Как изображение захватывается камерой?

Фотография стала частью нашей жизни. Мы делаем снимки каждый день, делимся ими с друзьями и семьей и незаметно поощряем других делать это, даже не осознавая этого, в результате чего по всему миру делается невероятное количество фотографий.

Нажатие кнопки спуска затвора запускает цепную реакцию внутри камеры, что приводит к записи изображения. Это серия событий, которые происходят внутри камеры одно за другим, и все они запускаются нажатием кнопки спуска затвора. Это похоже на эффект домино — плавно и эффективно.

Что такое диафрагма в фотографии? - ...Что такое диафрагма в фотографии? - Что это такое и как его использовать

Вы когда-нибудь задумывались, что именно происходит внутри камеры во время процесса создания изображения? Вы когда-нибудь хотели знать, как камера захватывает изображение? Сегодня мы узнаем все об этом и многом другом.

Как работает камера?

Камера представляет собой светонепроницаемую коробку с небольшим отверстием на одном конце. Свет попадает в камеру через это отверстие, и изображение формируется на фотографическом носителе. Это самое простое объяснение внутренних функций камеры. Однако, помимо этого простого объяснения, около сотни различных процессов происходят как часы.

От света к изображению. Как формируется изображение внутри камеры?

Благодаря появлению мощных смартфонов со встроенными камерами практически в каждой руке по всему миру есть подходящая камера. Если Kodak Brownie сделал фотографию доступным среднему потребителю, то смартфоны определенно сделали ее доступной для всех.

Независимо от марки или модели камеры, на которую вы смотрите, она состоит из трех основных частей. Мы можем разделить их на объектив, корпус камеры и светочувствительный носитель, который преобразует оптические сигналы в электронную информацию.

Световые лучи попадают в камеру через линзу. Они проходят через корпус камеры и попадают на датчик в задней части камеры, где формируется изображение.

Давайте подробнее рассмотрим каждый из этих компонентов, чтобы попытаться точно определить роль, которую каждый из них играет в процессе создания изображения.

Часть 1. Объектив:захват световых лучей

Первая часть камеры имеет дело со световыми лучами, попадающими в камеру. Он делает это через оправу объектива.

Оправа объектива имеет оптические стеклянные элементы. Работа этих стеклянных элементов состоит в том, чтобы собирать рассеянные световые лучи и направлять их на пленку или датчик изображения в задней части камеры для создания изображения.

Кроме того, есть и другие стеклянные элементы, помогающие сфокусировать изображение.

Помимо этого, есть много других элементов, и каждый из них выполняет определенную роль. К ним относятся элементы ED, которые помогают скорректировать хроматические аберрации, элементы VR для устранения дрожания изображения и т. д.

Одной из важнейших функций вашего объектива является функция масштабирования. Однако не все объективы имеют эту функцию. Объективы, которые не могут трансфокировать, называются объективами с фиксированным фокусным расстоянием.

Когда вы поворачиваете кольцо трансфокатора на корпусе объектива, некоторые элементы внутри корпуса объектива перемещаются вперед и назад. Это движение оказывает увеличивающее воздействие на изображение. Таким образом, при увеличении масштаба объект кажется больше, а при уменьшении — меньше.

Часть 2. Сенсор цифровой камеры

Цифровой датчик является наиболее важным аспектом вашей камеры. Это цифровой датчик, который улавливает свет и преобразует его в электрические сигналы. Раньше вместо цифрового сенсора использовалась фотопленка.

Я расскажу о фотопленке сразу после этого.

Цифровой датчик состоит из тонкой платы. На одной стороне платы находится массив светочувствительных фотодиодов. На другой стороне датчика находится наконечник для проводки.

В некоторых старых системах камер проводка находилась на той же стороне, что и фотодиоды. Это был принципиально плохой дизайн. Это привело к большому беспорядку и привело к потере света и увеличению количества шума.

