Как работает фотоаппарат можно изучить еще в школе. Но знать конструктивные особенности интересно каждому владельцу фотокамеры. Основной принцип работы цифрового фотоаппарата можно выразить в нескольких словах: свет преображается в электричество. Все здесь служит для привлечения света, от кнопки пуск до линз.

Что же революционного с точки зрения света в цифровом фотоаппарате. Он преобразует свет в электрические заряды, которые становятся образом, запечатленным на экране. Как же это работает? Задача каждой детали фотоаппарата поймать отличное изображение. Но главное это свет.

Устройство и работа фотоаппарата

Первое что нужно для получения фото это источник света. Частицы света фотоны покидают источник света, отталкиваются от предмета и входят в камеру через несколько линз. Затем фотоны следуют по установленному пути. Целый ряд линз позволяет сделать максимально четкое изображение.

1. Створки контролируют количество света, которое должно проникнуть внутрь через отверстие фотоаппарата.
2. Пройдя сквозь диафрагму, линзы и войдя в отверстие, свет отталкивается от зеркала и направляется в .
3. До этого свет преломляется, проходя сквозь призму, поэтому то мы и видим изображение в видоискателе не вверх ногами и если нас устраивает композиция, то мы нажимаем на кнопку.
4. При этом зеркало подымается, и свет направляется внутрь, какую-то долю секунды свет направлен не на видоискатель, а в самое сердце фотоаппарата – .

Длительность этого действия зависит от скорости срабатывания створок. Они открываются на мгновение, когда свет должен воздействовать на сенсор света. Время может быть 1/4000 секунды. То есть в мгновение ока створки могут открыться и закрыться 1400 раз. Для этого существует две створки, когда первая открывается, то вторая закрывается. Таким образом, внутрь попадает чрезвычайно малое количество света. Это важный момент в понимании принципа работы цифрового фотоаппарата.

Теория обработки света

Так в чем же революционность цифровой камеры? Элемент, фиксирующий изображение, сенсор изображения (матрица) это решетка с плотной структурой, состоящей из крошечных сенсоров света. Ширина каждого всего 6 микрон – это 6 миллионных метра. 5 тысяч таких сенсоров могут поместиться на кончике остро заточенного карандаша.

Но сначала свет должен пройти через фильтр, который разделяет его на цвета: зеленый, красный и синий. Каждый сенсор света обрабатывает только один цвет. Когда в него ударяют фотоны, они поглощаются полупроводниковым материалом, из которого он сделан. На каждый поглощенный фотон сенсор света испускает электрическую частицу, она называется электрон. Энергия фотона передается электрону – это электрический заряд. И чем ярче изображение, тем сильнее электрический заряд. Таким образом, каждый электрический заряд обладает различной интенсивностью.

Затем печатная плата переводит эту информацию на язык компьютера, язык цифр и битов или последовательность единиц и нулей. Они представляют собой миллионы крошечных цветных точек, из которых и состоит фото – это пиксели. Чем больше пикселей в изображении, тем лучше разрешение. Другими словами это несколько миллионов микроскопических световых ловушек, которые вместе со всеми элементами фотоаппарата нацелены на одну задачу – преобразовать свет в электричество, что бы сделать прекрасные фотографии.

Дальше вся эта информация в цифровом виде подается в процессор, где она обрабатывается по определенным алгоритмам. Затем уже готовая фотография передается в память фотокамеры, где она и хранится и доступна для просмотра пользователю.

Так вкратце можно изобразить принцип работы цифрового зеркального фотоаппарата .

Впервые ощутив в своих руках фотоаппарат и попробовав сделать несколько кадров, у любого новичка возникает вполне логичный вопрос: «Как это работает?», «Из чего состоит современный фотоаппарат?». В этой статье мы постараемся как можно детальней описать устройство камеры и сделать это легко и интересно. Поехали!

Так из чего состоит цифровой фотоаппарат?

• Тушка или как многие профессионалы говорят body (англ. «тело») – корпус, состоящий из пластика или сплава магния, не пропускает свет.
• Байонет – к нему прикрепляют объективы.
• Объектив – состоит из системы линз (1). С помощью него изображение объектов съемки проецируется на матрицу.
• Диафрагма – это перегородка (2), которая находится внутри объектива, а также имеет вид лепестков. Они образуют отверстие, диаметр которого можно регулировать.
• Зеркало (3) – важнейшая вещь. Оно направляет изображение, которое создает объектив, к фокусировочному экрану (6), а затем через пентапризму (7) в видоискатель (8).
• Экран фокусировки – матовая пластина, с помощью которой фотограф видит изображение через видоискатель.
• Пентапризма – элемент, который переворачивает изображение.
• Видоискатель – своего рода «глазок», через который фотограф видит будущий снимок.
• Сенсор – электронная матрица (5), которая, чувствуя свет, заменяет в устройстве зеркального фотоаппарата пленку.
• Процессор – считывает и обрабатывает изображения, возникающие на матрице.
• Карта памяти – бережно хранит наши фотографии.
• Затвор – это механические шторки (4), которые находятся между сенсором и зеркалом фотокамеры. В момент съемки они временно открываются таким образом, чтобы свет, попал на матрицу.
• Аккумулятор – питание камеры и всех ее элементов.
• Штативное гнездо (11) – разъем для штатива.
• «Горячий башмак» (10) – к нему подключается внешняя вспышка.
• Дисплей (9) – для просмотра фотографий, а также для настройки необходимых параметров съемки.
• Управление – различные кнопочки, колесики и диски для управления и настройки фотокамеры.

