Uživatel:Stepaiv1

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání

Obsah

Digitální fotoaparát

Vývoj

Digitální fotoaparáty vycházejí z principu klasického fotoaparátu na kinofilm. Nejdůležitějším rozdílem a vylepšením je snímací zařízení. Při focení fotoaparátem na kinofilm dopadá světlo na světlocitlivý film, což je proužek plastu potažený chemikálií (halogenid stříbrný), která je citlivá na světlo. U digitálního fotoaparátu světlo nedopadá na film, ale na polovodičový čip CCD nebo CMOS. Světlo se tedy v případě fotoaparátů na kinofilm uplatňuje fotochemicky, u digitálních fotoaparátů fofoelektricky. I přesto, že první CCD čip byl vyvinut v roce 1969, první digitální fotoaparát vyvinula společnost Sony až v roce 1981. Hlavním výrobcem digitálních fotoaparátů se však stala firma Kodak.


Princip činnosti

Mezi hlavní principiální části digitálního fotoaparátu nutné pro vytvoření digitálního snímku patří

• objektiv

• clona

• závěrka

• snímací čip

• A/D převodník

• mikroprocesor

• paměťová karta

Princip digit foto.JPG


Světlo digitální fotoaparátem prochází cestou, která je znázorněna na obrázku. Nejprve prochází objektivem, což je optická soustava čoček, která soustředí světelné paprsky na snímající čip. V okamžiku, kdy je zmáčknuta spoušť fotoaparátu, dojde na krátkou a přesně stanovenou dobu k otevření závěrky a světlo tak může dopadat na čip. Množství světla, které na snímací čip dopadne je regulováno clonou, což je otvor, jehož velikost lze různě nastavit. Světelná energie dopadající na jednotlivé pixely snímače je dále převedena na elektrický signál. Princip vzniku tohoto elektrického náboje je založen na fotoelektrickém jevu. Vzniklý elektrický signál je pomocí analogově - digitálního převodníku digitalizován a následně pomocí mikroprocesoru upraven do některého z výstupních formátů používaných pro záznam obrazových dat (JPG, TIFF, RAW). Výsledná data jsou nakonec uložena na paměťovou kartu.

Objektiv

Objektiv je soustava čoček, které dokážou seskupit obraz a na snímací čip přenést zaostřený obraz. Z tohoto důvodu patří mezi nejdůležitější prvky fotoaparátu. Pokud bude chybět kvalitní optika objektivu, nebude zaznamenaný snímek vykazovat kvalitu a parametry potřebné pro další zpracování digitálním senzorem. Kvalita objektivu je obvykle reprezentována podle množství čoček a zrcadel, které tvoří celkovou optickou soustavu. Pokud tato optická soustava může měnit svoji ohniskovou vzdálenost, může fotoaparát takzvaně zoomovat. Na obrázku je zjednodušeně znázorněna funkce objektivu – přenesení velmi zmenšeného a převráceného obrazu na snímací čip.

Princip objektivu.png

Clona

Součástí objektivů je také clona, která slouží k regulaci množství světla, které objektivem prochází. Jedná se o kruhový otvor s proměnným průměrem. Clonové číslo je dáno jako podíl ohniskové vzdálenosti f a průměru otvoru clony d. Je jediným parametrem fotoaparátu, kterým lze měnit hloubku ostrosti výsledné fotografie. Při požadavku na rozostřené pozadí je tedy nutné minimální clonové číslo. U zoomových objektivů obvykle dosahuje hodnot kolem 3.5 – 5.6. Čím je kvalitnější objektiv, tím je více světelný a čísla mohou dosahovat hodnot 2.0 – 2.8.


Ohnisková vzdálenost

Ohnisková vzdálenost charakterizuje zorný úhel záběru, který se přenese na senzor fotoaparátu. Ohnisko tedy pouze označuje výřez scény, který budeme zaznamenávat. Vliv změny ohniskové vzdálenosti na zorný úhel fotoaparátu je znázorněn na obrázku.


