Принцип работы цифрового фотоаппарата

Принцип работы цифрового фотоаппарата

Чтобы лучше понять, как работает цифровой фотоаппарат, сначала рассмотрим принцип устройства и работы аналогового (плёночного) фотоаппарата, для кого используются негативы или слайды.

У плёночной камеры имеется система линз, диафрагма и затвор. В объективе собираются световые лучи и направляются через диафрагму на светочувствительную плёнку. Пока затвор остаётся открытым, изображение отпечатывается на плёнке под действием фотохимических процессов. Затем следует проявка плёнки и печать с неё готовых фотоснимков.

ЦФК также имеет и систему линз, и диафрагму, и затвор. Но вместо плёнки у цифровой камеры матрица (сенсор). Вообще, световые лучи ведут себя одинаково и в цифровом, и в аналоговом фотоаппарате, но только до момента попадания на «приёмник» - поверхность матрицы в одном случае или плёнки в другом. И если в этот момент аналоговая камера «заморозила» изображение на плёнке, то цифровая далее обрабатывает его и сохраняет в цифровом формате.

Так как основным элементом любой цифровой фотокамеры является матрица, именно от её характеристик зависит, изображение какого качества вы получите.

В современных цифровых фотоаппаратах наиболее распространены ПЗС-матрицы. Сама матрица состоит из множества светочувствительных элементов - пикселей. Для того чтобы получить цветные фото, перед элементами матрицы устанавливаются светофильтры. После того, как определённый цвет попал на матрицу, она подаёт сигнал процессору ЦФК. Нетрудно понять, что на самой матрице изображение не формируется, она лишь звено для передачи информации, хоть и является важнейшей частью фотокамеры. И далее уже процессор обрабатывает полученную информацию, затем пишет её в память. При обработке некоторые данные неизбежно теряются, поэтому впоследствии изображение восстанавливается с помощью программного обеспечения.

Как видим, фотография, полученная цифровым фотоаппаратом – это сочетание работы ПЗС-матрицы, процессора и флеш-памяти.

Давайте подробнее разберёмся, что же представляет собой сердце цифровой камеры, ПЗС (прибор с зарядовой сетью, или по-английски CCD – Charge Couped Device).

Такая матрица - полупроводниковая пластинка, состоит из большого количества светочувствительных диодов. Хотя сама матрица размером с ноготь, она содержит несколько миллионов пикселей, расположенных в виде строк и столбцов. Элементы ПЗС-матрицы реагируют на свет абсолютно одинаково, следовательно, при фотографировании можно получить лишь чёрно-белую картинку. Для того чтобы снимок был цветным, диодам нужно придать разную цветочувствительность. Это достигается с помощью различных цветовых фильтров – в основном красного, жёлтого и зелёного. Кроме этого, освещенность может быть разной интенсивности, она делится на 256 уровней. Таким образом, число всевозможных комбинаций цветов составляет почти 17 миллионов вариантов. Благодаря этому и получается наиболее реалистичное изображение, которое мы в итоге видим на дисплее.

Источник: Tech-Obzor.ru

Устройство  цифровых  фотоаппаратов

Совершенствование системы всегда имело целью получение изображения как можно более детализированного, соответствующего объекту съемки по распределению яркости и цветопередаче и отвечающего, кроме прочего, желанию фотографа. Объектив, пленка, коробка и затвор определяют требуемое качество изображения, а для реализации стремлений фотографа служит видоискатель и система управления фокусировкой и выдержкой. Рутинную деятельность по выбору и отработке экспозиции и фокусировки с успехом выполняет автоматика современной камеры, снимающему остается лишь указать автоматике, на что фокусироваться, и выбрать программу, соответствующую представлениям фотографа о «правильной экспозиции и фокусировке» для конкретной ситуации. Когда на место пленки в фильмовый канал фотоаппарата установили чувствительную матрицу, началась цифровая фотография. Были использованы опыт и технологии конструирования пленочных фотоаппаратов.

При беглом взгляде на камеру можно увидеть: линзу объектива, глазок видоискателя, встроенную вспышку, органы управления (множество кнопок и переключателей), отсек разъёмов, отсек элементов питания. А теперь о каждом элементе подробнее.

  Объективы многих камер при выключенном питании полностью погружаются в корпус камеры и выезжают из него при включении. Небольшой удар по нему во включенном положении может вывести камеру из строя. 

Другой элемент объектива, с которым нужно быть крайне осторожным вне зависимости от конструкции фотоаппарата, -это передняя линза. Её необходимо крайне тщательно оберегать от контакта с любыми предметами, способными выпачкать либо поцарапать поверхность. От чистоты линзы напрямую зависит качество изображения на снимках, его резкость.  