Сенсоры современных камер спроектированы лучше. Они разработаны с использованием многослойной архитектуры, которая еще больше снижает уровень шума и улучшает качество изображений. Кроме того, конструкция с задней подсветкой гарантирует, что фотодиоды могут собирать гораздо больше света и, как следствие, создавать более чистые изображения.
Я подробно расскажу о том, как работает типичный датчик изображения, в следующем заголовке ниже.

Пленка с камеры

До цифрового сенсора была фотопленка. Фотопленка была популяризирована и массово производилась во времена Джорджа Истмена. Но в первые дни существования фотопленки она изготавливалась не из пластика. Вместо этого он был сделан из бумаги. Изготовление прозрачной пленки на основе нитроцеллюлозы началось в 1889 году.

Современная фотопленка представляет собой тонкую полоску прозрачной пленочной основы, с одной стороны покрытую слоем желатиновой эмульсии. В этой эмульсии используются кристаллы галогенида серебра. Этот кристалл галогенида серебра определяет светочувствительность поверхности с покрытием, разрешение и общее качество изображения.

Проявочная

Темная комната связана с проявкой и печатью фотопленки. Это старый процесс, который теперь стал бесполезным из-за появления цифровых датчиков и обработки изображений в камере.

Темная комната — это светонепроницаемое помещение, используемое для проявления рулонов отснятой пленки.

Готовится серия химических ванн, и негатив окунается в эти растворы, чтобы инициировать развитие, а когда процесс проявления завершен, чтобы остановить дальнейшее развитие. Первое решение известно как проявитель, а второе — стоп-ванна.

После проявления рулонов пленки они печатаются на бумаге для печати. Увеличитель используется для передачи света через него на фотобумагу, содержащую светочувствительный галогенид серебра.

Часть 3. Корпус камеры

Камера образует основной корпус вашей фотокамеры.

В настоящее время используется множество различных типов систем камер. Я не буду вдаваться в подробности об этих аспектах здесь.

В широком смысле системы камер можно разделить на два сегмента:(а) системы со сменными объективами и (б) системы с фиксированными объективами.

Оба популярны, и оба имеют свои преимущества и недостатки. Но первый (те, у кого система сменных объективов, стал самым доминирующим).

Эти системы камер имеют крепление объектива, что означает, что вы можете менять объективы и выбирать, какой объектив использовать в конкретной ситуации съемки. Отсюда и название фотоаппаратов со сменными объективами.

В настоящее время используются два основных типа систем камер со сменными объективами:(а) цифровые зеркальные камеры и (б) беззеркальные камеры.

Механика цифровой зеркальной камеры и принцип ее работы

Давайте посмотрим на физику того, как изображение формируется внутри одной из этих систем камер. И зеркалки, и беззеркальные системы имеют одну общую черту:цифровой датчик на задней панели камеры. У них также есть одно большое отличие, и это рефлекторное зеркало. У зеркальных камер они есть, а у беззеркальных нет. Это также объясняет, почему у DSLR есть оптический видоискатель, а у беззеркальной камеры — электронный видоискатель.

Обе системы камер очень похожи; Я возьму цифровую зеркальную камеру, чтобы объяснить фактический процесс создания изображений в одной из этих систем камер.

Линза

Как уже объяснялось ранее, DSLR расшифровывается как цифровой однообъективный зеркальный фотоаппарат. Слово «рефлекс» означает рефлекторное зеркало внутри камеры. Когда вы смотрите в видоискатель цифровой зеркальной камеры, изображение, которое вы видите, создается светом, попадающим в камеру и отражающимся через зеркальное зеркало.

К настоящему времени вы знаете, что тубус объектива позволяет свету проникать внутрь камеры. Объектив имеет небольшое отверстие, известное как диафрагма. Этим размером диафрагмы можно управлять с помощью набора механических и электронных элементов управления на камере.

Чем больше отверстие диафрагмы, тем больше света попадает в камеру, и наоборот.

Рефлекторное зеркало

После попадания в оправу объектива свет попадает на зеркальную камеру. Эта зеркальная камера установлена ​​под углом 45 градусов, чтобы облегчить отражение света вверх под углом 90 градусов.

