Zařízení a princip fungování kamery

2024 Autor: Sierra Becker | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-02-26 04:37

Fotografie je jedním z nejdůležitějších vynálezů v historii – skutečně změnila způsob, jakým lidé přemýšlejí o světě. Nyní může každý člověk vidět obrazy věcí, které jsou ve skutečnosti na velkou vzdálenost nebo již dávno neexistují. Každý den jsou na internetu zveřejněny miliardy fotografií, které mění život v digitální pixely informací.

Struktura fotoaparátu

Fotografie vám umožňuje zachytit důležité okamžiky života a uložit je na další roky. Zařízení pro vytváření obrázků jsou již dlouho zabudována do telefonů a dalších gadgetů, ale princip fungování fotoaparátu zůstává pro mnohé záhadou. Fotografie je stejně věda jako umění, ale drtivá většina si neuvědomuje, co se stane, když stisknou tlačítko fotoaparátu nebo otevřou aplikaci fotoaparátu smartphonu. První fotoaparát, o jehož struktuře a principu bude řeč později, neměl vůbec žádná tlačítka a vůbec nepřipomínal aplikaci. Ale jeho zařízení je srdcem moderních přístrojů.

Například filmový fotoaparát se skládá ze tří hlavních prvků: optického – objektivu, chemického – filmu a mechanického – těla fotoaparátu. Uvažujme stručně o principu fungování fotoaparátu: film se vkládá do cívky vpravo a navíjí se na další cívku vlevo, přičemž cestou prochází před objektivem. Je to dlouhý pruh pružného plastu potažený speciálními chemikáliemi na bázi sloučenin stříbra citlivých na světlo.

Černobílý film má jednu vrstvu a barevný film má tři: horní je citlivá na modré světlo, střed je citlivý na zelenou a spodní je citlivá na červenou. Obrázek byl získán díky chemické reakci každého z nich. Aby světlo film nekazilo, je zabalený v odolném plastovém válci odolném proti světlu, který je umístěn uvnitř fotoaparátu. Jak ale zkombinovat všechny komponenty tak, aby zaznamenaly jasný, rozpoznatelný obraz? Existuje mnoho různých způsobů, jak zajistit, aby tyto části fungovaly, ale nejprve musíte pochopit základní princip fungování fotoaparátu. Vzhledem k tomu, že fotografování nevyžaduje elektřinu, konvenční jednooký bezzrcadlovkový fotoaparát je vynikající ilustrací základních procesů fotografování.

Proč potřebujete objektiv

Nejlepší je stručně začít vysvětlovat, jak fotoaparát funguje, pomocí teorie. Představte si, že stojíte uprostřed místnosti bez oken, dveří nebo světel. Na takovém místě není nic vidět, protože tam není žádný zdroj světla. Za předpokladu, že jste vytáhli baterku a zapnuli ji, apaprsek z něj se pohybuje přímočaře. Když toto světlo zasáhne předmět, odrazí se od něj a zasáhne vaše oči, což vám umožní vidět, co je uvnitř místnosti.

Princip činnosti digitálního fotoaparátu je podobný procesu vytrhávání předmětů z temné místnosti paprskem z baterky. Optická součást fotoaparátu je objektiv. Jeho úkolem je odrazit paprsky světla vracející se od objektu a přesměrovat je tak, aby se spojily a vytvořily obraz, který vypadá jako scéna před objektivem. Možná není zcela jasné, jak k tomuto procesu dochází a proč je běžné sklo schopno přesměrovat světlo. Odpověď je velmi jednoduchá: když se světlo pohybuje z jednoho média do druhého, mění rychlost.

Jak funguje čočka

Světlo se vzduchem šíří rychleji než sklem, takže jej čočka zpomaluje. Když na ni dopadnou paprsky pod úhlem, jedna část vlny se dostane na povrch dříve než druhá a tím se nejprve zpomalí. Když světlo vstupuje do skla pod úhlem, ohýbá se jedním směrem a poté znovu, když sklo opouští, protože části světelné vlny dopadají na vzduch a zrychlují se před ostatními.