Мы перечислили далеко не все части, но лучше ограничится этим набором, дабы при разборе принципов действия в дальнейшем не запутаться.

Устройство цифрового фотоаппарата: принцип действия

Всем начинающим фотографам (особенно мальчикам) наверняка интересно, что происходит внутри фотоаппарата в тот момент, когда вы решаете сделать кадр и нажимаете на кнопку. А происходит следующее:

1. При съемке в автоматическом режиме объектив самостоятельно фокусируется на предмете.
2. Затем механический или оптический стабилизатор изображение делает свое дело, а именно – стабилизирует изображение.
3. Опять же при съемке в авто-режиме, камера сама подбирает параметры: выдержку, диафрагму, ISO, а также баланс белого.
4. После чего зеркало(3) поднимается.
5. А затвор(4) открывается.
6. Свет, который проходит через объектив, формирует изображение на матрице, которое потом считывается процессором и сохраняется в карту.
7. Затвор закрыт.
8. Зеркало опущено.

Из чего состоит объектив фотоаппарата

Сейчас существует столько различных видов и марок объективов, что разобраться в составе каждого в рамках небольшой информативной статьи просто не реально. Устройство объектива зеркального фотоаппарата может насчитывать разное количество оптических элементов или линз. Они могут соединяться друг с другом или же, напротив, разделяться небольшим пространством. В простых объективах обычно используют систему, которая может состоять от одной - до трех линз. Что касается дорогих качественных объективов, то количество линз в системе может быть около десятка и больше.

Устройство вспышки фотоаппарата

Самый главный элемент любой электронной вспышки – это импульсная ксеноновая лампочка. Это запаянная стеклянная трубка (дугообразная, спиральная, прямая или кольцевая), которая наполнена ксеноном. На концах трубки имеются впаянные электроды, снаружи располагается зажигательный электрод, который представляет собой полосочку мастики или отрезок проволоки, проводящей ток.

Вспышки бывают:

• Встроенные – не особо мощные, дают плоское изображение, создают резкие контрастные тени. Не способны выделить структуры объекта съемки. Отлично подходят для использования при ярком естественном освещении, подсвечивают резкие тени. Но стоит отметить, что профессиональные фотографы не советуют использовать встроенную вспышку при съемке.
• Закрепленные – мощнее, чем встроенные, также их можно настраивать как в ручном режиме, так и в автоматическом.
• Не прикрепленные к фотоаппарату – обычно такие устанавливают на штатив. С помощью них можно изменять условия освещения, играть со светом.
• Макровспышки – применяются для макросъемки. Выглядят как небольшое кольцо, которое устанавливается на объективе камеры.

Устройство затвора фотоаппарата

Как мы уже писали выше, затвор в фотоаппарате используется для того, чтобы перекрыть поток света, который проецирует объектив на матрицу или пленку. Открывая затвора на заданное время выдержки, количество света дозируется – так регулируют экспозицию.

Типы затворов:

1. дисковой секторный затвор;
2. затовры-жалюзи;
3. центральный затвор;
4. диафрагменный затвор;
5. фокальный затвор.

Устройство матрицы фотоаппарата

Современная матрица представляет собой небольшую микросхему. Поверхность этой микросхемы составляет множество светочувствительных элементов, каждый из которых представляет собой самостоятельный светоприемник. Он преобразует свет в некий сигнал, который после обработки сохраняется на карте памяти. Снимок, который получает фотограф, состоит из комплекса записанных электронных сигналов с каждого светочувствительного элемента. Интересно, правда?

Устройство фотоаппарата зенит

Из чего состоит зеркальный фотоаппарат, мы уже выяснили, теперь пришел черед пленочной камеры «Зенит». Он состоит из:

• объектива;
• зеркала;
• затвора;
• фотопленки;
• матового стекла;
• конденсор (линза);
• пентапризма или пентазеркало;
• окуляр.

Конечно, мы перечислили далеко не все. Для того чтобы подробней узнать из чего состоит фотоаппарат (как цифровой, так и пленочный) вам необходимо записать в нашу , где опытный преподаватель расскажет вам о каждой гаечке и продемонстрирует все на наглядном примере.

Учебный элемент

Фотокамера.

Устройство и принцип действия, интерфейсы подключения и правила эксплуатации, инструкция установки драйверов. Сравнительная характеристика.

В декабре 1975 года, инженер компании Kodak Стиви Сэссон изобрел нечто, что спустя несколько месяцев перевернуло все представления о фотографии - первый в мире цифровой фотоаппарат. Камера была размером с тостер и умела делать черно-белые снимки с разрешением 100x100 пикселей. Сегодня бы сказали, что камера имела разрешение в 0,01 мегапикселя. Снимки записывались на магнитофонную кассету. На запись одного снимка уходило 23 секунды. Для просмотра снимков использовалась специальная ТВ-приставка.

