Naprava in princip delovanja kamere

2024 Avtor: Sierra Becker | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-02-26 06:30

Fotografija je eden najpomembnejših izumov v zgodovini – resnično je spremenila način razmišljanja ljudi o svetu. Zdaj lahko vsak človek vidi podobe stvari, ki so dejansko na veliki razdalji ali že dolgo ne obstajajo. Vsak dan se na spletu objavi na milijarde fotografij, ki življenje spremenijo v digitalne slikovne pike informacij.

Struktura kamere

Fotografija vam omogoča, da ujamete pomembne trenutke življenja in jih shranite za prihodnja leta. Naprave za ustvarjanje slik so že dolgo vgrajene v telefone in druge pripomočke, vendar načelo delovanja kamere za mnoge ostaja skrivnost. Fotografija je tako znanost kot umetnost, vendar se velika večina ne zaveda, kaj se zgodi, ko pritisnejo gumb kamere ali odprejo aplikacijo za kamero na pametnem telefonu. Prva kamera, katere zgradba in načelo bomo obravnavali kasneje, sploh ni imela gumbov in sploh ni bila podobna aplikaciji. Toda njegova naprava je v središču sodobnih pripomočkov.

Na primer, filmska kamera je sestavljena iz treh glavnih elementov: optičnega - leče, kemičnega - filma in mehanskega - ohišja kamere. Na kratko razmislimo o principu delovanja kamere: film se naloži v tuljavo na desni in navije na drugo tuljavo na levi, ki na poti poteka pred objektivom. Je dolg trak fleksibilne plastike, prevlečen s posebnimi kemikalijami na osnovi svetlobno občutljivih srebrovih spojin.

Črno-beli film ima eno plast, barvni film pa tri: zgornji je občutljiv na modro svetlobo, sredina je občutljiva na zeleno, spodnji pa na rdečo. Slika je nastala zaradi kemične reakcije vsakega od njih. Da svetloba ne pokvari filma, je ta zavit v trpežen, na svetlobo odporen plastični valj, ki je nameščen v notranjosti fotoaparata. Kako pa združi vse komponente, da posnamejo jasno, prepoznavno podobo? Obstaja veliko različnih načinov za delovanje teh delov, vendar morate najprej razumeti osnovno načelo delovanja kamere. Ker fotografija ne zahteva električne energije, je običajna brezzrcalna kamera z eno lečo odlična ilustracija osnovnih procesov fotografiranja.

Zakaj potrebujete lečo

Najbolje je, da na kratko začnete razlagati, kako kamera deluje s teorijo. Predstavljajte si, da stojite sredi sobe brez oken, vrat ali luči. Na takem mestu ni videti ničesar, ker ni vira svetlobe. Ob predpostavki, da ste vzeli svetilko in jo prižgali, inžarek iz njega se premika v ravni črti. Ko ta svetloba zadene predmet, se odbije od njega in zadene vaše oči, kar vam omogoča, da vidite, kaj je v sobi.

Princip delovanja digitalnega fotoaparata je podoben procesu ugrabitve predmetov iz temne sobe s snopom svetilke. Optična komponenta fotoaparata je leča. Njegova naloga je, da odbije žarke svetlobe, ki se vračajo od motiva, in jih preusmeri, tako da se združijo in tvorijo sliko, ki je videti kot prizor pred objektivom. Morda ni povsem jasno, kako poteka ta proces in zakaj je običajno steklo sposobno preusmeriti svetlobo. Odgovor je zelo preprost: ko se svetloba premika iz enega medija v drugega, spremeni hitrost.

Kako deluje leča

Svetloba potuje hitreje po zraku kot skozi steklo, zato jo leča upočasni. Ko ga žarki zadenejo pod kotom, bo en del vala dosegel površje pred drugim in se tako najprej upočasnil. Ko svetloba vstopi v steklo pod kotom, se upogne v eno smer in nato spet, ko izstopi iz stekla, ker deli svetlobnega vala udarijo v zrak in pospešijo pred drugimi.

