, чтобы накопить достаточно энергии для срабатывания вспышки.
- Лампа-вспышка : Работает от конденсатора. Это занимает немного энергии для срабатывания такой ксеноновой вспышки, поэтому многие вспышки в помещении фотография быстро разряжает ваши батареи.
- Светодиод : Маленький красный светодиод (светоизлучающий диод) показывает, когда работает автоспуск, поэтому вы можете фотографировать себя более легко.
- Линза : Линза улавливает свет от объекта, который вы фотографируете, и фокусирует его на ПЗС-матрице.
- Механизм фокусировки : Эта камера имеет простой переключаемый фокус, который переключает объектив между двумя положениями для снимая либо крупным планом, либо дальними планами.
- Датчик изображения : Это светочувствительный микрочип в цифровом
камеры и использует технологию CCD или CMOS. На самом деле вы не можете увидеть чип на этой фотографии, потому что он находится прямо под объективом. Но посмотреть, как это выглядит, вы можете в нашей статье о веб-камерах.
- Разъем USB : Подсоедините кабель USB здесь и подключите его к компьютеру, чтобы загрузить фотографии, которые вы взятый. Для вашего компьютера ваша камера выглядит как еще одно запоминающее устройство (например, жесткий диск).
- Гнездо для карты SD (защищенный цифровой) : Сюда можно вставить карту флэш-памяти для хранения большего количества фотографий. Камера имеет очень маленькую внутреннюю память, в которой также будут храниться фотографии.
- Микросхема процессора : Основной цифровой «мозг» камеры. Этот управляет всеми функциями камеры. Это пример интегральной схемы.
- Соединитель для запястья : Ремешок, который надежно удерживает камеру привязанный к запястью, прикрепляется здесь.
- Верхний кожух : Простые винты в верхней части показанного нижнего кожуха здесь.
Другой важной частью, не показанной здесь, является ЖК-дисплей, на котором отображается
фотографии, которые вы сделали. Он установлен на задней части электронной схемы.
плату, так что вы не можете видеть его на этом фото.
Что такое «беззеркальные» камеры?
Есть фактически четыре различных типа цифровых камер. Самый простой, известный как наведи и снимай , есть объектив
для захвата света (который может увеличиваться или не увеличиваться), датчик изображения для преобразования светового рисунка в цифровую форму и ЖК-экран сзади для просмотра ваших фотографий. На противоположном конце спектра находятся камеры DSLR (Digital Single Lens Reflex), которые выглядят как традиционные профессиональные пленочные камеры и имеют внутри подвижное шарнирное зеркало, которое позволяет вам видеть точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, см. в нашей статье о пленочных камерах). Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые камеры представляют собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от
система шарнирных зеркал вместо ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише. Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но лишены таких функций, как оптический зум.
Чем цифровые камеры отличаются от камер смартфонов?
Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры — отличная вещь — если вы
сравнивая их со старыми пленочными камерами, т.е. Благодаря их превосходному, ультрасовременному имиджу
датчиков, на самом деле нет никакой веской причины (кроме ностальгического предпочтения
аналоговая технология) для использования пленки.
Вас можно простить за то, что вы думаете, что продажи цифровых камер увеличатся.
ракеты в результате, но вы были бы неправы. За последние несколько лет,
продажи цифровых камер упали двузначными числами параллельно
с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются
более
чем 1,5 миллиарда каждый год). Посетите сайт для обмена фотографиями, например
Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле
телефоны: в марте 2022 года, когда я обновляю эту статью,
Все пять лучших камер Flickr
айфоны. Есть ли веская причина владеть автономным цифровым
камера больше или вы теперь можете делать все с камерой телефона?
Фото: Плюсы и минусы цифровых камер и смартфонов представлены на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие и лучшие телескопические объективы (вверху) и датчики по сравнению с теми, что используются в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (в центре). Но смартфоны, несомненно, выигрывают в связях, и у них больше, лучше и четче экраны (внизу). Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фото на крошечном экране Canon.
Сенсоры и экраны
Вернитесь на десятилетие назад, и не будет никакого сравнения между
грубые и неуклюжие фотокамеры на мобильных телефонах и даже самые
посредственные компактные цифровые камеры. Пока цифровики хвастались
постоянно растущее число мегапикселей, мобильные телефоны делали грубые снимки
немного лучше, чем те, которые вы могли бы получить от обычной веб-камеры (1
мегапикселей или меньше было обычным явлением). Теперь все изменилось.
Цифровая камера Canon Ixus/Powershot 10-летней давности, которой я регулярно пользуюсь, имеет разрешение 7,1 мегапикселя, что
идеально подходит почти для всего, что я когда-либо хотел
делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что
(теоретически, по крайней мере) звучит так, как будто он должен быть в два раза лучше.
Но ждать! «Мегапиксели» — обманчивый маркетинговый ход: на самом деле важен размер
и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше
датчик, тем лучше снимки. Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о 1/2,5-дюймовой ПЗС-матрице.
в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа).
Что на самом деле означают эти цифры?
Измерения датчиков основаны на ненужной запутанной математике, которую я не буду здесь объяснять.
вам придется поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные датчики, размером примерно с половину ногтя на мизинце (размером менее 5 мм в каждом направлении), хотя датчик Canon значительно больше. Digital Ixus, хотя и на восемь лет старше смартфона LG, и, по-видимому, имеет вдвое меньше «мегапикселей»,
имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG,
особенно в условиях низкой освещенности.
Canon также набрал намного лучше, телескопический объектив
(технически рассчитанный на 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) — лучшее качество и к тому же телескопический — который может снимать все с бесконечного расстояния
пейзажи до макросъемки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть
загрузить свои фотографии на компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи
потому что у Canon только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран.
LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана с 14-сантиметровым (5,5-дюймовым) «монитором».
В то время как Canon оценивает экран Ixus в 230 000 пикселей, LG
может похвастаться Quad HD (2560×1440 пикселей), или примерно в шестнадцать раз больше.
Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя все еще карманного размера).
Имейте в виду, что мой Canon — это просто компактная камера типа «наведи и снимай», так что это не совсем честное сравнение между тем, чего можно добиться с действительно хорошей цифровой камерой и действительно хорошим смартфоном. Мой LG находится на самом высоком уровне среди камер смартфонов, но Ixus далеко не так хорош. как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная цифровая зеркальная камера будет иметь сенсор , который намного больше, чем у смартфона — до 3,6 см × 2,4 см, — поэтому она сможет захватывать очень мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности. У него также будет больший и лучший экран и лучшие (сменные) объективы.
Фото: крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой). что вы ищете вот объектив: чип сенсора изображения находится прямо под ним. (Если непонятно, красная штука — это ручка, на которую я указываю.)
Социальные сети
отдел: по сути, это компьютеры, которые можно носить в кармане.
портативный и всегда онлайн. Таким образом, вы не только с большей вероятностью
делать случайные фотографии (потому что вы всегда носите с собой камеру), но
вы можете мгновенно загружать свои снимки в Instagram с метким названием,
Фейсбук или Твиттер. И это настоящая причина, по которой смартфон
фотоаппараты превзошли цифровую технику старой школы: сама фотография
изменен с цифрового эквивалента 19дагерротип го века
(само по себе возврат к портретным картинам прошлого) к чему-то
более импровизированные, немедленные и, конечно же, социальные . Для
для целей Facebook или Twitter, которые часто просматриваются на мобильных устройствах с маленькими экранами
устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее.
(Докажите это сами, загрузив изображение высокого разрешения из Instagram или
Flickr, и вы обнаружите, что редко бывает больше пары сотен
килобайт в размере и 1000 мегапикселей или меньше в каждом измерении,
в сумме получается менее одного мегапикселя.) Даже на лучшем
веб-сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей
никогда не просматривайте свои фотографии в многомегапиксельных размерах:
они просто не поместились бы на экране. Так что даже если ваш смартфон не имеет массы мегапикселей, он
на самом деле не имеет значения: большинство людей просматривают ваши фотографии на их смартфоны не заметят или не заметят. Социальные сети означают, что у вас никогда не будет
сказать, что вы сожалеете, что забыли свою зеркальную камеру и у вас был только iPhone!
Надстройки для смартфона
Зеркальные зеркальные камеры Canon или Nikon превзойдут снимки даже с лучшие смартфоны, но часто потому, что это не подобное сравнение. Часто мы сравниваем хорошие любительские фотографии сделанные на смартфоны, в блестящие профессиональные фотографии, сделанные на зеркалки. Сколько из того, что мы видим, это камера… и сколько взгляд фотографа? Иногда трудно разделить два вещи
Профессионалы могут добиться потрясающих результатов с помощью смартфонов, но и любители могут,
с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие
ручное управление (как правило, даже меньше, чем с базовым компактным
цифровая камера). Вы можете обойти это, в определенной степени,
с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больше контроля над
неудобные настройки старой школы, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого.
(Поищите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как «профессиональная фотография».
или «ручная фотосъемка».) Вы также можете добавить к смартфонам сменные объективы, чтобы обойти недостатки
объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут уж ничего не поделаешь
о крошечном датчике изображения более низкого качества). Как только ваши фотографии
благополучно сняты, существует множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенный,
бесплатная версия PhotoShop, которая может помочь вам ретушировать ваши любительские
«посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».
Так зачем же покупать цифровые?
Поскольку у многих людей сейчас есть смартфоны, реальный вопрос
нужна ли вам цифровая камера. Очень трудно увидеть
Больше аргументов в пользу компактов типа «наведи и снимай»: для социальных сетей
снимки, большинство из нас может обойтись с нашими телефонами. Для этого сайта я беру много макросов
фотографии — крупные планы схем и механических частей — с моим Иксусом, которые я никак не мог
захват с LG, так что я не буду прыгать с корабля в ближайшее время.
Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, нет никакого сравнения между
смартфоны и зеркалки. У первоклассной зеркальной фотокамеры более качественное изображение.
датчик (до 50 раз больше по площади, чем в
смартфон) и гораздо лучший объектив:
эти две принципиально важные вещи делают «сырое» изображение
от DSLR намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции
управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко
больший диапазон фотографий в гораздо более широком диапазоне освещения
условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий,
мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной
соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе,
ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда вы счастливы. Сказав
что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi, которые
предлагают аналогичное удобство мгновенного обмена для смартфонов. И из
конечно, ничто не мешает вам носить с собой смартфон и зеркалку
если вы действительно хотите лучшее из обоих миров!
Краткая история фотографии
Произведение искусства: оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, работала немного по-старому. видеокамера и нуждался в отдельном мониторе воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная). Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали кассету, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просматривали сделанные снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Работа из патента США 4,131,9.19: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда и Стивена Дж. Сассона, любезно предоставленный Управлением по патентам и товарным знакам США.
- 4 век до н.э.: китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненную комнату с отверстием в драпировках, которое проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
- Конец 1700-х: Томас Веджвуд (1771–1805) и сэр Хамфри Дэви (1778–1829), два английских ученых провели ранние эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге. Их фото не было постоянные: они становились черными, если не хранились постоянно в темном месте.
- 1827: французский Жозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире фотографии. Его метод не годился для портретной съемки людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым на восемь часов.
- 1839: Французский оперный живописец Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
- 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел процесс фотографического негатива.
- 1851: Британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать четкие фотографии на влажные стеклянные пластины.
- 1870-е годы: британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластин и желатина.
- 1883: Американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
- 1888: Джордж Истман представил свою простую в использовании камеру Kodak. Его лозунгом было: «Вы нажимаете на кнопку, а мы делаем все остальное».
- 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную камеру полароид.
- 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную камеру полароид.