История развития фототехники привела к тому, что были выработаны определённые стандарты на интерфейс между фотографом и используемой им фототехникой. В результате цифровые фотоаппараты (цифровая фотокамера, ЦФК) в большинстве своих внешних черт и органах управления повторяют модели плёночной фототехники. Принципиальное различие оказывается в «начинке» аппарата, в технологиях фиксации и последующей обработки изображения.

Основное предназначение цифровых камер состоит в съемке и по­следующем вводе в ЭВМ изображений (статических или движущихся в соответствии с типом камеры). Изобретения эти позволили отказа­ться от одной промежуточной стадии традиционных фото - и кино­процессов, связанной с обработкой (проявкой, закреплением и т. п.) пленок. В результате цифровое фото в первую очередь обрело по­пулярность у фотографов, занимающихся репортажной съемкой, и гораздо позже - у студийных фотографов-профессионалов

Цифровой фотоаппарат - это фотоаппарат, в котором для получения изображения используется массив полупроводниковых светочувствительных элементов, называемый матрицей, на которую изображение фокусируется с помощью системы линз объектива. Полученное изображение, в электронном виде сохраняется в виде файлов в памяти фотоаппарата или дополнительном носителе, вставляемом в фотоаппарат.

282" height="35" bgcolor="white" style="vertical-align:top;background: white">

Типичная цифровая фотокамера состоит из объектива, диафраг­мы, системы фокусировки (оптомеханическая часть) и матрицы ПЗС (фотоэлектронная часть), которая и производит фиксацию изобра­жения. (Рис.2-3)

компактная цифровая фотокамера зеркальная цифровая фотокамера

https://pandia.ru/text/78/176/images/image004_83.jpg" align="left" width="313" height="194 src=">

Рис.2 Рис.3

Электронные схемы" href="/text/category/yelektronnie_shemi/" rel="bookmark">электронной схеме фотоаппарата. Матрица (иногда её называют сенсором) представляет собой полупроводниковую пластину, содержащую большое количество светочувствительных элементов, в подавляющем большинстве случаев сгруппированных в строки и столбцы.

Комплементарий" href="/text/category/komplementarij/" rel="bookmark">комплементарный металл-оксид-полупроводник, по-английски CMOS - Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor).

Процессор в фотоаппарате по праву можно назвать мозговым центром цифровой фотокамеры. (Рис.5) Роль процессора заключается в том, чтобы из поступающей в него информации создать изображение, что не так просто. Во-первых, процессору цифровой фотокамеры нужно учесть все цветовые нюансы, а также использовать процесс интерполяции для повышения четкости изображения. Кроме того, процессору необходимо рассчитать баланс белого, контраст, яркость и некоторые другие характеристики снимка, включая визуальные эффекты.

Наконец, когда картинка готова, информация о ней преобразовывается цифровой фотокамерой в нужный формат, сжимается и помещается в память. Здесь подключается буферная память, напрямую влияющая на скорострельность камеры.

Аберрация" href="/text/category/aberratciya/" rel="bookmark">аберраций , используя при этом наименьшее число наименее дорогоhttps://pandia.ru/text/78/176/images/image011_9.png" alt="Подпись: Рис.6" align="left" width="502" height="31 src=">

Диафрагма - это такое устройство, которое помогает изменить количество световых лучей, проходящих через объектив фотоаппарата. К тому же именно диафрагма регулирует яркость изображения. Если говорить примитивным языком, диафрагма имеет форму лепестков, которые при помощи специального кольца могут одновременно поворачиваться, перекрывая друг друга. Таким образом, оставшееся в центре свободное пространство изменяется от максимального до минимального, тем самым регулируя поток света. В зависимости от типа и назначения объективы фотоаппарата различают между собой по двум основным параметрам: светосиле, которая характеризует яркость изображения, и фокусному расстоянию, которое определяет масштаб и угол изображения. Объектив цифровой камеры не претерпел кардинальных изменений по сравнению с объективами обычных фотокамер. Из-за меньших размеров сенсора, объективы цифровых камер (за исключением зеркальных камер, использующих те же объективы) имеют меньшие геометрические https://pandia.ru/text/78/176/images/image013_38.jpg" align="left" width="168" height="111 src=">Видоискатель - элемент фотоаппарата, показывающий границы будущего снимка и в некоторых случаях резкость и параметры съёмки (рис.7). На бытовых цифровых фотоаппаратах в качестве видоискателя используются ЖК экраны (на зеркальных в режиме LiveView и на

https://pandia.ru/text/78/176/images/image015_30.jpg" align="left" width="133" height="156 src=">Карта памяти - носитель информации, который обеспечивает длительное хранение данных большого объёма, в том числе изображений, получаемых цифровым фотоаппаратом. (Рис.8)

https://pandia.ru/text/78/176/images/image017_4.png" alt="Подпись:" align="left" width="109" height="32">Внешний интерфейс подключения к компьютеру общего назначения имеется практически во всех цифровых камерах. (Рис.9) На сегодня самым распространённым из них является USB. Также применяются специальные виды разъёмов для подключения к телевизору или принтеру. Появились первые модели фотокамер с беспроводными интерфейсами. Подключенный к порту USB компьютера фотоаппарат обнаруживается драйвером, который создает логический диск в системе Windows и обеспечивает прямой доступ из любого приложения. Пользователь может просматривать отснятые кадры, удалять неудачные и копировать приемлемые точно так же, как если бы к компьютеру был подключен обычный жесткий диск.

Кнопки цифрового фотоаппарата

Органы управления цифровым фотоаппаратом сгруппированы на верхней и задней панелях корпуса камеры. На верхней панели располагаются (с некоторыми отличиями от модели к модели) спусковая кнопка затвора, трехпозиционный переключатель управления моторным приводом изменения фокусного расстояния зуммируемого объектива (этот переключатель может быть заменен трехпозиционной клавишей на, чаще всего, задней или, реже, передней панели корпуса камеры) и дисковый селектор выбора рабочих режимов фотоаппарата. (Рис.10)

рис. 11. Кнопки задней панели цифрового фотоаппарата

На задней (или верхней, как у компактных камер) панели корпуса располагаются главный выключатель питания, кнопка активации и переключения режимов работы встроенной вспышки, включатель серийной съемки, кнопка экспокоррекции, кнопка включения/выключения цветного контрольного дисплея, кнопка вызова экранного меню и четырехпозиционная круглая кнопка навигации по меню. Этой же кнопке могут быть присвоены функции включения экспокоррекции, быстрого выбора светочувствительности сенсора и установки электронного автоспуска. (Рис.11)

Правила эксплуатации фотокамер

Редукторы" href="/text/category/reduktori/" rel="bookmark">редукторов фокусировки и трансфокации, зачастую приводят к заклиниванию объектива, и нередко выводят фотоаппарат из строя.

Правильная эксплуатация фотоаппарата сводится, в основном, к соблюдению инструкции, бережному и аккуратному обращению. Нарушение этих правил ведет к самым серьезным повреждениям аппарата.

Практика ремонта фотоаппаратов показывает, что большинство неисправностей вызвано именно этими обстоятельствами.

Инструкция по установке и подключения фотокамер

https://pandia.ru/text/78/176/images/image023_20.jpg" align="left" width="165" height="131 src=">После этого на мониторе компьютера с операционной системой Windows XP должна появится надпись.

Затем появится окно мастера установки нового оборудования. (Рис.12)

https://pandia.ru/text/78/176/images/image025_24.jpg" align="left" width="156" height="122 src=">

Увидев его, установите в CD-ROM привод компьютера диск из комплекта фотоаппарата. Если к камере прилагается несколько дисков, выберите тот, на котором есть надпись «USB Driver» и нажмите кнопку «далее». Компьютер начнет поиск необходимого драйвера на компакт-диске.

https://pandia.ru/text/78/176/images/image027_0.png" alt="Подпись: Рис.13" align="left" width="160" height="28 src=">Если поиск увенчается успехом, на экране отобразится окно установки драйвера. После того как установка будет завершена, нажмите кнопку «Готово» в появившемся окне. В подтверждение удачной установки на мониторе отобразится информационное окно. (Рис.13)

Через пару секунд после этого появится окно с выбором действий для нового «съемного диска». Здесь вы можете выбрать требуемое действие, но для начала лучше всего скопировать снимки на жесткий диск компьютера. Это можно сделать как в автоматическом режиме, так и вручную. (Рис.14)

https://pandia.ru/text/78/176/images/image029_1.png" alt="Подпись: Рис.14" align="left" width="124" height="27 src=">Согласно стандарту DCIF все цифровые фотоаппараты создают на карте памяти директорию «DCIM». Если вы увидите другие директории, не обращайте на них внимания, фотографии хранятся в глубине директории «DCIM». Открыв эту папку, вы увидите еще одну поддиректорию, в названии которой присутствует трехзначная цифра, сокращение от названия фирмы-производителя цифрового фотоаппарата, и, возможно, еще цифру. В этой папке и находятся ваши снимки!

Программное обеспечение" href="/text/category/programmnoe_obespechenie/" rel="bookmark">программного обеспечения и перезагрузки компьютера. Только после этого фотоаппарат будет распознан компьютером.

- Некоторые устаревшие модели не могут быть распознаны компьютером как сменный диск. TWAIN интерфейс такого фотоаппарата работает только в паре с каким-либо графическим редактором. Для сохранения снимков необходимо запустить графический редактор, выбрать опцию «импорт», а затем необходимое TWAIN устройство (главным образом этот интерфейс используется при работе со сканерами). После чего на экране появится окно с миниатюрами снимков. Выбранные снимки будут открыты в графическом редакторе, и только после этого их можно будет сохранить на жесткий диск, используя данную опцию графического редактора.

- Подключая современный фотоаппарат к компьютеру с устаревшей операционной системой, и, наоборот, при подключении устаревшего фотоаппарата к новой ОС вы можете столкнуться с непреодолимой проблемой отсутствия или неработоспособности драйвера. В этом случае будет проще использовать кардридер для копирования снимков, чем подключить камеру к ПК.

