Устройство цифрового фотоаппарата
История развития фототехники привела к тому, что были выработаны определённые стандарты на интерфейс между фотографом и используемой им фототехникой. В результате цифровые фотоаппараты (цифровая фотокамера, ЦФК) в большинстве своих внешних черт и органах управления повторяют модели плёночной фототехники. Принципиальное различие оказывается в «начинке» аппарата, в технологиях фиксации и последующей обработки изображения.
Содержание
Основные элементы цифрового фотоаппарата
Матрица
Основной элемент любой цифровой фото- или видеокамеры — матрица, от которой в наибольшей [нейтральность?] степени зависит качество получаемого изображения.
Матрица (иногда её называют сенсором) представляет собой полупроводниковую пластину, содержащую большое количество светочувствительных элементов, в подавляющем большинстве случаев сгруппированных в строки и столбцы.
В современных ЦФК наибольшее распространение получили матрицы двух типов: ПЗС (прибор с зарядовой связью, по-английски CCD — Charge-Coupled Device) и КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник, по-английски CMOS — Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor).
CMOS-матрицы для потребительских фотоаппаратов относительно дёшевы, так как производятся по стандартным полупроводниковым технологиям, однако шумы таких матриц обычно гораздо выше, чем у CCD. Поэтому в настоящее время большинство моделей ЦФК (за исключением ряда профессиональных и полупрофессиональных «зеркалок» Canon, Nikon и Sony и других, имеющих специальные схемы подавления шумов), оснащаются ПЗС-матрицами. Название ПЗС — прибор с зарядовой связью, отражает способ считывания электрического заряда методом сдвига от одного элемента матрицы к другому, постепенно заполняя буферный регистр. Далее напряжение усиливается и подается на АЦП (аналого-цифровой преобразователь), после чего уже в цифровой форме поступает для последующей обработки в процессор фотокамеры.
Объектив
Объектив цифровой камеры не претерпел кардинальных изменений по сравнению с объективами обычных фотокамер. Из-за меньших размеров сенсора, объективы цифровых камер (за исключением зеркальных камер, использующих те же объективы) имеют меньшие геометрические размеры.
Благодаря уменьшению относительно 35-мм плёнки размера матрицы, в камерах любительского уровня стало возможным использование оптических схем, ранее присущих только дорогим аппаратам [источник не указан 678 дней] .
Затвор
Цифровые потребительские фотокамеры оснащены электронным эквивалентом затвора, который встроен в матрицу и выполняет работу, аналогичную механическому. В более дорогих камерах вмонтированы два затвора, и механический служит для предотвращения попадания на сенсор света после окончания времени выдержки, что позволяет избежать появления артефактов ореола, частично блюминга и смазывания.
В некоторых цифровых фотоаппаратах при нажатии клавиши затвора наполовину происходит срабатывание систем автоматики. Автофокус и система определения экспозиции фиксируют параметры съёмки и ждут полного нажатия. При полном нажатии клавиши спусковой кнопки
- в незеркальных цифровых аппаратах:
- механический затвор (при наличии) открывается,
- происходит сброс заряда в ячейках матрицы,
- механический затвор открывается на время экспонирования,
- механический затвор закрывается,
- происходит считывание кадра из матрицы,
- механический затвор открывается,
- матрица переходит в режим Live View;
- в зеркальном цифровом аппарате (без или при выключенном режиме Live View):
- поднимается зеркало и срабатывает «прыгающая» диафрагма,
- включается ранее выключенная матрица,
- открывается на время экспонирования механический затвор,
- закрывается механический затвор,
- опускается зеркало и открывается диафрагма,
- происходит считывание и обработка кадра из матрицы.
Видоискатели
Видоискатель — элемент фотоаппарата, показывающий границы будущего снимка [источник не указан 678 дней] и в некоторых случаях резкость и параметры съёмки. На бытовых цифровых фотоаппаратах в качестве видоискателя используются ЖК экраны (на зеркальных в режиме LiveView и на компактных камерах) и различные виды электронных и оптических видоискателей.
Процессор
Процессоры в цифровых фотоаппаратах выполняют следующие функции:
- управление работой затвора;
- управление объективом в автоматическом и ручном режимах съёмки;
- выбор баланса белого, измерение освещённости объекта, определение экспопары, выбор цветовой температуры и т. п.;
- управление работой вспышки;
- управление брекетингом — возможностью серийной съёмки (обычно сериями по 3 или 10 кадров) с разными настройками фотоаппарата;
- управление специальными эффектами из имеющегося набора (сепия, чёрно-белая съёмка, устранение эффекта красных глаз и др.);
- формирование и выдачи на дисплей информации о выбранных режимах съёмки, настройках, самого изображения и т. п.
