Ierīce un kameras darbības princips

2024 Autors: Sierra Becker | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-02-26 05:57

Fotogrāfija ir viens no svarīgākajiem izgudrojumiem vēsturē – tā patiešām mainīja cilvēku domāšanu par pasauli. Tagad ikviens var redzēt attēlus no lietām, kas patiesībā atrodas lielā attālumā vai nav pastāvējušas ilgu laiku. Katru dienu tiešsaistē tiek publicēti miljardiem fotoattēlu, pārvēršot dzīvi digitālos informācijas pikseļos.

Kameras struktūra

Fotogrāfija ļauj iemūžināt svarīgus dzīves mirkļus un saglabāt tos gadiem ilgi. Ierīces attēlu veidošanai jau sen ir iebūvētas tālruņos un citos sīkrīkos, taču kameras darbības princips daudziem joprojām ir noslēpums. Fotogrāfija ir vienlīdz zinātne, kā arī māksla, taču lielākā daļa nezina, kas notiek, nospiežot kameras pogu vai atverot viedtālruņa kameras lietotni. Pirmajai kamerai, kuras uzbūve un darbības princips tiks apspriests vēlāk, nebija nekādu pogu un tā nemaz neatgādināja aplikāciju. Taču viņa ierīce ir mūsdienu sīkrīku pamatā.

Piemēram, filmu kamera sastāv no trim galvenajiem elementiem: optiskā – objektīva, ķīmiskā – filma un mehāniskā – kameras korpusa. Īsi apskatīsim kameras darbības principu: filma tiek ielādēta spolē labajā pusē un uztīta uz citas spoles kreisajā pusē, pa ceļam nokļūstot objektīva priekšā. Tā ir gara elastīgas plastmasas sloksne, kas pārklāta ar īpašām ķīmiskām vielām, kuru pamatā ir gaismas jutīgie sudraba savienojumi.

Melnb altai plēvei ir viens slānis, bet krāsainajai plēvei ir trīs: augšdaļa ir jutīga pret zilo gaismu, centrs ir jutīga pret zaļo un apakšdaļa ir jutīga pret sarkanu. Attēls tika iegūts katras no tām ķīmiskās reakcijas dēļ. Lai gaisma nesabojātu plēvi, tā ir ietīta izturīgā, gaismu izturīgā plastmasas cilindrā, kas tiek ievietots kameras iekšpusē. Bet kā tas apvieno visas sastāvdaļas, lai tās ierakstītu skaidru, atpazīstamu attēlu? Ir daudz dažādu veidu, kā likt šīm daļām darboties, taču vispirms ir jāsaprot kameras darbības pamatprincips. Tā kā fotografēšanai nav nepieciešama elektrība, parastā viena objektīva bezspoguļa kamera lieliski ilustrē fotografēšanas pamatprocesus.

Kāpēc jums ir nepieciešams objektīvs

Vislabāk ir īsi sākt izskaidrot, kā kamera darbojas ar teoriju. Iedomājieties, ka jūs stāvat istabas vidū bez logiem, durvīm vai gaismas. Šādā vietā neko nevar redzēt, jo nav gaismas avota. Pieņemot, ka izņēmāt lukturīti un ieslēdzāt to, unstars no tā kustas pa taisnu līniju. Kad šī gaisma atsitas pret objektu, tā atlec no tā un ietriecas jūsu acīs, ļaujot jums redzēt, kas atrodas telpā.

Ciparu fotoaparāta darbības princips ir līdzīgs procesam, kad ar lukturīša staru izrauj priekšmetus no tumšas telpas. Kameras optiskā sastāvdaļa ir objektīvs. Tās uzdevums ir atstarot gaismas starus, kas atgriežas no objekta, un novirzīt tos tā, lai tie sanāktu kopā, lai izveidotu attēlu, kas līdzinās ainai objektīva priekšā. Iespējams, nav pilnībā skaidrs, kā šis process notiek un kāpēc parastais stikls spēj novirzīt gaismu. Atbilde ir ļoti vienkārša: kad gaisma pāriet no vienas vides uz citu, tā maina ātrumu.

Kā darbojas objektīvs

Gaisma pa gaisu pārvietojas ātrāk nekā caur stiklu, tāpēc objektīvs to palēnina. Kad stari uz to ietriecas leņķī, viena viļņa daļa sasniegs virsmu pirms otras un tādējādi vispirms palēnināsies. Kad gaisma iekļūst stiklā leņķī, tā saliecas vienā virzienā un pēc tam vēlreiz, kad tā iziet no stikla, jo gaismas viļņa daļas saskaras ar gaisu un paātrinās pirms citiem.

