Виды фотоаппаратов.Устройство и принцип действия

 

Министерство образования и науки Республики Казахстан

                   Карагандинский государственный  технический университет

 

Кафедра МД и Г

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ   РАБОТА №1

 

по дисциплине:Фотограмметрия                                                                   

 

Тема: Виды фотоаппаратов.Устройство и принцип действия.

 

 

 

 

 

                                                                        Руководитель: Нагибин А.А.

__________________                                       _________     _________________

оценка (подпись, дата)

                                                                           Студент гр.         Гик 13-2 

                                                                                                    Глязитденов Р.Р. 

                                                                                                             

(подпись, дата)

                                                            

2015

 

История возникновения фотоаппаратов.

В 1604 г. немецкий астроном Иоганн Кеплер установил математические законы отражения света в зеркалах, которые в последствии залегли в основу теории линз по которым другой итальянский физик Галилео Галилей создал первый телескоп для наблюдения за небесными телами. Принцип преломления лучей был установлен, оставалось только научиться каким-то образом сохранять полученные изображения на отпечатках еще не раскрытым химическим путем.

В 1820-е гг.. Жозеф Нисефор Ньепс открыл способ сохранения полученного изображения путем обработки попадающего света асфальтовым лаком (аналог битума) на поверхность из стекла в, так называемой камере-обскуре. С помощью асфальтового лака изображение принимало форму и становилось видимым. В первые в истории человечества картину рисовал не художник, а падающие лучи света в преломлении.

В 1835 г. английский физик Уильям Тальбот, изучая возможности камеры-обскура Ньепса смог добиться улучшения качества фотоизображений с помощью изобретенного им отпечатка фотографии - негатива. Благодаря этой новой возможности снимки теперь можно было копировать.

В 1889 г. в истории фотографии закрепляется имя Джорджа Истмана Кодак, который запатентовал первую фотопленку в виде рулона, а потом и фотокамеру "Кодак", сконструированную специально для фотопленки. В последствии, название "Kodak" стало брэндом будущей крупной компании. Что интересно, название не имеет сильной смысловой нагрузки, в данном случае Истман решил придумать слово, начинающееся и заканчивающиеся на одну и ту же букву.

В 1904 г. братья Люмьер под торговой маркой "Lumiere" начали выпускаться пластины для цветного фото, которые стали

основоположниками будущего цветной фотографии.

В 1923 г. появляется первый фотоаппарат в котором используется пленка 35 мм, взятая из кинематографа. Теперь можно было получать небольшие негативы, просматривая затем их выбирать наиболее подходящие для печатания крупных фотографий. Спустя 2 года фотоаппараты фирмы "Leica" запускаются в массовое производство.

В 1935 г. фотоаппараты Leica 2 комплектуются отдельным видеоискателем, мощной фокусировочной системой, совмещающие две картинки в одну. Чуть позже в новых фотоаппаратах Leica 3 появляется возможность использования регулировки длительности выдержки. Долгие годы фотоаппараты Leica оставались неотъемлимыми инструментами в области искусства фотографии в мире.

 

В 1935 г. компания "Kodak" выпускает в массовое производство цветные фотопленки "Кодакхром". Но еще долгое время при печати их надо было отдавать на доработку после проявки где уже накладывались цветные компоненты во время проявки.

В 1942 г. "Kodak" запускают выпуск цветных фотопленок "Kodakcolor", которые последующие полвека становятся одними из популярными фотопленками для профессиональных и любительских камер.

В 1970-х гг. фотоаппараты снабжались встроенным экспонометром, автофокусировку, автоматические режимы съемки, любительские 35 мм камеры имели встроенную фотовспышку. Чуть позже к 80-м годам фотоаппараты начали снабжаться ж/к панелями, которые показывали пользователю программные установки и режимы фотокамеры. Эра цифровой техники только начиналась.

В 1974 г. с помощью электронного астрономического телескопа была получена первая цифровая фотография звездного неба.

В 1980 г. компания "Sony" готовит к выпуску на рынок цифровую видеокамеру Mavica. Снятое идео сохранялось на гибком флоппи-диске, который можно было бесконечно стирать для новой записи.

В 1988 г. компания "Fujifilm" официально выпустила в продажу первый цифровой фотоаппарат Fuji DS1P, где фотографии сохранялись на электронном носителе в цифровом виде. Фотокамера обладала 16Mb внутренней памяти.

В 1991 г. компания "Kodak" выпускает цифровую зеркальную фотокамеру Kodak DCS10, имеющую 1,3 mp разрешения и набор готовых функций для профессиональной съемки цифрой.

В 1994 г. компания "Canon" снабжает некоторые модели своих фотокамер системой оптической стабилизации изображений.

В 1995 г. компания "Kodak", следом за Canon прекращает выпуск популярных последние полвека пленочных своих фирменных фотокамер.

2000-х гг. Стремительно развивающиеся на базе цифровых технологий корпорации Sony, Samsung поглощают большую часть рынка цифровых фотоаппаратов. Новые любительские цифровые фотоаппараты быстро преодолели технологическую границу в 3Мп и по размеру матрицы легко соперничают с профессиональной фототехникой имея размер от 7 до 12 Мп. Несмотря на быстрое развитие технологий в цифровой технике, таких как: распознавание лица в кадре, исправление оттенков кожи, устранение эффекта "красных" глаз, 28-кратное "зумирование", автоматические сцены съемки и даже срабатывание камеры на момент улыбки в кадре, средняя цена на рынке цифровых фотокамер продолжает падать, тем более что в любительском сегменте фотоаппаратам начали противостоять мобильные телефоны, снабженные встроенными камерами с цифровым зумом. Спрос на пленочные фотоаппараты стремительно упал и теперь наблюдается другая тенденция повышения цены аналоговой фотографии, которая переходит в разряд раритета.

 

Устройство,  виды и принцип действия цифровых фотоаппаратов.

 

• Объектив фотоаппарата.

Это набор линз, которые расположены друг за другом в цилиндрическом корпусе. Задача объектива уменьшить размер «внешнего» изображения до размера матрицы фотоаппарата. Кроме уменьшения размера изображения, объектив фокусирует это уменьшенное изображение на матрицу. Объектив первый из двух компонентов фотоаппарата, которые в наибольшей степени влияют на качество получаемых фотографий.

Объектив имеет набор оптических характеристик, которые влияют на качество фотографий – фокусное расстояние, светосила, диафрагма, угол зрения, искажения (аберрации).

Один из важнейших параметров объектива это фокусное расстояние, оно указывается в миллиметрах. Фокусное расстояние определяет, на какой дистанции можно снимать объекты. Чем дальше объект от фотографа, тем большее фокусное расстояние должно быть у объектива. По этому показателю объективы делятся на две группы:

• Фиксы – объективы, рассчитанные на одно фокусное расстояние. Самый распространенный фикс-объектив имеет фокусное расстояние 35 мм.

• Зумы – объективы, рассчитанные на несколько фокусных расстояний, обычно 3 или 4. Таким объективом можно снимать на разных дистанциях.

Большинство моделей цифровых фотоаппаратов комплектуются зум-объективами. Для зумов, фокусное расстояние указывается как диапазон из меньшего и большего значений – самый «короткий» и самый «длинный» фокусы.

• Фокусное расстояние.

Фокусное расстояние объектива - это расстояние от объектива до чувствительного элемента.

Фокусное расстояние может изменяться, если объектив с зумом.

Обычно на объективах пишут его максимальное и минимальное фокусное расстояние. Если мы разделим максимальное фокусное расстояние на минимальное, то мы получим так называемое “кратность увеличения” объектива, т.е. во сколько раз увеличивает изображение данный объектив.

В первую очередь, фокусное расстояние объектива влияет на степень приближения съемки в кадре.

Во-вторых, фокусное расстояние объектива влияет на угол обзора (чем оно меньше, тем больше угол обзора объектива).

Зависимость угла обзора объектива от фокусного расстояния.

Фокусное расстояние 8 мм – Угол обзора 160 гр. – сверх широкоугольные объективы.

14-21 мм – 92-106 гр. – широкоугольные  объективы.

28-35 мм – 62-74 гр. - умеренно  широкоугольные объективы.

50 мм – 46 гр. – нормальные  объективы (почему нормальный? потому  что он передает перспективу  так, как её видит человеческий  глаз).