Карта памяти
Карта памяти — носитель информации, который обеспечивает длительное хранение данных большого объёма, в том числе изображений, получаемых цифровым фотоаппаратом.
В ранних моделях цифровых фотоаппаратов использовались и иные носители информации, в том числе миниатюрные жесткие диски, дискеты, записываемые оптические и магнитооптические диски и т. п., вплоть до аудиокассет (в самом первом образце электронной фотокамеры фирмы «Кодак», использовавшей аналоговые способы обработки и сохранения изображений).
Разъёмы и интерфейсы
Внешний интерфейс подключения к компьютеру общего назначения имеется практически во всех цифровых камерах. На сегодня (2011) самым распространённым из них является USB. Также применяются специальные виды разъёмов для подключения к телевизору или принтеру. Появились первые модели фотокамер с беспроводными интерфейсами.
Органы управления
Выбор режимов работы
Диск режимов фотоаппарата — селектор режимов фотокамеры. Обычно находится на верхней панели камеры слева или справа. Реже, в основном на компактных камерах, на панели обращённой к фотографу. В некоторых цифровых камерах диск режимов отсутствует, а выбор режима съёмки осуществляется при помощи кнопок и меню.
Кнопка спуска (клавиша спуска затвора)
Элемент управления фотосъемкой, инициирующий последовательность получения кадра. Выполняется в виде кнопки либо на верхнем торце аппарата (компактные камеры), либо спереди и сбоку рукоятки в зеркалкальных фотоаппаратах. При нажатии фотокамера производит съемку и обработку кадра. Во многих моделях предусмотрено 2-ступенчатое нажатие (при нажатой наполовину срабатывают технологии автофокуса и экспокоррекции, при полном нажатии — производится съемка.)
Управление меню
Для настройки параметров в большинстве цифровых фотоаппаратов применяется интерфейс меню.
Во многих компактных фотоаппаратах имеются два меню: основное и «быстрое». Основное меню занимает весь объём экрана и предназначено для установки как непосредственно параметров съёмки, так и системных параметров аппарата (даты, времени и т.п.). «Быстрое» меню выводится поверх изображения в режиме съёмки и позволяет изменять непосредственно параметры съёмки, например, ISO, баланс белого, экспокоррекцию и т.п.
В цифровых зеркальных фотоаппаратах при отключённом режиме «Live View» на экране (если он включён) отображаются только параметры съёмки. Такой же интерфейс присутствует и в некоторых компактных камерах, например, в Canon PowerShot G11 в режиме «Быстрый снимок» (в этом режиме визирование возможно только с использованием оптического видоискателя).
Прочее
Работа цифрового фотоаппарата
До нажатия клавиши затвора в зеркальных фотоаппаратах между объективом и матрицей расположено зеркало, отражаясь от которого, свет попадает в видоискатель. В незеркальных фотоаппаратах и зеркальных фотоаппаратах в режиме Live View свет из объектива падает на матрицу, при этом на ЖК экран выводится изображение, сформированное на матрице. В некоторых фотоаппаратах при этом может происходить автоматическая фокусировка.
При неполном нажатии клавиши затвора (если такой режим предусмотрен) происходит выбор всех автоматически выбираемых параметров съёмки (фокусировка, определение экспопары, чувствительности фотоматериала (ISO) и т. д.).
При полном нажатии происходит съёмка кадра, и считывание информации с матрицы во встроенную память фотоаппарата (буфер). Далее производится обработка полученных данных процессором с учётом установленных параметров коррекции экспозиции, ISO, баланса белого и др., после чего данные сжимаются в формат JPEG и сохраняются на флэш-карту. При съёмке в формат RAW данные сохраняются на флэш-карту без обработки процессором (возможна коррекция битых пикселей и сжатие алгоритмом без потерь). Так как запись на флэш-карту изображения занимает достаточно большое количество времени, многие фотоаппараты позволяют снимать следующий кадр до окончания записи предыдущего на флэш-карту, если в буфере есть свободное место.
Как работают затворы у разных камер?
Мы все знакомы с характерным звуком щелчка затвора камеры. Но знаете ли вы, что в этот момент происходит внутри вашего устройства? В этой статье фотограф Чад Верзоса (Chad Verzosa) рассказывает, как работает затвор, и почему слышен его отчетливый щелчок.