- Драйверы некоторых цифровых фотоаппаратов есть в стандартной комплектации Microsoft Windows XP. При подключении такой камеры она будет практически моментально распознана как съемный диск, без необходимости установки драйвера с компакт-диска.

- Если драйвер не будет найден компьютером на компакт-диске автоматически, попробуйте установить другой диск из комплекта фотоаппарата. Либо попробуйте запустить установку драйвера, используя меню, автоматически появляющиеся на экране при установке компакт-диска.

- Перед переносом снимков в ПК убедитесь, что элементы питания фотоаппарата не истощены, либо подключите камеру к сетевому адаптеру. Отключение питания во время переноса может привести к потере снимков.

Сравнительная характеристика компактных и зеркальных

цифровых фотокамер

Преимущества компактных камер

Экран как видоискатель (хотя большинство современных зеркальных камер тоже на это способны)

Большой набор творческих режимов

Нет движущихся частей зеркала/затвора, которые могут отказать после 10-100 тысяч снимков

Преимущества зеркальных камер

Быстрый автофокус

Намного меньшая задержка срабатывания затвора (интервал между нажатием кнопки и началом экспозиции)

Большая скорость серийной съёмки

Съёмка в RAW (хотя большинство топ-моделей компактных камер тоже это позволяют)

Возможность делать выдержки длиннее, чем 15-30 секунд (в ручном режиме)

Полный контроль над экспозицией

Возможность использования внешней вспышки (но и у многих топ-моделей компактных камер она есть)

Ручной контроль фокусного расстояния (вращением кольца на объективе, в отличие от нажатия на кнопку)

Большой диапазон светочувствительности ISO

Возможность заменить только камеру, сохранив все объективы

Однако большинство этих отличий следуют из того факта, что зеркальные камеры стоят намного дороже компактных, и не являются принципиальными качествами каждого типа. Если потратить достаточно много на топ-модель компактной камеры, у неё может оказаться достаточно много возможностей, обычно присущих зеркальным камерам.

Итоги сравнения компактных и зеркальных камер

Предпочтение того или иного типа камеры в действительности сводится к гибкости и потенциально более высокому качеству изображения в противовес портативности и простоте. Этот выбор зачастую зависит не только от конкретного человека, но и от того, что лучше для заданных условий съёмки и планируемого использования снимка.

Компактные камеры намного меньше, легче, менее дороги и менее заметны, однако зеркальные камеры позволяют получить меньшую глубину резкости, больший набор стилей съёмки и потенциально более высокое качество изображения. Компактные камеры, вероятно, намного лучше подходят для обучения фотографии, поскольку они меньше стоят, упрощают процесс съёмки и являются неплохим универсальным решением для многих видов съёмки без лишних сложностей. Зеркальные камеры гораздо лучше подходят для специального применения, а также когда вес и размер не имеют значения.

Невзирая на расходы, многие предпочитают иметь оба типа камер. Таким образом, они могут прихватить с собой компактную камеру на вечеринки и долгие прогулки, однако иметь в запасе зеркальную камеру на случай, когда придётся снимать в помещениях при слабой освещённости, или когда они собираются заниматься исключительно съёмкой (например, пейзажей или событий).

Контрольные вопросы:

Опишите принцип действия цифровой фотокамеры; Опишите устройство цифровой фотокамеры; Кратко опишите характеристики устройств цифровой фотокамеры; Правила эксплуатации фотокамеры; Настройка и подключение цифровой фотокамеры. Краткая характеристика компактных и зеркальных цифровых фотокамер.

Практическое занятие:

Выполнить фотосъемку, подключить к ПК, отредактировать фото в графическом редакторе.

Список литературы:

«Всё о компьютере»/ .- М.: АСТ»,2003ю-319с. «Информатика и информационные технологии ». Учебник для 10-11 классов/ .- М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, с.

1. http://ru. wikipedia. org/wiki/Цифровой_фотоаппарат- описывается устройство цифрового фотоаппарата

2. http://school-collection. *****/catalog/search/- единая коллекция цифровых образовательных ресурсов

© 2014 сайт

Для полного контроля над процессом получения цифрового изображения необходимо хотя бы в общих чертах представлять себе устройство и принцип работы цифрового фотоаппарата.

Единственное принципиальное отличие цифровой камеры от плёночной заключается в природе используемого в них светочувствительного материала. Если в плёночной камере это плёнка, то в цифровой – светочувствительная матрица. И как традиционный фотографический процесс неотделим от свойств плёнки, так и цифровой фотопроцесс во многом зависит от того, как матрица преобразует свет, сфокусированный на неё объективом, в цифровой код.

Принцип работы фотоматрицы

Светочувствительная матрица или фотосенсор представляет собой интегральную микросхему (проще говоря, кремниевую пластину), состоящую из мельчайших светочувствительных элементов – фотодиодов.

