Тищенко Н.Г. Как работает современный фотоаппарат

Тищенко Н.Г. Как работает современный фотоаппарат // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2003. – № 6. – С. 60-64.

Общепринятое название камер — «мыльницы», официально же они называются компакт-камерами. Наиболее совершенные камеры этого типа полностью автоматизируют весь технический процесс съемки, оставляя за фотографом только его творческую часть. Камера сама устанавливает экспозицию и сама наводит на резкость. Перед съемкой нажимают кнопку «готовность», которая включает камеру, открывает крышку объектива, и он выдвигается из корпуса в рабочее положение. На некоторых моделях роль этой кнопки выполняет ползунок, которым вручную отодвигают заслонку объектива. У большинства «мыльниц» объективы имеют переменное фокусное расстояние (от 38 до 160 мм или от 28 до 90 мм). Первые позволяют снимать крупным планом далеко расположенные предметы, вторые применяются для съемки сюжетов, требующих от объектива большого угла зрения (пейзаж, панорамы, съемки в тесных помещениях). И те и другие подходят для съемки портретов.

В быту объективы с переменным фокусным расстоянием называют зуммами (иногда транфокаторами, варио-объективами, а правильное их название — панкратпический, т.е. всефокусный, объектив), а изменение фокусного расстояния — зуммированием. Фокусное расстояние меняется плавно или небольшими скачками, в зависимости от модели камеры. Эта функция называется автофокус (AutoFocusили AF). Перспектива разбивается на несколько отрезков, и объектив автоматически реагирует на то, в каком из них находится объект, посылая к нему инфракрасные лучи и настраиваясь по отраженному сигналу. Это — активная система фокусирования со встроенным излучателем: по времени прохождения импульсов до объекта и обратно измеряется расстояние и выполняется фокусировка. Этот метод плохо работает, когда снимаемый объект сильно нагрет и сам излучает инфракрасные лучи либо, наоборот, поглощает их (как черный бархат) или когда перед камерой стоит стекло. В результате возрастает четкость негатива, уменьшается дистанция съемки. Объективы у таких камер часто выполнены из оптического стекла, иногда и с просветлением.

Объектив с переменным фокусным расстоянием имеет сложную конструкцию. У него может быть более 10 линз, часть из которых при изменении фокусного расстояния передвигается внутри объектива по довольно сложному закону. В камерах-«мыльницах» чаще всего применяется метод пассивной фокусировки. Камера сравнивает два изображения, попадающие через микрообъективы на датчики, и анализирует их. Она не любит поверхностей, на которых нет фактуры, поверхностей с горизонтальными линиями, предметов с мягкими контурами. Почти все объективы при увеличении фокусного расстояния значительно уменьшают светосилу. Поэтому, если сначала снимать в слабо освещенном помещении, установив объектив в «широкоугольник», а затем снимать крупно детали интерьера в положении «теле», сработает вспышка.

Встроенная вспышка автоматически включается при недостаточной освещенности предмета. Если снимать с небольшого расстояния при вспышке человека или животное, зрачки на фотографии могут выйти красными. Причина этого в том, что при слабом освещении зрачки расширяются. Свет вспышки освещает сетчатку, поверхность которой выстлана кровеносными сосудами ярко-красного цвета. Если заставить глаз перед срабатыванием вспышки сузить зрачки, неприятное явление «красного глаза» будет ослаблено. Для этого некоторое камеры предварительно посылают световой импульс.

Вспышка применяется и днем для подсветки теней и предметов на первом плане при съемке против света.

Если в камере предусмотрен стробоскопический режим, можно делать интересные снимки, получая на одном отпечатке несколько фаз движения спортсмена или танцовщицы. У большинства вспышек автоматическая камера регулирует длительность светового импульса и его мощность по свету, отраженному от пленки.

Почти у всех камер затвор совмещен с диафрагмой и поэтому открывается не всегда полностью. Затвор-диафрагма упрощает конструкцию камеры, но ухудшает ее возможности. При изменении площади отверстия диафрагмы меняется глубина резкости изображаемого пространства. Однако значение диафрагмы на объектив «мыльниц» наносится очень редко, и узнать глубину резкости нет возможности.

Все фотоаппараты измеряют экспозицию по свету, прошедшему через объектив. Экспонометрическое устройство камеры определяет время выдержки и степень открытия затвора-диафрагмы (с учетом матричного кода на кассете с пленкой). У профессиональных камер-»мыль-ниц» могут быть программы приоритета либо выдержки, либо диафрагмы. В первом случае выставляется значение выдержки, а камера устанавливает в соответствии с экспозицией диафрагму, а во втором — наоборот. Конечно, при недостатке или избытке света камера все равно «подстроит» выдержку или диафрагму, отрабатывая верную экспозицию.

