Urządzenie i zasada działania aparatu

2024 Autor: Sierra Becker | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-26 06:11

Fotografia jest jednym z najważniejszych wynalazków w historii - naprawdę zmieniła sposób myślenia ludzi o świecie. Teraz każdy może zobaczyć obrazy rzeczy, które faktycznie znajdują się w dużej odległości lub nie istniały od dawna. Każdego dnia w Internecie publikowane są miliardy zdjęć, zamieniając życie w cyfrowe piksele informacji.

Struktura aparatu

Fotografia pozwala uchwycić ważne chwile z życia i zachować je na długie lata. Urządzenia do tworzenia obrazów od dawna są wbudowane w telefony i inne gadżety, ale zasada działania aparatu pozostaje dla wielu tajemnicą. Fotografia jest w równym stopniu nauką, co sztuką, ale zdecydowana większość nie zdaje sobie sprawy z tego, co dzieje się po naciśnięciu przycisku aparatu lub otwarciu aplikacji aparatu w smartfonie. Pierwszy aparat, którego budowę i zasadę działania omówimy później, w ogóle nie miał przycisków i wcale nie przypominał aplikacji. Ale jego urządzenie jest sercem nowoczesnych gadżetów.

Na przykład kamera filmowa składa się z trzech głównych elementów: optycznego - obiektyw, chemicznego - film i mechanicznego - korpus aparatu. Rozważmy pokrótce zasadę działania aparatu: film jest ładowany na szpulę po prawej stronie i nawijany na szpulę po lewej stronie, przechodząc po drodze przed obiektywem. Jest to długi pasek elastycznego tworzywa sztucznego pokrytego specjalnymi środkami chemicznymi na bazie światłoczułych związków srebra.

Czarno-biały film ma jedną warstwę, a kolorowy ma trzy: góra jest wrażliwa na światło niebieskie, środek jest wrażliwy na zieleń, a dolna jest wrażliwa na czerwień. Obraz uzyskano dzięki reakcji chemicznej każdego z nich. Aby światło nie psuło filmu, owinięto go w wytrzymały, światłoodporny plastikowy cylinder, który umieszcza się wewnątrz aparatu. Ale jak łączy wszystkie komponenty, aby tworzyły wyraźny, rozpoznawalny obraz? Istnieje wiele różnych sposobów, aby te części działały, ale najpierw musisz zrozumieć podstawową zasadę działania aparatu. Ponieważ fotografia nie wymaga prądu, konwencjonalny jednoobiektywowy aparat bezlusterkowy jest doskonałą ilustracją podstawowych procesów fotograficznych.

Dlaczego potrzebujesz soczewki

Najlepiej pokrótce zacząć wyjaśniać, jak aparat współpracuje z teorią. Wyobraź sobie, że stoisz na środku pokoju bez okien, drzwi i świateł. W takim miejscu nic nie widać, bo nie ma źródła światła. Zakładając, że wyjąłeś latarkę i włączyłeś ją, iwiązka z niego porusza się w linii prostej. Kiedy to światło uderza w przedmiot, odbija się od niego i uderza w twoje oczy, pozwalając ci zobaczyć, co jest w pokoju.

Zasada działania aparatu cyfrowego jest podobna do procesu wyrywania przedmiotów z ciemnego pokoju wiązką z latarki. Elementem optycznym aparatu jest obiektyw. Jego zadaniem jest odbijanie promieni światła powracających od obiektu i przekierowywanie ich tak, aby połączyły się, tworząc obraz, który wygląda jak scena przed obiektywem. Może nie być do końca jasne, w jaki sposób zachodzi ten proces i dlaczego zwykłe szkło jest w stanie przekierować światło. Odpowiedź jest bardzo prosta: kiedy światło przemieszcza się z jednego medium na drugie, zmienia prędkość.

Jak działa soczewka

Światło porusza się szybciej w powietrzu niż przez szkło, więc obiektyw je spowalnia. Kiedy promienie uderzają w nią pod kątem, jedna część fali dotrze do powierzchni przed drugą iw ten sposób najpierw zwolni. Kiedy światło wpada do szkła pod kątem, ugina się w jednym kierunku, a następnie ponownie, gdy wychodzi ze szkła, ponieważ części fali świetlnej uderzają w powietrze i przyspieszają przed innymi.

