Įrenginys ir fotoaparato veikimo principas

2025 Autorius: Sierra Becker | becker@designhomebox.com. Paskutinį kartą keistas: 2025-01-22 22:12

Fotografija yra vienas svarbiausių išradimų istorijoje – ji tikrai pakeitė žmonių požiūrį į pasaulį. Dabar kiekvienas žmogus gali matyti vaizdus dalykų, kurie iš tikrųjų yra dideliais atstumais arba neegzistuoja ilgą laiką. Kiekvieną dieną internete paskelbiama milijardai nuotraukų, paverčiančių gyvenimą skaitmeniniais informacijos pikseliais.

Kameros struktūra

Fotografija leidžia užfiksuoti svarbias gyvenimo akimirkas ir išsaugoti jas metams į priekį. Įrenginiai vaizdams kurti jau seniai buvo įmontuoti telefonuose ir kitose programėlėse, tačiau kameros veikimo principas daugeliui lieka paslaptis. Fotografija yra tiek mokslas, tiek menas, tačiau didžioji dauguma nežino, kas nutinka paspaudus fotoaparato mygtuką arba atidarius išmaniojo telefono fotoaparato programėlę. Pirmoji kamera, kurios struktūra ir principas bus aptartas vėliau, visiškai neturėjo mygtukų ir visiškai nepriminė aplikacijos. Tačiau jo įrenginys yra šiuolaikinių prietaisų pagrindas.

Pavyzdžiui, filmavimo kamera susideda iš trijų pagrindinių elementų: optinio – objektyvo, cheminio – juostos ir mechaninio – fotoaparato korpuso. Trumpai apsvarstykime fotoaparato veikimo principą: juosta įkeliama į ritę dešinėje ir suvyniojama ant kitos ritės kairėje, pakeliui praeinant prieš objektyvą. Tai ilga lankstaus plastiko juostelė, padengta specialiomis cheminėmis medžiagomis, kurių pagrindą sudaro šviesai jautrūs sidabro junginiai.

Juoda ir b alta plėvelė turi vieną sluoksnį, o spalvota plėvelė – tris: viršus jautrus mėlynai šviesai, centras – žaliai, o apačia – raudonai. Vaizdas buvo gautas dėl kiekvieno iš jų cheminės reakcijos. Kad šviesa nesugadintų plėvelės, ji įvyniojama į patvarų, šviesai atsparų plastikinį cilindrą, kuris įdedamas į fotoaparato vidų. Bet kaip sujungia visus komponentus, kad jie užfiksuotų aiškų, atpažįstamą vaizdą? Yra daug skirtingų būdų, kaip priversti šias dalis veikti, tačiau pirmiausia turite suprasti pagrindinį fotoaparato veikimo principą. Kadangi fotografuojant nereikia elektros energijos, įprastas vieno objektyvo beveidrodinis fotoaparatas puikiai iliustruoja pagrindinius fotografavimo procesus.

Kodėl jums reikia objektyvo

Geriausia trumpai pradėti paaiškinti, kaip veikia fotoaparatas su teorija. Įsivaizduokite, kad stovite kambario, kuriame nėra langų, durų ar šviesų, viduryje. Tokioje vietoje nieko nesimato, nes nėra šviesos š altinio. Darant prielaidą, kad išsiėmėte žibintuvėlį ir jį įjungėte, irspindulys nuo jo juda tiesia linija. Kai ši šviesa atsitrenkia į objektą, ji atsimuša nuo jo ir patenka į akis, todėl galite matyti, kas yra kambaryje.

Skaitmeninio fotoaparato veikimo principas panašus į objektų išplėšimą iš tamsios patalpos žibintuvėlio spinduliu. Optinis fotoaparato komponentas yra objektyvas. Jo užduotis yra atmušti šviesos spindulius, grįžtančius iš objekto, ir nukreipti juos taip, kad jie susijungtų ir sudarytų vaizdą, kuris atrodo kaip scena prieš objektyvą. Gali būti, kad nėra iki galo aišku, kaip vyksta šis procesas ir kodėl paprastas stiklas gali nukreipti šviesą. Atsakymas labai paprastas: kai šviesa pereina iš vienos terpės į kitą, ji keičia greitį.