Ohniskova vzdalenost.JPG Zmena ohniska.JPG

Na základě zorného úhlu dělíme objektivy do následujících skupin:

Základní objektivy

- ohnisková vzdálenost: 35 – 80 mm

- snímaný úhel pro f = 50 mm: 46°

- Ohnisko 50 mm odpovídá zornému úhlu lidského oka

- nejmenší zkreslení

Objektivy rybí oko

- ohnisková vzdálenost: 8mm

- snímaný úhel: 180°

- extrémně širokoúhlé s úmyslnou deformací perspektivy

Širokoúhlé objektivy

- ohnisková vzdálenost: 18 – 35 mm

- snímaný úhel: 100° – 62°

- krajiny, interiéry

Krátké teleobjektivy

- ohnisková vzdálenost: 80 – 300 mm

- snímaný úhel: 28° - 8°

- reportáže, sport

Dlouhé teleobjektivy

- ohnisková vzdálenost: 400 – 1200 mm

- snímaný úhel: 6° - 4°

- sport, divoká příroda

Závěrka

Závěrka je zařízení, kterým nastavujeme čas, po který bude světlo dopadat na snímací čip. Rozsah se pohybuje od desítek sekund, až po tisíciny sekundy. Dobu expozice ovlivňují především světelné podmínky. Při nedostatku světla jsou fotografie exponovány s delším časem, naopak při intenzivním světle je doba expozice v milisekundách.

Snímací čip

Fotosenzor.jpg

Světlo prošlé digitálním fotoaparátem dopadá na světlocitlivý obrazový senzor. Úkolem snímacího senzoru je převod světelné energie na elektrický signál. Obvykle se používají snímače založené na CCD nebo CMOS technologii.

Princip

Snímací čip je polovodičová součástka složená z velkého množství světlocitlivých buněk. Její funkcí je převod dopadajících paprsků (fotonů) v jednotlivých pixelech na elektrický náboj (elektrony). Pro zaznamenání barevné fotografie nestačí pouze informace o velikosti náboje z dopadajícího světla, ale je potřeba určit i velikost náboje jednotlivých složek RGB. Z tohoto důvodu se před jednotlivé buňky umísťují barevné filtry v barvách RGB a každá buňka tak může reagovat na jinou barvu. Jeden obrazový pixel je pak tvořen třemi základními barevnými složkami RGB a je schopen nabývat libovolné barvy, která vzniká kombinací všech složek. Sestava RGB filtrů se nazývá Bayerova maska. Jak lze vidět na obrázku, v Bayerově masce jsou v každé čtveřici buněk snímače dvě překryty zeleným filtrem, jedna červeným a jedna modrým. Toto uspořádání je dáno spektrální citlivostí lidského zraku, který je v oblasti zelené barvy nejcitlivější. Pomocí sousedních hodnot jsou dopočítány vždy hodnoty zbylých dvou barevných složek pro každý pixel.

Maska.png Interpolace.JPG

CCD a CMOS

Technologie CMOS a CCD existují vedle sebe již desítky let a neustále spolu soupeří. CCD snímač byl vyvinut dříve než CMOS. Hlavním rozdílem CCD a CMOS snímače je způsob čtení dat. Zatímco u CCD snímače jsou data z jednotlivých buněk čtena po řádcích, při získávání dat z CMOS snímače se odčítá náboj z každé buňky snímače zvlášť.

CCD

Výhodou CCD snímače je jeho vysoká citlivost na světlo a tím menší šum. Z důvodu čtení dat po řádcích obsahuje posuvný registr, který slouží k uložení dat vždy celého řádku. Nevýhodou tohoto čtení náboje je dlouhý čas na přečtení všech řádků a nemožnost udělat výřez jen několika buněk. Snímače CCD mají v porovnání s CMOS mnohem vyšší spotřebu elektrické energie a jsou podstatně dražší.

CMOS

Jednou z největších výhod CMOS snímače je nízká spotřeba elektrické energie a nízká cena. Naopak nevýhodou je malá citlivost na dopadající světlo a vysoký šum. Při získávání náboje z CMOS snímače se odečítá hodnota každé buňky zvlášť. Digitalizace náboje celého snímače se provádí naráz a jsme schopni načíst jen výřez fotografie. Pro větší citlivost na světlo se u moderních CMOS snímačů používají miniaturní mikro čočky pro každou buňku, které se snaží nasměrovat více světla do snímací části buňky.