Standardowa soczewka wypukła ma zakrzywioną jedną lub obie strony szkła. Oznacza to, że przechodzące promienie świetlne będą odchylane w kierunku środka soczewki, gdy wejdą. W podwójnej soczewce wypukłej, takiej jak szkło powiększające, światło ugina się, gdy wchodzi i wychodzi. To skutecznie zmienia drogę światła od obiektu, która jest związana z głównymzasada działania aparatu. Źródło światła emituje światło we wszystkich kierunkach. Wszystkie promienie zaczynają się w jednym punkcie, a następnie stale się rozchodzą. Soczewka skupiająca pobiera te promienie i przekierowuje je tak, że wszystkie zbiegają się z powrotem do tego samego punktu. W tym miejscu uzyskuje się wizerunek podmiotu.

Zasada działania pierwszej kamery

Pierwsza cela była pomieszczeniem z małą dziurą w jednej bocznej ścianie. Światło przechodziło przez nią i odbijało się w prostych liniach, a obraz był wyświetlany do góry nogami na przeciwległej ścianie. Nazywano ją camera obscura i była używana przez artystów do malowania płócien artystycznych. Wynalazek przypisuje się Leonardo da Vinci. Chociaż takie urządzenia istniały na długo przed pierwszą prawdziwą fotografią, dopiero gdy ktoś zdecydował się na umieszczenie materiału światłoczułego na zapleczu tego pokoju, narodził się pomysł uzyskania obrazu w ten sposób. Zasada działania pierwszego aparatu była następująca: gdy wiązka trafiła w materiał światłoczuły, chemikalia reagowały i wytrawiały obraz na powierzchni. Ponieważ ten aparat nie uchwycił zbyt dużo światła, zrobienie jednego zdjęcia zajęło osiem godzin. Obraz również był dość rozmazany.

Różnica między lustrzankami

Profesjonaliści często preferują lustrzanki. Uważa się, że jakość zdjęcia jest lepsza, ponieważ fotograf widzi w wizjerze rzeczywisty obraz obiektu, a niezniekształcone przez cyfryzację i filtry. Jeśli krótko opiszemy zasadę działania aparatu z lustrzanką, to sens sprowadza się do tego, że w takim aparacie fotograf widzi prawdziwy obraz. Może również dostosować wszystkie szczegóły, obracając i naciskając przyciski. Wynika to z podwójnego lustra - pryzmatu pentagonalnego. Ale w konstrukcji aparatu jest jeszcze jeden - półprzezroczysty, umieszczony przed matrycą, która jest również nazywana czujnikiem lub czujnikiem. Zasada działania migawki aparatu polega na tym, że po naciśnięciu przycisku podnosi lustro i zmienia jego kąt nachylenia. W tym momencie na czujnik trafia strumień światła, po czym obraz jest przetwarzany i wyświetlany na ekranie.

Zasada działania lustrzanki jest połączona z membraną, która stopniowo otwiera się, aby przepuścić promienie. Składa się z płatków, których położenie określa średnicę centralnego okręgu i ilość przepuszczanego światła. Wiązka trafia w soczewki, a następnie w lustro, matówkę i pryzmat pentagonalny, gdzie obraz jest odwracany, a następnie w wizjer. To tutaj fotograf widzi prawdziwy obraz. Zasada działania bezlusterkowca różni się tym, że nie ma takiego wizjera. Często zastępuje go wersja ekranowa lub elektroniczna. Autofokus fazowy jest również dostępny tylko w lustrzankach. Kolejna różnica polega na tym, że po naciśnięciu spustu migawki światło natychmiast pada na matrycę aparatu.

Skup się na obiekcie

Jakość obrazu zmienia się w zależności od przechodzenia światłaprzez obiektyw aparatu. Wiąże się to z kątem, pod jakim wpada do niego wiązka światła i jaka jest jego budowa. Ta ścieżka zależy od dwóch głównych czynników. Pierwszy to kąt, pod jakim wiązka światła wpada do soczewki. Drugi to budowa soczewki. Kąt wpadania światła zmienia się, gdy obiekt zbliża się lub oddala od niego. Promienie, które wchodzą pod ostrzejszym kątem, wychodzą pod bardziej rozwartym kątem i na odwrót. Obiektyw aparatu wychwytuje wszystkie odbite promienie świetlne i wykorzystuje szkło do przekierowania ich do jednego punktu, tworząc ostry obraz. Całkowity „kąt zgięcia” w dowolnym punkcie pozostaje stały.