Зумируемый объектив очень похож на аналогичный объектив плёночной камеры, однако если внимательно посмотреть на него, можно заметить, что у цифровой камеры он немного меньше, да и его фокусное расстояние значительно уменьшилось-8-16 мм вместо 35-70 мм. Причина этого - небольшой размер светочувствительной матрицы в сравнении с кадром на плёнке. Диагональ светочувствительной поверхности матрицы многих любительских цифровых фотоаппаратов чуть меньше 10мм, а диагональ кадра на обычной фотоплёнке равна 43мм. Поэтому фокусное расстояние объективов цифровых камер значительно меньше, чем у плёночных. Однако угол, под которым фотоаппарат «видит» предметы, при этом останется прежним.

Диафрагма и затвор камеры, как правило, располагаются внутри объектива. Состоящая из нескольких лепестков диафрагма, закрываясь, уменьшает диаметр отверстия, через которое свет проходит на матрицу. Благодаря этому уменьшается количество прошедшего света, предотвращается излишняя засветка матрицы, снимки получаются хорошими независимо от того, насколько ярко освещён объект съёмки.

Рядом расположен затвор. Открываясь и закрываясь, он так же, как и диафрагма, способен изменять количество упавшего на матрицу света. Но работает он несколько иначе, чем затвор плёночного фотоаппарата. Затвор плёночной камеры всегда находится в закрытом положении и открывается лишь на короткий миг, в момент съёмки. А вот затвор цифровой камеры, как правило, открыт. Свет, прошедший сквозь объектив, непрерывно попадает на матрицу.

Подробнее о том, как происходит фиксация изображения в цифровых фотоаппаратах >>>

Под крышкой располагается один или несколько элементов питания. Прежде чем открыть эту крышку, необходимо убедиться в том, что камера не производит запись информации на карту памяти, и ее питание выключено. Снимки сначала попадают в оперативную память и только после этого записываются на карту памяти. Скорость копирования информации на карту памяти значительно ниже, чем в ОЗУ, и может занять несколько десятков секунд. Поэтому некорректное завершение обращения к карте памяти может привести к повреждению всей информации на карте памяти. Специальный индикаторный светодиод, как правило, информирует фотографа о том, что происходит обращение к карте памяти. Следовательно, в момент открытия отсека элементов питания все светодиоды камеры должны погаснуть.

Все типы элементов питания, используемые в цифровых камерах, можно условно разделить на 2 группы. К первой группе можно отнести те камеры, в которых используются элементы питания АА (пальчиковые батарейки - по народному). Ко второй группе следует отнести все камеры, питающиеся от аккумуляторов фирменного формфактора. Если в камере используется аккумулятор фирменного формфактора (отличающийся по форме от разовых элементов питания), то, скорее всего, это литиевый аккумулятор. Такой аккумулятор вы можете заряжать, не дожидаясь его полной разрядки. За 1,5-2 часа, перед тем как отправиться на съемку, смело ставьте его на зарядку, не обращая внимание на уровень заряда.

Одни производители предполагают возможность зарядки аккумулятора непосредственно внутри камеры, при ее подключении к сети. Другие комплектуют камеру специальным зарядным устройством. Независимо оттого, каким образом заряжается аккумулятор вашей камеры, зарядное устройство будет автоматическим, оно исключит перезарядку и порчу аккумулятора. О степени зарядки аккумулятора можно судить по состоянию индикаторного светодиода, который гаснет или меняет цвет в тот момент, когда аккумулятор полностью заряжен.

В особом отсеке располагается карта памяти. По своей сути карта памяти - это одна или несколько микросхем, расположенных в небольшом пластмассовом корпусе. При установке карты в камеру к ней подключается от 50 до 9 электрических контактов, по которым движутся электрические сохраняемые в ячейках памяти. Загрязнение контактов или небольшое несоответствие их размеров может привести к временной неработоспособности карты. Исправить ситуацию вы можно протерев контакты карты плотной тканью.

Перед заменой карты памяти желательно дождаться завершения процесса записи информации и выключить питание фотоаппарата. Для извлечения карт памяти Secure Digital, Memory Stick, xD - Picture Card достаточно немного нажать на саму карту, после чего пружина вытолкнет ее наполовину. При замене карты CompactFlash для этого необходимо нажать на специальную кнопку один или два раза.             

С извлеченной картой нужно быть крайне осторожны. Являясь электронным устройством, карта памяти боится влаги, механических повреждений и зарядов статического напряжения.

Большинство производителей гарантирует сохранность записанной на карту памяти информации в течение более чем 10 лет. Но хранить снимки на карте достаточно глупо, слишком уж дороги они сегодня.

