Proiectarea și funcționarea unei camere de luat vederi

Fotografia este una dintre cele mai importante invenții din istorie - a schimbat cu adevărat modul în care oamenii văd lumea. Toată lumea poate acum să vadă imagini ale unor lucruri care sunt de fapt la o distanță mare sau care au încetat de mult să mai existe. Miliarde de imagini sunt publicate pe internet în fiecare zi, transformând viețile în pixeli digitali de informații.

Structura camerei

Fotografia face posibilă surprinderea momentelor importante din viață și păstrarea lor pentru anii următori. Dispozitivele de imagine au fost integrate de mult timp în telefoane și alte gadgeturi, dar modul în care funcționează o cameră foto este un mister pentru mulți. Fotografia este atât o știință, cât și o artă, dar marea majoritate nu realizează ce se întâmplă atunci când apasă pe butonul aparatului foto sau când deschide o aplicație de cameră de smartphone. Prima cameră, a cărei structură și principiu de funcționare vor fi discutate ulterior, nu avea butoane și nu semăna cu aplicația. Dar designul său este baza pentru gadgeturile moderne.

De exemplu, un aparat de fotografiat cu film are trei elemente principale: un element optic, obiectivul; un element chimic, filmul; și un element mecanic, corpul aparatului. Să vedem pe scurt cum funcționează aparatul foto: filmul este încărcat pe rola din dreapta și înfășurat pe o altă rolă din stânga, trecând prin fața obiectivului pe traseul. Este o fâșie lungă de plastic flexibil acoperită cu un compus chimic special de argint sensibil la lumină.

Filmul alb-negru are un singur strat, iar filmul color are trei straturi: cel superior este sensibil la lumina albastră, cel central la lumina verde și cel inferior la lumina roșie. Imaginea este produsă de reacția chimică a fiecăruia dintre acești compuși. Pentru a preveni deteriorarea filmului de către lumină, acesta este învelit într-un cilindru de plastic puternic, rezistent la lumină, care este plasat în interiorul camerei. Dar cum se îmbină toate componentele astfel încât să înregistreze o imagine clară și ușor de recunoscut?? Există o mulțime de Există diferite moduri de a face ca aceste părți să funcționeze, dar mai întâi trebuie să înțelegeți principiul de bază al funcționării unui aparat foto. Deoarece nu aveți nevoie de electricitate pentru a face fotografii, un aparat de fotografiat obișnuit cu un singur obiectiv reflex este o ilustrare perfectă procese de bază de a produce o fotografie.

De ce aveți nevoie de un obiectiv?

Începeți să explicați pe scurt principiile camerei cel mai bun cu o teorie. Imaginează-ți că stai în mijlocul unei camere fără ferestre, uși sau iluminat. Nu poți vedea nimic într-un loc ca acesta pentru că nu există nicio sursă de lumină. Presupunând că scoți o lanternă și o aprinzi, iar fasciculul din ea se deplasează în linie dreaptă. Când această lumină atinge un obiect, se reflectă pe acesta și ajunge în ochi, permițându-vă să vedeți, care este în interiorul camerei.

Modul în care funcționează o cameră digitală este similar cu modul în care un fascicul de lanternă detectează obiecte dintr-o cameră întunecată. Componenta optică a unui aparat foto este obiectivul. Sarcina sa este de a reflecta razele de lumină de la un obiect și de a le redirecționa astfel încât să se unească pentru a forma o imagine care să semene cu scena din fața obiectivului. Poate că nu este foarte clar, cum funcționează Acest proces și motivul pentru care sticla obișnuită este capabilă să redirecționeze lumina. Răspunsul este foarte simplu: atunci când lumina călătorește dintr-un mediu în altul, își schimbă viteza.

Cum funcționează obiectivul

Lumina se deplasează mai repede prin aer decât prin sticlă, așa că lentila o încetinește. Atunci când razele îl lovesc sub un unghi, o parte a undei va ajunge la suprafață înaintea celeilalte și astfel va încetini prima parte a undei. Când lumina intră în sticlă la un unghi, se curbează într-o direcție și apoi din nou când iese din sticlă, deoarece părți ale undei de lumină ating aerul și sunt accelerate înaintea altora.

