Основы фотографии. Главные фотографические термины и понятия

Теледерматология, сохранение, обработка и передача на расстояние цифровых изображений - темы, которые сейчас занимают многих дерматологов как в клиниках, так и в частной практике. Мы попытаемся в этой статье раскрыть важнейшие, по нашему мнению, возможности теледерматологии. Применение теледерматологии, наряду с улучшением качества лечения и диагностики, делает работу врача экономически эффективнее, что особенно важно для частнопрактикующих врачей.

Сохранение цифровых изображений и исследование пигментных образований кожи

Эпилюминесцентная дерматоскопия была "вновь открыта" в начале 70-х годов для предоперационной диагностики пигментных образований кожи . Вначале этот способ представлялся довольно сложным из-за применения стационарных, довольно громоздких, стереомикроскопов .

С появлением портативных, ручных дерматоскопов , а также бинокулярного дерматоскопа со значительно сильным увеличением эпилюминесцентная дерматоскопия заняла прочное место среди традиционных способов обследований.

С помощью дерматоскопа, так же как и при применении освещенной лупы, можно быстро обследовать поверхность кожи. При обследовании дерматоскопом на участок кожи помещают специальную шайбу из прозрачного материала, на которую наносят иммерсионную жидкость, что позволяет исследовать более глубокие слои кожи. Исследования показали, что уже при 10-кратном увеличении все существенные структурные и цветовые компоненты идентифицируемы .

Первоначально при обследованиях как стереомикроскопом, так и дерматоскопами разных видов делались (при необходимости) фотографии или диапозитивы . Это всегда сопровождалось значительными затратами по причине отсутствия моментального контроля за качеством изображения, так как результат съемки был виден только после проявления пленки. Все это существенно ограничивало возможности документации результатов обследований. В дальнейшем были найдены технические решения, позволяющие монтировать дерматоскопы на видеокамеру, подключенную к компьютеру. Такой способ дает возможность выводить изображения либо на монитор компьютера, либо на сепаратный монитор и затем их сохранять (рис.1 , рис.2).

Этот метод определенно превосходит традиционную фотографию в отношении скорости, стоимости (в связи с быстрым удешевлением качественной компьютерной техники в последние годы) и возможности контроля за качеством хранения изображений. Однако применение этого метода ограничено тем, что оптическое разрешение компьютерного изображения при использовании "обычных" на сегодняшний день видеокамер и компьютерных видеокарт ниже, чем при классических диапозитивах.

Кроме того, компьютерные изображения невозможно без ощутимой потери качества увеличить до степени, необходимой при клинических презентациях или лекциях. Хотя при рассмотрении сохраненной в компьютере дерматоскопической находки на мониторе или при распечатке ее на цветном или видеопринтере размером с фотографию (как это делается в повседневной практике при диагностике и документации), качество изображения практически не отличается от обычной фотографии.

Как при клинической фотографии, так и при видеофотографии важно, чтобы передаваемые цвета были натуральны. Современные видеокамеры способны сравнивать белый цвет как образец и постоянно контролируют спектр цвета в каждый момент съемки. Тем не менее в области цветового восприятия эпилюминесцентная дерматоскопия является абсолютно субъективным методом, так как какие-либо стандарты при сравнительном анализе цвета невозможны. Например, при оценке цветовых нюансов меланоцитарных образований исследователь должен полагаться только на личное восприятие. При анализе изображения необходимо помнить, что не только камера и освещение, но и компоненты компьютера, обрабатывающие и передающие изображение (монитор, график или видеокарта и др.), могут влиять на цвет. Диагноз ставит, как всегда, врач, а не система. Экспертные системы или автоматические скрининг-системы в настоящее время только разрабатываются.

1. Цель работы

Изучить аналоговую и цифровую технологии регистрации изображения, основные принципы работы, устройство, элементы управления и настройки современных фотокамер. Классификацию, структуру черно-белых и цветных негативных фотопленок, основные характеристики фотопленок и методику выбора фотоматериалов для решения конкретных фотографических задач. Аналоговую и цифровую технологии фотографирования. Получить практические навыки эксплуатации изучаемых приборов.

2. Теоретическая справка устройство пленочного (аналогового) фотоаппарата

Современный фотоаппарат с автоматической фокусировкой обоснованно сравнивают с глазом человека. На рис. 1 слева, схематически показан глаз человека. При открывании века световой поток, формирующий изображение, проходит через зрачок, диаметр которого регулируется радужной оболочкой в зависимости от интенсивности света (ограничивает количество света), затем он проходит через хрусталик, преломляется в нем и фокусируется на сетчатке, которая преобразует изображение в сигналы электрического тока и передает их по зрительному нерву в мозг.

Рис. 1. Сравнение глаза человека с устройством фотоаппарата

На рис. 1 справа, схематически показано устройство фотоаппарата. При фотографировании заслонка открывается (регулирует время освещения), световой поток, формирующий изображение, проходит через отверстие, диаметр которой регулируется диафрагмой (регулирует количество света), затем он проходит через объектив преломляется в нем и фокусируется на фотоматериале, который регистрирует изображение.

Пленочный (аналоговый) фотоаппарат – оптико-механический прибор, с помощью которого производится фотосъемка. Фотоаппарат содержит взаимосвязанные механические, оптические, электрические и электронные узлы (рис. 2). Фотоаппарат общего назначения состоит из следующих основных частей и органов управления:

- корпус со светонепроницаемой камерой;

- объектив;

- диафрагма;

- фотографический затвор;

- кнопка спуска – инициирует съёмку кадра;

- видоискатель;

- фокусировочное устройство;

- фотопленка;

- кассета (или иное приспособление для размещения фотопленки)

- устройство транспортировки пленки;

- фотоэкспонометр;

- встроенная фотовспышка;

- элементы питания камеры.

В зависимости от назначения и конструкции фотографические аппараты имеют различные дополнительные приспособления для упрощения, уточнения и автоматизации процесса фотосъемки.

Рис. 2. Устройство плёночного (аналогового) фотоаппарата

Корпус – основа конструкции фотоаппарата, объединяющая узлы и детали в оптико-механическую систему. Стенки корпуса представляют собой светонепроницаемую камеру, в передней части которой установлен объектив, а в задней – фотопленка.

Объектив (от латинского objectus – предмет) – оптическая система, заключенная в специальную оправу, обращенная к объекту съемки и образующая его оптическое изображение. Фотографический объектив предназначен для получения светового изображения объекта съемки на светочувствительном материале. От свойств объектива в значительной степени зависит характер и качество фотографического изображения. Объективы бывают постоянно-встроенными в корпус камеры или сменными. Объективы, в зависимости от отношения фокусного расстояния к диагонали кадра, принято подразделять нанормальные ,широкоугольные ителеобъективы .

Объективы с переменным фокусным расстоянием (зум-объективы) позволяют получать изображения разного масштаба при неизменном съемочном расстоянии. Отношение наибольшего фокусного расстояния к наименьшему называют кратностью объектива. Так, объективы с переменным фокусным расстоянием от 35 до 105 мм называют объективами с 3х-кратным изменением фокусного расстояния (3-х-кратным зумом).

Диафрагма (от греческого diaphragma) – устройство, с помощью которого ограничивается пучок лучей, проходящих через объектив, для уменьшения освещенности фотоматериала в момент экспонирования и изменения глубины резко изображаемого пространства. Этот механизм реализован в виде ирисовой диафрагмы, состоящей из нескольких лепестков, перемещение которых обеспечивает непрерывное изменение диаметра отверстия (рис. 3). Величину диафрагмы можно устанавливать вручную или автоматически с помощью специальных устройств. В объективах современных фотокамер настройка диафрагмы выполняется с электронной панели управления на корпусе камеры.

Рис. 3. Механизм ирисовой диафрагмы состоит из ряда перекрывающихся пластин

Фотографический затвор – устройство, с помощью которого обеспечивается воздействие световых лучей на фотоматериал в течение определенного времени, называемоговыдержкой . Открытие затвора происходит по команде фотографа при нажатии кнопки спуска или с помощью программного механизма – автоспуска. Выдержки, которые отрабатываются фотографическим затвором, называют автоматическими. Существует стандартный ряд выдержек, измеряемых в секундах:

Смежные числа этого ряда отличаются друг от друга в 2 раза. Переходя от одной выдержки (например 1/125 ) к соседней, мы увеличиваем (1/60 ) или уменьшаем (1/250 ) время экспонирования фотографического материала в два раза.