Что такое затвор камеры?
Затвор – это своеобразные ворота, которые открываются, чтобы пропустить свет на датчик или пленку, и закрываются, чтобы остановить экспозицию.
На самом деле, затвор — это сложное механическое устройство. Существуют различные типы, которые работают по-разному в зависимости от конкретной камеры. Давайте посмотрим поближе на затворы в зеркальных, беззеркальных, видео- и кинокамерах.
Как работает затвор камеры?
- DSLR-затвор
Акроним DSLR расшифровывается как Digital Single Lens Reflex. Это означает, что ваша камера имеет оптическое устройство, состоящее из зеркала и призмы, что позволяет вам точно видеть, что проходит через объектив.
Оптика зеркальной фотокамеры заключается в размещении зеркала за объективом, которое идет к призме внутри видоискателя. Вы можете представить процесс, как работу крошечного перископа, который отражает свет, чтобы достичь вашего глаза.
Теперь, что зеркало должно делать с затвором? Поскольку зеркало находится непосредственно за объективом, оно предотвращает попадание света на затвор. Но цифровая зеркальная камера сконструирована таким образом, что при нажатии кнопки спуска затвора зеркало поднимается, чтобы затвор мог открыться и произвести экспозицию.
Когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, вы слышите, как зеркало издает хлопающий звук в момент, когда оно поднимается. Поскольку он не отражает свет за объектив и не направляет его в видоискатель, вы получаете черный экран.
Пока зеркало поднято, шторка затвора опускается и обнажает датчик позади себя. Как только экспозиция заканчивается, опускается вторая шторка и закрывает датчик. Время, в течение которого опускаются первая и вторая шторки, зависит от скорости затвора. Чем она ниже, тем дольше затвор открыт.
- Беззеркальный затвор
Беззеркальные камеры передают данные изображения с датчика на небольшой электронный экран в видоискателе, чтобы вы могли видеть то, что снимаете.
Во многих отношениях механизм затвора беззеркальной камеры работает аналогично зеркальной камере. Он также имеет шторку затвора, которая поднимается и опускается при съемке. Но разница в этот раз в том, как он перемещается и захватывает изображение при нажатии кнопки спуска.
Поскольку беззеркальная камера не имеет зеркала, датчик полностью открыт за объективом. Но когда вы нажимаете кнопку спуска, дверца затвора поднимается вверх, чтобы заблокировать датчик, а затем опускается, чтобы осуществить экспозицию. Как только экспозиция сделана, другая дверца опускается с верхней части кадра.
- Затвор для среднего формата
Все слышали о сенсорах кадрирования и полнокадровых камерах. Кроп-сенсоры обычно встречаются в более дешевых потребительских камерах. Полнокадровые датчики используют большинство профессиональных фотографов.
Но как насчет камер среднего формата? Средний формат получил свое название от камер 120-мм формата в период съемок на пленку. Поскольку такие камеры имеют больший сенсор и разрешение, они достаточно дорогие.
Как и полнокадровые камеры, камеры среднего формата также имеют DSLR и беззеркальные версии. Это означает, что их механизмы затвора также различаются. Но высококлассные варианты среднего формата часто имеют специальный затвор – он называется лепестковым.
В отличие от других механизмов затвора, лепесток затвора находится внутри объектива, а не корпуса камеры. Он выглядит и работает также как диафрагма, перемещаясь внутрь или наружу, а не вверх и вниз.
Преимущество лепесткового затвора в том, что он быстрее, чем любой другой механизм, в котором используется шторка затвора. Вы можете использовать его для высокосинхронной вспышки, которая может составлять 1/1000 секунды или более по сравнению с 1/200 или 250 секунды для беззеркальных и DLSR.
- Компактные камеры и смартфоны
Вы когда-нибудь задумывались, откуда происходит щелчок на вашей компактной камере или смартфоне? Правда в том, что звук производится электронно.
Компактные камеры и смартфоны вообще не имеют шторки затвора, которые поднимаются и опускаются. Вместо этого они захватывают свет от объектива прямо на датчик. Это основная причина того, что они меньше и могут делать больше снимков, чем обычные камеры.
Так что, если ваш смартфон работает без затвора, то почему для обычных камер он все же необходим? Все сводится к качеству фотографий. Камеры без затвора, как правило, дают зернистые снимки. С другой стороны, камеры с механическими затворами снимают более чистые изображения. Они лучше контролируют свет, попадающий на датчик.