Lentilele convexe standard curbează una sau ambele părți ale sticlei. Asta înseamnă că razele care trec prin raze de lumină va fi deviată spre centrul obiectivului atunci când intră. Într-o lentilă dublu convexă, cum ar fi o lupă, lumina se îndoaie atât la ieșire, cât și la intrare. Acest lucru inversează efectiv calea luminii de la subiect, ceea ce reprezintă un principiu de bază al aparatului foto. O sursă de lumină a emis lumină în toate direcțiile. Toate razele pornesc dintr-un singur punct și apoi se despart constant. O lentilă colectoare preia aceste raze și le redirecționează astfel încât toate să converge către același punct. În acel moment, veți obține o imagine a obiectului.

Cum funcționa prima cameră foto

Prima cameră a fost o cameră cu o mică gaură într-un perete lateral. Lumina trece prin ea și se reflectă în linii drepte, iar imaginea este proiectată cu susul în jos pe peretele opus. Se numește camera obscura și era folosită de artiști pentru a picta pe pânză. Invenție atribuită lui Leonardo da Vinci. Deși astfel de dispozitive existau cu mult timp înainte de prima fotografie adevărată, abia când cineva a decis să plaseze material fotosensibil în spatele acestei camere s-a născut ideea de a realiza o imagine în acest mod. Primul aparat de fotografiat funcționa astfel încât, în momentul în care fasciculul lovea materialul fotosensibil, substanțele chimice reacționau și imprimau imaginea pe suprafață. Pentru că nu capta atât de multă lumină, era nevoie de opt ore pentru a face o singură fotografie. Imaginea a ieșit, de asemenea, destul de neclară.

Diferența dintre DSLR-uri

Aparatele foto reflex sunt adesea preferate de profesioniști. Calitatea imaginii este considerată mai bună, deoarece fotograful vede în vizor imaginea reală a subiectului, care nu este distorsionată de digitalizare și filtre. Pentru a descrie pe scurt modul în care funcționează un aparat foto cu vizor în oglindă, se rezumă la faptul că, în acest aparat, fotograful vede imaginea reală. De asemenea, el poate ajusta toate detaliile prin rotirea și apăsarea butoanelor. Acest lucru se face datorită unei oglinzi duble, pentaprismul. Dar mai există unul în aparat, unul translucid în fața senzorului, numit și senzor. Modul în care funcționează un obturator de cameră foto este că ridică oglinda și îi schimbă unghiul de înclinare atunci când se apasă un buton. În acel moment, lumina lovește senzorul, după care imaginea este procesată și afișată pe ecran.

Cum funcționează a aparatului foto reflex este conectat cu o deschidere care se deschide treptat pentru a lăsa să intre lumina. Acesta este alcătuit din lobi, a căror poziție determină diametrul cercului central și cantitatea de lumină care trece prin el. Fasciculul de lumină lovește obiectivul, apoi oglinda, ecranul de focalizare și pentaprismul, unde imaginea este răsturnată, și apoi vizorul. Acesta este locul unde fotograful vede imaginea reală. Aparatele de fotografiat fără oglindă funcționează diferit, deoarece nu au vizor. Acesta este adesea înlocuit de un ecran sau de o versiune electronică. Numai camerele SLR au autofocalizare cu fază. O altă diferență este că, atunci când apăsați butonul de declanșare, lumina lovește imediat senzorul.

Concentrarea asupra subiectului

Calitatea unei imagini se schimbă în funcție de modul în care lumina intră prin obiectivul aparatului foto. Are de-a face cu unghiul la care intră fasciculul de lumină și cu structura sa. Această cale depinde de doi factori principali. Primul este unghiul de intrare a luminii în obiectiv. Al doilea este structura lentilei. Unghiul de intrare a luminii se modifică pe măsură ce obiectul se apropie sau se îndepărtează. Razele care intră la un unghi mai ascuțit vor ieși la un unghi mai puțin ascuțit și invers. Obiectivul camerei captează toate razele de lumină reflectate și folosește sticla pentru a le redirecționa către un singur punct, creând o imagine clară. "Unghiul de curbură" global în orice punct rămâne constant.