Standardní konvexní čočka má jednu nebo obě strany skla zakřivené. To znamená, že procházející světelné paprsky budou při vstupu odkloněny směrem ke středu čočky. U dvojité konvexní čočky, jako je lupa, se světlo bude ohýbat při vstupu a výstupu. Tím se efektivně mění dráha světla od objektu, která souvisí s hlavnímprincip fungování kamery. Světelný zdroj vyzařuje světlo do všech směrů. Všechny paprsky začínají v jednom bodě a pak se neustále rozbíhají. Konvergující čočka tyto paprsky zachytí a přesměruje tak, aby se všechny sbíhaly zpět do stejného bodu. Na tomto místě se získá obrázek předmětu.

Princip fungování prvního fotoaparátu

První cela byla místnost s malým otvorem v jedné boční stěně. Světlo jím procházelo a odráželo se v přímých liniích a obraz se promítal hlavou dolů na protější stěnu. Říkalo se jí camera obscura a umělci ji používali k malování uměleckých pláten. Vynález je připisován Leonardu da Vinci. Přestože taková zařízení existovala dávno před první skutečnou fotografií, nápad získat obrázek tímto způsobem se zrodil teprve tehdy, když se někdo rozhodl umístit světlocitlivý materiál do zadní části této místnosti. Princip činnosti první kamery byl následující: když paprsek dopadl na fotocitlivý materiál, chemikálie zareagovaly a vyleptaly obraz na povrch. Protože tento fotoaparát nezachytil příliš mnoho světla, trvalo pořízení jedné fotografie osm hodin. Obrázek byl také dost rozmazaný.

Rozdíl mezi zrcadlovkami

Profesionálové často preferují zrcadlovky. Předpokládá se, že kvalita snímku je lepší, protože fotograf vidí v hledáčku skutečný obraz předmětu, nikolizkreslené digitalizací a filtry. Pokud stručně popíšeme princip fungování fotoaparátu s zrcadlovým hledáčkem, pak se smysl scvrkává na skutečnost, že v takovém fotoaparátu fotograf vidí skutečný obraz. Umí také upravit všechny detaily otáčením a mačkáním tlačítek. Může za to dvojité zrcadlo – pentaprisma. Ale v designu fotoaparátu je ještě jeden - průsvitný, umístěný před matricí, který se také nazývá senzor nebo senzor. Princip fungování spouště fotoaparátu spočívá v tom, že při stisku tlačítka zvedne zrcátko a změní úhel jeho sklonu. V tomto okamžiku dopadá na snímač proud světla, načež je snímek zpracován a zobrazen na obrazovce.

Princip činnosti zrcadlovky je spojen s membránou, která se postupně otevírá, aby propustila paprsky. Skládá se z okvětních lístků, jejichž poloha určuje průměr středového kruhu a množství propuštěného světla. Paprsek dopadá na čočky a poté na zrcadlo, matnici a pentaprisma, kde se obraz překlopí, a poté do hledáčku. Zde fotograf vidí skutečný obraz. Princip fungování bezzrcadlovky je jiný v tom, že nemá takový hledáček. Často je nahrazen obrazovou nebo elektronickou verzí. Fázové automatické ostření je také dostupné pouze u zrcadlovek. Dalším rozdílem je, že když stisknete tlačítko spouště, světlo okamžitě dopadne na matrici fotoaparátu.

Zaměřte se na objekt

Kvalita obrazu se mění v závislosti na průchodu světlapřes objektiv fotoaparátu. Souvisí s úhlem, pod kterým do něj světelný paprsek vstupuje a jakou má strukturu. Tato cesta závisí na dvou hlavních faktorech. První je úhel, pod kterým světelný paprsek vstupuje do čočky. Druhým je struktura čočky. Úhel vstupu světla se mění, jak se objekt přibližuje nebo vzdaluje. Paprsky, které vstupují pod ostřejším úhlem, vycházejí pod tupějším úhlem a naopak. Čočka fotoaparátu zachytí všechny odražené světelné paprsky a pomocí skla je přesměruje do jednoho bodu a vytvoří ostrý obraz. Celkový "úhel ohybu" v jakémkoli daném bodě zůstává konstantní.