Srovnání CCD a CMOS

Tab.JPG

Foveon

Foveon.JPG

Výjimečným typem snímacího senzoru je senzor Foveon. Jeho princip je založen na pronikání světla o různých vlnových délkách do různé hloubky. Z tohoto důvodu zde není potřeba interpolace pomocí Bayerovy masky. Každý pixel tak zaznamenává hodnoty všech tří RGB barev. Tento senzor na rozdíl od senzorů CCD a CMOS vidí přímo barevně.

A/D převodník

Úkolem A/D převodníku je převod analogové hodnoty napětí z každého pixelu na digitální číslo. A/D převodník pracuje tak, že změří velikost napětí a přiřadí mu odpovídající úroveň. Přesnost A/D převodníku se vyjadřuje v bitech. 8-bitový převodník používá pro přesnost 256 úrovní (0 - 255),10 bitový převodník 1 024 úrovní, 12-bitový převodník 4 096, přičemž většina digitálních fotoaparátů je vybavena 12-bitovým převodníkem. Při převodu se nulové hodnotě napětí, které odpovídá černá barva, přiřadí digitální číslo 0. Maximální hodnotě napětí se přiřadí nejvyšší úroveň (dle přesnosti převodníku). Pokud je naměřené napětí mezi těmito krajními hodnotami, převede se lineárně na odpovídající číslo. Pokud dopadne více světla na pixel, než je senzor schopen přenést díky maximální hodnotě úrovně, vznikne takzvané přepálené místo.

Druhy digitálních fotoaparátů

Kompaktní fotoaparáty

Hlavní výhodou kompaktních fotoaparátů je jejich malá hmotnost a rozměr. Využívají je především méně nároční fotografové, kteří dávají přednost snadnému ovládání, jednoduché přenositelnosti a nižší ceně fotoaparátu před výslednou kvalitou fotografie. Kvalita fotografie je zde horší z důvodu malého snímacího čipu a tudíž většího digitálního šumu. Dnešní kompaktní fotoaparáty nedisponují ani malým hledáčkem, jak tomu bývalo dříve, ale jsou vybaveny přehledným LCD displejem.

Elektronické zrcadlovky

EVF zrcadlovky (Electronic View Finder) jsou charakteristické přítomností elektronického hledáčku. Namísto optického hledáčku je fotoaparát vybaven LCD displejem, který zobrazuje přesnou scénu zachycenou na fotografii. Tyto fotoaparáty jsou brány jako přechod mezi kompakty a DSLR zrcadlovkami. Jsou určené pro náročnější uživatele, kteří využijí možnosti vlastního nastavení parametrů fotoaparátu. Výhodou tohoto typu je široký rozsah zoomu.

Kompakty s výměnnými objektivy

Tyto fotoaparáty jsou označovány jako mirrorless, česky jako zrcadlovka bez zrcadla. Jak vyplývá z názvu, u těchto fotoaparátů je možná výměna objektivu. Výhodou zde je velký snímač, díky kterému je také vyšší kvalita fotografie. Jejich rozměry jsou větší než u klasického kompaktního fotoaparátu, ale stále nedosahují rozměrům fotoaparátů DSLR.

Digitální zrcadlovky

DSLS zrcadlovky (Digital Single Lens Reflex) představují nejvyšší třídu digitálních fotoaparátů. Jsou vybaveny optickým hledáčkem, do kterého je pomocí zrcadla nakloněného pod úhlem 45 stupňů promítán přesný obraz výsledné fotografie. Výhodou je proto možnost vidět přesně to, co objektiv, bez jakéhokoliv zpoždění. Výhodou digitálních zrcadlovek je opět velký snímač. Nevýhodou pro uživatele může být ale jejich velký rozměr a také vyšší pořizovací cena.

Zdroje

http://www.digitalcameraworld.com/

http://www.whatdigitalcamera.com/

http://hucak.osu.cz/digifoto/technika/princip.php

http://magazin.stahuj.centrum.cz/jak-funguje-digitalni-fotoaparat/

http://cs.wikipedia.org/wiki/Digit%C3%A1ln%C3%AD_fotoapar%C3%A1t

http://www.photo-modr.estranky.cz/clanky/zaklady-fotografovani/konstrukce-a-princip-fotoaparatu.html

https://otik.uk.zcu.cz/handle/11025/4749

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje