Budowa i działanie aparatu fotograficznego

Fotografia jest jednym z najważniejszych wynalazków w historii - naprawdę zmieniła sposób, w jaki ludzie postrzegają świat. Każdy może teraz zobaczyć obrazy rzeczy, które są naprawdę daleko lub już dawno przestały istnieć. Miliardy zdjęć są codziennie publikowane w Internecie, przekształcając życie w cyfrowe piksele informacji.

Jak działa aparat fotograficzny

Fotografia umożliwia uchwycenie ważnych dla życia chwil i zachowanie ich na długie lata. Urządzenia obrazujące od dawna są wbudowane w telefony i inne gadżety, ale jak działa aparat fotograficzny jest tajemnicą dla wielu. 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, który zostanie opisany później, nie miał żadnych przycisków i w ogóle nie przypominał aplikacji. Ale jego urządzenie jest w sercu dzisiejszych gadżetów.

Na przykład aparat fotograficzny składa się z trzech głównych elementów: optycznego - obiektywu, chemicznego - filmu i mechanicznego - korpusu aparatu. Przyjrzyjmy się pokrótce, jak działa aparat: film jest ładowany na szpulę po prawej stronie i nawijany na inną szpulę po lewej stronie, przechodząc przed obiektywem wzdłuż ścieżki. Jest to długi pasek elastycznego tworzywa sztucznego pokrytego specjalnymi związkami chemicznymi srebra, które są wrażliwe na światło.

Film czarno-biały ma jedną warstwę filmu, a film kolorowy ma trzy warstwy: górna warstwa jest wrażliwa na światło niebieskie, środkowa na światło zielone, a dolna na światło czerwone. Obraz powstaje w wyniku reakcji chemicznej każdego. Aby światło nie zepsuło filmu, jest on zawijany w mocny, odporny na światło plastikowy cylinder, który umieszcza się wewnątrz kamery. Ale jak wszystkie komponenty łączą się ze sobą, aby zarejestrować wyraźny, rozpoznawalny obraz? Jest wiele Istnieją różne sposoby, aby te części działały, ale najpierw musisz zrozumieć podstawową zasadę działania aparatu. Ponieważ do robienia zdjęć nie potrzeba prądu, zwykła lustrzanka jednoobiektywowa jest doskonałą ilustracją Podstawowe procesy produkcja fotografii.

Dlaczego potrzebujesz obiektywu

Na początek wyjaśnienie, jak w skrócie działa aparat fotograficzny jest najlepszy W teorii. Wyobraź sobie, że stoisz w środku pokoju bez okien, drzwi lub oświetlenie. W tym miejscu nic nie widać, bo nie ma źródła światła. Zakładając, że wyjmiemy latarkę i włączymy ją, a promień z niej będzie poruszał się w linii prostej. Kiedy to światło uderza w obiekt, odbija się od niego i dociera do Twoich oczu, pozwalając Ci widzieć, co jest w środku wewnątrz pomieszczenia.

Aparat cyfrowy działa jak promień latarki wyłapujący obiekty w ciemnym pomieszczeniu. Elementem optycznym aparatu fotograficznego jest obiektyw. Jego zadaniem jest odbijanie promieni świetlnych z powrotem od obiektu i przekierowanie ich tak, aby złożyły się na obraz, który wygląda jak scena przed obiektywem. Może nie jest to do końca jasne, jak to działa ten proces i dlaczego zwykłe szkło może przekierować światło. Odpowiedź jest bardzo prosta: kiedy światło przechodzi z jednego ośrodka do drugiego, zmienia prędkość.

Jak działa obiektyw?

Światło podróżuje szybciej przez powietrze niż przez szkło, więc soczewka je spowalnia. Gdy promienie uderzają w nią pod kątem, jedna część fali dotrze do powierzchni przed drugą i w ten sposób spowolni pierwszą. Gdy światło wchodzi do szkła pod kątem, ugina się w jednym kierunku, a następnie ponownie, gdy opuszcza szkło, ponieważ części fali świetlnej uderzają w powietrze i przyspieszają przed innymi.