Standardna konveksna leča ima eno ali obe strani stekla ukrivljeno. To pomeni, da bodo prehajajoči svetlobni žarki, ko vstopijo, odklonjeni proti središču leče. V dvojni konveksni leči, kot je povečevalno steklo, se svetloba upogiba, ko vstopi, ko izstopi. To učinkovito spremeni pot svetlobe od objekta, ki je povezana z glavnimnačelo delovanja kamere. Svetlobni vir oddaja svetlobo v vse smeri. Vsi žarki se začnejo na eni točki in se nato nenehno razhajajo. Konvergentna leča vzame te žarke in jih preusmeri tako, da se vsi zbližajo nazaj na isto točko. Na tem mestu se dobi slika subjekta.

Načelo delovanja prve kamere

Prva celica je bila soba z majhno luknjo v eni stranski steni. Skozi njo je prehajala svetloba in se odbijala v ravnih črtah, slika pa je bila projicirana z glavo navzdol na nasprotno steno. Imenovali so jo camera obscura in so jo umetniki uporabljali za slikanje umetniških platna. Izum pripisujejo Leonardu da Vinciju. Čeprav so takšne naprave obstajale že dolgo pred prvo pravo fotografijo, se je ideja o pridobitvi slike na ta način porodila šele, ko se je nekdo odločil, da bo v ozadju te sobe postavil svetlobno občutljiv material. Načelo delovanja prve kamere je bilo naslednje: ko je žarek udaril v fotoobčutljiv material, so kemikalije reagirale in sliko vrezale na površino. Ker ta fotoaparat ni zajel preveč svetlobe, je za fotografiranje vzelo osem ur. Tudi slika je bila precej zamegljena.

Razlika med SLR fotoaparati

Profesionalci imajo pogosto raje SLR fotoaparate. Menijo, da je kakovost slike boljša, ker fotograf vidi pravo sliko motiva v iskalu, nepopačeno z digitalizacijo in filtri. Če na kratko opišemo načelo delovanja fotoaparata z refleksnim iskalom, potem se pomen skrči na to, da v takem fotoaparatu fotograf vidi resnično sliko. Vse podrobnosti lahko prilagodi tudi z vrtenjem in pritiskanjem gumbov. To je posledica dvojnega ogledala - pentaprizme. Toda v zasnovi kamere je še ena - prosojna, ki se nahaja pred matriko, ki se imenuje tudi senzor ali senzor. Načelo delovanja zaklopa fotoaparata je, da ob pritisku na gumb dvigne ogledalo in spremeni njegov kot naklona. V tem trenutku na senzor zadene svetlobni tok, po katerem se slika obdela in prikaže na zaslonu.

Načelo delovanja zrcalno-refleksnega fotoaparata je povezano z diafragmo, ki se postopoma odpira, da prepušča žarke. Sestavljen je iz cvetnih listov, katerih položaj določa premer osrednjega kroga in količino prepuščene svetlobe. Žarek zadene leče, nato pa na ogledalo, zaslon za ostrenje in pentaprimo, kjer se slika obrne, nato pa na iskalo. Tu fotograf vidi pravo sliko. Načelo delovanja brezzrcalne kamere je drugačno po tem, da nima takšnega iskala. Pogosto ga nadomesti zaslonska ali elektronska različica. Fazno samodejno ostrenje je na voljo tudi samo pri SLR fotoaparatih. Druga razlika je v tem, da ko pritisnete sprožilec, svetloba takoj zadene matriko fotoaparata.

Osredotočite se na predmet

Kakovost slike se spreminja glede na to, kako prehaja svetlobaskozi objektiv kamere. Povezan je s kotom, pod katerim svetlobni žarek vstopi vanj in kakšno je njegovo strukturo. Ta pot je odvisna od dveh glavnih dejavnikov. Prvi je kot, pod katerim svetlobni žarek vstopi v lečo. Druga je struktura leče. Kot vstopa svetlobe se spreminja, ko se predmet približuje ali oddaljuje od njega. Žarki, ki vstopajo pod ostrejšim kotom, bodo izstopili pod bolj tupim kotom in obratno. Objektiv kamere zajame vse odbite svetlobne žarke in jih s steklom preusmeri na eno samo točko in ustvari ostro sliko. Skupni "kot upogibanja" na kateri koli točki ostane konstanten.