По устройству затворы подразделяют на центральные (створчатые) ишторно-щелевые (фокально-плоскостные).

Центральный затвор имеет отсекатели света, состоящие из нескольких металлических лепестков-створок, концентрически расположенных непосредственно возле оптического блока объектива или между его линзами, приводимые в действие системой пружин и рычагов (рис. 4). В качестве датчика времени в центральных затворах чаще всего используется простейший часовой механизм, а на коротких выдержках время открытия затвора регулируется силой натяжения пружин. Современные модели центральных затворов имеют электронный блок управления временем выдержки, лепестки удерживаются в открытом состоянии с помощью электромагнита. Центральные затворы автоматически отрабатывают выдержки в диапазоне от 1 до 1/500 секунды.

Затвор-диафрагма – центральный затвор, максимальная степень раскрытия лепестков которого регулируется, за счет чего затвор одновременно выполняет и роль диафрагмы.

В центральном затворе при нажатии на спусковую кнопку отсекатели начинают расходиться и открывают световое отверстие объектива от центра к периферии подобно ирисовой диафрагме, образуя световое отверстие с центром, расположенным на оптической оси. При этом одновременно на всей площади кадра возникает световое изображение. По мере расхождения лепестков освещенность возрастает, а затем, по мере их закрытия, убывает. Перед началом съемки следующего кадра затвор приводится в исходное положение.

Рис. 4. Некоторые типы центральных затворов: слева – с отсекателями света одностороннего действия; центр – с отсекателями света двустороннего действия; справа – с отсекателями света, выполняющими функции затвора и диафрагмы

Принцип действия центрального затвора обеспечивает высокую равномерность освещенности получаемого изображения. Центральный затвор позволяет применять фотовспышку практически во всем диапазоне выдержек. Недостатком центральных затворов является ограниченная возможность получения коротких выдержек, связанная с большими механическими нагрузками на отсекатели, при увеличении скорости их движения.

Шторно-щелевой затвор имеет отсекатели, в виде шторок (металлической – латунной гофрированной ленты) или набора подвижно скрепленных лепестков-ламелей (рис. 5), выполненных из легких сплавов или углепластика, расположенные в непосредственной близости от фотоматериала (в фокальной плоскости). Затвор вмонтирован в корпус фотоаппарата и приводится в действие системой пружин. Вместо пружины, которая перемещает шторки в классическом шторно-щелевом затворе, в современных фотокамерах применяются электромагниты. Их преимущество – высокая точность отработки выдержек. Во взведенном состоянии затвора фотоматериал перекрыт первой шторкой. При спуске затвора она сдвигается под действием натяжения пружины, открывая путь световому потоку. По окончании заданного времени экспонирования световой поток перекрывается второй шторкой. На более коротких выдержках две шторки движутся вместе с некоторым интервалом, через образующуюся щель между задней кромкой первой шторки и передней кромкой второй шторки происходит экспонирование фотоматериала, а время экспозиции регулируется шириной щели между ними. Перед началом съемки следующего кадра затвор приводится в исходное положение.

Рис. 5. Шторно-щелевой затвор (движение шторок поперек кадрового окна)

Шторно-щелевой затвор позволяет применять различные сменные объективы, так как не связан механически с объективом. Такой затвор обеспечивает выдержки до 1/12000 c. Но он не всегда дает возможность получать равномерность экспозиции по всей поверхности кадрового окна, уступая по этому параметру центральным затворам. Использование импульсных источников света при шторно-щелевом затворе возможно только при таких выдержках (выдержка синхронизации ), при которых ширина щели обеспечивает полное открытие кадрового окна. В большинстве фотоаппаратов такими выдержками являются: 1/30, 1/60, 1/90, 1/125, 1/250 с.

Автоспуск – таймер, предназначенный для автоматического спуска затвора с регулируемой задержкой после нажатия на кнопку спуска. Большинство современных фотоаппаратов снабжено автоспуском в качестве дополнительного узла в конструкции затвора.

Фотоэкспонометр – электронный прибор для определения экспозиционных параметров (выдержки и диафрагменного числа) при данной яркости объекта съемки и заданной светочувствительности фотоматериала. В автоматических системах поиск такого сочетания называется отработкой программы. После определения номинальной экспозиции, параметры съемки (диафрагменное число и выдержка) устанавливаются на соответствующих шкалах объектива и фотографического затвора. В фотоаппаратах с той или иной степенью автоматизации оба экспозиционных параметра или только один из них устанавливаются автоматически. Для повышения точности определения экспозиционных параметров, особенно в тех случаях, когда съемка производится с применением сменных объективов, различных приставок и насадок, существенно влияющих на светосилу объектива, фотоэлементы экспонометрических устройств размещают за объективом. Такая система замера светового потока получила наименование TTL (англ. Through the Line – «сквозь линзу/объектив»). Один из вариантов этой системы показан на схеме зеркального видоискателя (рис. 6). Датчик экспозамера, являющийся приемником световой энергии, освещается светом, прошедшим через оптическую систему объектива, установленного на фотоаппарате, включая светофильтры, насадки и другие устройства, которыми в данный момент может быть оснащен объектив.

Видоискатель – оптическая система, предназначенная для точного определения границ пространства, входящего в пределы поля изображения (кадра).

Кадр (от фр.cadre) фотографический – единичное фотографическое изображение объекта съёмки. Границы кадра устанавливаются кадрированием на этапах съёмки, обработки и печати.

Кадрирование при фото-, кино- и видеосъёмке – целенаправленный выбор точки съёмки, ракурса, направления съёмки, угла поля зрения объектива для получения необходимого размещения объектов в поле зрения видоискателя фотоаппарата и на итоговом изображении.

Кадрирование при печати или редактировании изображения –выбор границ и форматного соотношения фотографического изображения. Позволяет оставить за пределами кадра всё несущественное, случайные объекты, мешающее восприятию изображения. Кадрирование обеспечивает создание определённого изобразительного акцента на сюжетно важной части кадра.

Оптические видоискатели – содержат только оптические и механические элементы и не содержит электронных.

Параллаксные видоискатели представляют собой отдельную от съемочного объектива оптическую систему. Из-за несовпадения оптической оси видоискателя с оптической осью объектива возникает параллакс. Влияние параллакса зависит от угла поля зрения объектива и видоискателя. Чем больше фокусное расстояние объектива и, соответственно, меньше угол поля зрения, тем больше параллактическая ошибка. Обычно в простейших моделях фотоаппаратов оси видоискателя и объектива делают параллельными, тем самым ограничиваясь линейным параллаксом, минимальное влияние которого при установке фокусировки на «бесконечность». В более сложных моделях фотоаппаратов, механизм фокусировки, оснащается механизмом компенсации параллакса. В этом случае оптическая ось видоискателя наклоняется к оптической оси объектива, и при этом наименьшее расхождение достигается на расстоянии, на которое произведена фокусировка. Преимуществом параллаксного видоискателя является его независимость от съёмочного объектива, что позволяет достичь большей яркости изображения и получить уменьшенное изображение с четкими границами кадра.

Телескопический видоискатель (рис. 6). Применяется в компактных и дальномерных фотоаппаратах и имеет ряд модификаций:

Видоискатель Галилея – перевёрнутая зрительная труба Галилея. Состоит из короткофокусного отрицательного объектива и длиннофокусного положительного окуляра;

Видоискатель Альбада . Развитие видоискателя Галилея. Фотограф наблюдает изображение рамки, расположенной вблизи окуляра и отражённой от вогнутой поверхности объектива видоискателя. Положение рамки и кривизна линз выбирается таким образом, чтобы её изображение казалось расположенным на бесконечности, что решает проблему получения чёткого изображения границ кадра. Наиболее распространённый тип видоискателя на компактных фотоаппаратах;

Беспараллаксные видоискатели.

Зеркальный видоискатель состоит из объектива, отклоняющего зеркала, фокусировочного экрана, пентапризмы и окуляра (рис. 6). Пентапризма переворачивает изображение в прямое, привычное для нашего зрения. Отклоняющее зеркало во время кадрирования и фокусировки отражает практически 100% поступающего через объектив света на матовое стекло фокусировочного экрана (при наличии автоматики фокусировки и экспозамера часть светового потока отражается на соответствующие датчики).

Светоделительный. При использовании светоделителя (полупрозрачного зеркала или призмы), 50–90 % света проходит через наклоненное под углом 45° зеркало на фотоматериал, а 10–50 % отражается под углом 90° градусов на матовое стекло, где рассматривается через окулярную часть, как в зеркальном фотоаппарате. Недостаток данного видоискателя его низкая эффективность при съёмке в условиях слабой освещенности.

Фокусировка заключается в установке объектива относительно поверхности фотоматериала (фокальной плоскости) на таком расстоянии, при котором изображение на этой плоскости получается резким. Получение резких изображений определяется соотношением между расстояниями от первой главной точки объектива до объекта съемки и от второй главной точки объектива до фокальной плоскости. На рис. 7 показаны пять различных случаев расположения объекта съемки и соответствующие им положения изображения:

Рис. 6. Схемы телескопического и зеркального видоискателей

Рис. 7. Связь между расстоянием от главной точки объектива О до объекта К и расстоянием от главной точки объектива О до изображения объекта К"

Пространство слева от объектива (перед объективом) называют пространством предметов, а пространство справа от объектива (за объективом) – пространством изображений.

1. Если объект находится в «бесконечности», то его изображение получится за объективом в главной фокальной плоскости, т.е. на удалении, равном главному фокусному расстоянию f .

2. По мере приближения объекта съемки к объективу его изображение начинает все больше перемещаться в сторону точки двойного фокусного расстояния F’ 2 .

3. Когда объект будет в точке F 2 , т.е. на удалении, равном двойному фокусному расстоянию, его изображение окажется в точке F’ 2 . Причем, если до этого момента размеры объекта были больше размеров его изображения то, теперь они станут равны.

5. Когда объект окажется в точке F 1 , пришедшие от него лучи за объективом образуют параллельный пучок и изображения не получится.

При крупномасштабных съемках (макросъемка) объект располагают на близком расстоянии (иногда меньшем, чем 2 f ) и применяют различные приспособления для выдвижения объектива на большее расстояние, чем это позволяет оправа.

Таким образом, для получения резкого изображения снимаемого объекта необходимо перед съемкой установить объектив на некотором расстоянии от фокальной плоскости, то есть произвести фокусировку. В фотоаппаратах фокусировка производится посредством перемещения вдоль оптической оси группы линз объектива с помощью фокусировочного механизма. Обычно управление фокусировкой осуществляется вращением кольца на оправе объектива (может отсутствовать на фотоаппаратах, у которых объектив установлен на гиперфокальное расстояние или в аппаратах в которых предусмотрен лишь режим автоматической фокусировки – автофокус).

Производить фокусировку непосредственно по поверхности фотоматериала невозможно, поэтому применяют различные фокусировочные устройства для осуществления визуального контроля резкости.

Фокусировка по шкале расстояний на оправе объектива обеспечивает хорошие результаты для объективов, обладающих большой глубиной резкости (широкоугольных). Такой способ наводки применяется в обширном классе шкальных пленочных фотоаппаратов.

Фокусировка с помощью дальномерного устройства отличается высокой точностью и применяется для светосильных объективов со сравнительно небольшой глубиной резкости. Схема дальномерного устройства, совмещенного с видоискателем, показана на рисунке 8. При наблюдении за объектом съемки через видоискатель-дальномер в центральной части его поля зрения видно два изображения, одно из которых образовано оптическим каналом дальномера, а другое – каналом видоискателя. Перемещение объектива вдоль оптической оси через рычаги7 вызывает поворот отклоняющей призмы6 так, что передаваемое ею изображение перемещается в горизонтальном направлении. Когда оба изображения в поле зрения видоискателя совпадут, объектив будет сфокусирован.

Рис. 8. Принципиальная схема дальномерного устройства для наводки объектива на резкость: а: 1 – окуляр видоискателя; 2 – кубик с полупрозрачным зеркальным слоем; 3 – диафрагма; 4 – объектив фотоаппарата; 5 – объектив дальномера; 6 – отклоняющая призма; 7 – рычаги связи оправы объектива с отклоняющей призмой; б – наводка объектива на резкость выполняется совмещением двух изображений в поле зрения видоискателя (два изображения – объектив установлен неточно; одно изображение – объектив установлен точно)

Фокусировка в зеркальном фотоаппарате. Схема зеркального фотоаппарата показана на рис. 6. Лучи света, пройдя через объектив, попадают на зеркало и отражаются им на матовую поверхность фокусировочного экрана, образуя на ней световое изображение. Это изображение переворачивается пентапризмой и рассматривается через окуляр. Расстояние от задней главной точки объектива до матированной поверхности фокусировочного экрана равно расстоянию от этой точки до фокальной плоскости (поверхности фотопленки). Фокусировка объектива производится вращением кольца на оправе объектива, с непрерывным визуальным контролем изображения на матированной поверхности фокусировочного экрана. При этом необходимо определить положение, при котором резкость изображения будет максимальной.

Чтобы облегчить наводку объектива на резкость и повысить ее точность, используются различные системы автоматической фокусировки .

Автофокусировка объектива производится в несколько этапов:

Измерение параметра (расстояние до объекта съёмки, максимального контраста изображения, фазового сдвига составляющих выбранного луча, времени задержки прихода отраженного луча и т.п.) чувствительного к резкости изображения в фокальной плоскости и его вектора (для выбора направления изменения сигнала рассогласования и предсказания возможной дистанции фокусировки в следующий момент времени при движении объекта);

Генерация эталонного сигнала, эквивалентного измеряемому параметру и определение сигнала рассогласования системы автоматического регулирования автофокуса;

Подача сигнала на исполнительный механизм фокусировки.

Эти процессы происходят практически одновременно.

Наведение оптической системы на резкость выполняется электродвигателем. Время, затраченное на измерение выбранного параметра, и время отработки сигнала рассогласования механикой объектива определяют быстродействие системы автофокусировки.

Работа системы автофокуса может основываться на различных принципах:

Активные системы автофокусировки: ультразвуковой; инфракрасный.

Пассивные системы автофокусировки: фазовый (применяется в зеркальных плёночных и цифровых фотоаппаратах); контрастный (видеокамеры, незеркальные цифровые фотоаппараты).

Ультразвуковая и инфракрасные системы рассчитывают расстояние до объекта по времени возвращения от объекта съемки фронтов, излученных фотоаппаратом инфракрасных (ультразвуковых) волн. Наличие прозрачной преграды между объектом и фотоаппаратом приводит к ошибочной фокусировке данных систем на данную преграду, а не на объект съемки.

Фазовый автофокус. В корпусе фотоаппарата размещаются специальные датчики, получающие фрагменты светового потока от разных точек кадра с помощью системы зеркал. Внутри датчика расположены две разделительные линзы, которые проецируют двойное изображение объекта фотосъемки на два ряда светочувствительных датчиков, вырабатывающих электрические сигналы, характер которых зависит от количества, попадающего на них света. В случае точной фокусировки на объект два световых потока будут находиться друг от друга на определённом расстоянии, заданном конструкцией датчика и эквивалентным ему эталонным сигналом. Когда точка фокусаК (рис. 9) находится ближе объекта два сигнала сходятся друг к другу. Когда точка фокуса находится дальше объекта – сигналы расходятся дальше друг от друга. Датчик, измерив это расстояние, вырабатывает эквивалентный ему электрический сигнал и, сравнив его с эталонным сигналом с помощью специализированного микропроцессора определяет рассогласование и выдаёт команду на исполнительный механизм фокусировки. Фокусировочные моторы объектива, отрабатывают команды, уточняя фокусировку пока сигналы с датчика не совпадут с эталонным сигналом. Быстродействие такой системы очень высоко и зависит, в основном от быстродействия исполнительного механизма фокусировки объектива.

Контрастный автофокус. Принцип работы контрастного автофокуса основан на постоянном анализе микропроцессором степени контрастности изображения, и отработке команд на перемещение объектива для получения резкого изображения объекта. Контрастный автофокус характеризуется низким быстродействием, обусловленным отсутствием у микропроцессора исходной информации о текущем состоянии фокусировки объектива (изображение считается изначально нерезким) и как следствие необходимости выдачи команды на смещение объектива от исходного положения и анализа полученного изображения на степень изменения контраста. Если контраст не увеличился, то процессор меняет знак команды на исполнительный механизм автофокуса и электродвигатель перемещает группу линз объектива в противоположном направлении, пока не будет зафиксирован максимум контраста. Когда максимум достигнут, автофокусировка прекращается.