- Затвор при съемке фотографий
Как упоминалось ранее, количество времени, в течение которого затвор остается открытым, пропорционально скорости затвора, установленной на вашей камере.
Поскольку затвор является механическим, он может двигаться так быстро только при съемке. Попробуйте нажать и удерживать кнопку затвора в течение десяти секунд, и вы сможете ощутить, насколько быстро или медленно ваша камера делает снимки.
Скорость съемки вашей камеры рассчитывается с использованием FPS или количество кадров в секунду (frames per second). Большинство потребительских камер могут снимать только от 5 до 8 кадров в секунду, даже если скорость затвора составляет 1/8000 секунды или более.
- Затвор при съемке видео
Теперь, когда вы знаете, что большинство камер могут снимать только несколько кадров в секунду, вы поймете, почему при съемке видео затвор никогда не используется. В противном случае получится резкое движение, потому что затвор недостаточно быстр, чтобы запечатлеть естественное движение.
Когда вы записываете видео, используя беззеркальный или цифровой зеркальный фотоаппарат, затвор поднимается и никогда не опускается, пока вы не закончите съемку. В режиме видео датчик становится «виртуальным» затвором, сканируя в электронном виде свет, идущий от объектива.
Захват видеоданных зависит от типа датчика в вашей камере. Есть два основных типа датчиков в камерах. Первый — CMOS, в большинстве камер начального и даже профессионального уровня. Он захватывает видео, сканируя сцену слева направо и сверху вниз.
Датчик CMOS сканирует всю сцену в миллисекундах (что быстро!). Однако это искажает быстрое движение, потому что сцена не записывается сразу. Если у вас есть зеркальная или беззеркальная камера, попробуйте быстро повернуть ее слева направо, и вы заметите искажения — эффект роллинг-шаттер.
Второй тип сенсоров называется CCD и чаще всего используется в профессиональных видео- или кинокамерах. Он использует так называемый глобальный затвор, чтобы избежать каких-либо искажений в движении. Это означает, что он захватывает сцену сразу, поэтому вы не увидите никаких искажений в движении в кадре.
Проверьте количество затворов
Ваш затвор камеры является механическим устройством, а значит он может сделать определенное количество щелчков, прежде чем перестанет работать. Ожидаемый срок службы затвора вашей камеры можно найти в спецификации камеры или в Интернете.
Затвор средней потребительской камеры срабатывает порядка 100 000 раз. Между тем, профессиональные оцениваются в 200 000 и более срабатываний. Может показаться, что этого мало, но в целом, большинство энтузиастов достигают только 25 000 срабатываний в год. Это означает, что их камера может работать приблизительно до 4 лет.
Между тем, профессиональные фотографы нередко достигают 50 000 или даже 100 000 срабатываний в год. Это еще одна причина относительно частой смены камер.
Да, иногда затвор может сломаться до или даже после достижения ожидаемого количества срабатываний затвора. Как и пробег вашего автомобиля, ожидаемая продолжительность жизни затвора — оценка производителя.
Photo by Steve Johnson
Понимание механики затвора позволит вам увидеть его возможности и ограничения. И давайте будем честными: приятно осознавать, что происходит внутри вашего устройства, когда вы слышите характерный щелчок.
Устройство фотокамеры: основные элементы фотоаппарата
Перед знакомством с основами фотосъемки нужно изучить устройство фотокамеры, чтобы узнать, как основные понятия фотографии реализуются на практике.
В первую очередь, в устройство фотокамеры входит корпус фотоаппарата, также именуемый «тушкой» или «боди» от английского слова “body”.
В этой части фотоаппарата находится матрица, которая регистрирует фотографии, а также элементы управления камерой, с помощью которых фотограф указывает, когда и как фотографировать. В состав корпуса также входят аккумулятор, встроенная вспышка, экспонометр, электронный дисплей для просмотра фотографий и другие элементы.
В тыльной части камеры находится видоискатель, в который фотограф видит кадр во время фотосъемки.
В основе работы некоторых видоискателей лежит зеркало, с помощью которого можно видеть сцену через объектив (такие видоискатели называются TTL). Другие видоискатели представляют собой просто отверстие в корпусе камеры (распространены в мыльницах). Благодаря TTL-видоискателю полученное изображение имеет именно те границы, которые фотограф определил при съемке, поэтому его включают в устройство фотокамеры для профессиональных фотографов и серьезных любителей, чтобы обеспечить максимальную точность передачи изображения.