Kaip veikia objektyvas

Šviesa oru sklinda greičiau nei stiklu, todėl objektyvas ją sulėtina. Spinduliams pataikius į jį kampu, viena bangos dalis paviršių pasieks anksčiau už kitą ir taip pirmiausia sulėtės. Kai šviesa patenka į stiklą kampu, ji pasilenkia viena kryptimi, o tada vėl, kai išeina iš stiklo, nes kai kurios šviesos bangos patenka į orą ir pagreitėja prieš kitas.

Standartinio išgaubto lęšio viena arba abi stiklo pusės yra išlenktos. Tai reiškia, kad praeinantys šviesos spinduliai bus nukreipti link objektyvo centro, kai jie patenka. Dvigubai išgaubtame lęšyje, pvz., didinamajame stikle, šviesa lenks, kai ji patenka ir išeina. Tai efektyviai pakeičia šviesos kelią nuo objekto, kuris yra susijęs su pagrindiniukameros veikimo principas. Šviesos š altinis skleidžia šviesą visomis kryptimis. Visi spinduliai prasideda viename taške, o vėliau nuolat skiriasi. Konverguojantis objektyvas paima šiuos spindulius ir nukreipia juos taip, kad jie visi susilietų atgal į tą patį tašką. Šioje vietoje gaunamas subjekto vaizdas.

Pirmosios kameros veikimo principas

Pirmoji kamera buvo kambarys su maža skylute vienoje šoninėje sienoje. Šviesa praėjo pro ją ir atsispindėjo tiesiomis linijomis, o vaizdas buvo projektuojamas aukštyn kojomis ant priešingos sienos. Jis buvo vadinamas camera obscura ir menininkai jį naudojo tapydami menines drobes. Išradimas priskiriamas Leonardo da Vinci. Nors tokie prietaisai egzistavo dar gerokai iki pirmosios tikros nuotraukos, tik tada, kai kažkas nusprendė patalpinti šviesai jautrią medžiagą šio kambario gale, kilo mintis tokiu būdu gauti vaizdą. Pirmosios kameros veikimo principas buvo toks: pluoštui atsitrenkus į šviesai jautrią medžiagą, chemikalai sureagavo ir išgraviravo vaizdą ant paviršiaus. Kadangi šis fotoaparatas neužfiksavo per daug šviesos, vienai nuotraukai padaryti prireikė aštuonių valandų. Vaizdas taip pat buvo gana neryškus.

SLR fotoaparatų skirtumas

Profesionalai dažnai teikia pirmenybę SLR fotoaparatams. Manoma, kad nuotraukos kokybė yra geresnė, nes fotografas vaizdo ieškiklyje mato tikrą objekto vaizdą, o neiškraipytas skaitmeninimo ir filtrų. Jei trumpai apibūdintume fotoaparato su refleksiniu vaizdo ieškikliu veikimo principą, tai prasmė susiveda į tai, kad tokioje kameroje fotografas mato tikrą vaizdą. Jis taip pat gali reguliuoti visas detales sukdamas ir spausdamas mygtukus. Taip yra dėl dvigubo veidrodžio – pentaprizmos. Tačiau kameros konstrukcijoje yra dar vienas - permatomas, esantis priešais matricą, kuris taip pat vadinamas jutikliu arba jutikliu. Fotoaparato užrakto veikimo principas yra toks, kad paspaudus mygtuką, jis pakelia veidrodį ir pakeičia jo pasvirimo kampą. Šiuo metu į jutiklį patenka šviesos srautas, po kurio vaizdas apdorojamas ir rodomas ekrane.