Задержка между нажатием на кнопку спуска затвора и моментом съёмки кадра, объясняется работой пассивного контрастного автофокуса и тем, что в незеркальных фотоаппаратах процессор вынужден считывать с матрицы (ПЗС) весь кадр, чтобы проанализировать на степень контрастности лишь зоны фокусировки.

Фотовспышка . Электронные фотовспышки используются в качестве основного или дополнительного источника света, и могут быть разных типов: встроенная фотовспышка фотоаппарата, внешняя фотовспышка с автономным питанием, студийные фотовспышки. Несмотря на то, что встроенная вспышка стала стандартным устройством всех фотоаппаратов, высокая мощность автономных вспышек обеспечивает дополнительные преимущества за счет возможности более гибкого управления диафрагмой и расширения технических приемов съемки.

Рис. 9. Схема работы фазового автофокуса

Основные узлы фотовспышки:

Импульсный источник света – газоразрядная лампа, наполненная инертным газом –ксеноном;

Устройство поджига лампы – повышающий трансформатор и вспомогательные элементы;

Накопитель электрической энергии – конденсатор большой емкости;

Устройство электропитания (батареи гальванических элементов или аккумуляторов, преобразователь тока).

Узлы объединены в единую конструкцию, состоящую из корпуса с отражателем, или скомпонованы в два блока и более.

Импульсные газоразрядные лампы – это мощные источники света, спектральная характеристика которых близка к естественному дневному свету. Лампы, применяемые в фотографии (рис. 10), представляют собой стеклянную или кварцевуютрубку, заполненную инертным газом (ксеноном ) под давлением 0,1–1,0 атм, в торцах которой установлены электроды из молибдена или вольфрама.

Газ, находящийся внутри лампы, не проводит электричество. Для включения лампы (поджига) существует третий электрод (поджигающий ) в виде прозрачного слоя двуокиси олова. При подаче на электроды напряжения не ниже напряжения зажигания и высоковольтного (>10000 В) поджигающего импульса между катодом и поджигающим электродом, лампа зажигается. Импульс высокого напряжения ионизирует газ в колбе лампы вдоль внешнего электрода, создавая ионизированное облако, соединяющее положительный и отрицательный электроды лампы, давая возможность ионизации газа теперь уже между этими двумя электродами лампы. В силу того, что сопротивление ионизированного газа 0,2–5 Ом, электрическая энергия, накопленная на конденсаторе за короткий промежуток времени преобразуется в световую энергию. Длительность импульса – период времени, в течение которого интенсивность импульса снижается до 50% от максимального значения и составляет 1/400 – 1/20000 с и короче. Кварцевые баллоны импульсных ламп пропускают свет с длиной волны от 155 до 4500 нм, стеклянные – от 290 до 3000 нм. Излучение импульсных ламп начинается в ультрафиолетовой части спектра и требует нанесения на колбу специального покрытия, которое не только отсекает ультрафиолетовую область спектра, выступая в качестве ультрафиолетового фильтра, но и корректирует цветовую температуру импульсного источника под фотографический стандарт 5500 К.

Рис. 10. Устройство импульсной газоразрядной лампы

Мощность импульсных ламп измеряется в джоулях (ваттсекунда) по формуле:

где С – емкость конденсатора (фарада),U заж – напряжение зажигания (вольт),U пог – напряжение погасания (вольт),Е макс – максимальная энергия (втс).

Энергия вспышки зависит от емкости и напряжения накопительного конденсатора.

Три способа управления энергией импульса фотовспышки.

1. Параллельное соединение нескольких конденсаторов (С = С 1 + С 2 + С З + ... + С n ) и, включение/выключение каких-то их групп для регулирования мощности излучения. Цветовая температура при таком управлении мощностью остается стабильной, но управление мощностью возможно лишь дискретными значениями.

2. Изменение начального напряжения на накопительном конденсаторе позволяет регулировать энергию в пределах 100–30%. При более низких значениях напряжения лампа не зажигается. Дальнейшее совершенствование данной технологии, ввод в схему запуска лампы еще одного конденсатора малой емкости, на котором достигается напряжение, достаточное для запуска лампы, а остальные конденсаторы заряжаются до меньшего значения, что позволяет получать любые промежуточные значения мощности в пределах от 1:1 до 1:32 (100–3 %). Разряд в таком режиме включения лампы по своим характеристикам приближается к тлеющему, что удлиняет время свечения лампы, а суммарная цветовая температура излучения приближается к стандартной 5500К.

3. Прерывание длительности импульса при достижении необходимой мощности. Если в момент ионизации газа в колбе лампы разорвать электрическую цепь, ведущую от конденсатора к лампе, ионизация прекратится и лампа погаснет. Данный способ требует применения в управлении импульсной лампой специальных электронных схем отслеживающих заданное падение напряжения на конденсаторе, либо учитывающих световой поток, вернувшийся от объекта съемки.

Ведущее число – мощность фотовспышки, выраженная в условных единицах, равна произведению расстояния от фотовспышки до объекта съемки на диафрагменное число. Ведущее число зависит от энергии вспышки, угла рассеяния светового потока и конструкции отражателя. Обычно ведущее число указывается для фотоматериала чувствительностью 100ISO.

Зная ведущее число и расстояние от вспышки до объекта съемки можно определить необходимую для правильного экспонирования диафрагму по формуле:

Например, при ведущем числе 32 мы получим следующие параметры: диафрагма 8=32/4 (м), диафрагма 5,6=32/5,7 (м) или диафрагма 4=32/8 (м).

Количество света обратно пропорционально квадрату расстояния от источника света до объекта (первый закон освещенности), поэтому для увеличения эффективного расстояния фотовспышки в 2 раза, при фиксированном значении диафрагмы, необходимо увеличить чувствительность фотоматериала в 4 раза (рис. 11).

Рис. 11. Первый закон освещенности

Например, при ведущем числе 10 и диафрагме 4 мы получим:

При ISO100 – эффективное расстояние =10/4=2,5 (м)

При ISO400 – эффективное расстояние =5 (м)

Режимы автоматики фотовспышек

Современная фотовспышка, согласуясь с данными чувствительности пленки и диафрагмы, установленными на фотоаппарате, может дозировать количество света, обрывая разряд лампы по команде автоматики. Количество света может регулироваться только в сторону уменьшения, т.е. либо полный разряд, либо меньшая его часть, если объект съемки находится достаточно близко и максимальная энергия не требуется. Автоматика таких приборов улавливает отраженный от объекта свет, предполагая, что перед ней среднесерый объект, коэффициент отражения которого равен 18 %, что может приводить к ошибкам экспонирования в случае если отражательная способность объекта значительно отличается от данной величины. Для решения этой проблемы в фотовспышках предусмотренрежим экспокоррекции , который позволят регулировать энергию вспышки, исходя из светлоты объекта, как в сторону увеличения (+), так и в сторону уменьшения (–) энергии от уровня, рассчитанного автоматикой. Механизм экспокоррекции при работе с фотовспышкой аналогичен рассмотренному ранее.

Очень важно знать, с какой выдержкой можно использовать ручную или автоматическую вспышку, поскольку длительность светового импульса вспышки очень мала (измеряется тысячными долями секунды). Срабатывание вспышки должно произойти тогда, когда затвор полностью открыт, иначе шторка затвора может перекрыть часть изображения в кадре. Такая скорость затвора называется выдержкой синхронизации . Она колеблется у разных камер от 1/30 до 1/250 с. Но если выбрать выдержку длиннее выдержки синхронизации, то появятся возможность назначить время срабатывания вспышки.

Синхронизация по первой (открывающей) шторке – позволяет сразу после полного открытия кадрового окна произвести импульс света, а далее движущийся объект будет освещен постоянным источником, оставляя смазанные следы изображения в кадре – шлейф. При этом шлейф будет находиться перед движущимся объектом.

Синхронизация по второй (закрывающей) шторке – синхронизирует срабатывание импульса перед началом закрытия кадрового окна затвором фотоаппарата. Результат – шлейф от движущегося объекта экспонируется позади объекта, подчеркивая его динамику движения.