Pokud je světlo neostré, bude obraz vypadat rozmazaně nebo rozostřený. Ohýbání čočky v podstatě zvětšuje vzdálenost mezi různými body na ní. Paprsky z bližšího bodu se sbíhají dále od čočky než z jednoho vzdálenějšího. To znamená, že skutečný obraz bližšího předmětu vzniká dále od čočky než od vzdálenějšího. Celkový "úhel úklonu" je určen strukturou čočky. Čočka fotoaparátu se otáčí a zaostřuje přiblížením nebo oddálením od povrchu filmu nebo snímače. Čočka s kulatějším tvarem bude mít ostřejší úhel zakřivení. Tím se prodlužuje doba, po kterou se jedna část světelné vlny šíří rychleji než druhá, takže se světlo ostře otočí. Výsledkem je, že se zaostřený skutečný obraz vytvoří dále od čočky, když má čočka plošší povrch.

Velikostvelikost objektivu a fotografie

Jak se vzdálenost mezi čočkou a skutečným obrazem zvětšuje, světelné paprsky se rozšiřují a vytvářejí větší obraz. Plochá čočka promítá velký obraz, ale film je exponován pouze uprostřed obrazu. Čočka je v podstatě vystředěna uprostřed snímku a zvětšuje malou oblast před divákem. Jak se přední strana skla vzdaluje od snímače fotoaparátu, předměty se přibližují. Ohnisková vzdálenost je měření vzdálenosti mezi místem, kde světelné paprsky poprvé dopadají na objektiv, a místem, kde dosáhnou senzoru fotoaparátu. Profesionální fotoaparáty umožňují instalovat různé objektivy s různým zvětšením. Míra zvětšení je popsána ohniskovou vzdáleností. Ve fotoaparátech je definována jako vzdálenost mezi objektivem a skutečným obrazem objektu na velkou vzdálenost.

Rozdíly mezi objektivy

Větší počet ohniskových vzdáleností znamená větší zvětšení obrazu. Různé čočky jsou vhodné pro různé situace. Pokud fotografujete pohoří, můžete použít objektiv s obzvláště velkou ohniskovou vzdáleností. Umožňují zaostřit na určité prvky v dálce. Pokud potřebujete fotit portrét zblízka, pak vám postačí širokoúhlý objektiv. Má mnohem kratší ohniskovou vzdálenost, takže komprimuje scénu před fotografem.

Chromatická aberace

Čočka fotoaparátu je ve skutečnosti několik čoček spojených do jednoho bloku. Může se vytvořit jedna spojná čočkaskutečný obraz na filmu, ale bude zkreslený řadou aberací. Jedním z nejvýznamnějších faktorů zkreslení je, že různé barvy spektra se při pohybu čočkou různě ohýbají. Tato chromatická aberace v podstatě vytváří obraz, kde tóny nejsou správně zarovnány. Fotoaparáty to kompenzují použitím více čoček vyrobených z různých materiálů. Každá čočka zpracovává barvy jinak, a když se určitým způsobem spojí, barvy se přeskupí. Objektiv se zoomem má schopnost pohybovat různými prvky objektivu tam a zpět. Změnou vzdálenosti mezi jednotlivými čočkami můžete upravit sílu zvětšení čočky jako celku.

Filmové a obrazové snímače

Zařízení a princip fungování kamery jsou také spojeny se záznamem informací na médium. Historicky byli fotografové také jakýmsi chemikem. Film se skládá z fotocitlivých materiálů. Když na tyto materiály dopadá světlo z čočky, zachycují tvar objektů a detaily, například kolik světla z nich vychází. V temné místnosti byl film vyvolán, podroben sérii chemických lázní, aby vznikl obraz. Princip činnosti kamery se snímačem je poněkud odlišný od činnosti filmové kamery. Ačkoli čočky, metody a termíny jsou stejné, snímač digitálního fotoaparátu vypadá spíše jako solární panel než jako proužek filmu. Každý snímač je rozdělen na miliony červených, zelených a modrých pixelů neboli megapixelů. Když světlo dopadne na pixel, senzor jej přemění na energii a počítač vestavěný do fotoaparátu přečte, kolik energievyrábí se.

Proč na megapixelech záleží

Snímač fotoaparátu funguje tak, že měří, kolik energie má každý pixel, a umožňuje mu určit, které oblasti snímku jsou světlé a tmavé. A protože každý pixel má barevnou hodnotu, může počítač fotoaparátu posuzovat barvy ve scéně tím, že se podívá na to, jaké další blízké pixely jsou registrovány. Sloučením informací ze všech pixelů je počítač schopen aproximovat tvary a barvy fotografovaného objektu. Pokud každý pixel shromažďuje informace o světle, pak senzory fotoaparátu s více megapixely mohou zachytit více detailů.

To je důvod, proč výrobci často inzerují megapixelové fotoaparáty a přidávají stručné vysvětlení, jak fotoaparát funguje. I když je to do jisté míry pravda, důležitá je také velikost snímače. Větší snímače zachytí více světla, což vám pomůže získat lepší kvalitu obrazu při slabém osvětlení. Zabalení velkého množství megapixelů do malého snímače ve skutečnosti zhoršuje kvalitu obrazu, protože jednotlivé pixely jsou příliš malé. Standardní objektiv 50mm objektivu neumožňuje velké přiblížení nebo oddálení, takže je ideální pro objekty, které nejsou příliš blízko nebo příliš daleko.

Jak funguje Polaroid

Přenosné fotografické studio, které zachycuje téměř okamžité snímky, bylo snem již dlouhou dobu. Dokud se neobjevil neobvyklý fotoaparát, který vám umožní nečekat týdny na výtiskysnímky. Edwin Land vytvořil první fotoaparát Polaroid. Měl nápad na okamžitou fotografii a požádal Kodak o financování. Společnost to ale vzala jako vtip a jen se mu vysmála. Edwin Land se vrátil domů a začal pracovat na dalších projektech, aby získal peníze. Vytvořil Polaroid Lens a poté vynalezl své slavné přenosné fotografické studio.

Princip činnosti kamery Polaroid je podobný mechanismu činnosti běžné kinofilmové kamery, uvnitř které byla plastová základna potažená částicemi sloučeniny stříbra citlivými na světlo. Každý polotovar pro fotografii má stejné světlocitlivé vrstvy umístěné na plastové fólii. Obsahují všechny potřebné chemikálie pro vyvolání fotografie. Pod každou barevnou vrstvou je další, s barvivem. Celkem je na kartě více než 10 různých vrstev, včetně neprůhledné základní vrstvy, což je blanka pro chemickou reakci. Složkou, která proces spouští, je činidlo, směs deaktivátorů, alkálie, bílý pigment a další prvky. Nachází se ve vrstvě těsně nad fotocitlivými vrstvami a těsně pod vrstvou obrázku.

Princip činnosti fotoaparátu Polaroid spočívá v tom, že před pořízením snímku se veškerý reagenční materiál shromáždí ve formě koule na okraji plastové fólie, daleko od fotocitlivého materiálu. Po stisknutí tlačítka okraj filmu opustí komoru přes dvojici válců, které rozdělují materiál činidla ve středurám. Když je činidlo distribuováno mezi obrazovou vrstvu a fotocitlivé vrstvy, reaguje s jinými chemickými prvky. Neprůhledný materiál zabraňuje filtrování světla do spodních vrstev, takže film není před vyvoláním zcela exponován.

Chemické látky se pohybují dolů vrstvami a mění exponované částice každé vrstvy na kovové stříbro. Chemikálie pak rozpouštějí vyvíjecí barvivo, takže začne prosakovat nahoru do vrstvy obrazu. Oblasti kovového stříbra v každé vrstvě, které byly vystaveny světlu, zachycují barviva, takže se přestanou pohybovat nahoru. Do vrstvy obrázku se přesunou pouze barvy z neexponovaných vrstev. Světlo odrážející se od bílého pigmentu v činidle prochází těmito barevnými vrstvami. Kyselá vrstva ve filmu reaguje s alkáliemi a deaktivátory v činidle, což vede k postupnému vývoji obrazu. K plnému rozvinutí potřebuje světlo a fotograf obvykle vytáhne kartu a uvidí konečnou chemii při vyvolávání filmu.