Standarta izliektajam objektīvam viena vai abas stikla malas ir izliektas. Tas nozīmē, ka garāmejošie gaismas stari tiks novirzīti uz objektīva centru, kad tie iekļūst. Divkāršā izliektā objektīvā, piemēram, palielināmā stiklā, gaisma locīsies, ieejot un izejot. Tas efektīvi maina gaismas ceļu no objekta, kas ir saistīts ar galvenokameras darbības princips. Gaismas avots izstaro gaismu visos virzienos. Visi stari sākas vienā punktā un pēc tam pastāvīgi atšķiras. Saplūstošs objektīvs uztver šos starus un novirza tos tā, lai tie visi saplūstu atpakaļ vienā punktā. Šajā vietā tiek iegūts objekta attēls.

Pirmās kameras darbības princips

Pirmā kamera bija telpa ar nelielu caurumu vienā sānu sienā. Gaisma gāja caur to un tika atspoguļota taisnās līnijās, un attēls tika projicēts otrādi uz pretējās sienas. To sauca par camera obscura, un mākslinieki to izmantoja māksliniecisku audeklu gleznošanai. Izgudrojums tiek attiecināts uz Leonardo da Vinči. Lai gan šādas ierīces pastāvēja ilgi pirms pirmās īstās fotogrāfijas, tikai tad, kad kāds nolēma šīs telpas aizmugurē novietot gaismas jutīgu materiālu, radās ideja par attēla iegūšanu šādā veidā. Pirmās kameras darbības princips bija šāds: staram atsitoties pret gaismjutīgo materiālu, ķīmiskās vielas reaģēja un iegravēja attēlu uz virsmas. Tā kā šī kamera neuztvēra pārāk daudz gaismas, vienas fotogrāfijas uzņemšana prasīja astoņas stundas. Arī attēls iznāca diezgan izplūdis.

Atšķirība starp spoguļkamerām

Profesionāļi bieži dod priekšroku spoguļkamerām. Tiek uzskatīts, ka attēla kvalitāte ir labāka, jo fotogrāfs skatu meklētājā redz īsto objekta attēlu, nevisizkropļota ar digitalizāciju un filtriem. Ja īsi aprakstam kameras ar refleksu skatu meklētāju darbības principu, tad jēga ir tāda, ka šādā kamerā fotogrāfs redz reālu attēlu. Tas var arī pielāgot visas detaļas, pagriežot un nospiežot pogas. Tas ir saistīts ar dubulto spoguli - pentaprismu. Bet kameras dizainā ir vēl viens - caurspīdīgs, kas atrodas matricas priekšā, ko sauc arī par sensoru vai sensoru. Kameras slēdža darbības princips ir tāds, ka, nospiežot pogu, tas paceļ spoguli un maina tā slīpuma leņķi. Šajā brīdī gaismas straume skar sensoru, pēc kuras attēls tiek apstrādāts un parādīts ekrānā.

SLR kameras darbības princips ir saistīts ar diafragmu, kas pamazām atveras, lai izlaistu starus. Tas sastāv no ziedlapiņām, kuru novietojums nosaka centrālā apļa diametru un pārraidītās gaismas daudzumu. Stars skar objektīvus un pēc tam spoguli, fokusēšanas ekrānu un pentaprismu, kur attēls tiek pagriezts, un pēc tam uz skatu meklētāju. Šeit fotogrāfs redz īsto attēlu. Bezspoguļa kameras darbības princips atšķiras ar to, ka tai nav šāda skatu meklētāja. Bieži vien to aizstāj ar ekrānu vai elektronisko versiju. Fāzes autofokuss ir pieejams arī tikai SLR kamerām. Vēl viena atšķirība ir tāda, ka, nospiežot slēdža pogu, gaisma nekavējoties saskaras ar kameras matricu.

Koncentrējieties uz objektu

Attēla kvalitāte mainās atkarībā no gaismas caurlaidībascaur kameras objektīvu. Tas ir saistīts ar leņķi, kādā gaismas stars tajā ieplūst un kāda ir tā struktūra. Šis ceļš ir atkarīgs no diviem galvenajiem faktoriem. Pirmais ir leņķis, kādā gaismas stars nonāk objektīvā. Otrais ir objektīva struktūra. Gaismas ieejas leņķis mainās, objektam virzoties tuvāk vai tālāk no tā. Stari, kas ieplūst asākā leņķī, izies stulbākā leņķī, un otrādi. Kameras objektīvs uztver visus atstarotos gaismas starus un izmanto stiklu, lai tos novirzītu uz vienu punktu, radot asu attēlu. Kopējais "lieces leņķis" jebkurā punktā paliek nemainīgs.