В наиболее совершенных моделях фотовспышек есть режим деления энергии на равные части и возможность выдавать ее чередующимися частями в течение определенного интервала времени и с определенной частотой. Такой режим называется стробоскопическим, частота указывается в герцах (Гц). Если объект съемки движется относительно кадрового пространства, стробоскопический режим позволит зафиксировать отдельные фазы движения, «замораживая» их светом. В одном кадре можно будет увидеть все фазы движения объекта.

Эффект «красных глаз». При съемке людей со вспышкой их зрачки на снимке могут оказаться красными. Эффект «красных глаз» вызван отражением света испускаемого фотовспышкой от сетчатки на задней поверхности глаза, который возвращается прямо в объектив. Данный эффект характерен для встроенной вспышки из-за близкого расположения ее к оптической оси объектива (рис. 12).

Способы уменьшения эффекта «красных глаз»

Используя для фотосъемки компактную камеру, можно лишь уменьшить вероятность появления эффекта «красных глаз». Проблема также носит и субъективный характер – есть люди, у которых эффект «красных глаз» может появиться даже при съемках без вспышки…

Рис. 12. Схема образования эффекта «красных глаз»

Для снижения вероятности появления эффекта «красных глаз» существует ряд методов в основе которых лежит свойство глаза человека уменьшать размер зрачка при увеличении освещенности. Производится освещение глаз с помощью предварительной вспышки (меньшей мощности) перед основным импульсом или яркой лампой на которую необходимо смотреть фотографируемому.

Единственный надежный способом борьбы с этим эффектом – использование внешней автономной фотовспышки с удлинителем, расположив ее оптическую ось примерно в 60 см от оптической оси объектива.

Транспортировка пленки. Современные пленочные фотокамеры снабжены встроенным моторным приводом, для транспортировки пленки внутри камеры. После каждого снимка пленка автоматически перематывается на следующий кадр и одновременно производится взвод затвора.

Существует два режима транспортировки пленки: покадровый и непрерывный. В покадровом режиме после нажатия на кнопку спуска затвора выполняется один снимок. В непрерывном режиме производится съемка серии кадров до тех пор, пока нажата кнопка спуска затвора. Обратная перемотка отснятой пленки – осуществляется фотоаппаратом автоматически.

Механизм транспортировки пленки состоит из следующих элементов:

Кассета с пленкой;

Приемная катушка, на которую наматывается отснятая пленка;

Зубчатый валик входит в зацепление с перфорацией и перемещает пленку в кадровом окне на один кадр. Более совершенные системы транспортировки пленки вместо зубчатого валика используют специальные ролики, а один ряд перфорации пленки используется системой датчиков для точной установки пленки на следующий кадр;

Замки открытия и закрытия задней крышки аппарата для смены кассеты с плёнкой.

Кассета – представляет собой светонепроницаемый металлический футляр, в котором фотопленка храниться, устанавливается в фотоаппарат перед съемкой и вынимается из него после окончания съемки. Кассета 35 миллиметрового фотоаппарата имеет цилиндрическую форму, состоит из катушки, корпуса и крышки и вмещает пленку длиной до 165 см (36 кадров).

Фотопленка – светочувствительный материал на гибкой прозрачной основе (полиэстер, нитрат или ацетат целлюлозы), на который нанесена фотоэмульсия, содержащая зерна галогенидов серебра, определяющие светочувствительность, контраст и оптическое разрешение фотопленки. После воздействия света (или других форм электромагнитного излучения, например рентгеновского) на фотопленке формируется скрытое изображение. С помощью последующей химической обработки получают видимое изображение. Наиболее распространена перфорированная фотоплёнка шириной 35 мм на 12, 24 и 36 кадров (формат кадра 24×36 мм).

Фотопленки подразделяются на: профессиональные и любительские.

Профессиональные пленки рассчитаны на более точное экспонирование и последующую обработку, они выпускаются с более жесткими допусками по основным характеристикам и, как правило, требуют хранения при пониженной температуре. Любительские пленки менее требовательны к условиям хранения.

Фотоплёнка бывает чёрно-белой илицветной :

Черно-белая пленка предназначена для регистрации черно-белых негативных или позитивных изображений с помощью фотоаппарата. В чёрно-белой фотоплёнке есть один слой серебряных солей. При попадании света и дальнейшей химической обработке соли серебра превращаются в металлическое серебро. Структура черно-белой фотопленки представлена на рис. 13.

Рис. 13. Структура черно-белой негативной фотопленки

Цветная фотопленка предназначена для регистрации цветных негативных или позитивных изображений с помощью фотоаппарата. Цветная плёнка использует как минимум три слоя. Окрашивающие, адсорбирующие вещества, взаимодействуя с кристаллами серебряных солей, делают кристаллы чувствительными к различным участками спектра. Этот способ изменения спектральной чувствительности называется сенсибилизацией. Чувствительный только к синему, обычно несенсибилизированный, слой расположен сверху. Так как все остальные слои, помимо «своих» диапазонов спектра, чувствительны и к синему, их отделяет жёлтым фильтровым слой. Далее идут зелёный и красный. В процессе экспонирования в кристаллах галогенидов серебра образуются скопления атомов металлического серебра, точно так же, как у чёрно-белой плёнки. Впоследствии это металлическое серебро служит для проявления цветных красителей (пропорционально количеству серебра), далее снова превращается в соли и вымывается в процессе отбелки и фиксирования, так что изображение в цветной плёнке формируется цветными красителями. Структура цветной фотопленки представлена на рис. 14.

Рис. 14. Структура цветной негативной фотопленки

Существует специальная монохромная плёнка , она обрабатывается по стандартному цветному процессу, но формирует чёрно-белое изображение.

Широкое распространение цветная фотография получила благодаря появлению разнообразных фотоаппаратов, современных негативных материалов и, конечно, развитию широкой сети мини-фотолабораторий, позволяющих быстро и качественно печатать снимки различных форматов.

Фотопленка делится на две большие группы:

Негативная . На плёнке этого типа изображение инвертировано, то есть наиболее светлым участкам сцены соответствуют наиболее темные участки негатива, на цветной пленке инвертированы также цвета.Только при печати на фотобумаге изображение становится позитивным (действительным) (рис. 15).

Обращаемые или слайдовые фотопленки названы так потому, что на обработанной пленке цвета соответствуют действительным – позитивное изображение. Обращаемая пленка , называемая часто пленкой для слайдов, используется в основном профессионалами и позволяет достичь великолепных результатов по богатству цвета и четкости детализации. Проявленная обращаемая пленка уже представляет собой конечный продукт – диапозитив (каждый кадр – единственный).

Под термином «слайд», понимаем диапозитив, обрамленный рамкой размером 50×50 мм (рис. 15). Основное применение слайдов – это проекция на экран при помощи диапроектора и цифровое сканирование для целей полиграфии.

Выбор светочувствительности фотопленки

Светоч увствительность фотоматериала – способность фотографического материала образовывать изображение под действием электромагнитного излучения, в частности света, характеризует экспозицию, которая может нормально передать на снимке фотографируемый сюжет, и численно выражается в единицах ISO (сокр. от International Standard Organization – Международная организация по стандартизации), являющихся универсальным стандартом расчета и обозначения светочувствительности всех фотопленок и матриц цифровых фотоаппаратов. Шкала ISO является арифметической – удвоение значения соответствует удвоению светочувствительности фотоматериала. Светочувствительность ISO 200 вдвое выше, чем ISO 100, и вдвое ниже, чем ISO 400. Например, если для ISO 100 при данной освещенности сцены вы получили экспозицию: 1/30 сек., F2,0, для ISO 200 Вы можете уменьшить выдержку до 1/60 сек., а при ISO 400 – до 1/125.

Среди цветных негативных пленок общего назначения самые распространенные: ISO100, ISO 200 и ISO 400. Самая чувствительная пленка общего назначения – ISO 800.

Возможна ситуация, когда в простейших камерах не хватает диапазона экспозиционных параметров (выдержки, диафрагмы) для конкретных условий съемки. Сориентироваться в выборе светочувствительности для планируемой съемки поможет таблица 1.

Рис. 15. Аналоговый фотопроцесс

Рис. 16. Аналоговая технология фотографирования

Таблица 1

Оценка возможности съемки на фотоматериал различной светочувствительности

Чем меньше светочувствительность фотопленки в единицах ISO, тем меньше ее зернистость, особенно при больших увеличениях. Необходимо всегда использовать пленку наименьшей светочувствительности, пригодную для данных условий съемки.