În cazul în care lumina nu lovește pe cea potrivită, imaginea va apărea neclară sau neclară. De fapt, îndoirea unei lentile mărește distanța dintre diferite puncte de pe lentilă. Razele din punctul cel mai apropiat converg mai departe de lentilă decât cele din punctul cel mai îndepărtat. Adică, imaginea reală a obiectului mai apropiat se formează mai departe de obiectiv decât cea a obiectului mai îndepărtat. "Unghiul de curbură" total este determinat de structura lentilei. Obiectivul camerei se rotește pentru a focaliza, apropiindu-se sau îndepărtându-se de suprafața filmului sau a senzorului. Lentila cu forma mai rotundă va avea un unghi de curbură mai ascuțit. Acest lucru mărește perioada de timp în care o parte a undei de lumină se deplasează mai repede decât cealaltă parte, astfel încât lumina face o întoarcere mai bruscă. Ca urmare, imaginea reală focalizată se formează mai departe de lentilă atunci când lentila are o suprafață mai plană.

Dimensiunea obiectivului și dimensiunea imaginii

Pe măsură ce distanța dintre lentilă și imaginea reală crește, razele de lumină se extind pentru a forma o imagine mai mare. O lentilă plană proiectează o imagine mare, dar filmul este expus doar în secțiunea sa centrală. În esență, obiectivul se concentrează pe centrul cadrului, mărind o zonă mică din fața privitorului. Atunci când partea frontală a sticlei se îndepărtează de senzorul camerei, subiecții se apropie mai mult. Distanța focală este măsurarea distanței dintre punctul în care lumina atinge pentru prima dată obiectivul și punctul în care ajunge la senzorul camerei. Aparatele foto profesionale vă permit să montați diferite obiective, cu măriri diferite. Gradul de mărire este descris de distanța focală. În cazul aparatelor de fotografiat, se definește ca fiind distanța dintre obiectiv și imaginea reală a unui obiect aflat la o distanță.

Diferențele dintre lentile

Un număr mai mare de distanțe focale indică o mărire mai mare a imaginii. Diferite lentile sunt potrivite pentru diferite situații. Dacă fotografiați un lanț muntos, puteți utiliza un obiectiv cu o distanță focală deosebit de lungă. Acestea vă permit să vă concentrați asupra anumitor elemente din depărtare. Dacă doriți un portret de aproape, un obiectiv cu unghi larg este bun. Are o distanță focală mult mai scurtă, astfel încât comprimă scena din fața fotografului.

Aberația cromatică

O lentilă de cameră este de fapt mai multe lentile combinate într-o singură unitate. O lentilă convergentă poate forma o imagine reală pe film, dar aceasta va fi distorsionată de o serie de aberații. Unul dintre cei mai importanți factori de deformare este faptul că diferitele culori ale spectrului se curbează diferit pe măsură ce trec prin lentilă. Această aberație cromatică creează în esență o imagine în care culorile nu sunt aliniate corect. Aparatele de fotografiat compensează acest lucru prin utilizarea mai multor lentile din materiale diferite. Fiecare lentilă procesează culorile în mod diferit, iar atunci când acestea sunt combinate într-un anumit mod, culorile sunt rearanjate. Un obiectiv cu zoom are capacitatea de a deplasa diferitele elemente ale obiectivului înainte și înapoi. Prin modificarea distanței dintre lentilele individuale, puteți ajusta mărirea lentilei ca întreg.

Film și senzori de imagine

Proiectarea și funcționarea unui aparat de fotografiat se referă, de asemenea, la înregistrarea informațiilor pe un suport. Din punct de vedere istoric, fotografii au fost, de asemenea, un fel de chimiști. Filmul este alcătuit din materiale sensibile la lumină. Când lumina din obiectiv atinge aceste materiale, ele înregistrează forma obiectelor și detaliile, cum ar fi cantitatea de lumină care iese din ele. Pelicula era developată într-o cameră obscură, supusă unei serii de băi chimice pentru a face imaginea să pară. Modul în care funcționează o cameră cu senzor este ușor diferit de cel al unei camere cu film. Deși lentilele, metodele și termenii sunt aceiași, senzorul unei camere digitale seamănă mai mult cu un panou solar decât cu o bandă de film. Fiecare senzor este separat în milioane de pixeli roșii, verzi și albaștri, sau megapixeli. Când lumina atinge un pixel, un senzor o transformă în energie, iar computerul din cameră citește câtă energie este produsă.