Ja gaisma ir nefokusēta, attēls izskatīsies izplūdis vai nefokuss. Būtībā objektīva saliekšana palielina attālumu starp dažādiem tā punktiem. Stari no tuvāka punkta saplūst tālāk no objektīva nekā no tā, kas atrodas tālāk. Tas ir, tuvāka objekta reālais attēls veidojas tālāk no objektīva nekā no attālāka objekta. Kopējo "priekšgala leņķi" nosaka objektīva struktūra. Kameras objektīvs griežas, lai fokusētu, virzoties tuvāk vai tālāk no filmas vai sensora virsmas. Objektīvam ar apaļāku formu būs asāks izliekuma leņķis. Tas palielina laiku, ko viena gaismas viļņa daļa pārvietojas ātrāk nekā otra daļa, tāpēc gaisma veic asāku pagriezienu. Rezultātā fokusa reālais attēls tiek veidots tālāk no objektīva, ja objektīvam ir plakanāka virsma.

Izmērsobjektīva un fotoattēla izmērs

Palielinoties attālumam starp objektīvu un reālo attēlu, gaismas stari paplašinās, veidojot lielāku attēlu. Plakans objektīvs projicē lielu attēlu, bet filma tiek eksponēta tikai attēla vidū. Būtībā objektīvs ir centrēts kadra vidū, palielinot nelielu laukumu skatītāja priekšā. Stikla priekšpusei attālinoties no kameras sensora, objekti tuvojas. Fokusa attālums ir attāluma mērījums starp vietu, kur gaismas stari pirmo reizi sasniedz objektīvu, un vietu, kur tie sasniedz kameras sensoru. Profesionālās kameras ļauj uzstādīt dažādus objektīvus ar dažādu palielinājumu. Palielinājuma pakāpi raksturo fokusa attālums. Kamerās tas tiek definēts kā attālums starp objektīvu un objekta reālo attēlu lielā attālumā.

Atšķirības starp objektīviem

Lielāks fokusa attālumu skaits norāda uz lielāku attēla palielinājumu. Dažādi objektīvi ir piemēroti dažādām situācijām. Ja fotografējat kalnu grēdu, varat izmantot objektīvu ar īpaši lielu fokusa attālumu. Tie ļauj koncentrēties uz noteiktiem elementiem attālumā. Ja nepieciešams uzņemt tuvplāna portretu, tad noderēs platleņķa objektīvs. Tam ir daudz mazāks fokusa attālums, tāpēc tas saspiež ainu fotogrāfa priekšā.

Hromātiskā aberācija

Kameras objektīvs patiesībā ir vairāki objektīvi, kas apvienoti vienā blokā. Var izveidoties viena saplūstoša lēcaīsts attēls uz filmas, taču to izkropļo vairākas novirzes. Viens no nozīmīgākajiem izkropļojumu faktoriem ir tas, ka dažādas spektra krāsas izliecas atšķirīgi, pārvietojoties pa objektīvu. Šī hromatiskā aberācija būtībā rada attēlu, kurā toņi nav pareizi izlīdzināti. Kameras to kompensē, izmantojot vairākus objektīvus, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem. Katrs objektīvs apstrādā krāsas atšķirīgi, un, tos kombinējot noteiktā veidā, krāsas tiek pārkārtotas. Tālummaiņas objektīvam ir iespēja pārvietot dažādus objektīva elementus uz priekšu un atpakaļ. Mainot attālumu starp atsevišķiem objektīviem, varat pielāgot objektīva palielinājuma jaudu kopumā.

Filmu un attēla sensori

Ierīce un kameras darbības princips ir saistīti arī ar informācijas ierakstīšanu datu nesējā. Vēsturiski fotogrāfi ir bijuši arī sava veida ķīmiķi. Filma sastāv no gaismjutīgiem materiāliem. Kad šos materiālus skar objektīva gaisma, tie uztver objektu un detaļu formu, piemēram, cik daudz gaismas nāk no tiem. Tumšā telpā filma tika izstrādāta, pakļauta virknei ķīmisku vannu, lai iegūtu attēlu. Kameras ar sensoru darbības princips nedaudz atšķiras no filmas kameras darbības. Lai gan objektīvi, metodes un termini ir vienādi, digitālās kameras sensors vairāk izskatās pēc saules paneļa, nevis filmas sloksnes. Katrs sensors ir sadalīts miljonos sarkano, zaļo un zilo pikseļu vai megapikseļu. Kad gaisma sasniedz pikseļu, sensors to pārvērš enerģijā, un kamerā iebūvēts dators nolasa, cik daudz enerģijastiek ražots.