- 1975: Американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
- 1990-е: Цифровые камеры стали популярными, постепенно вытесняя пленочные камеры.
- 1999: Kyocera выпустила VP-210, первый смартфон со встроенной (фронтальной) цифровой камерой.
- 2000-е годы: появление более совершенных мобильных телефонов со встроенными цифровыми камерами привело к тому, что автономные цифровые камеры стали излишними для повседневной фотосъемки.
- 2007: Samsung анонсировала B710, первый смартфон с двумя 1,3-мегапиксельными цифровыми камерами (для съемки 3D-фотографий).
- 2019: Производители телефонов, такие как Samsung и Nokia , начинают выпускать телефоны с семью камерами, предлагая несколько объективов для каждой возможной возможности фотографирования!
Узнайте больше
На этом сайте
- Компьютерная графика
- Пленочные фотоаппараты и основная фотография
- История общения
Книги
- Руководство по фотографии с помощью смартфона: снимайте, редактируйте, экспериментируйте, делитесь Питером Коупом. Welbeck, 2021. В этой книге есть множество советов, от селфи до виртуальной реальности, которые помогут максимально эффективно использовать камеру вашего смартфона.
- Цифровая фотография для чайников Джули Кинг. John Wiley, 2016. Иллюстрированное базовое введение.
- Справочник цифрового фотографа Тома Анга. Дорлинг Киндерсли, 2016. Хорошее базовое введение в цифровые технологии, но опытным фотографам оно может показаться слишком упрощенным. Представлено в очень визуальном стиле DK.
- Книга о цифровой фотографии Скотта Келби. Пичпит Пресс, 2006–2014 гг. Серия из пяти более подробных книг, посвященных различным аспектам практической фотографии.
Статьи
- Фотосъемка интересных людей в вашем сообществе: руководство по портретной съемке от Кейт Плауз, Донны Шоу и Натали Пру. The New York Times, 4 января 2022 г. Как использовать камеру смартфона, чтобы рассказать (визуальную) историю человека.
- Беззеркальные камеры: новый решающий момент в фотографии от Лео Келиона. BBC News, 26 сентября 2018 г. Как большие сенсоры и беззеркальные камеры возрождают интерес к цифровым камерам.
- Фотосъемка на смартфоне развивается благодаря приложениям для камеры и сопутствующим инструментам от Кита Итона. The New York Times, 1 октября 2014 г. Новые приложения для камеры помогают смартфонам имитировать расширенные элементы управления, ранее доступные только на сложных цифровых зеркальных фотокамерах. В
Скажите, вы можете делать телефонные звонки на этой камере? (The New York Times, 16 ноября 2011 г.), Ник Билтон смотрит на
съемные линзы и другие приспособления для расширения диапазона снимков, которые вы можете делать на свой телефон.
- Смерть фотографии: телефоны с камерами разрушают искусство? Стюарт Джеффрис. The Guardian, 13 декабря 2013 г. Ухудшает ли само количество фотографий, которые мы сейчас делаем, их качество — и качество моментов, которые мы записываем?
- Постобработка: почему камера смартфона навсегда изменила фотографию, Джеймс Бэрхэм. The Verge, 20 июня 2013 г. Профессиональный фотограф объясняет, как смартфоны помогли ему снова полюбить фотографию и почему камеры больше не имеют значения.
Патенты
- Патент США 4,131,919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона, Eastman Kodak Company, 26 декабря 1978 года. Самая первая цифровая камера на основе ПЗС, запатентованная Kodak еще в 1970-х годах.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.
Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.
Подпишитесь на нас
Оцените эту страницу
Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.
Сохранить или поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис. (2006/2022) Цифровые фотоаппараты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/digitalcameras.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]
Подробнее на нашем веб-сайте…
- Средства связи
- Компьютеры
- Электричество и электроника
- Энергия
- Машиностроение
- Окружающая среда
- Гаджеты
- Домашняя жизнь
- Материалы
- Наука
- Инструменты и приборы
- Транспорт
↑ Вернуться к началу
Как работают цифровые камеры?
Как работают цифровые камеры? — Объясните этот материалВы здесь: Домашняя страница > Гаджеты > Фотоаппараты и цифровые фотоаппараты
- Дом
- Индекс А-Я
- Случайная статья
- Хронология
- Учебное пособие
- О нас
- Конфиденциальность и файлы cookie
Реклама
Цифровые камеры открывают совершенно новые смысл в идее рисования по номерам. В отличие от пленочных камер старого образца, они захватывают и записывают изображения мир вокруг нас с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел. Это имеет много преимуществ: это дает нам мгновенные фотографии, позволяет нам редактировать наши изображения и облегчает нам обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных телефоны), электронную почту и веб-сайты.
Фото: Обычный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг — это линза; прямоугольник над ним — ксеноновая лампа-вспышка. Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фотографии ниже на этой странице.
Содержание
- Как работают обычные пленочные камеры
- Как работают цифровые камеры
- Как цифровые камеры используют цифровые технологии
- Почему цифровые камеры сжимают изображения
- Преобразование обычных фотографий в цифровые фотографии
- Внутри цифровой камеры
- Что такое «беззеркальные» камеры?
- Чем цифровые камеры отличаются от камер смартфонов?
- Краткая история фотографии
- Узнать больше
Как работают обычные пленочные камеры
Если у вас есть камера старого образца, вы знаете, что она бесполезна
без одного жизненно важного оборудования: пленки . Пленка — это длинная катушка
из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра)
которые чувствительны к свету. Чтобы свет не портил пленку, ее заворачивают в прочную,
светонепроницаемый пластиковый цилиндр — то, что вы вставляете в свою камеру.
Фото: Пленочная камера старого образца позднего 1980-е годы. Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую. золотник слева, проходящий перед объективом по пути. Когда ты сделай фото, затвор позволяет свет попадает из объектива и обнажает пленку. Это все очень 19 век по сравнению с цифровой фотографией!
Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать
кнопка. Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который делает
отверстие (диафрагма) ненадолго открывается в передней части камеры, позволяя
свет проникал через линзу (толстый кусок
стекло или пластик
устанавливается спереди). Свет вызывает реакции, происходящие в
химические вещества на пленке, тем самым сохраняя изображение перед собой.
Это не однако конец процесса. Когда фильм закончен, вы нужно отнести его в аптеку (аптеку), чтобы получить его развитый. Обычно это включает в себя размещение пленки в огромном автоматизированная проявочная машина. Машина открывает фильм контейнер, вытаскивает пленку и погружает ее в различные другие химикаты. чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в сериал «негативных» картинок — призрачных перевернутых версий что вы видели на самом деле. На негативе черные участки выглядят светлыми и наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив хранит их как противоположности. После того, как машина сделала негативы, он использует их для изготовления отпечатков (готовых версий) ваших фото.
Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного
неприятность. Большинство людей обнаружили, что тратят фотографии впустую.
просто «добить фильм». Часто приходится ждать
несколько дней, пока ваша пленка будет проявлена, а ваши отпечатки (
готовые фотографии) вернулся к вам. Неудивительно, что
цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает
все эти проблемы одним махом.
(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных камерах и традиционной фотографии, см. нашу основную статью о том, как работают пленочные камеры.)
Рекламные ссылки
Принцип работы цифровых камер
Фото: типичный датчик изображения. Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) — светочувствительная часть; золотые провода, отходящие от него, соединяют его с цепью камеры.
Цифровые камеры очень похожи на обычные пленочные камеры, но работают в
совершенно другим способом. Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять
фотографировать цифровым фотоаппаратом, апертура открывается спереди
камера и свет проникают через объектив.
Пока это то же самое, что и пленочная камера.
Однако с этого момента все по-другому. Нет пленки в цифре
камера. Вместо этого есть кусок
электронное оборудование, которое
улавливает входящие световые лучи и превращает их в электрические
сигналы. Этот детектор света относится к одному из двух типов: либо с зарядовой связью
устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .
Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте вверх, вы заметите, что картина состоит из миллионов крошечных цветные точки или квадраты, называемые пикселями . ЖК-экраны портативных компьютеров также формируют изображения с использованием пикселей, хотя они часто слишком малы, чтобы видеть. На экране телевизора или компьютера, электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели очень быстро. Свет от экрана попадает к вашим глазам и мозг обманывают, заставляя видеть большую движущуюся картинку.
В цифровой камере происходит ровно наоборот. Свет от
то, что вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий
«картинка» попадает на чип датчика изображения, который разбивает его на миллионы
пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя
и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография эффективно
чрезвычайно длинная строка чисел, описывающая точные детали
каждого пикселя, который он содержит. Подробнее о том, как датчик изображения формирует цифровое изображение, можно прочитать в нашей статье.
статья о веб-камерах.
Как в цифровых камерах используются цифровые технологии
После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все что угодно с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете загрузите сделанные вами изображения и загрузите их в такие программы, как PhotoShop чтобы отредактировать их или оживить. Или вы можете загрузить их на веб-сайты, отправить по электронной почте друзьям и т. д. на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате. формат и всевозможные другие цифровые гаджеты — все, от iPod с воспроизведением MP3 для мобильных телефонов и компьютеров на фотопринтеры — используйте цифровые технология тоже. Цифровой — это такой язык, на котором все электронные гаджеты «говорят» сегодня.
Фото: Цифровые камеры гораздо удобнее
чем пленочные камеры. Вы можете сразу увидеть, как будет выглядеть изображение на ЖК-дисплее. экран сзади. Если ваша фотография не получилась, вы можете просто удалить ее и попробовать
опять таки. Вы не можете сделать это с пленочной камерой. Цифровые камеры означают
фотографы могут быть более творческими и экспериментальными.
Если вы откроете цифровую фотографию в программе для рисования (редактирования изображений),
вы можете изменить его всеми возможными способами. Такая программа работает
регулируя числа, которые представляют каждый пиксель изображения. Так,
если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче,
программа перебирает все числа для каждого пикселя по очереди и
увеличивает их на 20 процентов. Если вы зеркально отразите изображение (переверните его
по горизонтали), программа меняет последовательность чисел, которые она
магазины, поэтому они бегут в противоположном направлении. Что вы видите на
экран — это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что
вы не видите, программа рисования меняет все числа в
фон.
Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные цифровые камеры. У вас может быть камера с оптическим зумом и цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается вперед и назад. чтобы сделать входящее изображение больше или меньше, когда оно попадает на ПЗС. А цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает входящее изображение без фактического перемещения объектива. Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается. Короче говоря, оптический зум делает изображения больше и такими же четкими, но цифровой зум делает изображения больше и более размытыми.
Почему цифровые камеры сжимают изображения
Представьте на мгновение, что вы — ПЗС- или КМОП-матрица, воспринимающая изображение. Выгляни в окно и попробуй
выясните, как вы будете хранить детали представления, которое вы можете видеть.
Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов.
Поэтому вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна. Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого
пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти
измерения в виде чисел. Если вы измерили цвет и
яркость для шести миллионов пикселей и записал обе вещи как
чисел, вы получите строку из миллионов чисел — просто чтобы
сохранить одну фотографию! Вот почему высококачественные цифровые изображения часто
создавать огромные файлы на вашем компьютере. Каждого может быть несколько
мегабайты (миллионы символов).
Чтобы обойти это, цифровые камеры, компьютеры и другие цифровые гаджеты
используйте метод, называемый сжатием . Сжатие — математический трюк
который включает в себя сжатие цифровых фотографий
поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти.
Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что
расшифровывается как Совместное
Группа экспертов по фотографии, в честь ученых и математиков
кто придумал идею) JPG известен как «с потерями».
сжатие, потому что, когда фотографии сжаты таким образом, некоторые
информация теряется и не может быть восстановлена. JPG с высоким разрешением
использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; используются файлы JPG с низким разрешением
гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о
сжатие в нашей статье о MP3
игроки.