Параметр зернистости пленки говорит о визуальной заметности того факта, что изображение не непрерывно, а состоит из отдельны зерен (сгустков) красителя. Зернистость пленки выражается в относительных единицах зернистости О.Е.З. (RMS– в англоязычной литературе).Beличина эта достаточно субъективна, поскольку определяется визуальным сравнением под микроскопом тестовых образцов.

Цветовые искажения. Наличие цветовых искажений, связанных с качеством пленок, сказывается на уменьшении цветовых различий между деталями в светах и тенях (градационные искажения ), на уменьшении насыщенности цветов (цветоделительные искажения ) и на уменьшении цветовых различий между мелкими деталями изображения (искажения зрительного восприятия ). Большинство цветных фотопленок универсальны по своим свойствам и сбалансированы для съемок при дневном свете с цветовой температурой5500 К (градус Кельвина – единица измерения цветовой температуры источника света) или с импульсной фотовспышкой (5500 К ). Несовпадение цветовых температур источника освещения и применяемой фотопленки становится причиной появления на отпечатке искажения цвета (неестественных оттенков). Значительное влияние на цвет изображения оказывает искусственное освещение люминесцентными лампами (2800–7500 К ) и лампами накаливания (2500–2950 К ) при съемке на пленку, предназначенную для дневного света.

Рассмотрим несколько наиболее типичных примеров съемки на универсальную пленку для естественного освещения:

- Съемка в ясную солнечную погоду . Цветопередача на снимке получается правильной – действительной.

- Съемка в помещении с люминесцентными лампами . Цветопередача на снимке получается смещенной в сторону преобладания зеленого цвета.

- Съемка в помещении с лампами накаливания . Цветопередача на снимке получается смещенной в сторону преобладанияжелто-оранжевого оттенка.

Подобные цветовые искажения требуют введения цветокоррекции при фотосъемке (коррекционные светофильтры) или при фотопечати, чтобы восприятие отпечатков было близким к действительному.

Современные фотопленки упаковываются в металлические кассеты. Фотокассеты, на своей поверхности имеют код содержащий информацию о фотопленке.

DX кодирование – способ обозначения типа фотопленки, ее параметров и характеристик для ввода и автоматической обработки этих данных в системе управления автоматическим фотоаппаратом при фотосъемке или автоматом минифотолаборатории при фотопечати.

Для DХ кодирования применяют штриховой и шахматный коды. Штриховой код (для минифотолаборатории) представляет собой ряд параллельных темных полос разной ширины со светлыми промежутками, наносимых в определенном порядке на поверхность кассеты и непосредственно на фотопленку. Код для минифотолабораторий содержит данные, необходимые для автоматической проявки и фотопечати: сведения о типе пленки, ее цветовом балансе, количестве кадров.

Шахматный DХ код, предназначается для автоматических фотоаппаратов и выполняется в виде 12 чередующихся в определенном порядке светлых и темных прямоугольников на поверхности кассеты (рис. 17). Токопроводящим (металлического цвета) участкам шахматного кода соответствует «1», а изолированным (черным) – «0» двоичного кода. Для фотоаппаратов кодируются светочувствительность фотопленки, количество кадров, фотографическая широта. Зоны 1 и 7 всегда проводящие – соответствуют «1» двоичного кода (общие контакты); 2–6 – светочувствительность фотопленки; 8–10 – количество кадров; 11–12 – определяют фотографическую широту пленки, т.е. максимальное отклонение экспозиции от номинальной (EV).

Рис. 17. DX кодирование шахматным кодом

Динамический диапазон – одна из основных характеристик фотографических материалов (фотоплёнки, матрицы цифровой фото- или видеокамеры) в фотографии, телевидении и кино, определяющая максимальный диапазон яркостей объекта съёмки, которые могут быть достоверно переданы данным фотоматериалом при номинальной экспозиции. Достоверная передача яркостей означает, что равные отличия яркостей элементов объекта передаются равными отличиями яркости в его изображении.

Динамический диапазон – это отношение максимального допустимого значения измеряемой величины (яркости) к минимальному значению (уровню шума). Измеряется как отношение величин максимальной и минимальной экспозиции линейного участка характеристической кривой. Динамический диапазон принято измерять в единицах экспозиции (EV) или ступенями диафрагмы и выражать в виде логарифма по основанию 2 (EV), реже (аналоговая фотография) десятичного логарифма (обозначается буквой D).1EV = 0,3D .

где L – фотографическая широта, Н – экспозиция (рис. 1).

Для характеристики динамического диапазона фотопленок обычно используют понятие фотографическая широта , показывающая тот диапазон яркостей, который пленка может передать без искажений, с равномерным контрастом (диапазон яркостей линейной части характеристической кривой плёнки).

Характеристическая кривая галогенсеребряных (фотопленка и др.) фотоматериалов нелинейна (рис. 18). В ее нижней части имеется область вуали, D 0 – оптическая плотность вуали (для фотоплёнки оптическая плотность вуали –плотность неэкспонированного фотоматериала ). Между точками D 1 и D 2 можно выделить участок (соответствующий фотографической широте) практически линейного нарастания почернения при увеличении экспозиции. При больших экспозициях степень почернения фотоматериала переходит через максимум D max (для фотоплёнки этоплотность засвеченных участков ).

На практике чаще используют понятие «полезная фотографическая широта » фотоматериала L max , соответствующая более длинному участку «умеренной нелинейности» характеристической кривой, от порога наименьшего почернения D 0 +0,1 до точки вблизи точки максимальной оптической плотности фотослоя D max -0,1.

У светочувствительных элементов фотоэлектрического принципа действия существует физический предел, называемый – «пределом квантования заряда». Электрический заряд в одном светочувствительном элементе (пиксель матрицы) состоит из электронов (до 30000 в одном насыщенном элементе – для цифровых устройств это «максимальное» значение пикселя ограничивающее сверху фотографическую широту), собственный тепловой шум элемента не ниже 1–2 электронов. Так как число электронов примерно соответствует количеству поглощённых светочувствительным элементом фотонов, то это определяет максимальную теоретически достижимую для элемента фотографическую широту – около 15EV(двоичный логарифм от 30000).

Рис. 18. Характеристическая кривая фотоплёнки

Для цифровых устройств ограничение снизу (рис. 19), выражающиеся в увеличении «цифрового шума» причины которого складываются из: теплового шума матрицы, шума переноса заряда, погрешности аналого-цифрового преобразования (АЦП), также называемой «шумом дискретизации» или «шумом квантования сигнала».

Рис. 19 Характеристическая кривая матрицы цифрового фотоаппарата

Для АЦП с разной разрядностью (числом бит) используемого при квантовании двоичного кода (рис. 20), чем больше число разрядов квантования, тем меньше шаг квантования и выше точность преобразования. В процессе квантования за величину отсчета принимается номер ближайшего уровня квантования.

Шум квантования означает, что непрерывное изменение яркости передаётся в виде дискретного, ступенчатого сигнала, следовательно, не всегда разные уровни яркости объекта передаются разными уровнями выходного сигнала. Так при трёхбитном АЦП в диапазоне от 0 до 1 ступеней экспозиции любые изменения яркости преобразуются в значение 0 или 1. Поэтому все детали изображения, оказавшиеся в этом диапазоне экспозиций, будут потеряны. При четырёхбитном АЦП передача деталей в диапазоне экспозиций от 0 до 1 становится возможной – это практически означает расширение фотографической широты на 1 ступень (EV). Отсюда фотографическая широта цифрового аппарата (выраженная в EV) не может быть больше, разрядности аналого-цифрового преобразования.

Рис. 20 Аналогово-цифровое преобразование непрерывного изменения яркости

Под термином фотографическая широта понимается также, величина допустимого отклонения экспозиции от номинальной для заданного фотоматериала и данных условий съёмки, с сохранением передачи деталей в светлых и темных участках сцены.

Например: фотографическая широта плёнки KODAK GOLD равна 4 (-1EV....+3EV), эта означает, что при номинальной экспозиции для данной сцены F8, 1/60, Вы получите на снимке детали приемлемого качества, которые требовали бы выдержки от 1/125 сек до 1/8 сек, при фиксированной диафрагме.