Спуск затвора
Спуск затвора – это специальная кнопка, с помощью которой затвор внутри камеры поднимается, чтобы зарегистрировать кадр. Устройство фотокамеры профессиональной (зеркальной) также предполагает, что этой кнопкой также поднимается зеркало, благодаря которому фотограф видит происходящее через объектив. В большинстве таких камер спуском затвора можно также управлять дистанционно, с помощью специального кабеля или инфракрасного порта.
Затвор
Непрозрачная деталь из металла или пластика внутри камеры, которая защищает матрицу или пленку от попадания на нее света. Затвор поднимается с помощью кнопки спуска, которая также входит в устройство фотокамеры. На нее нажимает фотограф, чтобы запечатлеть кадр. Время, в течение которого затвор остается открытым, регулируется выдержкой.
Управление выдержкой
Выдержка – это элемент управления, с помощью которого фотограф указывает камере, на какое время открыть затвор. В автоматических камерах (мыльницах) выдержка настраивается через специальное меню, и ее значение отображается на дисплее. В профессиональных и полупрофессиональных камерах выдержка регулируется при помощи специального колесика на корпусе камеры. Выдержка измеряется в долях секунды, например, 1/60. На дисплей камеры обычно выводится только знаменатель, например, 60.
Управление светочувствительностью
С помощью светочувствительности фотограф настраивает камеру для работы в различных условиях освещения. Управление светочувствительностью входит в устройство фотокамеры как элемент меню. В профессиональных камерах ею можно управлять с помощью отдельной кнопки.
Управление диафрагмой
В автоматических фотоаппаратах-мыльницах диафрагма настраивается через меню. В зеркальных фотокамерах управлять этим параметром можно с помощью отдельного колесика или кнопки. Этот параметр регулирует отверстие диафрагмы, которая находится внутри объектива.
Матрица
Матрица – ключевой элемент, входящий в устройство фотокамеры. С ее помощью фотоаппарат регистрирует фотографии. Матрица – это светочувствительный материал, на который проецируется изображение. От физического размера этого элемента зависит качество фотографий. Чем больше матрица, тем лучше качество получаемых изображений.
Вспышка
Чаще всего в устройство фотокамеры также входит встроенная вспышка. В мыльницах вспышка встроена в корпус фотоаппарата. В зеркальных фотокамерах и некоторых компактах она выносится над камерой на специальном держателе.
«Горячий башмак»
Горячий башмак – обязательный элемент, который входит в устройство фотокамеры, используемой для профессиональных целей. Это металлическое крепление, в которое вставляется внешняя вспышка. Крепление называется горячим башмаком, поскольку в нем размещены электрические контакты, и вспышка заходит в них, как нога в обувь.
Кольцо объектива (байонет)
Кольцо объектива включено в устройство фотокамеры, которая позволяет менять объективы. Это металлическое кольцо в лицевой части камеры, на которое крепится объектив. В кольце находятся электронные контакты, посредством которых на объектив передаются параметры съемки. Сбоку от кольца находится специальная кнопка, нажав на которую, фотограф может отсоединить объектив от корпуса камеры.
Объектив
К корпусу камеры через байонет крепится объектив — элемент, с помощью которого изображение проецируется на матрицу. В следующей статье подробно описано устройство объектива фотоаппарата.
fotoloff
И обычная пленочная камера, и современный цифровой фотоаппарат имеют оптическую систему линз, диафрагму и затвор. Можно сказать, что с точки зрения основной схемы работы фотографического устройства мало что изменилось с появлением цифровой фототехники: в объективе собираются световые лучи и далее направляются через отверстие (диафрагму) на светочувствительный элемент (сенсор). В этой схеме затвор и диафрагма являются невидимыми для глаз фотографа элементами, которые, тем не менее, оказывают огромное влияние на результат съемки. Почему в современной цифровой фототехнике эти элементы, хорошо известные еще по пленочным аппаратам, были сохранены? Для чего они нужны? Как работают диафрагма и затвор в цифровом фотоаппарате?
Предназначение затвора и диафрагмы
Затвор – это один из основных механизмов цифрового фотоаппарата, который отвечает за пропускание световых лучей к светочувствительному элементу (матрице) в течение заданного промежутка времени при нажатии фотографом на кнопку затвора. Основное предназначение затвора состоит в том, чтобы регулировать продолжительность прохождения светового потока через оптическую систему камеры.