SLR fotoaparato veikimo principas yra sujungtas su diafragma, kuri palaipsniui atsidaro, kad prasiskverbtų spinduliai. Jį sudaro žiedlapiai, kurių padėtis lemia centrinio apskritimo skersmenį ir perduodamos šviesos kiekį. Spindulis patenka į objektyvus, o tada į veidrodį, fokusavimo ekraną ir pentaprizmą, kur vaizdas apverčiamas, o tada į vaizdo ieškiklį. Čia fotografas mato tikrą vaizdą. Beveidrodinės kameros veikimo principas skiriasi tuo, kad joje nėra tokio vaizdo ieškiklio. Dažnai jis pakeičiamas ekranu arba elektronine versija. Fazinis automatinis fokusavimas taip pat galimas tik SLR fotoaparatuose. Kitas skirtumas yra tas, kad paspaudus užrakto mygtuką, šviesa iškart patenka į fotoaparato matricą.

Sutelkite dėmesį į objektą

Vaizdo kokybė keičiasi priklausomai nuo to, kaip praeina šviesaper fotoaparato objektyvą. Jis susijęs su kampu, kuriuo šviesos spindulys patenka į jį ir kokia jo struktūra. Šis kelias priklauso nuo dviejų pagrindinių veiksnių. Pirmasis yra kampas, kuriuo šviesos spindulys patenka į objektyvą. Antrasis yra objektyvo struktūra. Šviesos įėjimo kampas keičiasi, kai objektas artėja ar tolsta nuo jo. Spinduliai, kurie įeina staigesniu kampu, išeis bukesniu kampu, ir atvirkščiai. Kameros objektyvas fiksuoja visus atsispindėjusius šviesos spindulius ir naudoja stiklą, kad nukreiptų juos į vieną tašką, sukurdamas ryškų vaizdą. Bendras „lenkimo kampas“bet kuriame taške išlieka pastovus.

Jei šviesa nesufokusuota, vaizdas atrodys neryškus arba nesufokusuotas. Iš esmės lęšio lenkimas padidina atstumą tarp skirtingų jo taškų. Spinduliai iš arčiau esančio taško susilieja toliau nuo objektyvo nei iš tolimesnio taško. Tai yra, realus arčiau esančio objekto vaizdas susidaro toliau nuo objektyvo nei nuo tolimesnio. Bendrą „linko kampą“lemia objektyvo struktūra. Fotoaparato objektyvas sukasi, kad sufokusuotų judėdamas arčiau arba toliau nuo juostos ar jutiklio paviršiaus. Apvalesnės formos objektyvas turės ryškesnį kreivio kampą. Tai padidina laiką, kurį viena šviesos bangos dalis sklinda greičiau nei kita, todėl šviesa daro staigesnį posūkį. Dėl to tikrasis fokusuotas vaizdas susidaro toliau nuo objektyvo, kai objektyvo paviršius yra lygesnis.

Dydisobjektyvo ir nuotraukos dydis

Didėjant atstumui tarp objektyvo ir tikrojo vaizdo, šviesos spinduliai plečiasi ir sudaro didesnį vaizdą. Plokščias objektyvas projektuoja didelį vaizdą, tačiau juosta eksponuojama tik vaizdo viduryje. Iš esmės objektyvas yra centre kadro viduryje, padidinant nedidelį plotą prieš žiūrovą. Kai stiklo priekis tolsta nuo fotoaparato jutiklio, objektai priartėja. Židinio nuotolis – tai atstumo tarp to, kur šviesos spinduliai pirmą kartą patenka į objektyvą, ir tos vietos, kur jie pasiekia fotoaparato jutiklį, matavimas. Profesionalios kameros leidžia montuoti skirtingus objektyvus, su skirtingais didinimais. Didinimo laipsnis apibūdinamas židinio nuotoliu. Kamerose jis apibrėžiamas kaip atstumas tarp objektyvo ir tikro objekto vaizdo, esančio dideliu atstumu.