Большинство цифровых камер имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высокой или более низкие разрешения. При выборе высокого разрешения камера может хранить меньше изображений на карте памяти, но они намного качественнее. Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но качество будет не хуже. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.
Преобразование обычных фотографий в цифровые
Есть
способ превратить фотографии с обычной пленочной камеры в цифровые
фотографии — путем их сканирования. Сканер это часть компьютера
оборудование, похожее на небольшой фотокопировальный аппарат
но работает как
цифровая камера. Когда вы помещаете свои фотографии в сканер, свет сканирует
через них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в
цифровые изображения, которые вы можете видеть на своем компьютере.
Внутри цифровой камеры
Вы когда-нибудь задумывались, что находится внутри цифровой камеры? Что делает фото? Где он хранится? Что заставляет вспышку работать? И как все эти биты соединяются вместе? Когда вы разбираете электронные гаджеты, их гораздо сложнее понять, чем обычные машины (вещи, которые работают через четкий физический механизм): вы не всегда можете увидеть, какая часть выполняет какую работу и как. Тем не менее, может быть весьма поучительно заглянуть в ваши любимые гаджеты, чтобы увидеть, что скрывается внутри. Я не рекомендую вам пробовать это дома: вскрытие — это самый быстрый способ аннулировать вашу гарантию; это также хороший способ гарантировать, что они больше никогда не сработают!
Основные части цифровой камеры
Фото: Детали обычной цифровой камеры. Если бы не ЖК-экран и батареи (два самых больших компонента), вы, вероятно, могли бы сделать такую камеру размером с почтовую марку!
Я открыл камеру на нашей верхней фотографии — и вот детали, которые я нашел внутри:
- Батарейный отсек : В этой камере используются две 1,5-вольтовые батареи, поэтому общее напряжение составляет
3 вольта (3 В).
- Импульсный конденсатор : Конденсатор заряжается в течение нескольких секунд, чтобы накопить достаточно энергии для срабатывания вспышки.
- Лампа-вспышка : Работает от конденсатора. Это занимает немного энергии для срабатывания такой ксеноновой вспышки, поэтому многие вспышки в помещении фотография быстро разряжает ваши батареи.
- Светодиод : Маленький красный светодиод (светоизлучающий диод) показывает, когда работает автоспуск, поэтому вы можете фотографировать себя более легко.
- Линза : Линза улавливает свет от объекта, который вы фотографируете, и фокусирует его на ПЗС-матрице.
- Механизм фокусировки : Эта камера имеет простой переключаемый фокус, который переключает объектив между двумя положениями для снимая либо крупным планом, либо дальними планами.
- Датчик изображения : Это светочувствительный микрочип в цифровом
камеры и использует технологию CCD или CMOS. На самом деле вы не можете увидеть чип на этой фотографии, потому что он находится прямо под объективом. Но посмотреть, как это выглядит, вы можете в нашей статье о веб-камерах.
- Разъем USB : Подсоедините кабель USB здесь и подключите его к компьютеру, чтобы загрузить фотографии, которые вы взятый. Для вашего компьютера ваша камера выглядит как еще одно запоминающее устройство (например, жесткий диск).
- Гнездо для карты SD (защищенный цифровой) : Сюда можно вставить карту флэш-памяти для хранения большего количества фотографий. Камера имеет очень маленькую внутреннюю память, в которой также будут храниться фотографии.
- Микросхема процессора : Основной цифровой «мозг» камеры. Этот управляет всеми функциями камеры. Это пример интегральной схемы.
- Соединитель для запястья : Ремешок, который надежно удерживает камеру привязанный к запястью, прикрепляется здесь.
- Верхний кожух : Простые винты в верхней части показанного нижнего кожуха здесь.
Другой важной частью, не показанной здесь, является ЖК-дисплей, на котором отображается
фотографии, которые вы сделали. Он установлен на задней части электронной схемы.
плату, так что вы не можете видеть его на этом фото.
Что такое «беззеркальные» камеры?
Есть фактически четыре различных типа цифровых камер. Самый простой, известный как наведи и снимай , есть объектив
для захвата света (который может увеличиваться или не увеличиваться), датчик изображения для преобразования светового рисунка в цифровую форму и ЖК-экран сзади для просмотра ваших фотографий. На противоположном конце спектра находятся камеры DSLR (Digital Single Lens Reflex), которые выглядят как традиционные профессиональные пленочные камеры и имеют внутри подвижное шарнирное зеркало, которое позволяет вам видеть точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, см. в нашей статье о пленочных камерах). Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые камеры представляют собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от
система шарнирных зеркал вместо ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише. Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но лишены таких функций, как оптический зум.
Чем цифровые камеры отличаются от камер смартфонов?
Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры — отличная вещь — если вы
сравнивая их со старыми пленочными камерами, т.е. Благодаря их превосходному, ультрасовременному имиджу
датчиков, на самом деле нет никакой веской причины (кроме ностальгического предпочтения
аналоговая технология) для использования пленки.
Вас можно простить за то, что вы думаете, что продажи цифровых камер увеличатся.
ракеты в результате, но вы были бы неправы. За последние несколько лет,
продажи цифровых камер упали двузначными числами параллельно
с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются
более
чем 1,5 миллиарда каждый год). Посетите сайт для обмена фотографиями, например
Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле
телефоны: в марте 2022 года, когда я обновляю эту статью,
Все пять лучших камер Flickr
айфоны. Есть ли веская причина владеть автономным цифровым
камера больше или вы теперь можете делать все с камерой телефона?
Фото: Плюсы и минусы цифровых камер и смартфонов представлены на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие и лучшие телескопические объективы (вверху) и датчики по сравнению с теми, что используются в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (в центре). Но смартфоны, несомненно, выигрывают в связях, и у них больше, лучше и четче экраны (внизу). Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фото на крошечном экране Canon.