Для управления различными функциями фотоаппарата на его корпусе расположены органы управления  множество различных кнопок, переключателей, селекторов и т.п. Их количество, конструкция и назначение различно для разных моделей фотоаппаратов. Но есть такие, которые имеются практически у всех камер. Это кнопка включения, кнопка спуска, мультиселектор, кнопка «MENU», клавиша зумирования и кнопка включения режима просмотра. Цифровой фотоаппарат - это электрический прибор, а значит, у него обязательно есть кнопка включения питания.  

На задней панели фотоаппарата расположен жидкокристаллический монитор, на котором во время съёмки можно визировать изображение, делать те или иные установки, просматривать сделанные снимки. При сильном увеличении можно увидеть, что поверхность монитора покрыта мельчайшими прямоугольниками синего, зелёного и красного цветов. Перед каждой цветной ячейкой расположен жидкокристаллический затвор. В обычном положении затвор прозрачен, а при подаче на его контакты напряжения он теряет прозрачность, становится чёрным. С внутренней стороны монитора располагается один или несколько источников белого цвета. От их характеристики зависит яркость и равномерность освещения монитора. Таким образом, если на все зелёные и красные ячейки подать напряжение, монитор будет светиться синим цветом, ведь свет подсветки будет проходить через синие ячейки монитора. Синтез всех других цветов будет осуществляться согласно аддитивному принципу.

Познакомившись c устройством монитора, можно догадаться, почему он потребляет много электроэнергии, и для чего его стоит иногда выключать. При выключенном мониторе фотограф должен знать о наиболее важных установках камеры, количестве оставшихся кадров и т.п. Для этих целей многие фотоаппараты оснащаются жидкокристаллическими дисплеями. Принцип работы дисплея схож с принципом работы ЖК монитора. Главными отличиями будут отсутствие цветных фильтров (изображения на дисплее монохромное, чёрно-белое) и отсутствие подсветки.

Жидкокристаллический дисплей служит для отображения самых важных настроек камеры. На дисплее можно увидеть изображение снимаемых объектов, он предназначен исключительно для отображения цифр и знаков. У многих любительских фотоаппаратов он отсутствует, но является обязательным элементом конструкции у профессиональных и полупрофессиональных камер.

На дисплее отображаются самые необходимые настройки и состояние камеры: режим работы, количество оставшихся кадров, степень сжатия, разрешение и многое другое. Подсветка дисплея позволяет видеть информацию на нем в вечернее время, но, к сожалению, существует она не у всех фотоаппаратов, оснащенных дисплеем.

На корпусе фотоаппарата можно найти от одного до 4~5 разъемов. Это могут быть гнезда для подключения: сетевого адаптера (внешнего источника питания), аудио/видеовыход для подключения к телевизору или видеомагнитофону, USB разъем для подключения к ПК, синхроконтакт для подключения внешних вспышек, универсальный разъем для подключения к док-станции и разъем пульта дистанционного управления (электронного спускового тросика). Для того чтобы контакты разъемов не загрязнялись, они прикрываются специальными крышками. Единого стандарта разъемов не существует.

Индикаторные светодиоды - это небольшие цветные «лампочки», расположенные на корпусе фотоаппарата. Как правило, они располагаются рядом с оптическим видоискателем либо рядом с отсеком карты памяти. Разный цвет, мигание и горение светодиодов информирует фотографа о состоянии камеры. Светодиоды информируют о таких процессах, как запись информации на карту памяти, готовность фотовспышки к съемке, точности фокусировки.

Практически все цифровые фотоаппараты оснащены встроенной фотовспышкой. У одних она расположена на передней панели, у других спрятана в верхней панели. Открытие и включение вспышки в этом случае может осуществляться как автоматически, так и вручную. Стоит обратить внимание на расстояние между рефлектором вспышки и объективом. Согласно законам физики чем меньше это расстояние, тем выше вероятность появления «красных глаз» на снимках. Кроме того, вспышки разных фотоаппаратов могут немного отличаться яркостью импульса.

В цифровых фотоаппаратах получили распространение четыре типа видоискателей: ЖК монитор, электронный (EVF), оптический параллаксный и зеркальный. Визировать изображение по ЖК монитору очень удобно. Кроме изображения на нем могут отображаться параметры съемки, вспомогательные линии кадрирования, гистограмма и другая полезная информация. Дополнительные удобства предоставляют пользователю цифровые фотоаппараты с возможность поворота монитора в разные стороны. Такая конструкция делает более удобной съемку с верхних и нижних точек, упрощает съемку автопортрета. Но есть у ЖК монитора и свои недостатки. Изображение на нем достаточно мелкое, по нему трудно судить о точности фокусировки. Когда на монитор падает яркий солнечный свет, различить изображение на нем очень трудно. Плохо различимо, но уже по другой причине изображение при съемке вечером или ночью. Большое потребление электроэнергии также заставляет в некоторых случаях отказаться от использования монитора в качестве видоискателя.