При использовании слайдовой фотопленки FUJICHROME PROVIA с фотографической широтой равной 1 (-0,5EV....+0,5EV), необходимо определить экспозицию как можно точнее, так как при такой же номинальной экспозиции F8, 1/60, при фиксированной диафрагме Вы получите на снимке детали приемлемого качества, которые требовали бы выдержки от 1/90 сек до 1/45 сек.

Недостаточная фотографическая широта фотографического процесса приводит к потере деталей изображения в светлых и темных участках сцены (рис. 21).

Динамический диапазон человеческого глаза соответствует ≈15EV, динамический диапазон типичных объектов съемки достигает 11EV, динамический диапазон ночного сюжета с искусственным освещением и глубокими тенями может доходить до 20EV. Отсюда следует, что динамического диапазона современных фотоматериалов недостаточен для того, чтобы передать любой сюжет окружающего мира.

Типичные показатели динамического диапазона (полезной фотографической широты) современных фотоматериалов:

– цветные негативные плёнки 9–10 EV.

– цветные обращаемые (слайдовые) плёнки 5–6 EV.

– матрицы цифровых фотоаппаратов:

Компактные камеры: 7–8 EV;

Зеркальные камеры: 10–14 EV.

– фотоотпечаток (на отражение): 4–6,5 EV.

Рис. 21 Влияние динамического диапазона фотоматериала на результат съемки

Элементы питания камеры

Химические источники тока – устройства, в которых энергия протекающих в них химических реакций преобразуется в электроэнергию.

Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Элемент Вольта – сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенными проволокой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая в последствии была названа Вольтовым столбом (рис. 22).

Рис. 22. Вольтов столб

Основу химических источников тока составляют два электрода (катод, содержащий окислитель и анод, содержащий восстановитель), контактирующих с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов – электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделённых процессов: на катоде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят, создавая электрический ток, по внешней цепи к аноду, где они участвуют в реакции восстановления окислителя.

В современных химических источниках тока используются:

– в качестве восстановителя (на аноде): свинец – Pb, кадмий – Cd, цинк – Zn и др. металлы;

– в качестве окислителя (на катоде): оксид свинца PbO 2 , гидроксид никеля NiOOH, оксид марганца MnO 2 и др.;

– в качестве электролита: растворы щелочей, кислот или солей.

По возможности многократного использования химические источники тока делятся на:

– гальванические элементы , которые из-за необратимости протекающих в них химических реакций, невозможно использовать многократно (перезаряжать);

– электрические аккумуляторы – перезаряжаемые гальванические элементы, которые с помощью внешнего источника тока (зарядного устройства) можно перезарядить и использовать многократно.

Гальванический элемент – химический источник электрического тока, названный в честь Луиджи Гальвани. Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. ЭДС гальванического элемента зависит от материала электродов и состава электролита. Сейчас широко распространены следующие гальванические элементы:

Наиболее распространены солевые и щелочные элементы следующих типоразмеров:

По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, элемент перестаёт действовать. Разряжаются гальванические элементы по-разному: солевые – снижают напряжение постепенно, литиевые – сохраняют напряжение на протяжении всего срока эксплуатации.

Электрический аккумулятор – химический источник тока многоразового действия. Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных потребителей. Несколько аккумуляторов, объединенных в одну электрическую цепь, называют аккумуляторной батареей. Емкость аккумуляторов обычно измеряют в ампер-часах. Электрические и эксплуатационные характеристики аккумулятора зависят от материала электродов и состава электролита. Сейчас наиболее распространены следующие аккумуляторы:

Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают – аккумулятор разряжается. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда с помощью специального устройства, пропусканием тока в направлении, обратном направлению тока при разряде.

Помимо собственно цифрового оборудования, в сферу цифровой фотографии оказываются традиционно включены:

• Аналоговые компоненты цифровых аппаратов (например, матрица содержит аналоговые части);
• Теле- и видеокамеры, некоторые факсимильные и копирующие аппараты, использующие для получения изображения аналогичные фотоаппаратам матрицы, но передающие и записывающие аналоговый сигнал ;
• Некоторые исторические модели фототехники, например Sony Mavica , записывающие аналоговый сигнал .

Достижения в области технологий и производства фотосенсоров , оптических систем позволяют создавать цифровые фотокамеры, которые вытесняют плёночную фототехнику из большинства сфер применения, хотя приверженцы плёнки среди профессиональных фотографов остаются. Кроме того, создание встроенных в сотовые телефоны , карманные компьютеры цифровых миниатюрных фотоаппаратов создало новые сферы применения фотографии.

Энциклопедичный YouTube

• 1 / 5

  Цифровая фотография начинается с момента создания и внедрения Фотосе́нсора или Фотода́тчика - светочувствительного устройства, состоящего из матрицы и аналого-цифрового преобразователя .

  Размер фотосенсоров и угол изображения

  Размеры матриц большинства цифровых фотоаппаратов по размеру меньше стандартного кадра 35-мм плёнки. В связи с этим возникает понятие эквивалентного фокусного расстояния и кроп-фактора .

  Формат кадра

  В большинстве цифровых фотоаппаратов соотношение сторон кадра равно 1,33 (4:3), равное соотношению сторон большинства старых компьютерных мониторов и телевизоров. В плёночной фотографии используется отношение сторон 1,5 (3:2). В основном все цифровые зеркальные фотоаппараты с размерами фотосенсоров до 24×36 мм выпускаются с рабочими отрезками фотообъективов зеркальных плёночных фотоаппаратов этого класса, что позволяет использовать старую оптику, рассчитанную на это поле. Это вызвано прежде всего наличием прыгающего зеркала видоискателя, ограничивающего уменьшение рабочего отрезка объектива и автоматически сохраняет возможность применения (преемственность) ранее выпущенных объективов. Применение старой оптики в «цифрозеркалках» с матрицами, размерами меньших 24×36 мм, порой обеспечивают лучшую разрешающую способность объектива по площади кадра в силу неиспользования периферийной части изображения.

  Устройство цифрового фотоаппарата

  Виды цифровых фотоаппаратов

  Цифровые фотоаппараты со встроенной оптикой

  Зеркальные фотокамеры

  Цифровые зеркальные камеры (англ. DSLR ) являются аналогом плёночных зеркальных камер и имеют сопоставимые размеры (меньшие за счёт отсутствия фильмового канала).

  Своё название зеркальная камера получила благодаря зеркальному видоискателю (англ. TTL, Through The Lens ), с помощью которого фотограф имеет возможность визировать сцену через объектив фотоаппарата.

  Среднеформатные и прочие профессиональные цифровые камеры

  Выпускаются также цифровые камеры бо́льших форматов, предназначенные для профессионального использования. Среди них есть как специализированные, например панорамные камеры , так и камеры больших стандартных форматов, например среднеформатные .

  Для стандартных форматов, вместо полностью цифровых камер также с успехом применяются цифровые «задники».

  Цифровые задники

  Параметры цифрового фотоаппарата

  Качество изображения, даваемого цифровым фотоаппаратом, складывается из многих составляющих, которых намного больше, чем в плёночной фотографии. В их числе:

  • Габариты фотосенсоров
  • Электронная схема считывания и оцифровки аналогового сигнала АЦП
  • Алгоритм обработки и формат файлов, применяемый для сохранения оцифрованных данных
  • Разрешение матрицы в Мпикс (количество пикселей)

  Количество и размер пикселей матрицы

  В цифровых фотокамерах число физических пикселей является основным маркетинговым параметром и бывает от 0.1 (у вебкамер и встроенных камер) - до ~21 Мпикс. (У некоторых задников - до 420 Мпикс). В цифровых видеокамерах - до 6 Мпикс. Размеры пиксела в больших фотосенсорах составляют ~6-9 мкм , в малых - меньше ~6 мкм .

  Видоискатели

  • Прямой видоискатель
    • Стеклянный глазок
    • Светоделитель
    • Электронный видоискатель EVF
    • Шарнирное зеркало (Зеркальный видоискатель)
  • ЖК видоискатель

  Форматы файлов

  Битовая глубина цвета

  Носители данных

  Большинство современных цифровых фотоаппаратов производят запись снятых кадров на Flash-карты следующих форматов:

  • Memory Stick (модификаций PRO, Duo, PRO Duo)

  Наиболее распространённым на сегодня (2014 г.) типом карт памяти является Secure Digital. Также возможно подключение большинства камер напрямую к компьютеру, используя стандартные интерфейсы - USB и IEEE 1394 (FireWire). Ранее использовалось подключение через последовательный COM-порт . Некоторые фотоаппараты кроме слотов для карт памяти имеют встроенную память.

