Jdi na obsah Jdi na menu
 


Konstrukce a princip fotoaparátů

25. 6. 2011

 

1. Konstrukce a princip fotoaparátů

... aneb jak snímek vzniká ...

 

Historie fotoaparátů

zeis-ikon.jpgPokud jste nechodili během hodin fyziky za školu, jistě si vzpomenete na termín Camera Obscura. Princip fotoaparátu je tedy odvozen od dírkové komory. Fotoaparát, vyrobený na principu dírkové komory je tak jednoduchý, že si jej můžete vyrobit i sami. Nemá žádný optický člen, místo objektivu je v přední části fotoaparátu vytvořená dírka, kterou obraz prochází.

Jako médium pro ukládání obrazu se používaly světlocitlivé fotografické desky, později filmy různých rozměrů, až se pro nejširší potřeby ustálil kinofilm, tak jak jej mnozí znáte. Vývoj šel samozřejmě dál a vznikla celá řada řešení až po dnešní moderní digitální fotoaparáty, které ukládají nejen statický obraz, ale i ozvučené video.

Cesta světla

360px-slr_cross_section.svg.pngPokud je fotoaparát nepoškozený, tedy světlotěsný, světlo při vzniku snímku putuje vždy stejnou cestou. Světlo se od fotografovaného objektu odráží, prochází objektivem a dopadá na citlivou vrstvu filmu nebo senzoru. Intezitu dopadajícího světla nastavujeme zcela manuálně, částečně nebo volbu ponecháme  na přístroji, který se pokusí správný výsledek odhadnout. (ilustrační obr: en:User:Cburnett)

 

 

 

Objektivy

Objektiv může být jednoduché nebo naopak velmi složité zařízení, skládajících se z mnoha optických členů. V principu ale pracuje pořád stejně - má za úkol soustředit procházející světlo na plochu filmu nebo senzoru tak, aby byl obraz ostrý a pokud možno bez optických vad. Objektiv může být na fotoaparátu umístěn pevně nebo může být výměnný.

Princip clony
Clona slouží k určování množství světla, které objektivem projde, ale také k určení hloubky ostrosti. To znamená, do jaké míry má být prostor před a za fotografovaným objektem ostrý.  Velikost clony udává clonové číslo a vyjadřuje jej písmeno f. Čím větší clonové číslo bude nastaveno, tím méně světla bude objektivem procházet a tím ostřejší bude obraz v jeho hloubce.

Světelnost objektivů

S tématem míry procházejícího světla souvisí i světelnost objektivu - čím nižší číslo je na něm uvedeno, tím více světla propustí. U zoomových objektivů se udávají dvě čísla. To menší značí maximální světelnost při širokoúhlém záběru, vyšší číslo pak ukazuje, jak je objektiv světelný při maximálním zoomu (optickém přiblížení). S použitím zoomu totiž u běžných objektivů klesá průchod světla. Existují i objektivy, které mají konstantní nízkou světelnost v celém rozsahu zommu, ale ty jsou obvykle velmi drahé.

Závěrka
Závěrka je zařízení, kterým nastavujeme čas, tedy jak dlouho bude světlo objektivem procházet. Časy závěrky jsou, podobně jako clona, definovány v jednotné řadě. Například čas 1/60s se uvádí na fotoaparátu ve tvaru 60, tedy bez zlomkové čáry.

Digitální senzor versus kinofilm

Světlo, procházející objektivem, dopadne na kinofilm (může se jednat např. také o svitkový film, ale zůstaneme u toho formátu) nebo digitální senzor, kde svoji cestu ukončí. V případě digitálního fotoaparátu je obraz převeden na elektrické impulsy, které fotoaparát zpracuje a uloží je na paměťovou kartu. V dnešní době jasně převládají digitální fotoaparáty, přestože mají oproti filmu mnoho neduhů. Ale také spoustu výhod. Podíváme se na výhody a nevýhody obou z nich.

Výhody a nevýhody kinofilmu

Vyjadřovat se ke kvalitě obrazu z kinofilmu je celkem zbytečné, protože je prostě špičková. Podíl na tom má velká plocha políčka kinofilmu, jehož rozměr mají pouze velmi drahé profesionální zrcadlovky. Oproti senzoru má kinofilm také vyšší dynamický rozsah, to znamená, že "pobere" daleko větší rozsah mezi hlubokými stíny a jasně osvětlenou plochou v jednom obraze. Nevýhodou je nastavení citlivosti - jak citlivý film budete mít založený (např. ISO 100) taková citlivost bude k dispozici. Také počet políček je oproti kinofilmu mizivý. Pokud ale potřebujeme dělat skutečné velké a velmi kvalitní výtisky s levným přístrojem, kinofilm je ideání volba.