Če svetloba ni izostrena, bo slika videti zamegljena ali izostrena. V bistvu upogibanje leče poveča razdaljo med različnimi točkami na njej. Žarki iz bližje točke se zbližajo dlje od leče kot iz daljše. To pomeni, da se realna slika bližjega predmeta oblikuje dlje od leče kot od bolj oddaljenega. Celoten "kot loka" je določen s strukturo leče. Objektiv kamere se vrti za izostritev tako, da se približa ali oddalji od površine filma ali senzorja. Leča z bolj okroglo obliko bo imela ostrejši kot ukrivljenosti. To poveča čas, v katerem en del svetlobnega vala potuje hitreje kot drugi del, zato se svetloba ostreje zavije. Posledično se realna slika v ostrenju oblikuje dlje od objektiva, ko ima leča bolj ravno površino.

Velikostvelikost objektiva in fotografije

Ko se razdalja med lečo in realno sliko povečuje, se svetlobni žarki širijo in tvorijo večjo sliko. Ploska leča projicira veliko sliko, vendar je film izpostavljen le na sredini slike. V bistvu je leča osredotočena na sredino okvirja in poveča majhno območje pred gledalcem. Ko se sprednji del stekla odmakne od senzorja kamere, se predmeti približajo. Goriščna razdalja je meritev razdalje med mestom, kjer svetlobni žarki prvič udarijo v objektiv, in mestom, kjer dosežejo senzor kamere. Profesionalne kamere vam omogočajo namestitev različnih objektivov z različnimi povečavami. Stopnja povečave je opisana z goriščno razdaljo. V fotoaparatih je opredeljena kot razdalja med objektivom in realno sliko predmeta na daljavi.

Razlike med lečami

Večje število goriščnih razdalj pomeni večjo povečavo slike. Za različne situacije so primerne različne leče. Če snemate gorovje, lahko uporabite objektiv s posebno veliko goriščno razdaljo. Omogočajo vam, da se osredotočite na določene elemente v daljavi. Če morate posneti portret od blizu, vam bo pomagal širokokotni objektiv. Ima veliko krajšo goriščno razdaljo, zato stisne prizor pred fotografom.

kromatska aberacija

Objektiv kamere je pravzaprav več leč, združenih v en blok. Lahko se oblikuje ena konvergentna lečarealna slika na filmu, vendar bo popačena zaradi številnih aberacij. Eden najpomembnejših dejavnikov popačenja je, da se različne barve spektra različno upogibajo, ko se premikajo skozi lečo. Ta kromatična aberacija v bistvu ustvari sliko, kjer toni niso pravilno poravnani. Kamere to kompenzirajo z uporabo več objektivov iz različnih materialov. Vsaka leča različno obdeluje barve in ko se na določen način združijo, se barve prerazporedijo. Zoom objektiv ima možnost premikanja različnih elementov objektiva naprej in nazaj. S spreminjanjem razdalje med posameznimi lečami lahko prilagodite moč povečave leče kot celote.

Filmski in slikovni senzorji

Naprava in princip delovanja kamere sta povezana tudi s snemanjem informacij na medij. Zgodovinsko gledano so bili fotografi tudi neke vrste kemiki. Film je sestavljen iz fotoobčutljivih materialov. Ko te materiale udari svetloba iz leče, zajamejo obliko predmetov in podrobnosti, na primer, koliko svetlobe prihaja iz njih. V temni sobi je bil film razvit, podvržen seriji kemičnih kopeli, da se ustvari slika. Načelo delovanja kamere s senzorjem se nekoliko razlikuje od delovanja filmske kamere. Čeprav so objektivi, metode in izrazi enaki, je senzor digitalnega fotoaparata bolj podoben sončni plošči kot traku filma. Vsak senzor je razdeljen na milijone rdečih, zelenih in modrih slikovnih pik ali megapikslov. Ko svetloba zadene slikovno piko, jo senzor pretvori v energijo, računalnik, vgrajen v kamero, pa prebere, koliko energijev proizvodnji.