W standardowej soczewce wypukłej jedna lub obie strony szkła są zakrzywione. Oznacza to, że promienie światła przechodzące przez promienie światła zostanie odchylona w kierunku środka soczewki, gdy wejdzie do niej. W podwójnej soczewce wypukłej, takiej jak szkło powiększające, światło będzie się uginać zarówno na zewnątrz, jak i do wewnątrz. To skutecznie zmienia drogę światła od obiektu, co jest związane z podstawową zasadą działania aparatu fotograficznego. Źródło światła emituje światło we wszystkich kierunkach. Wszystkie promienie zaczynają się w jednym punkcie, a następnie stale się rozchodzą. Soczewka zbierająca pobiera te promienie i przekierowuje je tak, że wszystkie zbiegają się z powrotem do tego samego punktu. Tu właśnie pojawia się obraz obiektu.

Zasada działania pierwszej kamery

Pierwszą kamerą był pokój z małą dziurą w jednej z bocznych ścian. Światło przechodzi przez nią i odbija się w liniach prostych, a obraz jest wyświetlany do góry nogami na przeciwległej ścianie. Była to tzw. komora obscura i służyła artystom do malowania. Wynalazek ten przypisuje się Leonardo da Vinci. Chociaż takie urządzenia istniały na długo przed pierwszą prawdziwą fotografią, dopiero gdy ktoś postanowił umieścić materiał światłoczuły z tyłu tego pomieszczenia, narodził się pomysł zrobienia zdjęcia w ten sposób. Zasada działania pierwszego aparatu fotograficznego polegała na tym, że gdy wiązka światła trafiała na materiał światłoczuły, chemikalia reagowały i wytrawiały obraz na powierzchni. Ponieważ nie przechwytywał tak dużo światła, wykonanie jednego zdjęcia zajęłoby osiem godzin. Obraz jest też dość nieostry.

Różnice między lustrzankami cyfrowymi

Profesjonaliści często wybierają lustrzanki. Mówi się, że jakość obrazu jest lepsza, ponieważ przez wizjer widać prawdziwy obraz obiektu, na który nie ma wpływu cyfryzacja i filtrowanie. Aby krótko wyjaśnić, jak działa aparat z wizjerem lustrzanym, sprowadza się to do tego, że w aparacie z wizjerem lustrzanym fotograf widzi rzeczywisty obraz. Może również dostosować wszystkie szczegóły, obracając i naciskając przyciski. Dzieje się tak za sprawą podwójnego lustra, pentapryzmu. Ale aparat ma także inny półprzezroczysty element przed czujnikiem, zwany także sensorem. Sposób działania migawki aparatu fotograficznego polega na tym, że podnosi ona lustro i zmienia jego kąt nachylenia po naciśnięciu przycisku. W tym momencie strumień światła trafia na czujnik, po czym obraz jest przetwarzany i wyświetlany na ekranie.

Zasada działania lustrzanka jest połączony z przysłoną, która stopniowo otwiera się, aby wpuścić światło. Składa się z płatów, których położenie decyduje o średnicy koła centralnego i ilości światła, które przez nie przechodzi. Światło trafia w obiektyw, a następnie w lustro, ekran ogniskujący i pentapryzmat, gdzie obraz jest odwracany, a następnie w wizjer. To tutaj fotograf widzi prawdziwy obraz. Aparat bezlusterkowy różni się tym, że nie posiada wizjera. Często zastępuje się go ekranem lub wersją elektroniczną. Tylko lustrzanki mają autofokus fazowy. Kolejną różnicą jest to, że światło uderza w matrycę aparatu natychmiast po naciśnięciu spustu migawki.

Skupianie się na temacie

Jakość obrazu zmienia się w zależności od tego, jak światło przechodzi przez obiektyw aparatu. Ma to związek z kątem, pod jakim wpada do niego światło i jego strukturą. Ścieżka ta zależy od dwóch głównych czynników. Pierwszym z nich jest kąt padania światła na obiektyw. Drugim jest budowa soczewki. Kąt padania światła zmienia się wraz z przybliżaniem lub oddalaniem się obiektu. Promienie, które wchodzą pod ostrzejszym kątem, wyjdą pod tępszym i odwrotnie. Obiektyw kamery wychwytuje wszystkie odbite promienie świetlne i wykorzystuje szkło do przekierowania ich do jednego punktu, tworząc wyraźny obraz. Ogólny "kąt zgięcia" w dowolnym punkcie pozostaje stały.