Существует два основных типа сенсоров: ПЗС (Прибор с Зарядовой Связью, он же CCD – Charge-Coupled Device) и КМОП (Комплементарный Металл-Оксид-Полупроводник, он же CMOS – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Матрицы обоих типов преобразовывают энергию фотонов в электрический сигнал, который затем подлежит оцифровке, однако если в случае с ПЗС матрицей сигнал, сгенерированный фотодиодами, поступает в процессор камеры в аналоговой форме и лишь затем централизованно оцифровывается, то у КМОП матрицы каждый фотодиод снабжён индивидуальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и данные поступают в процессор уже в дискретном виде. В целом, различия между КМОП и ПЗС матрицами хоть и принципиальны для инженера, но абсолютно несущественны для фотографа. Для производителей же фотооборудования имеет значение ещё и тот факт, что КМОП матрицы, будучи сложнее и дороже ПЗС матриц в разработке, оказываются при этом выгоднее последних при массовом производстве. Так что будущее, скорее всего, за технологией КМОП в силу чисто экономических причин.

Фотодиоды, из которых состоит любая матрица, обладают способностью преобразовывать энергию светового потока в электрический заряд. Чем больше фотонов улавливает фотодиод, тем больше электронов получается на выходе. Очевидно, что чем больше совокупная площадь всех фотодиодов, тем больше света они могут воспринять и тем выше светочувствительность матрицы.

К сожалению, фотодиоды не могут быть расположены вплотную друг к другу, поскольку тогда на матрице не осталось бы места для сопутствующей фотодиодам электроники (что особенно актуально для КМОП матриц). Восприимчивая к свету поверхность сенсора составляет в среднем 25-50 % от его общей площади. Для уменьшения потерь света каждый фотодиод накрыт микролинзой, превосходящей его по площади и фактически соприкасающейся с микролинзами соседних фотодиодов. Микролинзы собирают падающий на них свет и направляют его внутрь фотодиодов, повышая таким образом светочувствительность сенсора.

По завершении экспонирования электрический заряд, сгенерированный каждым фотодиодом, считывается, усиливается и с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается в двоичный код заданной разрядности, который затем поступает в процессор фотоаппарата для последующей обработки . Каждому фотодиоду матрицы соответствует (хоть и не всегда) один пиксель будущего изображения.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект , внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Если кто не читал статью, настоятельно рекомендую ознакомиться, потому что тема сегодняшней статьи будет перекликаться с предыдущей. Для всех остальных еще раз повторю резюме. Существует три типа фотоаппаратов: компактные, беззеркальные и зеркальные. Компактные – самые простые, а зеркальные – самые продвинутые. Практический вывод статьи заключался в том, что для более-менее серьезного занятия фотографией следует остановить свой выбор на беззеркалках и зеркалках.

Сегодня мы поговорим об устройстве фотоаппарата. Как и в любом деле, нужно понимать принцип работы своего инструмента для уверенного управления. Не обязательно досконально знать устройство, но основные узлы и принцип действия понимать надо. Это позволит взглянуть на фотоаппарат с другой стороны – не как на черный ящик со входным сигналом в виде света и выходом в виде готового изображения, а как на устройство, в котором вы разбираетесь и понимаете, куда дальше проходит свет и как получается итоговый результат. Компактные камеры затрагивать не будем, а поговорим о зеркальных и беззеркальных аппаратах.

Устройство зеркального фотоаппарата

Глобально фотоаппарат состоит из двух частей: фотоаппарата (его еще называют body — тушка) и объектива. Тушка выглядит следующим образом:

Тушка — вид спереди

Тушка – вид сверху

А вот так выглядит фотоаппарат в комплекте с объективом:

Теперь посмотрим на схематическое изображение фотоаппарата. Схема будет отображать структуру фотоаппарата “в разрезе” с такого же ракурса, как на последнем изображении. На схеме цифрами обозначены основные узлы, которые мы и будем рассматривать.

После настройки всех параметров, кадрирования и фокусировки фотограф нажимает кнопку спуска. При этом зеркало поднимается и поток света попадает на главный элемент фотоаппарата – матрицу.

Как видите, поднимается зеркало и открывается затвор 1. Затвор в зеркалках механический и определяет время, в течении которого свет будет поступать на матрицу 2. Это время называется выдержкой. Также его называют временем экспонирования матрицы. Основные характеристики затвора: лаг затвора и его скорость. Лаг затвора определяет, как быстро откроются шторки затвора после нажатия кнопки спуска – чем меньше лаг, тем больше вероятность, что вон та проносящаяся мимо вас машина, которую вы пытаетесь снять, получится в фокусе, не смазана и скадрирована так, как вы это сделали при помощи видоискателя. У зеркалок и беззеркалок лаг затвора небольшой и измеряется в мс (миллисекундах). Скорость затвора определяет минимальное время, в течении которого будет открыт затвор – т.е. минимальную выдержку. На бюджетных камерах и камерах среднего уровня минимальная выдержка – 1/4000 с, на дорогих (в основном полнокадровых) – 1/8000 с. Когда зеркало поднято, свет не поступает ни на систему фокусировки, ни на пентапризму через фокусировочный экран, а попадает прямо на матрицу через открытый затвор. Когда вы делаете кадр зеркальным фотоаппаратом и при этом все время смотрите в видоискатель, то после нажатия на спуск вы на время увидите черное пятно, а не изображение. Это время определяется выдержкой. Если установить выдержку 5 с, к примеру, то после нажатия на кнопку спуска вы будете наблюдать черное пятно в течении 5 секунд. После окончания экспонирования матрицы зеркало возвращается в исходное положение и свет опять поступает в видоискатель. ЭТО ВАЖНО! Как видите, существуют два основных элемента, регулирующих поток света, попадающий на сенсор. Это диафрагма 2 (см. предыдущую схему), которая определяет количество пропускаемого света и затвор, который регулирует выдержку – время, за которое свет попадает на матрицу. Эти понятия лежат в основе фотографии. Их вариациями достигаются различные эффекты и важно понять их физический смысл.