Большинство камер измеряет экспозицию по всей площади изображения. Такой способ называют интегральным.

У некоторых камер вся площадь кадра разбивается на зоны. Экспозиция измеряется для каждой зоны отдельно (камера измеряет яркость, учитывая ее распределение внутри сюжета). Полученные значения сравниваются между собой, и находится наилучшая экспозиция. Такой способ называется зональным. Он позволяет, например, не учитывать свет попадающих в кадр фонарей, в обычной камере вызывающий недодержку.

Бывает еще точечный замер экспозиции. Большей частью он выполняется по части изображения, попадающего внутрь рамки видоискателя. Поймав в рамку самую важную часть изображения, нажимают на кнопку «память экспозиции», уточняют границы будущего кадра и нажимают на спусковую кнопку.

Изображение в видоискателе почти соответствует изображению на пленке только при съемке предметов далее одного метра, а на меньших расстояниях различие (параллакс) может быть очень большим. Это связано с тем, что центр объектива находится от центра видоискателя на некотором расстоянии.

Чтобы учесть это различие, в видоискателе имеются метки, которыми пользуются при съемках вблизи. У некоторых камер поправка вносится автоматически.

Большинство бытовых «мыльниц» позволяет получать сравнительно качественные цветные отпечатки размером 13x18 см, а профессиональные гарантируют формат не менее 24x30 см.

Отдельного рассмотрения заслуживает автоматическая наводка на резкость, так как этот процесс оказался наиболее трудно автоматизируемым (хотя основные принципы были разработаны еще в 1940-е годы).

Как уже указывалось, по принципу действия системы наводки делятся на активные и пассивные.

Системы, использующие активные методы, не зависят от того, освещен или нет объект съемки.

Фотоаппараты с активной наводкой имеют разные конструкции. В части из них миниатюрный ультразвуковой локатор, встроенный в камеру, направляет в сторону снимаемого объектива широкий пучок ультразвукового излучения. Приемное устройство ловит отраженный луч. Время его прохождения определяет наводку на резкость. Чаще всего используют устройства инфракрасного излучения. Источник, встроенный в аппарат, направляет луч на объект. Отраженный сигнал ловится специальным объективом и фиксируется на подвижном приемнике излучения. Положение приемника определяет расстояние до объекта съемки.

При ультразвуковом способе пучок довольно широк, и поэтому фокусировка происходит по ближайшему предмету, находящемуся в кадре. В устройствах с инфракрасным лучом она ведется по предмету в центре кадра (или зоны).

Пассивные системы расходуют меньше энергии и более просты. Однако они не могут работать при слабом освещении и дают значительные ошибки при съемке малоконтрастных объектов. Разработано таких систем много. В камерах с центральным затвором наибольшее распространение получило устройство, сравнивающее два изображения сюжета, которые проектируются на два светоприемника. При совпадении изображения на обоих приемниках вырабатываемый сигнал будет наибольшим. Этому моменту соответствует определенное положение специального зеркала, которое связано с объективом.

Принцип сравнения изображения может быть использован в процессе автофокусировки. Изображение объекта съемки воспринимается двумя оптическими приемниками и подается на два зеркала, одно из которых подвижное. Это зеркало управляет перемещением объектива при фокусировке. Изображение с каждого зеркала поступает на свой кремниевый светоприемник, преобразующий оптический сигнал в электрический. При положении объектива и связанного с ним зеркала, соответствующем точной наводке на резкость, изображения на кремниевых приемниках совпадают и вырабатывается максимальный электрический сигнал. Он и служит управляющим сигналом.

Схема работы системы автоматической фокусировки

Выложил alsak
Опубликовано 14.07.08
Просмотров 7770
Рубрика Приборы, оборудование
Тема Оптика
Комментарии

Комментарии (0)

Оставить комментарий

Пожалуйста, войдите, чтобы комментировать.

Последние комментарии

Sergey Kozhinin

10. апреля, 2018 |

Задача №4. По условию стыковка должна произойти "без дополнительной...

Сакович

14. сентября, 2016 |

Этот вопрос надо задавать не мне, а авторам статьи. Их данные можно...

Где взять?

14. сентября, 2016 |

Напишите пожалуйста, где взять такую базу?