Lyšių skirtumai

Didesnis židinio nuotolių skaičius rodo didesnį vaizdo padidinimą. Skirtingoms situacijoms tinka skirtingi lęšiai. Jei fotografuojate kalnų grandinėje, galite naudoti ypač didelio židinio nuotolio objektyvą. Jie leidžia sutelkti dėmesį į tam tikrus elementus tolumoje. Jei reikia fotografuoti portretą iš arti, tiks plataus kampo objektyvas. Jo židinio nuotolis yra daug trumpesnis, todėl vaizdas suspaudžiamas prieš fotografą.

Chromatinė aberacija

Kameros objektyvas iš tikrųjų yra keli objektyvai, sujungti į vieną bloką. Gali susidaryti vienas susiliejantis lęšistikras vaizdas filme, tačiau jis bus iškraipytas dėl daugybės nukrypimų. Vienas iš reikšmingiausių iškraipymo veiksnių yra tai, kad skirtingos spektro spalvos skirtingai išlinksta judamos per objektyvą. Ši chromatinė aberacija iš esmės sukuria vaizdą, kuriame tonai nėra tinkamai suderinti. Kameros tai kompensuoja naudodamos kelis objektyvus, pagamintus iš skirtingų medžiagų. Kiekvienas objektyvas skirtingai apdoroja spalvas, o jas tam tikru būdu derinant spalvos persirikiuoja. Priartinantis objektyvas turi galimybę perkelti įvairius objektyvo elementus pirmyn ir atgal. Keisdami atstumą tarp atskirų objektyvų galite reguliuoti viso objektyvo didinimo galią.

Plėvelės ir vaizdo jutikliai

Įrenginys ir fotoaparato veikimo principas taip pat susiję su informacijos įrašymu į laikmeną. Istoriškai fotografai taip pat buvo savotiški chemikai. Plėvelė sudaryta iš šviesai jautrių medžiagų. Kai į šias medžiagas patenka lęšio šviesa, jos užfiksuoja objektų ir detalių formą, pavyzdžiui, kiek šviesos sklinda iš jų. Tamsioje patalpoje filmas buvo kuriamas, jame buvo atliekamos cheminės vonios, kad būtų gautas vaizdas. Fotoaparato su jutikliu veikimo principas kiek skiriasi nuo kino kameros veikimo. Nors objektyvai, metodai ir terminai yra vienodi, skaitmeninio fotoaparato jutiklis labiau atrodo kaip saulės baterija, o ne į juostelę. Kiekvienas jutiklis yra padalintas į milijonus raudonų, žalių ir mėlynų pikselių arba megapikselių. Kai šviesa pasiekia pikselį, jutiklis paverčia jį energija, o kameroje įmontuotas kompiuteris nuskaito, kiek energijosgaminamas.

Kodėl megapikseliai svarbūs

Kameros jutiklis matuoja kiekvieno pikselio energijos kiekį ir leidžia nustatyti, kurios vaizdo sritys yra šviesios ir tamsios. Ir kadangi kiekvienas pikselis turi spalvų reikšmę, fotoaparato kompiuteris gali įvertinti scenos spalvas, žiūrėdamas, kokie kiti netoliese esantys pikseliai yra užregistruoti. Sujungdamas informaciją iš visų pikselių, kompiuteris gali apytiksliai įvertinti fotografuojamo objekto formas ir spalvas. Jei kiekvienas pikselis renka šviesos informaciją, daugiau megapikselių turintys fotoaparato jutikliai gali užfiksuoti daugiau detalių.