Время, на которое открывается затвор фотоаппарата, называется выдержкой или временем экспозиции. Если выдержка составляет меньше секунды, то она указывается как знаменатель дроби, обозначая долю секунды. Например, 1/125 секунды или 1/30 секунды. Затворы, устанавливаемые в цифровых камерах, способны закрываться и открываться с большой скоростью, регулируя, тем самым, время засветки матрицы, то есть выдержку, с высокой точностью.
Чем больше выдержка, тем больше света попадет на светочувствительный элемент камеры. С точки зрения фотографа, затвор камеры должен обладать высокой точностью срабатывания, надежностью в работе в различных условиях съемки и широким диапазоном выдержек. В современных цифровых камерах затвор используется не только для управления выдержкой, но и для защиты матрицы от засветки во время считывания изображения или до начала экспозиции.
Диафрагма представляет собой круглое изменяемое отверстие, которое находится внутри объектива камеры. Фотограф может варьировать диаметр отверстия, тем самым, регулируя поток света, поступающего на матрицу цифрового аппарата. Величина данного отверстия определяется диафрагменным числом: чем больше отверстие диафрагмы (маленькое диафрагменное число), тем больше света падает на матрицу и наоборот.
В цифровых фотоаппаратах диафрагменное число можно изменяться в достаточно широких пределах, например для объектива Tamron AF 18-270mm f/3.5-6.3 Di II VC, с f/3.5 до f/6.3. Кроме того, диафрагма оказывает свое влияние и на глубину резкости изображаемого пространства, позволяя фотографу управлять творческим процессом. Как уже понятно, выдержка с диафрагмой являются взаимозависимыми параметрами. Вместе они составляют так называемую экспопару: при уменьшении одного из этих параметров увеличивается другой.
Фотографический затвор: принцип работы и виды
В тот момент, когда осуществляется фотографирование, затвор фотоаппарата открывается. Световые лучи проходят сквозь объектив, попадают на диафрагму, за счет которой регулируется количество света, и, в конечном счете, доходят до светочувствительного элемента. После того, как прямо на матрицу цифровой фотокамеры попадает свет, начинается экспонирование кадра. Дальше затвор закрывается. Через мгновенье камера уже будет готова снимать следующий кадр. Открываясь и закрываясь, затвор так же, как и диафрагма, обеспечивает изменение количества упавшего на матрицу света.
Естественно, что каким бы ни был совершенным фотографический затвор, он требует хоть и непродолжительного, но все же некоторого периода времени для того, чтобы открыться. Также требуется определенное время и на его закрытие. В этой связи можно выделить три этапа или фазы в работе фотографического затвора.
Первая фаза связана с открыванием действующего отверстия объектива. Следующая – это уже фаза полного открытия действующего отверстия. И, наконец, последняя фаза – это фаза закрывания, то есть определенный промежуток времени от начала уменьшения действующего отверстия до его полного закрытия. Отсюда можно понять, что в течение всего этого цикла работы затвора действующее отверстие объектива остается полностью открытым только некоторую часть времени.
В этой связи одной из самых важных характеристик затвора является оптический коэффициент полезного действия (КПД), который определяет отношение количества света, прошедшего за время работы затвора, к тому количеству света, которое могло бы пройти через «идеальный» затвор за тот же промежуток времени. Чем больше значение коэффициента полезного действия приближается к единице (то есть к 100%), тем совершеннее работает затвор. Другими словами, чем меньше времени в течение заданной выдержки уйдет на открывание и закрывание затвора, тем более продолжительное время отверстие объектива будет полностью открыто, а значит, большее количество света пройдет через объектив. В этой связи можно говорить о том, что хороший фотографический затвор способен полнее раскрыть светосилу объектива.
Все затворы цифровых камер имеют специальные регуляторы, посредством которых можно устанавливать требуемую для данной фотосъемки выдержку. Впрочем, подходящая выдержка может определяться камерой и автоматически. Во многих аппаратах предусмотрен специальный режим полностью ручного управления временем открытия затвора (Bulb), посредством которого затвор может не только открываться, но и закрываться строго по команде фотографа. Такой режим очень актуален при съемке на длительных выдержках, когда камера устанавливается на штативе.