Jeśli światło jest nieostre, obraz będzie rozmazany lub nieostry. Zasadniczo wygięcie soczewki zwiększa odległość między różnymi punktami na niej. Promienie z bliższego punktu zbiegają się dalej od soczewki niż z jednego dalej. Oznacza to, że rzeczywisty obraz bliższego obiektu powstaje dalej od soczewki niż z bardziej odległego. Całkowity „kąt wygięcia” zależy od budowy soczewki. Obiektyw aparatu obraca się, aby ustawić ostrość, zbliżając się lub oddalając od powierzchni kliszy lub czujnika. Soczewka o bardziej okrągłym kształcie będzie miała ostrzejszy kąt krzywizny. Wydłuża to czas, w którym jedna część fali świetlnej przemieszcza się szybciej niż druga, dzięki czemu światło wykonuje ostrzejszy skręt. W rezultacie rzeczywisty obraz w ognisku powstaje dalej od obiektywu, gdy obiektyw ma bardziej płaską powierzchnię.

Rozmiarrozmiar obiektywu i zdjęcia

Wraz ze wzrostem odległości między soczewką a rzeczywistym obrazem promienie świetlne rozszerzają się, tworząc większy obraz. Płaski obiektyw wyświetla duży obraz, ale film jest naświetlany tylko w środku obrazu. Zasadniczo soczewka jest wyśrodkowana pośrodku kadru, powiększając niewielki obszar przed widzem. Gdy przód szkła odsuwa się od czujnika aparatu, obiekty zbliżają się. Ogniskowa jest miarą odległości między miejscem, w którym promienie światła najpierw trafiają na obiektyw, a miejscem, w którym docierają do matrycy aparatu. Profesjonalne kamery pozwalają na montaż różnych obiektywów, o różnych powiększeniach. Stopień powiększenia opisuje ogniskowa. W kamerach definiuje się ją jako odległość między obiektywem a rzeczywistym obrazem obiektu z dużej odległości.

Różnice między soczewkami

Większa liczba ogniskowych oznacza większe powiększenie obrazu. Różne soczewki są odpowiednie do różnych sytuacji. Jeśli fotografujesz w górach, możesz użyć obiektywu o szczególnie dużej ogniskowej. Pozwalają skupić się na pewnych elementach w oddali. Jeśli chcesz zrobić portret z bliska, wystarczy obiektyw szerokokątny. Ma znacznie krótszą ogniskową, więc kompresuje scenę przed fotografem.

Aberracja chromatyczna

Obiektyw aparatu to w rzeczywistości kilka obiektywów połączonych w jeden blok. Może powstać jedna skupiająca soczewkaprawdziwy obraz na kliszy, ale będzie zniekształcony przez szereg aberracji. Jednym z najważniejszych czynników dystorsji jest to, że różne kolory widma wyginają się w różny sposób podczas przemieszczania się przez obiektyw. Ta aberracja chromatyczna zasadniczo tworzy obraz, w którym tony nie są prawidłowo wyrównane. Aparaty kompensują to, stosując wiele obiektywów wykonanych z różnych materiałów. Każda soczewka inaczej przetwarza kolory, a gdy są one połączone w określony sposób, kolory się przestawiają. Obiektyw zmiennoogniskowy ma możliwość przesuwania różnych elementów obiektywu do przodu i do tyłu. Zmieniając odległość między poszczególnymi soczewkami, możesz dostosować moc powiększenia soczewki jako całości.

Czujniki kliszy i obrazu

Urządzenie i zasada działania kamery związane są również z zapisem informacji na nośniku. Fotografowie byli też historycznie rodzajem chemików. Film składa się z materiałów światłoczułych. Gdy na te materiały padnie światło z obiektywu, wychwytują one kształt obiektów i szczegóły, takie jak ilość światła z nich wydobywającego się. W ciemnym pomieszczeniu film został wywołany, poddany serii kąpieli chemicznych w celu wytworzenia obrazu. Zasada działania kamery z czujnikiem różni się nieco od działania kamery filmowej. Chociaż obiektywy, metody i terminy są takie same, czujnik aparatu cyfrowego bardziej przypomina panel słoneczny niż pasek filmu. Każdy sensor jest podzielony na miliony czerwonych, zielonych i niebieskich pikseli lub megapikseli. Gdy światło pada na piksel, czujnik zamienia go na energię, a komputer wbudowany w aparat odczytuje, ile energiiw trakcie produkcji.