Jeśli światło nie trafi we właściwe miejsce, obraz będzie wydawał się nieostry lub rozmazany. W efekcie zgięcie soczewki zwiększa odległość między różnymi punktami na soczewce. Promienie z najbliższego punktu zbiegają się dalej od soczewki niż promienie z najdalszego punktu. To znaczy, że rzeczywisty obraz bliższego obiektu powstaje dalej od obiektywu niż od obiektu bardziej odległego. Całkowity "kąt zgięcia" jest określany przez strukturę soczewki. Obiektyw aparatu obraca się w celu ustawienia ostrości, przybliżając lub oddalając się od powierzchni filmu lub matrycy. Obiektyw o bardziej okrągłym kształcie będzie miał ostrzejszy kąt zgięcia. Zwiększa to ilość czasu, w którym jedna część fali świetlnej porusza się szybciej niż druga, więc światło wykonuje ostrzejsze zakręty. W rezultacie, gdy soczewka jest bardziej płaska, zogniskowany obraz rzeczywisty powstaje w większej odległości od obiektywu.

Rozmiar obiektywu i rozmiar obrazu

W miarę zwiększania się odległości między soczewką a rzeczywistym obrazem, promienie świetlne rozszerzają się tworząc większy obraz. Płaski obiektyw wyświetla duży obraz, ale film jest naświetlany tylko w jego środkowej części. Zasadniczo obiektyw skupia się na środku kadru, powiększając mały obszar przed widzem. Gdy przód szkła oddala się od czujnika kamery, obiekty stają się bliższe. Ogniskowa to pomiar odległości między miejscem, w którym światło po raz pierwszy uderza w obiektyw, a miejscem, w którym dociera do czujnika aparatu. Profesjonalne kamery pozwalają na zastosowanie różnych obiektywów, o różnym powiększeniu. Powiększenie opisywane jest przez ogniskową. W aparatach fotograficznych definiuje się ją jako odległość między obiektywem a rzeczywistym obrazem obiektu znajdującego się w odległości.

Różnice między obiektywami

Większa liczba ogniskowych oznacza większe powiększenie. Różne obiektywy są odpowiednie do różnych sytuacji. Jeśli fotografujesz pasmo górskie, możesz użyć obiektywu o szczególnie długiej ogniskowej. Pozwalają one skupić się na określonych 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 fotograficznego to tak naprawdę kilka obiektywów połączonych w jedną całość. Pojedyncza soczewka skupiająca może tworzyć realistyczny obraz na filmie, ale będzie on zniekształcony przez serię aberracji. Jednym z najbardziej znaczących czynników zniekształcających jest to, że różne kolory widma wyginają się inaczej podczas przechodzenia przez obiektyw. Ta aberracja chromatyczna zasadniczo tworzy obraz, w którym tony nie są ułożone prawidłowo. Aparaty fotograficzne kompensują to poprzez zastosowanie wielu obiektywów z różnych materiałów. Każda soczewka przetwarza kolory w inny sposób, a po połączeniu ich w określony sposób, kolory ulegają zmianie układu. Obiektyw zmiennoogniskowy ma możliwość przesuwania poszczególnych elementów obiektywu w przód i w tył. Zmieniając odległość między poszczególnymi soczewkami, można regulować moc powiększenia całego obiektywu.

Film i czujniki obrazu

Budowa i działanie aparatu fotograficznego odnoszą się również do zapisu informacji na nośniku. Historycznie rzecz biorąc, fotografowie byli również swego rodzaju chemikami. Film składa się z materiałów światłoczułych. Kiedy światło z obiektywu trafia na te materiały, rejestrują one kształt obiektów i szczegóły, takie jak ilość światła wydobywającego się z nich. W ciemni film jest wywoływany poprzez poddanie go serii kąpieli chemicznych w celu stworzenia obrazu. Sposób działania aparatu z matrycą różni się nieco od aparatu na film. Chociaż obiektywy, metody i terminy są takie same, czujnik aparatu cyfrowego przypomina bardziej panel słoneczny niż pasek filmu. Każdy czujnik jest podzielony na miliony czerwonych, zielonych i niebieskich pikseli lub megapikseli. Kiedy światło trafia na piksel, czujnik przetwarza je na energię, a komputer w aparacie odczytuje, ile energii zostało wyprodukowane.

Dlaczego megapiksele mają znaczenie

Czujnik aparatu działa poprzez pomiar ilości energii, jaką posiada każdy piksel, co pozwala określić, które obszary obrazu są jasne, a które ciemne. A ponieważ każdy piksel ma wartość koloru, komputer kamery może ocenić kolory w scenie, patrząc na to, co zarejestrowały sąsiednie piksele. Łącząc informacje ze wszystkich pikseli, komputer jest w stanie przybliżyć kształty i kolory obiektu. Jeśli każdy piksel zbiera informacje o świetle, czujnik aparatu z większą liczbą megapikseli może uchwycić więcej szczegółów.