По своей конструкции и принципу действия затворы в цифровых фотоаппаратах подразделяются на следующие виды:
Если в пленочных фотоаппаратах устанавливался механический затвор, который открывал и закрывал шторки, ограничивая воздействие света на пленку, то в цифровых камерах его роль выполняет электронный затвор. Практически все цифровые фотоаппараты оснащены именно таким электронным эквивалентом затвора, который встроен прямо в сенсор камеры.
Он представляет собой своеобразный переключатель, включающий сенсор на прием светового потока в нужный момент и выключающий его по команде процессора. Электроника и процессор камеры полностью управляют работой такого затвора. Особенность электронного затвора состоит в том, что свет на матрицу попадает постоянно, что позволяет, в частности, передавать изображение с матрицы на ЖК-дисплей фотокамеры. При срабатывании электронного затвора изображение с матрицы камеры считывается в течении определенного промежутка времени. Этот промежуток между обнулением матрицы и моментом считывания электронной информации с нее и составляет в данном случае время выдержки.
Преимуществом использования электронных затворов в современной цифровой фототехнике является то, что с их помощью удается достичь очень коротких выдержек. Такой затвор, в частности, способен отработать выдержку вплоть до 1/8000 или 1/15000 с. Кроме того, электронный затвор работает бесшумно и без вибраций.
Однако у него есть и свои недостатки. Это, прежде всего, низкое качество, связанное с различными искажениями изображения, причиной возникновения которых является последовательное чтение ячеек матрицы. Вследствие постоянной засветки электронный затвор характеризуется склонностью к ореолам, блюмингу и другим неприятным эффектам. Именно поэтому в продвинутых компактных камерах и профессиональных цифровых аппаратах помимо электронного затвора обязательно присутствует и традиционный механический. В дешевых же моделях цифровых камер используется только электронный затвор.
Несмотря на появление цифровой фототехники с электронными затворами, управляемымимощными процессорами, механический затвор не ушел в прошлое. Он по-прежнему используется в приличных цифровых камерах, только теперь он работает в паре с электронным. Синхронная работа этих двух затворов дает возможность обеспечить короткие выдержки и одновременно избежать появления ореола вокруг контрастных изображений. В профессиональных зеркальных аппаратах и продвинутых компактах электронный затвор используется только для сверхкоротких выдержек, в основном же работает механический.
Помимо того, что механический затвор дозирует свет, попадающий на светочувствительный элемент камеры, он еще и служит для дополнительной защиты матрицы от попадания на нее пыли и грязи. Ведь матрица является самым дорогостоящим элементом цифрового фотоаппарата, особенно когда речь идет о профессиональной камере. У самого механического затвора есть определенный ресурс работы и со временем он выходит из строя.
По своей конструкции механические затворы традиционно подразделяются на два типа — центральные и шторные (шторно-щелевые) затворы. Центральный затвор, как правило, устанавливается между линзами объектива. В нем используются заслонки в виде тонких лепестков, которые открывают световое отверстие объектива от оптической оси к краям, а закрывают в обратном направлении. Благодаря этому обеспечивается равномерное распределение освещенности по всему полю кадра. Наибольшим коэффициентом полезного действия обладает тот центральный затвор, у которого светозащитные заслонки действуют с наибольшей скоростью.
У центрального затвора довольно много достоинств: отсутствие искажений изображения в результате работы, равномерное распределение освещенности и хорошая устойчивость к температурным колебаниям. Однако по сравнению со шторными затворами центральные обладают меньшим коэффициентом полезного действия и более низкой минимальной скоростью, то есть меньшей моментальной выдержкой.
Что касается шторного или шторно-щелевого затвора, то в нем применяется светонепроницаемая шторка, состоящая из двух частей, разделяемых поперечной щелью. В эту щель и проникает свет, идущий от объектива. При срабатывании затвора шторки перемещаются одна за другой: первая световая заслонка открывает кадровое окно, а другая, соответственно, закрывает его. Выдержка здесь зависит от ширины щели.
Основными достоинствами шторного затвора являются высокий коэффициент полезного действия (может достигать 95%) и способность отрабатывать короткие выдержки (до 1/1250 с в некоторых моделях). Но при съемке быстродвижущихся объектов использование шторно-щелевого затвора нередко приводит к смещению и искажению отдельных элементов изображения. Шторные затворы также характеризуются тем, что они больше подвержены температурным колебаниям.