После отражения от зеркального зеркала оно далее отражается пентазеркалом или пентапризмой, в зависимости от типа вашей цифровой зеркальной камеры. После отражения свет проходит через видоискатель на задней панели камеры. Это вид, который вы видите, когда смотрите в видоискатель.

Но это еще не все. Когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, отражающее зеркало, расположенное перед датчиком изображения, отклоняется вверх и в сторону от пути падающего света. Теперь свет имеет свободный путь к датчику на задней панели камеры.

Занавески

Но прежде чем это произойдет, шторки затвора должны открыться. На любой цифровой зеркальной камере есть две шторки затвора. Первый открывается, пропуская свет и достигая датчика. Второй следует сразу после закрытия отверстия. После завершения процесса создания изображения обе шторки сбрасываются и готовы к следующему снимку.

Датчик изображения

Окончательный процесс происходит, когда световые лучи достигают датчика изображения. Каждый фотодиод на датчике изображения можно сравнить с ведром для сбора воды. Только в этом случае фотодиоды собирают фотоны.

Фотоны преобразуются в электронную информацию. Уместно отметить, что каждый фотодиод покрыт фильтром, пропускающим только один из трех основных цветов. Все остальные цвета отбрасываются.

Фотодиоды расположены в виде массива, в котором собраны три основных цвета — синий, зеленый и красный. Интересно, что зеленых фильтров вдвое больше, чем красных или синих. Причина в том, что человеческий глаз более чувствителен к восприятию зеленого цвета, чем красного или синего. В два раза больше зеленых пикселей позволяет получить более чистое и естественное изображение.

Процесс автофокусировки с использованием фазовой автофокусировки

Процесс автофокусировки — относительно новая технология в камерах. У меня нет возможности обсуждать здесь все об автофокусировке и ее истории. Я могу сказать, что автофокусировка на ранних системах цифровых зеркальных камер зависела от механизма объектива, где светоделитель использовался для разделения световых лучей, попадающих в камеру и попадающих на главное зеркальное зеркало.

После попадания в главное рефлекторное зеркало свет перенаправлялся на датчик автофокусировки в нижней части камеры. Разделенный луч попал на вторичное зеркало, прежде чем достиг датчика автофокусировки. Это очень сложная технология, которая зависит от механической эффективности конструкции камеры.

Технология фазовой автофокусировки и ее последние улучшения

Единственным серьезным недостатком традиционного механизма автофокусировки с определением фазы является то, что, когда камера находится в режиме просмотра в реальном времени, он не работает. Производителям камер приходилось полагаться на более старый и более медленный механизм автофокусировки с определением контраста, чтобы зафиксировать фокус в режиме просмотра в реальном времени.

В современных цифровых зеркальных камерах используется модернизированная технология автофокусировки с определением фазы. В этой технологии используется встроенная фазовая автофокусировка, встроенная в основной чип датчика.

Canon была первой маркой камер с этой новой технологией автофокусировки. Они назвали его Dual Pixel Auto Focus. Сегодня большинство производителей камер используют одну и ту же технологию в разных формах. Вы можете найти аналогичную технологию в смартфонах.

Заключительные мысли

Внутренний процесс камеры является свидетельством изобретательности человеческого ума. От своего скромного начала около 2000 лет назад, когда впервые была обнаружена камера-обскура, до современного чуда — беззеркальной камеры — технология прошла долгий путь. А вместе с ним развивался и процесс создания изображений.

Однако что не изменилось, так это основные принципы создания изображений, правила и рекомендации. Изображение по-прежнему формируется человеческим разумом до того, как его зафиксирует камера.

Человеческий разум постоянно раздвигал границы возможного с помощью камеры. Новые технологии просто упростили захват видения, но не смогли убрать шесть дюймов позади него.

Нашли это интересным чтением? Хотите узнать больше о том, как работает фотообъектив? Проверьте это.