  Достоинства и недостатки цифровой фотографии

  Основная статья: Достоинства и проблемы цифровой фотографии

  Основные преимущества цифровой фотографии

  • Оперативность процесса съёмки и получения конечного результата.
  • Огромный ресурс количества снимков.
  • Большие возможности выбора режимов съёмки.
  • Простота создания панорам и спецэффектов.
  • Совмещение функций в одном устройстве, в частности, видеосъёмка в цифровых фотоаппаратах и, наоборот, фоторежим в видеокамерах.
  • Уменьшение габаритов и веса фотоаппаратуры.
  • Возможность предпросмотра результата .

  Основные недостатки цифровой фотографии

  Искусство цифровой фотографии - это категория творческих практик, связанных с созданием, редактированием, трансформацией и представлением цифровых изображений в качестве авторских произведений. Цифровая фотография может быть представлена как самостоятельное визуальное произведение (фотоснимок, фотопринт, фотолайтбокс), но может включаться в качестве компонента в более крупные формы, например инсталляции , перформансы , компьютерные художественное программы и базы данных, Интернет-проекты в современном искусстве .

  Термин «цифровая фотография» позволяет дифференцировать изображения, созданные с помощью процесса цифрового фотографирования и/или компьютерного редактирования, от изображений, полученных в результате съёмки плёночной аналоговой фотокамерой.

  Цифровая фотография входила в жизнь постепенно, шаг за шагом. Национальное аэрокосмическое агентство США приступило к использованию цифровых сигналов в 1960-х годах, вместе с полетами на Луну (например, для создания карты лунной поверхности) - как известно, аналоговые сигналы могут при передаче теряться, а цифровые данные подвержены ошибкам гораздо меньше. Первая сверхточная обработка изображений была разработана именно в тот период,поскольку Национальным аэрокосмическим агентством для обработки и улучшения космических изображений использовалась вся мощь компьютерных технологий. Холодная война, в процессе которой применялись самые разнообразные шпионские спутники и секретные системы обработки изображений, также способствовала ускорению развития цифровой фотографии.

  Первая электронная камера без пленки была запатентована компанией Texas Instruments в 1972 году. Главный недостаток этой системы заключался в том, что фотографии можно было просматривать только по телевизору. Аналогичный подход был реализован и в устройстве Mavica компании Sony, которое было анонсировано в августе 1981 года в качестве первой коммерческой электронной камеры. Камеру Mavica можно уже было подключить и к цветному принтеру. В то же время она не являлась настоящей цифровой камерой - это была скорее видеокамера, с помощью которой можно снять и показать отдельные снимки. Камера Mavica (Magnetic Video Camera) позволяла записывать до пятидесяти изображений на двухдюймовых гибких дисках с помощью ПЗС-датчика размером 570х490 пикселей, что соответствовало стандарту ISO 200. Она имела одну выдержку, равную 1/60-й секунды, ручную регулировку диафрагмы и три сменных объектива: 25-миллиметровый широкоугольный, 50-миллиметровый обычный и объектив с переменным фокусным расстоянием 16–65 мм. В настоящее время такая система может показаться примитивной, однако не стоит забывать, что Mavica была разработана почти 25 лет назад!
  

  В 1992 году фирма Kodak объявила о выпуске первой профессиональной цифровой фотокамеры DCS 100 на основе фотоаппарата Nikon F3. В фотокамеру DCS 100 был встроен датчик изображения на ПЗС с разрешением 1,3 Мб, а также переносной жесткий диск для хранения 156 зафиксированных изображений. Следует отметить, что этот диск весил около 5 кг, сама фотокамера стоила $25 тыс., а получаемые изображения годились по качеству лишь для печати на страницах газет. Поэтому такой фотоаппаратурой целесообразно было пользоваться лишь в тех случаях, когда сроки получения изображений были важнее, чем их качество.

  

  Перспективы цифровой фотографии стали более ясными с появлением в 1994 году двух новых типов цифровых фотокамер. Компания Apple Computer впервые выпустила фотокамеру Apple QuickTake 100, имевшую странную форму бутерброда и способную фиксировать 8 изображений с разрешением 640 х 480 пикселей. Это была первая цифровая фотокамера для массового потребителя, доступная по отпускной цене $749. Изображения, получавшиеся с ее помощью, также были неважного качества, не позволявшего их как следует напечатать, а поскольку Интернет тогда находился на начальной стадии своего развития, данная фотокамера не нашла широкого применения.

  

  Вторая фотокамера, выпущенная в том же году фирмой Kodak совместно с агентством новостей Associated Press, предназначалась для фоторепортеров. Ее модели NC2000 и NC200E сочетали в себе внешний вид и функциональные возможности пленочных фотокамер с мгновенным доступом к изображениям и удобствами их фиксации, характерными для цифровых фотокамер. Модель NC 2000 получила широкое распространение во многих редакциях новостей, что послужило толчком для перехода с пленочной на цифровую технологию.

  

  Начиная со средины 90-х годов XX века цифровые фотокамеры стали более совершенными, компьютеры - более быстродействующими и менее дорогими, а программное обеспечение - более развитым. В своем развитии цифровые фотокамеры прошли путь от чужеродного вида устройств, которые могли быть дороги лишь их создателям, до универсальной, простой в употреблении фотоаппаратуры, встраиваемой даже в вездесущие сотовые телефоны и обладающей такими же техническими характеристиками, как и самые последние модели полноформатных (35 мм) цифровых фотокамер. А по качеству получаемых изображении такая фотоаппаратура превосходит пленочные фотоаппараты.

  Перемены, постоянно происходящие в технологии цифровых фотокамер, весьма примечательны.

  Для начала попробуем узнать, что же такое цифровая . Сравнивая термины «пленочная фотография» и «цифровая фотография», не сложно понять, что и то, и другое — фотография. Но если в первом случае это фотография на пленке, то во втором — фотография, во-первых, без пленки, а во-вторых, «с цифрами». Все верно. Принципиальное отличие цифровых камер от пленочных заключается в том, что изображение, картинка внешнего мира, сохраняется в них не на пленке, а в памяти фотоаппарата в цифровом виде, то есть как обычные картинки на компьютере.

  Получается этот любопытный эффект следующим образом: изображение, свет, проходящий через объектив цифровой камеры, падает не на пленку, как мы к тому привыкли, а на сенсор. Сенсор — самая важная часть цифрового фотоаппарата — представляет собой матрицу светочувствительных элементов, которые, реагируя на падающий свет, подают разные электронные сигналы. Полученные сигналы обрабатываются специальным микропроцессором и преобразуются в цифровой вид. Вот, собственно, и все — фотография готова.
  Вся эта хитрая технология оказывается очень простой для пользователя. Нажатие на спуск — секунду на раздумья — и фотограф видит готовый результат на экране камеры. Крайне просто. Не нужно проявлять пленку (которую еще нужно «отщелкать» до конца, иначе — неэкономно), не нужно печатать снимки, чтобы потом выкидывать те, что не получились — все видно сразу. Пожалуй, именно простота послужила одной из главных причин популяризации цифровой фотографии. Популяризации, надо заметить, тотальной и всеобщей. Не зря во вступлении было сказано о смерти пленки — так оно и есть. Цифровая фотография все более и более теснит пленочную, а вскоре ее и вовсе заменит. Так, в Японии за минувший год продажи цифровых фотокамер превысили продажи традиционных пленочных фотоаппаратов. В Европе и Америке «цифра» вплотную подобралась к пленке, однако, прогнозировать, когда она полностью заменит плёнку, дело неблагодарное.
  Кроме современности идеи и простоты использования есть у цифровых камер и другие преимущества перед пленкой:
  Во-первых, скорость обработки. Как уже было сказано, снимок цифровой камеры не нужно проявлять или нести в фотолабораторию и т.п. В те далекие времена, когда цифровые фотоаппараты были еще малодоступными диковинными зверушками, уже тогда их любили журналисты и репортеры: свежая компрометирующая фотография местной поп-звезды красовалась на обложке только что отпечатанных газет сразу же после съемки, а не совершала долгое путешествие от фотографа в фотолабораторию, оттуда к слайд-сканеру, и только от него — к дизайнерам.