Dlaczego megapiksele mają znaczenie

Sposób działania czujnika aparatu polega na mierzeniu energii każdego piksela i pozwala określić, które obszary obrazu są jasne, a które ciemne. A ponieważ każdy piksel ma wartość koloru, komputer aparatu może ocenić kolory w scenie, sprawdzając, jakie inne pobliskie piksele są zarejestrowane. Łącząc informacje ze wszystkich pikseli, komputer jest w stanie przybliżyć kształty i kolory fotografowanego obiektu. Jeśli każdy piksel zbiera informacje o świetle, czujniki aparatu z większą liczbą megapikseli mogą uchwycić więcej szczegółów.

Dlatego producenci często reklamują aparaty megapikselowe, dodając krótkie wyjaśnienie, jak działa aparat. Chociaż do pewnego stopnia jest to prawdą, ważny jest również rozmiar czujnika. Większe sensory gromadzą więcej światła, co pomoże Ci uzyskać lepszą jakość obrazu przy słabym oświetleniu. Spakowanie wielu megapikseli do małego czujnika faktycznie pogarsza jakość obrazu, ponieważ poszczególne piksele są za małe. Standardowy obiektyw obiektywu 50 mm nie pozwala na duże powiększanie ani pomniejszanie, dzięki czemu idealnie nadaje się do obiektów, które nie są zbyt blisko ani zbyt daleko.

Jak działa Polaroid

Przenośne studio fotograficzne, które rejestruje niemal natychmiastowe obrazy, było marzeniem od dawna. Dopóki nie pojawił się nietypowy aparat, który pozwala nie czekać tygodniami na wydrukiobrazy. Edwin Land stworzył pierwszy aparat Polaroid. Miał pomysł na natychmiastową fotografię i poprosił Kodaka o fundusze. Ale firma potraktowała to jako żart i tylko się z niego śmiała. Edwin Land wrócił do domu i zaczął pracować nad innymi projektami, aby zebrać pieniądze. Stworzył Polaroid Lens, a następnie wynalazł swoje słynne przenośne studio fotograficzne.

Zasada działania aparatu Polaroid jest podobna do mechanizmu działania konwencjonalnej kamery filmowej, wewnątrz której znajdowała się plastikowa podstawa pokryta światłoczułymi cząsteczkami srebra. Każdy półfabrykat do fotografii ma te same warstwy światłoczułe umieszczone na arkuszu z tworzywa sztucznego. Zawierają wszystkie niezbędne chemikalia do wywołania zdjęcia. Pod każdą kolorową warstwą znajduje się kolejna z barwnikiem. W sumie na karcie znajduje się ponad 10 różnych warstw, w tym nieprzezroczysta warstwa bazowa, która jest ślepą próbą reakcji chemicznej. Składnik uruchamiający proces to odczynnik, mieszanina dezaktywatorów, alkaliów, białego pigmentu i innych pierwiastków. Znajduje się na warstwie tuż nad warstwami światłoczułymi i tuż pod warstwą obrazu.

Zasada działania aparatu Polaroid polega na tym, że przed zrobieniem zdjęcia cały materiał odczynnika jest zbierany w formie kulki na brzegu plastikowego arkusza, z dala od materiału światłoczułego. Po naciśnięciu przycisku krawędź folii wychodzi z komory przez parę rolek, które rozprowadzają materiał odczynnika w środkurama. Gdy odczynnik jest rozprowadzony między warstwą obrazową a warstwami światłoczułymi, reaguje z innymi pierwiastkami chemicznymi. Nieprzezroczysty materiał zapobiega przenikaniu światła do warstw leżących poniżej, więc film nie jest w pełni naświetlony przed wywołaniem.

Substancje chemiczne przemieszczają się w dół przez warstwy, zamieniając odsłonięte cząsteczki każdej warstwy w metaliczne srebro. Chemikalia następnie rozpuszczają barwnik wywoływacza, który zaczyna przenikać do warstwy obrazu. Obszary metalicznego srebra w każdej warstwie, które zostały wystawione na działanie światła, zatrzymują barwniki, dzięki czemu przestają się przesuwać. Na warstwę obrazu zostaną przeniesione tylko farby z nienaświetlonych warstw. Światło odbijające się od białego pigmentu w odczynniku przechodzi przez te kolorowe warstwy. Warstwa kwasowa w filmie reaguje z alkaliami i dezaktywatorami w odczynniku, powodując stopniowe wywoływanie obrazu. Do pełnego wywołania potrzebuje światła, a zwykle fotograf wyciąga kartę i widzi ostatnią chemię związaną z wywoływaniem filmu.