Kāpēc megapikseļi ir svarīgi

Kameras sensora darbības veids ir mērīt, cik enerģijas ir katram pikselim, un ļauj tam noteikt, kuri attēla apgabali ir gaiši un tumši. Un tā kā katram pikselim ir noteikta krāsu vērtība, kameras dators var spriest par sižeta krāsām, apskatot, kādi citi tuvumā esošie pikseļi ir reģistrēti. Apvienojot informāciju no visiem pikseļiem, dators spēj aptuveni noteikt fotografējamā objekta formas un krāsas. Ja katrs pikselis apkopo gaismas informāciju, kameras sensori ar vairāk megapikseļu var uzņemt vairāk detaļu.

Tāpēc ražotāji bieži reklamē megapikseļu kameras, pievienojot īsu paskaidrojumu par to, kā kamera darbojas. Lai gan zināmā mērā tas ir taisnība, svarīgs ir arī sensora izmērs. Lielāki sensori savāks vairāk gaismas, kas palīdzēs iegūt labāku attēla kvalitāti vājā apgaismojumā. Daudzu megapikseļu iesaiņošana mazā sensorā faktiski pasliktina attēla kvalitāti, jo atsevišķi pikseļi ir pārāk mazi. 50 mm objektīva standarta objektīvs neļauj daudz tuvināt vai tālināt, tāpēc tas ir ideāli piemērots objektiem, kas nav pārāk tuvu vai pārāk tālu.

Kā Polaroid darbojas

Pārnēsājama fotostudija, kas uzņem gandrīz acumirklīgus attēlus, ir bijis sapnis jau ilgu laiku. Līdz bija neparasta kamera, kas ļauj negaidīt nedēļas uz izdrukāmattēlus. Edvīns Lends radīja pirmo Polaroid kameru. Viņam radās ideja par tūlītēju fotografēšanu, un viņš lūdza Kodak finansējumu. Taču kompānija to uztvēra kā joku un par viņu tikai pasmējās. Edvīns Lends devās mājās un sāka strādāt pie citiem projektiem, lai piesaistītu naudu. Viņš izveidoja Polaroid Lens un pēc tam izgudroja savu slaveno pārnēsājamo fotostudiju.

Polaroid kameras darbības princips ir līdzīgs parastās kinokameras darbības mehānismam, kuras iekšpusē atradās plastmasas pamatne, kas pārklāta ar gaismas jutīgām sudraba savienojumu daļiņām. Katrai fotogrāfijas sagatavei ir vienādi gaismas jutīgie slāņi, kas atrodas uz plastmasas loksnes. Tajos ir visas nepieciešamās ķīmiskās vielas fotogrāfijas attīstīšanai. Zem katra krāsainā slāņa ir vēl viens ar krāsvielu. Kopumā uz kartes ir vairāk nekā 10 dažādi slāņi, tostarp necaurspīdīgs pamatnes slānis, kas ir sagatave ķīmiskai reakcijai. Komponents, kas uzsāk procesu, ir reaģents, dezaktivatoru maisījums, sārms, b alts pigments un citi elementi. Tas atrodas slānī tieši virs gaismjutīgajiem slāņiem un tieši zem attēla slāņa.

Polaroid kameras darbības princips ir tāds, ka pirms attēla uzņemšanas viss reaģenta materiāls tiek savākts bumbiņas veidā uz plastmasas loksnes robežas, prom no gaismjutīgā materiāla. Pēc pogas nospiešanas plēves mala iziet no kameras caur rullīšu pāri, kas sadala reaģenta materiālu centrā.rāmis. Kad reaģents tiek sadalīts starp attēla slāni un gaismjutīgajiem slāņiem, tas reaģē ar citiem ķīmiskajiem elementiem. Necaurspīdīgais materiāls neļauj gaismai filtrēties apakšējos slāņos, tāpēc filma netiek pilnībā eksponēta pirms attīstīšanas.

Ķīmiskās vielas virzās lejup pa slāņiem, pārvēršot katra slāņa atklātās daļiņas metāliskā sudrabā. Pēc tam ķīmiskās vielas izšķīdina attīstīto krāsu, tāpēc tā sāk iesūkties attēla slānī. Metāla sudraba laukumi katrā slānī, kas bija pakļauti gaismai, aiztur krāsvielas, tāpēc tās pārstāj kustēties uz augšu. Tikai krāsas no neeksponētiem slāņiem tiks pārvietotas uz attēla slāni. Gaisma, kas atstaro b alto pigmentu reaģentā, iziet cauri šiem krāsainajiem slāņiem. Skābais slānis plēvē reaģē ar sārmu un dezaktivatoriem reaģentā, kā rezultātā pakāpeniski attīstās attēls. Tai ir nepieciešama gaisma, lai tā pilnībā attīstītos, un parasti fotogrāfs izvelk karti un redz pēdējo ķīmiju, kas saistīta ar filmas attīstīšanu.