Сенсоры и экраны
Вернитесь на десятилетие назад, и не будет никакого сравнения между
грубые и неуклюжие фотокамеры на мобильных телефонах и даже самые
посредственные компактные цифровые камеры. Пока цифровики хвастались
постоянно растущее число мегапикселей, мобильные телефоны делали грубые снимки
немного лучше, чем те, которые вы могли бы получить от обычной веб-камеры (1
мегапикселей или меньше было обычным явлением). Теперь все изменилось.
Цифровая камера Canon Ixus/Powershot 10-летней давности, которой я регулярно пользуюсь, имеет разрешение 7,1 мегапикселя, что
идеально подходит почти для всего, что я когда-либо хотел
делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что
(теоретически, по крайней мере) звучит так, как будто он должен быть в два раза лучше.
Но ждать! «Мегапиксели» — обманчивый маркетинговый ход: на самом деле важен размер
и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше
датчик, тем лучше снимки. Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о 1/2,5-дюймовой ПЗС-матрице.
в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа).
Что на самом деле означают эти цифры?
Измерения датчиков основаны на ненужной запутанной математике, которую я не буду здесь объяснять.
вам придется поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные датчики, размером примерно с половину ногтя на мизинце (размером менее 5 мм в каждом направлении), хотя датчик Canon значительно больше. Digital Ixus, хотя и на восемь лет старше смартфона LG, и, по-видимому, имеет вдвое меньше «мегапикселей»,
имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG,
особенно в условиях низкой освещенности.
Canon также набрал намного лучше, телескопический объектив
(технически рассчитанный на 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) — лучшее качество и к тому же телескопический — который может снимать все с бесконечного расстояния
пейзажи до макросъемки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть
загрузить свои фотографии на компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи
потому что у Canon только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран.
LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана с 14-сантиметровым (5,5-дюймовым) «монитором».
В то время как Canon оценивает экран Ixus в 230 000 пикселей, LG
может похвастаться Quad HD (2560×1440 пикселей), или примерно в шестнадцать раз больше.
Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя все еще карманного размера).
Имейте в виду, что мой Canon — это просто компактная камера типа «наведи и снимай», так что это не совсем честное сравнение между тем, чего можно добиться с действительно хорошей цифровой камерой и действительно хорошим смартфоном. Мой LG находится на самом высоком уровне среди камер смартфонов, но Ixus далеко не так хорош. как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная цифровая зеркальная камера будет иметь сенсор , который намного больше, чем у смартфона — до 3,6 см × 2,4 см, — поэтому она сможет захватывать очень мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности. У него также будет больший и лучший экран и лучшие (сменные) объективы.
Фото: крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой). что вы ищете вот объектив: чип сенсора изображения находится прямо под ним. (Если непонятно, красная штука — это ручка, на которую я указываю.)
Социальные сети
отдел: по сути, это компьютеры, которые можно носить в кармане.
портативный и всегда онлайн. Таким образом, вы не только с большей вероятностью
делать случайные фотографии (потому что вы всегда носите с собой камеру), но
вы можете мгновенно загружать свои снимки в Instagram с метким названием,
Фейсбук или Твиттер. И это настоящая причина, по которой смартфон
фотоаппараты превзошли цифровую технику старой школы: сама фотография
изменен с цифрового эквивалента 19дагерротип го века
(само по себе возврат к портретным картинам прошлого) к чему-то
более импровизированные, немедленные и, конечно же, социальные . Для
для целей Facebook или Twitter, которые часто просматриваются на мобильных устройствах с маленькими экранами
устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее.
(Докажите это сами, загрузив изображение высокого разрешения из Instagram или
Flickr, и вы обнаружите, что редко бывает больше пары сотен
килобайт в размере и 1000 мегапикселей или меньше в каждом измерении,
в сумме получается менее одного мегапикселя.) Даже на лучшем
веб-сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей
никогда не просматривайте свои фотографии в многомегапиксельных размерах:
они просто не поместились бы на экране. Так что даже если ваш смартфон не имеет массы мегапикселей, он
на самом деле не имеет значения: большинство людей просматривают ваши фотографии на их смартфоны не заметят или не заметят. Социальные сети означают, что у вас никогда не будет
сказать, что вы сожалеете, что забыли свою зеркальную камеру и у вас был только iPhone!
Надстройки для смартфона
Зеркальные зеркальные камеры Canon или Nikon превзойдут снимки даже с лучшие смартфоны, но часто потому, что это не подобное сравнение. Часто мы сравниваем хорошие любительские фотографии сделанные на смартфоны, в блестящие профессиональные фотографии, сделанные на зеркалки. Сколько из того, что мы видим, это камера… и сколько взгляд фотографа? Иногда трудно разделить два вещи
Профессионалы могут добиться потрясающих результатов с помощью смартфонов, но и любители могут,
с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие
ручное управление (как правило, даже меньше, чем с базовым компактным
цифровая камера). Вы можете обойти это, в определенной степени,
с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больше контроля над
неудобные настройки старой школы, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого.
(Поищите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как «профессиональная фотография».
или «ручная фотосъемка».) Вы также можете добавить к смартфонам сменные объективы, чтобы обойти недостатки
объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут уж ничего не поделаешь
о крошечном датчике изображения более низкого качества). Как только ваши фотографии
благополучно сняты, существует множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенный,
бесплатная версия PhotoShop, которая может помочь вам ретушировать ваши любительские
«посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».
Так зачем же покупать цифровые?
Поскольку у многих людей сейчас есть смартфоны, реальный вопрос
нужна ли вам цифровая камера. Очень трудно увидеть
Больше аргументов в пользу компактов типа «наведи и снимай»: для социальных сетей
снимки, большинство из нас может обойтись с нашими телефонами. Для этого сайта я беру много макросов
фотографии — крупные планы схем и механических частей — с моим Иксусом, которые я никак не мог
захват с LG, так что я не буду прыгать с корабля в ближайшее время.
Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, нет никакого сравнения между
смартфоны и зеркалки. У первоклассной зеркальной фотокамеры более качественное изображение.
датчик (до 50 раз больше по площади, чем в
смартфон) и гораздо лучший объектив:
эти две принципиально важные вещи делают «сырое» изображение
от DSLR намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции
управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко
больший диапазон фотографий в гораздо более широком диапазоне освещения
условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий,
мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной
соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе,
ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда вы счастливы. Сказав
что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi, которые
предлагают аналогичное удобство мгновенного обмена для смартфонов. И из
конечно, ничто не мешает вам носить с собой смартфон и зеркалку
если вы действительно хотите лучшее из обоих миров!
Краткая история фотографии
Произведение искусства: оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, работала немного по-старому. видеокамера и нуждался в отдельном мониторе воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная). Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали кассету, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просматривали сделанные снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Работа из патента США 4,131,9.19: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда и Стивена Дж. Сассона, любезно предоставленный Управлением по патентам и товарным знакам США.
- 4 век до н.э.: китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненную комнату с отверстием в драпировках, которое проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
- Конец 1700-х: Томас Веджвуд (1771–1805) и сэр Хамфри Дэви (1778–1829), два английских ученых провели ранние эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге. Их фото не было постоянные: они становились черными, если не хранились постоянно в темном месте.
- 1827: французский Жозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире фотографии. Его метод не годился для портретной съемки людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым на восемь часов.
- 1839: Французский оперный живописец Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
- 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел процесс фотографического негатива.
- 1851: Британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать четкие фотографии на влажные стеклянные пластины.
- 1870-е годы: британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластин и желатина.
- 1883: Американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
- 1888: Джордж Истман представил свою простую в использовании камеру Kodak. Его лозунгом было: «Вы нажимаете на кнопку, а мы делаем все остальное».
- 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную камеру полароид.
- 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную камеру полароид.
- 1975: Американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
- 1990-е: Цифровые камеры стали популярными, постепенно вытесняя пленочные камеры.
- 1999: Kyocera выпустила VP-210, первый смартфон со встроенной (фронтальной) цифровой камерой.
- 2000-е годы: появление более совершенных мобильных телефонов со встроенными цифровыми камерами привело к тому, что автономные цифровые камеры стали излишними для повседневной фотосъемки.
- 2007: Samsung анонсировала B710, первый смартфон с двумя 1,3-мегапиксельными цифровыми камерами (для съемки 3D-фотографий).
- 2019: Производители телефонов, такие как Samsung и Nokia , начинают выпускать телефоны с семью камерами, предлагая несколько объективов для каждой возможной возможности фотографирования!
Узнайте больше
На этом сайте
- Компьютерная графика
- Пленочные фотоаппараты и основная фотография
- История общения
Книги
- Руководство по фотографии с помощью смартфона: снимайте, редактируйте, экспериментируйте, делитесь Питером Коупом. Welbeck, 2021. В этой книге есть множество советов, от селфи до виртуальной реальности, которые помогут максимально эффективно использовать камеру вашего смартфона.
- Цифровая фотография для чайников Джули Кинг. John Wiley, 2016. Иллюстрированное базовое введение.
- Справочник цифрового фотографа Тома Анга. Дорлинг Киндерсли, 2016. Хорошее базовое введение в цифровые технологии, но опытным фотографам оно может показаться слишком упрощенным. Представлено в очень визуальном стиле DK.
- Книга о цифровой фотографии Скотта Келби. Пичпит Пресс, 2006–2014 гг. Серия из пяти более подробных книг, посвященных различным аспектам практической фотографии.
Статьи
- Фотосъемка интересных людей в вашем сообществе: руководство по портретной съемке от Кейт Плауз, Донны Шоу и Натали Пру. The New York Times, 4 января 2022 г. Как использовать камеру смартфона, чтобы рассказать (визуальную) историю человека.
- Беззеркальные камеры: новый решающий момент в фотографии от Лео Келиона. BBC News, 26 сентября 2018 г. Как большие сенсоры и беззеркальные камеры возрождают интерес к цифровым камерам.
- Фотосъемка на смартфоне развивается благодаря приложениям для камеры и сопутствующим инструментам от Кита Итона. The New York Times, 1 октября 2014 г. Новые приложения для камеры помогают смартфонам имитировать расширенные элементы управления, ранее доступные только на сложных цифровых зеркальных фотокамерах. В
Скажите, вы можете делать телефонные звонки на этой камере? (The New York Times, 16 ноября 2011 г.), Ник Билтон смотрит на
съемные линзы и другие приспособления для расширения диапазона снимков, которые вы можете делать на свой телефон.
- Смерть фотографии: телефоны с камерами разрушают искусство? Стюарт Джеффрис. The Guardian, 13 декабря 2013 г. Ухудшает ли само количество фотографий, которые мы сейчас делаем, их качество — и качество моментов, которые мы записываем?
- Постобработка: почему камера смартфона навсегда изменила фотографию, Джеймс Бэрхэм. The Verge, 20 июня 2013 г. Профессиональный фотограф объясняет, как смартфоны помогли ему снова полюбить фотографию и почему камеры больше не имеют значения.
Патенты
- Патент США 4,131,919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона, Eastman Kodak Company, 26 декабря 1978 года. Самая первая цифровая камера на основе ПЗС, запатентованная Kodak еще в 1970-х годах.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.
Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.
Подпишитесь на нас
Оцените эту страницу
Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.
Сохранить или поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис. (2006/2022) Цифровые фотоаппараты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/digitalcameras.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]
Подробнее на нашем веб-сайте…
- Средства связи
- Компьютеры
- Электричество и электроника
- Энергия
- Машиностроение
- Окружающая среда
- Гаджеты
- Домашняя жизнь
- Материалы
- Наука
- Инструменты и приборы
- Транспорт
↑ Вернуться к началу
Как работает цифровая камера?