Все объективы, которые имеют угол обзора более 46 гр. – отдаляют, менее 46 гр. – приближают и называются телеобъективами (у них фокусное расстояние 80-300 мм и угол обзора 8-28 гр.).

И существуют сверх длиннофокусные объективы (или сверх телеобъективы) с фокусным расстоянием 600 мм и углом обзора 4-6 гр. Такие объективы подойдут для фотографирования луны или чего-то подобного.

• Матрица фотоаппарата.

Электронный компонент - прямоугольная пластина, на которой размещены фотоэлементы. Каждый фотоэлемент преобразует свет, который на него попадает, в электрический сигнал. Один фотоэлемент это одна точка в том изображении, которое создается на матрице. Количество фотоэлементов на матрице определяет ее разрешение, то есть максимальный размер фотографии, которую можно получить с этой матрицы. Например матрица имеющая 5 миллионов фотоэлементов (5 мегапикселей) позволяет получить фото размером с лист бумаги формата А4 (если точнее 20 х 30 сантиметров).

Матрица это компонент фотоаппарата, который в наибольшей степени влияет на качество получаемых фотографий.

Количество фотоэлементов матрицы указывается в пикселях в виде цифры, например, 5 мегапикселей (5 Мп), 12 мегапикселей (12 Мп).

• Пиксель

Является наименьшим элементом цифрового изображения. Миллион пикселей называют мегапикселем. Пиксели реагируют на свет и создают электрический заряд, величина которого пропорциональна количеству попавшего света. Для формирования сигналов о цветном изображении, микроскопические элементы (пиксели) светочувствительной матрицы покрыты микросветофильтрами красного, зеленого и синего цветов и объединены в группы, что позволяет получить электронную копию цветного изображения.

Электрические сигналы считываются с пикселей, преобразуются в аналого-цифровом преобразователе в двоичные цифровые данные и записываются во флэш-память.

Разрешающая способность.

 Фотоматрица оцифровывает (разделяет на кусочки — «пиксели») то изображение, которое формируется объективом фотоаппарата. Но если объектив в силу недостаточно высокой разрешающей способности передаёт ДВЕ светящиеся точки объекта, разделённые третьей чёрной, как одну светящуюся точку на ТРИ подряд расположенных пиксела, то говорить о точном разрешении изображения фотоаппаратом не приходится.

 В фотографической оптике существует приблизительное соотношение: если разрешающую способность фотоприемника выразить в линиях на миллиметр (или же в пикселях на дюйм), обозначим её M, и так же выразить разрешающую способность объектива (в его фокальной плоскости), обозначим её N, то результирующее разрешение системы объектив+фотоприемник, обозначим его K, можно найти по формуле:

1/K = 1/N + 1/M или K = NM/(N+M)

 Это соотношение максимально  при N=M, когда разрешение равно N/2, поэтому желательно, чтобы разрешающая  способность объектива соответствовала  разрешающей способности фотоприемника.

• Видоискатель.

Это «прицел» фотоаппарата, с его помощью фотограф выбирает объект для снимка. Видоискатель ограничивает взгляд фотографа, рамкой, которая показывает границы будущей фотографии. Кроме этого видоискатель дает фотографу и другую важную информацию – фокус, резкость. Существует три типа видоискателей:

- Оптический параллаксный – простая или сложная система линз, которая формирует изображение в рамке. При этом ось видоискателя не совпадает с осью объектива (это раздельные узлы фотоаппарата). Это создает некоторое неудобство для фотографа, так как он видит не совсем такой кадр, какой будет на фотографии. Например, не совпадение границ кадра в видоискателе и объективе. Или несовпадение фокуса и резкости. И фотограф должен принимать поправку на такое несовпадение.

- Оптический без параллакса (зеркальный) -  специальное зеркало, закрепленное внутри фотоаппарата, позади объектива и перед матрицей. Это зеркало отражает изображение, получаемое из объектива, в видоискатель. Через такой  видоискатель фотограф видит в точности то, что будет на фотографии.

- Дисплейный (электронный) – изображение, с матрицы, передается на дисплей, расположенный снаружи фотоаппарата. Так же как и в случае с зеркальным видоискателем, фотограф видит в точности то, что будет на фотографии. По сути, картинка на дисплее фотоаппарата это незаписанная фотография, только меньшего размера и худшего качества, чем сама фотография.