Dlatego producenci często reklamują megapiksele aparatu, dodając krótkie wyjaśnienie, jak działa aparat. Choć w pewnym stopniu jest to prawdą, rozmiar sensora również ma znaczenie. Większe czujniki będą zbierać więcej światła, co pomoże uchwycić lepszą jakość zdjęć w słabym świetle. Umieszczenie dużej liczby megapikseli w małej matrycy w rzeczywistości pogarsza jakość obrazu, ponieważ poszczególne piksele są zbyt małe. Standardowy obiektyw o ogniskowej 50 mm nie przybliża i nie oddala znacząco obrazu, przez co idealny dla Standardowy obiektyw Polaroida nie powiększa ani nie oddala się znacząco, co czyni go idealnym do robienia zdjęć obiektów, które nie są zbyt blisko ani zbyt daleko.

Jak to działa "Polaroid"

Przenośne studio fotograficzne, w którym można niemal natychmiast uwiecznić zdjęcia - przez długi czas było to tylko marzenie. Nietypowy aparat, dzięki któremu nie trzeba czekać tygodniami na wydruk zdjęć. Edwin Land stworzył pierwszy aparat fotograficzny "Polaroid". Miał pomysł na fotografię natychmiastową i poprosił Kodaka o fundusze. Ale firma potraktowała to jako żart i tylko się z tego śmiała. Edwin Land wrócił do domu i zaczął pracować nad innymi projektami, aby zebrać pieniądze. Stworzył obiektyw Polaroid, a następnie wymyślił swoje słynne przenośne studio fotograficzne.

Zasada działania aparatu fotograficznego "Polaroid" jest podobny do mechanizmu zwykłego aparatu fotograficznego, wewnątrz którego znajduje się plastikowa podstawa pokryta cząsteczkami związku srebra, wrażliwego na światło. Każdy blankiet fotograficzny ma takie same warstwy światłoczułe na plastikowym arkuszu. Zawierają one wszystkie substancje chemiczne potrzebne do wywołania zdjęcia. Pod każdą kolorową warstwą znajduje się kolejna, barwiona. W sumie karta ma ponad 10 różnych warstw, w tym nieprzezroczystą warstwę bazową, która jest preparatem do reakcji chemicznej. Składnikiem uruchamiającym proces jest odczynnik, mieszanina dezaktywatorów, ługu, białego pigmentu i innych elementów. Znajduje się w warstwie tuż nad warstwami światłoczułymi i tuż pod warstwą obrazu.

Jak działa kamera "Polaroid" w tym, że przed wykonaniem zdjęcia cały materiał odczynnika jest zbierany w kulkę na brzegu plastikowego arkusza, z dala od materiału światłoczułego. Po naciśnięciu przycisku krawędź filmu wychodzi z aparatu przez parę wałków, które rozprowadzają materiał odczynnikowy w środku klatki. Gdy odczynnik jest rozprowadzany między warstwą obrazu a warstwami światłoczułymi, reaguje z innymi pierwiastkami chemicznymi. Nieprzezroczysty materiał zapobiega przenikaniu światła na warstwy znajdujące się poniżej, dzięki czemu film nie jest w pełni naświetlony przed wywołaniem.

Odczynniki chemiczne przesuwają się w dół przez warstwy, przekształcając odsłonięte cząstki każdej warstwy w metaliczne srebro. Następnie chemikalia rozpuszczają barwnik wywoływacza, dzięki czemu zaczyna on przenikać do warstwy obrazu. Obszary metalicznego srebra w każdej warstwie, które zostały wystawione na działanie światła, zatrzymują barwniki, dzięki czemu przestają się one przemieszczać w górę. Tylko tusz z nienaświetlonych warstw przejdzie na warstwę obrazu. Światło odbijające się od białego pigmentu w odczynniku przechodzi przez te kolorowe warstwy. Kwaśna warstwa w filmie reaguje z zasadą i dezaktywatorami w odczynniku, co stopniowo odsłania obraz. Potrzebuje światła, aby rozwinąć się do końca i zazwyczaj fotograf, wyjmując kartę, widzi ostatni proces chemiczny związany z wywoływaniem filmu.