Štai kodėl gamintojai dažnai reklamuoja megapikselių kameras pridėdami trumpą kameros veikimo paaiškinimą. Nors tai tam tikru mastu tiesa, jutiklio dydis taip pat yra svarbus. Didesni jutikliai surinks daugiau šviesos, o tai padės gauti geresnę vaizdo kokybę esant prastam apšvietimui. Daug megapikselių supakavimas į mažą jutiklį iš tikrųjų pablogina vaizdo kokybę, nes atskiri pikseliai yra per maži. Standartinis 50 mm objektyvo objektyvas neleidžia daug priartinti ar nutolinti, todėl jis idealiai tinka objektams, kurie nėra per arti ar per toli.

Kaip veikia Polaroid

Nešiojama fotostudija, kurioje užfiksuoti beveik akimirksniu vaizdai, buvo svajonė jau seniai. Kol buvo neįprastas fotoaparatas, leidžiantis nelaukti savaites spaudiniųvaizdai. Edvinas Landas sukūrė pirmąjį „Polaroid“fotoaparatą. Jis turėjo idėją momentinei fotografijai ir paprašė „Kodak“finansavimo. Tačiau kompanija tai suprato kaip pokštą ir iš jo tik juokėsi. Edvinas Landas išvyko namo ir pradėjo dirbti su kitais projektais, kad surinktų pinigų. Jis sukūrė polaroidinį objektyvą, o tada išrado savo garsiąją nešiojamą fotostudiją.

Polaroid fotoaparato veikimo principas panašus į įprastos juostinės kameros veikimo mechanizmą, kurio viduje buvo plastikinis pagrindas, padengtas šviesai jautriomis sidabro mišinio dalelėmis. Kiekvienas nuotraukos ruošinys turi tuos pačius šviesai jautrius sluoksnius, esančius ant plastikinio lakšto. Juose yra visos nuotraukos išryškinimui reikalingos cheminės medžiagos. Po kiekvienu spalvotu sluoksniu yra dar vienas, su dažais. Iš viso kortelėje yra daugiau nei 10 skirtingų sluoksnių, įskaitant nepermatomą pagrindo sluoksnį, kuris yra ruošinys cheminei reakcijai. Komponentas, kuris pradeda procesą, yra reagentas, deaktyvatorių, šarmų, b alto pigmento ir kitų elementų mišinys. Jis yra sluoksnyje tiesiai virš šviesai jautrių sluoksnių ir tiesiai po vaizdo sluoksniu.

Polaroid fotoaparato veikimo principas yra tas, kad prieš fotografuojant visa reagento medžiaga surenkama rutuliuko pavidalu ant plastikinio lakšto krašto, toliau nuo šviesai jautrios medžiagos. Paspaudus mygtuką, plėvelės kraštas išeina iš kameros per porą volelių, paskirstančių reagentą centre.rėmelis. Kai reagentas pasiskirsto tarp vaizdo sluoksnio ir šviesai jautrių sluoksnių, jis reaguoja su kitais cheminiais elementais. Nepermatoma medžiaga neleidžia šviesai prasiskverbti į apatinius sluoksnius, todėl plėvelė nėra visiškai eksponuojama prieš išryškinant.

Cheminės medžiagos juda žemyn per sluoksnius, paversdamos atviras kiekvieno sluoksnio daleles į metalinį sidabrą. Tada cheminės medžiagos ištirpdo ryškinimo dažus, todėl jie pradeda prasiskverbti į vaizdo sluoksnį. Metalinio sidabro sritys kiekviename sluoksnyje, kuri buvo veikiama šviesos, sulaiko dažus, todėl jie nustoja judėti aukštyn. Tik dažai iš neeksponuotų sluoksnių bus perkelti į vaizdo sluoksnį. Šviesa, atsispindinti nuo b alto reagento pigmento, praeina per šiuos spalvotus sluoksnius. Rūgštinis sluoksnis plėvelėje reaguoja su reagente esančiais šarmais ir deaktyvatoriais, todėl vaizdas palaipsniui vystosi. Norint visiškai išryškinti, reikia šviesos, ir dažniausiai fotografas ištraukia kortelę ir mato galutinę filmo kūrimo chemiją.