Матрица фотоаппарата 2 представляет собой микросхему со светочувствительными элементами (фотодиодами), которые реагируют на свет. Перед матрицей стоит светофильтр, который отвечает за получение цветной картинки. Двумя важными характеристиками матрицы можно считать ее размер и соотношение сигнал/шум. Чем выше и то, и другое, тем лучше. Подробнее о фотоматрицах мы поговорим в отдельной статье, т.к. это очень обширная тема.

С матрицы изображение поступает на АЦП (аналого-цифровой преобразователь), оттуда в процессор, обрабатывается (или не обрабатывается, если ведется съемка в RAW) и сохраняется на карту памяти.

Еще к важным деталям зеркалок можно отнести репетир диафрагмы. Дело в том, что фокусировка производится при полностью открытой диафрагме (насколько это возможно, определяется конструкцией объектива). Выставляя в настройках закрытую диафрагму, фотограф не видит изменений в видоискателе. В частности, ГРИП остается постоянной. Чтобы увидеть, каким будет выходной кадр, можно нажать на кнопку, диафрагма прикроется до установленного значения и вы увидите изменения до нажатия на кнопку спуска. Репетир диафрагмы устанавливается на большинстве зеркалок, но мало кто им пользуется: новички часто о нем не знают или не понимают назначения, а опытные фотографы примерно знают, какой будет ГРИП в тех или иных условиях и им легче сделать пробный кадр и в случае необходимости поменять настройки.

Устройство беззеркального фотоаппарата

Давайте сразу посмотрим на схему и будем обсуждать предметно.

Беззеркалки не в пример проще зеркалок и по сути являются их упрощенным вариантом. В них нет зеркала и сложной системы фазовой фокусировки, а также установлен видоискатель другого типа.

Световой поток попадает через объектив на матрицу 1. Естественно, свет проходит через диафрагму в объективе. Она не обозначена на схеме, но, думаю, по аналогии с зеркалками вы догадались, где она расположена, ведь объективы зеркалок и беззеркалок по конструкции практически не отличаются (разве что размерами, байонетом и количеством линз). Более того, большинство объективов от зеркалок через переходники можно установить на беззеркалки. В беззеркалках нет затвора (точнее, он электронный), поэтому выдержка регулируется временем, в течении которого матрица включена (принимает фотоны). Что касается размера матрицы, то он соответствует формату Micro 4/3 или APS-C. Второй используется чаще и полностью соответствует матрицам, встраиваемым в зеркалки от бюджетного до продвинутого любительского сегмента. Сейчас стали появляться полнокадровые беззеркалки. Думаю, в будущем количество FF (Full Frame — полнокадровых) беззеркалок будет увеличиваться.

На схеме цифрой 2 обозначен процессор, на который поступает информация, полученная матрицей.

Под цифрой 3 изображен экран, на который выводится изображение в режиме реального времени (режим Live View). В отличии от зеркалок в беззеркалках это не сложно сделать, потому что световой поток не преграждается зеркалом, а беспрепятственно поступает на матрицу.

В общем все выглядит просто замечательно – убраны сложные конструктивные механические элементы (зеркало, датчики фокусировки, фокусировочный экран, пентапризма, затвор). Это значительно облегчило и удешевило производство, уменьшило в размере и весе аппараты, но также создало массу других проблем. Надеюсь, вы помните их из раздела о беззеркалках в статье о . Если нет, то сейчас мы их обсудим, попутно разбирая, какими техническими особенностями обусловлены эти недостатки.

Первая главная проблема – видоискатель. Так как свет попадает прямо на матрицу и никуда не отражается, то мы не можем видеть изображение напрямую. Мы видим лишь то, что попадает на матрицу, потом непонятным образом преобразуется в процессоре и выводится на непонятно какой экран. Т.е. в системе существует множество погрешностей. Мало того, у каждого элемента имеются свои задержки и изображение мы видим не сразу, что неприятно при съемке динамических сцен (из-за постоянно улучшающихся характеристик процессоров, экранов видоискателей и матриц это не так критично, но все равно имеет место быть). Изображение выводится на электронный видоискатель, у которого высокое разрешение, но которое все равно не сравнится с разрешением глаза. Электронные видоискатели имеют свойство слепнуть при ярком свете из-за ограниченной яркости и контрастности. Но более чем вероятно, что в будущем эту проблему преодолеют и чистое изображение, пропущенное через ряд зеркал канет лету также, как и “правильная пленочная фотография”.