Zakaj so megapiksli pomembni

Način delovanja senzorja kamere je, da izmeri, koliko energije ima vsaka slikovna pika, in mu omogoča, da ugotovi, katera področja slike so svetla in temna. In ker ima vsaka slikovna pika barvno vrednost, lahko računalnik kamere presodi barve v prizoru tako, da pogleda, katere druge bližnje slikovne pike so registrirane. Z združevanjem informacij iz vseh slikovnih pik računalnik lahko približa oblike in barve predmeta, ki ga fotografirate. Če vsaka slikovna pika zbira informacije o svetlobi, lahko senzorji kamere z več megapiksli zajamejo več podrobnosti.

Zato proizvajalci pogosto oglašujejo kamere z megapiksli tako, da dodajo kratko razlago, kako fotoaparat deluje. Čeprav to do neke mere drži, je pomembna tudi velikost senzorja. Večji senzorji bodo zbrali več svetlobe, kar vam bo pomagalo doseči boljšo kakovost slike pri šibki svetlobi. Pakiranje veliko megapikslov v majhen senzor dejansko poslabša kakovost slike, ker so posamezne slikovne pike premajhne. Standardna leča 50 mm objektiva ne omogoča veliko povečave ali pomanjševanja, zaradi česar je idealna za motive, ki niso preblizu ali predaleč.

Kako Polaroid deluje

Prenosni foto studio, ki zajema skoraj takojšnje slike, so bile sanje že dolgo časa. Dokler ni bilo nenavadne kamere, ki omogoča, da ne čakate tedne na izpiseslike. Edwin Land je ustvaril prvo polaroidno kamero. Imel je idejo za takojšnjo fotografijo in je prosil Kodak za financiranje. A družba je to vzela za šalo in se mu le smejala. Edwin Land je odšel domov in začel delati na drugih projektih za zbiranje denarja. Ustvaril je Polaroid Lens in nato izumil svoj slavni prenosni foto studio.

Načelo delovanja polaroidne kamere je podobno mehanizmu delovanja običajne filmske kamere, v notranjosti katere je bila plastična podlaga, prevlečena s svetlobno občutljivimi delci srebrne spojine. Vsak prazen za fotografijo ima enake svetlobno občutljive plasti, ki se nahajajo na plastični plošči. Vsebujejo vse potrebne kemikalije za razvijanje fotografije. Pod vsako barvno plastjo je še ena, z barvilom. Skupno je na kartici več kot 10 različnih plasti, vključno z neprozorno osnovno plastjo, ki je prazen za kemično reakcijo. Komponenta, ki začne postopek, je reagent, mešanica deaktivatorjev, alkalij, belega pigmenta in drugih elementov. Je v sloju tik nad fotoobčutljivimi plastmi in tik pod slojem slike.

Načelo delovanja Polaroid kamere je, da se pred fotografiranjem ves reagentni material zbere v obliki kroglice na robu plastične folije, stran od fotoobčutljivega materiala. Po pritisku na gumb rob filma izstopi iz komore skozi par valjev, ki razporedijo reagentni material v srediniokvir. Ko je reagent porazdeljen med slikovno plastjo in fotoobčutljivimi plastmi, reagira z drugimi kemičnimi elementi. Prozoren material preprečuje filtriranje svetlobe v spodnje plasti, zato film ni popolnoma izpostavljen, preden se razvije.

Kemikalije se premikajo navzdol skozi plasti in izpostavljene delce vsake plasti spremenijo v kovinsko srebro. Kemikalije nato raztopijo razvijalno barvilo, tako da začne pronicati v slikovno plast. Območja kovinskega srebra v vsaki plasti, ki so bila izpostavljena svetlobi, ujamejo barve, tako da se prenehajo premikati navzgor. Na sloj slike se bodo premaknile samo barve iz neosvetljenih plasti. Svetloba, ki se odbija od belega pigmenta v reagentu, prehaja skozi te barvne plasti. Kisla plast v filmu reagira z alkalijo in deaktivatorji v reagentu, kar povzroči postopni razvoj slike. Potrebuje svetlobo, da se popolnoma razvije, in običajno fotograf izvleče kartico in vidi končno kemijo, ki je vključena v razvoj filma.