Výhody a nevýhody senzorů u digitálních fotoaparátů

dynamicky_rozsah.pngHlavní nevýhodou oproti kinofilmovému políčku je obvykle malý senzor a související poměrně nízký dynamický rozsah scény, především u kompaktů. Obraz pak trpí na přepaly, kdy například zcela zmizí barva oblohy, aby se zachránila tmavší krajina (nebo naopak). Obojí prostě nezvládne... U zrcadlovek už je situace o mnoho lepší - výrobci se opravdu snaží! Navíc většina přístrojů zobrazuje histogram, ze kterého lze mnohé vyčíst. Druhým problémem bývá obrazový šum. Zde velmi záleží na konkrétním typu fotoaparátu a na nastavení ISO. Pak už můžeme hovořit v podstatě o samých výhodách - okamžitá kontrola výsledku, okamžitý tisk či publikování. Ohromné množství fotek, které se vejde na paměťovou kartu umožňuje bez obav střílet varianty nastavení a snímky pak doma přetřídit, a vybrat tu nejlepší. Snadná je také postprodukce - retuše a editační úpravy.

 

 

Jak pracují různé typy senzorů digitálních fotoaparátů

chipincamera.jpgCCD a CMOS - světlocitlivá plocha snímače se v drtivé většině používá buď na bázi technologie CCD nebo CMOS. Světlo je v jednotlivých pixelech (obrazových bodech) převáděno na elektrický signál. Systémy CCD a CMOS se liší v principu odvádění elektkrického signálu. Technologie CCD je uvolňuje postupně po řádcích, což způsobuje více chyb - vyšší šum. Po uzavření uzávěrky jsou vygenerované náboje z čipu postupně odváděny a měřeny speciálním zesilovačem pro každý jednotlivý pixel. Takto získaný signál je převeden AD převodníkem a pomocí mikroprocesoru je zpracováván a převeden do některého grafického formátu např. RAW, JPEG apod. Datový soubor je uložen na paměťovou kartu. (ilustrační obr: Peter Welleman)

700px-bayer_pattern_on_sensor.svg.pngInterpolace a Bayerova maska - barevný obraz je vytvořen interpolací, kterou zajišťuje tzv. Bayerova maska. V ní jsou z každých čtyř buněk snímače dva překryty zeleným filtrem, jeden červeným a jeden modrým. Toto uspořádání je dáno spektrální citlivost lidského zraku, který je v oblasti zelené barvy nejcitlivější.  Zbývající barevná informace se ve výsledném snímku dopočítává. (ilustrační obr: en:User:Cburnett)

 

x3_tech_hero.jpgFoveon - výjimkou mezi senzory je senzor Foveon, který je založen na principu pronikání světla o různých vlnových délkách do různé hloubky. Každý pixel má tedy zaznamenány informace o všech třech barvách a interpolace pomocí Bayerovy masky tedy není třeba. Tento senzor jako jediný vidí přímo barevně. U senzorů Foveon může mást jeho rozlišení - obsahuje tři vrstvy nad sebou a rozlišení jedné vrstvy je nutno násobit třemi. Protože je senzor Foveon opravdu unikátní, další informace o něm naleznete v samostatném díle.

Dalším  typem senzorů je Super CCD, který má čtvercovou síť, otočenou o 45˚. Posledním typem je Super CCD EXR. (ilustrační obr: www.foveon.com)

Kudy se na obraz díváme

800px-dslr_liveview.jpgV závislosti na konstrukčním řešení fotoaparátu je možné před zachycením obraz pozorovat různými způsoby. U kompaktních fotoaparátů se používá nejčastěji zadní displej nebo průhledový hledáček. Výhodou displeje je možnost pohodlného vidění obrazu i s brýlemi a snadnější kontrola kompozice obrazu i v neobvyklých polohách. Na jednookých zrcadlovkách je umístěn hledáček, v němž vidíme naprosto stejný obraz, který bude zachycen. U zrcadlovky se totiž díváme přímo objektivem. Ale i mnohé zrcadlovky umožňují pozorovat obraz pomocí displeje, ty jsou vybaveny funkcí, nazývanou Live wiev. (ilustrační obr: © Bill Bertram (Pixel8) 2009)

Rozdělení digitálních fotoaparátů

Digitální fotoaparáty lzerozdělit do tří základních skupin:

Kompakty - kompaktní fotoaparáty jsou vyráběny pro nenáročné uživatele, kteří žádají snadnou obsluhu, i když některé přístroje nabízí velmi vyspělou technologii. Jejich výhodou jsou malé rozměry, nevýhodou malé senzory, často trpící na přepaly nebo šum.