Содержание_
- Основы работы цифровой камеры
- Компоненты цифровой камеры
- Как работает цифровая камера: пошаговая инструкция
У вас могут возникнуть вопросы о лучшей цифровой камере, если она время купить один.
Ответить на вопрос «как работает цифровой фотоаппарат» не так сложно, как может показаться. Будь то лучшая камера для путешествий или простая наведи и снимай, у нас есть информация ниже.
На самом деле, принципы, лежащие в основе цифровой камеры, не так уж отличаются от пленочной камеры.
Тем не менее, если вы относитесь к тому типу людей, которые не чувствуют себя комфортно при использовании технологий, если вы не понимаете, что такое цифровая камера и как она работает, продолжайте читать, чтобы узнать, что такое цифровая зеркальная камера и как цифровые камеры снимают фотографии, каковы его основные компоненты и многое другое в этом уроке по фотографии.
Содержание:
- Основы работы цифровой камеры
- Компоненты цифровой камеры
- Пошаговая инструкция работы цифровой камеры
Основной процесс работы камеры независимо будь то лучшая цифровая камера или камера любого другого типа, например, компактная камера, не так уж сильно отличается: свет от сцены проходит через объектив, такой как объектив Tamron 18-270, и попадает на какой-то светочувствительный поверхность внутри корпуса камеры. Но тип поверхности, которая измеряет свет, и метод, с помощью которого камера использует эту поверхность для создания фотографии, отличают цифровые камеры от других типов камер.
В камерах каждого типа используются схожие компоненты, например объектив и затвор. Когда затвор закрыт, свет не проходит через объектив. Но когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, чтобы открыть затвор, свет может пройти через объектив и попасть на светочувствительный материал внутри камеры. На этом сходство заканчивается, поскольку цифровая камера использует многочисленные компоненты, уникальные для цифровой фотографии. А они следующие:
- Датчик изображения: Датчик изображения в цифровой камере, который представляет собой полупроводниковый чип, содержит миллионы светочувствительных пикселей, также называемых массивами, которые индивидуально измеряют свет, падающий на каждый из них. Цветовой фильтр находится поверх датчика изображения, который позволяет определенным пикселям измерять определенные цвета световых волн. Для пленочной камеры светочувствительная пластиковая полоса с покрытием будет записывать сцену.
- Цифровой преобразователь: Данные, собранные в каждом пикселе, должны быть преобразованы в цифровой сигнал, который обрабатывает этот чип преобразователя.
- Печатная плата: Цифровая камера имеет печатную плату, которая содержит все компьютерные микросхемы, которые камера использует для записи данных. Схема на плате переносит данные с датчика изображения и других микросхем в хранилище на карте памяти. Пленочной камере не нужна печатная плата или цифровой преобразователь.
- Экран дисплея: вы будете использовать экран дисплея цифровой камеры для изменения настроек камеры, а также для компоновки фотографии и просмотра фотографий после того, как они сняты. Пленочные камеры не имеют экрана дисплея, полагаясь на видоискатель для кадрирования сцен и на кнопки и циферблаты для изменения настроек. Некоторые цифровые камеры по-прежнему используют видоискатель для компоновки сцены, предлагая экран дисплея в качестве второго варианта компоновки.
Независимо от того, используете ли вы простую водонепроницаемую цифровую камеру, такую как Fujifilm X-Pro3, или продвинутую цифровую зеркальную камеру, процесс записи цифрового изображения и сохранения данных на карту памяти одинаков. Вы также найдете этот метод хранения в цифровых биноклях Вазусск 2″ HD. Пошаговый процесс, посредством которого цифровая камера записывает фотографию, выглядит следующим образом:
- Измерение света: Нажмите кнопку спуска затвора, чтобы открыть затвор, который позволяет свету пройти через объектив и попасть на матрицу. Затем отдельные пиксели на датчике изображения измеряют интенсивность света в миллионах различных точек на датчике изображения, создавая точные измерения.
- Фокусирующий свет: когда свет от сцены проходит через объектив, он должен быть точно сфокусирован на датчике изображения. Различные стеклянные элементы объектива будут вращаться, обеспечивая четкую фокусировку. Неточно сфокусированный свет приведет к размытости сцены. Цифровые камеры могут использовать автоматическую фокусировку, когда камера автоматически регулирует стеклянные элементы, или ручную фокусировку, когда фотограф поворачивает кольцо, чтобы вручную настроить стеклянные элементы.
- Преобразование света: Каждый пиксель преобразует измеренный свет в электроны. Пиксель, который измеряет более яркий свет, будет содержать больше электронов, что приводит к большему накопленному заряду. Затем чип АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) преобразует световой сигнал в каждом пикселе в цифровое значение.
- Хранение данных: Теперь, когда свет от сцены преобразован в цифровое значение, камера может перемещать данные так же, как любой компьютерный чип перемещает их, перемещая цифровые двоичные биты через схемы на печатной плате. Когда биты достигают карты памяти, камера использует микропрограмму для записи данных на карту.
Поскольку цифровая камера сохраняет изображения в виде цифровых битов данных, такими изображениями легко обмениваться с другими устройствами и другими людьми. После того, как фотография сохранена в виде цифровых битов, вы можете обращаться с ней как с любым компьютерным файлом. Также легко вносить изменения в цифровые биты с помощью программного обеспечения для редактирования изображений, что позволяет вам устранять незначительные проблемы или добавлять удивительные специальные эффекты к вашим изображениям. Это справедливо и для лучших видеокамер.
Независимо от того, есть ли у вас одна из лучших цифровых камер на рынке или простая хорошая камера типа «наведи и снимай», понимание того, как работает цифровая камера, поможет понять, что именно вы хотите делать с вашими изображениями. как только они будут созданы. И наличие такого большого количества вариантов обработки ваших цифровых фотографий объясняет, почему цифровая фотография стала такой популярной в последнее десятилетие.