De ce contează megapixelii

Modul în care funcționează senzorul unei camere foto constă în măsurarea cantității de energie pe care o are fiecare pixel, ceea ce îi permite să determine ce zone ale unei imagini sunt luminoase și care sunt întunecate. Și pentru că fiecare pixel are o valoare de culoare, computerul camerei poate estima culorile dintr-o scenă observând ce pixeli vecini au înregistrat. Prin reunirea informațiilor de la toți pixelii, computerul este capabil să aproximeze formele și culorile subiectului. Dacă fiecare pixel colectează informații despre lumină, atunci senzorii camerei cu mai mulți megapixeli pot capta mai multe detalii.

De aceea, producătorii fac adesea publicitate pentru camerele megapixel cu o scurtă explicație a modului de funcționare a camerei. Deși acest lucru este adevărat într-o anumită măsură, dimensiunea senzorului este de asemenea importantă. Un senzor mai mare va colecta mai multă lumină, ceea ce ajută la captarea unei calități mai bune a imaginii în condiții de iluminare slabă. Ambalarea unui număr mare de megapixeli într-un senzor de mici dimensiuni degradează de fapt calitatea imaginii, deoarece pixelii individuali sunt prea mici. Obiectivul standard cu o distanță focală de 50 mm nu mărește sau micșorează semnificativ, ceea ce îl face ideal pentru Fotografiați subiecte care nu sunt nici prea apropiate, nici prea îndepărtate.

Cum funcționează "Polaroid"

Un studio foto portabil în care puteți face fotografii aproape instantaneu - pentru o lungă perioadă de timp, acesta a fost doar un vis. Până când a apărut un aparat de fotografiat neobișnuit, care nu îi făcea să aștepte săptămâni întregi pentru a le imprima. Edwin Land a creat primul aparat de fotografiat "Polaroid". A avut o idee pentru fotografia instantanee și a cerut finanțare de la Kodak. Dar firma a luat-o ca pe o glumă și doar a râs de el. Edwin Land s-a întors acasă și a început să lucreze la alte proiecte pentru a strânge bani. A creat obiectivul Polaroid și apoi a inventat celebrul său studio foto portabil.

Cum funcționează camera "Polaroid" Similar modului în care funcționează un aparat de fotografiat obișnuit, în interior se afla un substrat de plastic acoperit cu particule de un compus de argint sensibil la lumină. Fiecare butelie are aceleași straturi fotosensibile pe o foaie de plastic. Acestea conțineau toate substanțele chimice necesare pentru developarea unei fotografii. Sub fiecare strat colorat se află un alt strat de colorant. În total, există mai mult de 10 straturi diferite pe card, inclusiv un strat de bază opac, care reprezintă golul pentru reacția chimică. Componenta care declanșează procesul este reactivul, un amestec de dezactivatori, alcalin, pigment alb și alte elemente. Se află într-un strat situat chiar deasupra straturilor sensibile la lumină și chiar sub stratul de imagine.

Cum funcționează camera "Polaroid" întregul material reactiv este adunat într-o minge pe marginea foliei de plastic, departe de materialul fotosensibil, înainte de a se face fotografia. La apăsarea butonului, marginea filmului iese din aparat printr-o pereche de role care distribuie materialul reactiv în centrul cadrului. Atunci când reactivul este distribuit între stratul de imagine și straturile fotosensibile, acesta reacționează cu alte elemente chimice. Materialul opac împiedică filtrarea luminii pe straturile inferioare, astfel încât filmul nu este expus complet înainte de developare.

Reactivii chimici se deplasează în jos prin straturi, transformând particulele expuse ale fiecărui strat în argint metalic. Substanțele chimice dizolvă apoi colorantul de developare, astfel încât acesta începe să se deplaseze în sus pe stratul de imagine. Zonele de argint metalic din fiecare strat care au fost expuse la lumină rețin coloranții, astfel încât aceștia nu se mai deplasează în sus. Numai cerneala din straturile neexpuse va ajunge până la stratul de imagine. Lumina care se reflectă în pigmentul alb din reactiv trece prin aceste straturi colorate. Stratul de acid din film reacționează cu alcali și cu dezactivatorii din reactiv, ceea ce duce la dezvoltarea treptată a imaginii. Are nevoie de lumină pentru a se dezvolta până la capăt și, de obicei, fotograful, atunci când îndepărtează cardul, vede ultimul proces chimic implicat în dezvoltarea filmului.