EVF - ultrazoomy - EFV (někdy se jim také říká falešná zrcadlovka), je zkratkou z electronic viewfinder. Tyto fotoaparáty mají hledáček, ale místo přímého pohledu do objektivu je v hledáčku umístěn displej, ukazující obraz ze senzoru. EVF přístroje mívají rozlišení okolo devíti megapixelů a zoom objektivy s velkým rozsahem ohniskových vzdáleností. Většina těchto fotoaparátů má také optický stabilizátor. Úhlopříčka snímače je větší než u kompaktů, začíná obvykle na 1/2,5".

800px-e-30-cutmodel.jpgDSLR - digitální zrcadlovky - digitální zrcadlovka je nejvyšší třídou fotoaparátů.  Nabízí maximální věrnost zobrazení v hledáčku, ale i obrazového výstupu, možnost použití výměnných objektivů a příslušenství. U mnoha modelů lze používat displej ke kompozici záběru, pomocí funkce živý náhled (Live wiew) nebo i video v HD kvalitě. Digitální zrcadlovky mají senzory od velikosti 18×13,5 mm až po rozměry filmového políčka 36×24 mm, tzv. full-frame. Z principu jejich konstrukce, tzn. velký senzor s minimálním šumem a možností používat vysoce kvalitní optiku, umožňují zrcadlovky pořizovat ty nejlepší možné snímky. Umožňují pracovat s hloubkou ostrosti a také možnosti nastavení jsou velmi vysoké. Jejich ovládání je ale samozřejmě z této trojice nejsložitější a začátečník může mít s obsluhou zrcadlovky problémy. (ilustrační obr: Hanabi123 talk)

Crop factor

Pro porovnání velikosti senzoru a velikosti obrazu se uvádí, tzv. crop factor (faktor ořezu). Ten popisuje, kolikrát je úhlopříčka senzoru menší než u filmového políčka. Objektivy, konstruované pro film, promítnou na senzor této velikosti pouze výřez  obrazu (jeho střed). To se dá interpretovat jako prodloužení ohniska na násobek vyjádřený crop factorem. To je výhodou u dlouhých ohnisek, ale pro širokoúhlé záběry je to značná nevýhoda. Například širokoúhlý objektiv s ohniskem 18 mm bude na APS-C zrcadlovce s crop factorem 1,5 fungovat jako by měl ohnisko 27 mm (18 x 1,5). Pro digitální fotoaparáty s menším čipem jsou vyráběny speciální objektivy, které nelze použít na full-framové zrcadlovky.

Velikost senzorů u DSLR

Rozlišení zrcadlovky může být v některém případě menší než rozlišení kompaktu, přesto bude mít obraz kvalitnější. U kompaktů jsou body na senzoru menší, stejně jako plocha celého senzoru. Obraz je tedy promítán na plochu několika milimetrů. U DSLR fotoaparátů znamená větší senzor větší body snímače, kvalitnější obraz a zároveň se tím sníží digitální šum, bez ohledu na to, že zrcadlovky mívají obvykle senzor CMOS na rozdíl od malých CCD senzorů v kompaktech.

Přehled velikostí senzorů u DSLR


označení rozměry crop factor výrobci
full-frame 36×24 mm 1 Canon, Nikon, Sony
APS-H 28,7×19 mm 1,3 Canon
APS-C 23,6×15,8 mm 1,5 Nikon, Pentax, Sony, Konika Minolta
APS-C 22,2×14,8 mm 1,6 Canon
Foveon 20,7×13,8 mm 1,7 Sigma
Systém 4/3 a Mikro 4/3 18×13,5 mm 1,9 Olympus, Kodak, Leica, Panasonic

V příštím díle se podrobněji podíváme na snímač Foveon X3®

     Začátek          Obsah       Následující >

 

 Zpět na hlavní stranu

 


 

 

Komentáře

Přidat komentář

Přehled komentářů

Zatím nebyl vložen žádný komentář
 

 

 

Z DALŠÍCH WEBŮ

REKLAMA