Вторая проблема возникла из-за отсутствия фазовых датчиков автофокуса. Вместо них используется контрастный метод, который по контуру определяет, что должно быть в фокусе, а что – нет. При этом линзы объектива перемещаются на определенное расстояние, определяется контрастность сцены, линзы перемещаются опять и снова определяется контрастность. И так до тех пор, пока не будет достигнута максимальная контрастность и камера не сфокусируется. Это занимает слишком много времени и такая система менее точна, чем фазовая. Но в то же время контрастный автофокус представляет собой программную функцию и не занимает дополнительного места. Сейчас в матрицы беззеркалок уже научились встраивать фазовые датчики, получив гибридный автофокус. По скорости он сопоставим с системой автофокусировки у зеркалок, но пока что устанавливается только в избранных дорогих моделях. Думаю, в будущем эта проблема также будет решена.

Третья проблема представляет собой низкую автономность из-за напичканности электроникой, которая постоянно работает. Если фотограф работает с камерой, то все это время свет поступает на матрицу, постоянно обрабатывается процессором и выводится на экран или электронный видоискатель с высокой скоростью обновления – фотограф ведь должен видеть происходящее в реальном времени, а не в записи. Кстати, последний (я про видоискатель) тоже потребляет энергию, и не мало, т.к. его разрешение высоко и яркость с контрастностью должны быть на уровне. Отмечу, что при увеличении плотности пикселей, т.е. при уменьшении их размера при одном и том же энергопотреблении неизбежно снижается яркость и контрастность. Поэтому на питание качественных экранов с высоким разрешением расходуется много энергии. В сравнении с зеркалками количество кадров, которое можно сделать от одного заряда батареи, в несколько раз меньше. Пока что эта проблема критична, потому что значительно уменьшить энергопотребление не получится, а рассчитывать на прорыв в элементах питания не приходится. По крайней мере такая проблема долгое время существует на рынке ноутбуков, планшетов и смартфонов и ее решение успехом не увенчалось.

Четвертая проблема представляет собой как преимущество, так и недостаток. Речь идет об эргономике камеры. Вследствие избавления от “ненужных элементов” зеркалочного происхождения уменьшились размеры. Но беззеркалки пытаются позиционировать как замену зеркалкам и размеры матриц это подтверждают. Соответственно, используются объективы не самого маленького размера. Небольшая беззеркалка, похожая на цифрокомпакт, просто исчезает из поля зрения при использовании телевика (объектива с большим фокусным расстоянием, сильно приближающим объекты). Также многие элементы управления спрятаны в меню. В зеркалках они вынесены на корпус в виде кнопок. Да и просто приятнее работать с аппаратом, который нормально ложится в руку, не норовит выскользнуть и в котором можно наощупь, не задумываясь оперативно менять настройки. Но размер камеры – это палка о двух концах. С одной стороны большой размер обладает выше описанными преимуществами, а с другой — малая камера помещается в любой карман, ее можно чаще брать с собой и люди обращают на нее меньше внимания.

Что касается пятой проблемы, то она связана с оптикой. Пока что существует множество байонетов (типов креплений объективов к камерам). Под них сделано на порядок меньше объективов, чем под байонеты основных систем зеркалок. Проблема решается установкой переходников, с помощью которых на беззеркалках можно использовать абсолютное большинство зеркалочных объективов. Простите за каламбур)

Устройство компактного фотоаппарата

Что касается компактов, то у них масса ограничений, основным из которых является малый размер матрицы. Это не позволяет получить картинку с низким шумом, высоким динамическим диапазоном, качественно размыть фон и накладывает еще массу ограничений. Далее идет система автофокусировки. Если в зеркалках и беззеркалках используется фазовый и контрастный виды автофокуса, которые относятся к пассивному типу фокусировки, так как ничего не излучают, то в компактах используется активный автофокус. Камерой излучается импульс инфракрасного света, который отражается от объекта и попадает обратно в камеру. По времени прохождения этого импульса определяется расстояние до объекта. Такая система работает очень медленно и не работает на значительных расстояниях.

В компактах используется несменная низкокачественная оптика. Для них недоступен широкий набор аксессуаров, как для старших собратьев. Визирование происходит в режиме Live View по дисплею или через видоискатель. Последний представляет собой обычное стекло не очень хорошего качества, не связан с оптической системой фотоаппарата, из-за чего возникает неправильное кадрирование. Особенно сильно это проявляется при съемке близлежащих объектов. Продолжительность работы компактов от одного заряда невелика, корпус маленький и его эргономичность еще намного хуже, чем у беззеркалок. Количество доступных настроек ограничено и они спрятаны в глубине меню.

Если говорить об устройстве компактов, то оно простое и представляет собой упрощенную беззеркалку. Здесь меньше и хуже матрица, другой тип автофокуса, нет нормального видоискателя, отсутствует возможность замены объективов, невысокая продолжительность работы от аккумулятора и непродуманная эргономика.

Вывод

Вкратце мы рассмотрели устройство фотоаппаратов различных типов. Думаю, теперь вы имеете общее представление о внутреннем строении камер. Эта тема очень обширна, но для понимания и управления процессами, происходящими при съемке теми или иными фотоаппаратами при различных настройках и с разной оптикой вышеизложенной информации, думаю, будет достаточно. В дальнейшем мы все-таки поговорим об отдельных важнейших элементах: матрице, системах автофокусировки и объективах. А пока давайте на этом остановимся.