Вместе с электронным затвором в некоторых моделях цифровых камер используется не механический, а электронно-оптический затвор. Это жидкий кристалл, который располагается между двумя параллельными поляризованными пластинами. Через него световой поток проходит на электронно-оптический преобразователь камеры. Когда на тонкое электропроводное напыление внутренней поверхности пластин подается напряжение, то возникает электрическое поле, которое изменяет на 90 градусов плоскость поляризации жидкого кристалла. В результате, обеспечивается максимальная непрозрачность кристалла и, как следствие, жидкокристаллический затвор закрывается. При отсутствии же напряжения свет через жидкий кристалл попадает на матрицу. Поскольку здесь отсутствуют какие-либо механические элементы, то электронно-оптический затвор отличается довольно высокой надежностью и простотой.
Диафрагма цифрового фотоаппарата
Диафрагма в своем классическом виде устроена как светонепроницаемая заслонка, образованная сдвигающимися к центру объектива тонкими металлическими лепестками. Это так называемая ирисовая диафрагма. Тонкие лепестки, размещающиеся по кругу вдоль обода объектива, поворачиваются и, тем самым, увеличивают или уменьшают отверстие, через которое поступает свет. Чем больше открыты лепестки диафрагмы, тем больше света проходит на светочувствительный элемент. Управление диафрагмой в цифровых фотоаппаратах может осуществляться в ручном или автоматическом режимах.
Ручное управление диафрагмой реализовано обычно в виде кольца на внешней поверхности оправы объектива, на котором отмечена шкала диафрагменных чисел. При вращении кольца диафрагмы лепестки сдвигаются. При этом каждый переход от одного значения диафрагменного числа к соседнему значению обеспечивает изменение количества проходящего через объектив света ровно вдвое. Очень удобным является режим приоритета диафрагмы, когда можно самостоятельно установить диафрагму, а все остальные параметры съемки фотоаппарат выставит автоматически. Управление же диафрагмой в автоматическом режиме осуществляется посредством электроники фотокамерыисходя из анализаконкретных условий фотосъемки.
Изменение диафрагмы оказывает влияние сразу на два ключевых свойства изображения – светосилу и глубину резкости. Под светосилой понимают то максимальное количество света, которое способен пропускать данный объектив. В условиях дневного света регулировать и контролировать диафрагму цифрового фотоаппарата не представляет особого труда. Но в условиях недостаточной освещенности, например, при съемке в темном помещении, фотографу приходится снимать с большим отверстием диафрагмы, чтобы фотография не получилась темной. Здесь требуется гибкое управление диафрагмой для компенсации недостатка света.
Размером диафрагмы определяется и та зона, которая на фотографии будет выглядеть резкой. Другими словами, от диафрагмы зависит, каким будет фон на снимке — размытым или резким. Например, маленькая диафрагма используется для того, чтобы размыть фон и перспективу. Глубина резкости распространяется от центра к краю изображения, соответственно, чем ближе к краю снимка, тем более размытым будет объект. Наоборот, большая диафрагма применяется в тех случаях, когда на фотографии все должно выглядеть резко. В целом, управление диафрагмой предоставляет фотографу полную свободу действий и широкое поле для творческих экспериментов.
Говоря о затворе и диафрагме цифрового фотоаппарата, нужно отметить, что в некоторых современных камерах диафрагма может быть объединена с центральным лепестковым затвором. В этом случае механизм диафрагмы срабатывает точно в момент срабатывания затвора, а лепестки затвора в это же самое время расходятся на расстояние, которое соответствует установленному значению диафрагмы. Но такие комбинированные затворы-диафрагмы с регулированием величины и длительности открытия светового отверстия устанавливаются, главным образом, в камеры начального уровня. Хотя они и обеспечивают большую компактность фототехники.
Проблема в том, что в силу своей конструкции объединенный механизм затвор-диафрагма способен отработать только экспозиционные пары вроде длительная выдержка — минимальное относительное отверстие или короткая выдержка — максимальное относительное отверстие. Такая линейность экспопараметров оборачивается тем, что, например, в условиях недостаточной освещенности камера будет использовать длительные выдержки с открытой диафрагмой, что, естественно, негативно скажется на качестве фотоизображения. К тому же, затворы-диафрагмы не способны предоставить широкий диапазон выдержек и значений диафрагмы.
Затвор и диафрагма остаются основными механизмами фотографического аппарата и в эпоху цифровых технологий. Наряду с характеристиками объектива, затвор и диафрагма во многом предопределяют качество фотоизображения. Возможность ручной настройки диафрагмы и выдержки обеспечивает фотографу пространство для творческих экспериментов и тонкой подстройки своей цифровой камеры под конкретные условия съемки.