Устройство цифрового фотоаппарата

История создания фотокамер, фотоаппаратов привела в настоящее время к тому, что их форма и системы стали настолько совершенными, что по внешнему виду и механическому устройству все цифровые и аналоговые фотоаппараты практически идентичны. Однако технология получения изображения в цифровом фотоаппарате значительно более сложна по сравнению с пленочным, хотя пленочные фотоаппараты и совершенствовались более полутора веков, а цифровые — лишь начиная с 1980-х годов.

Основные узлы аппарата, приемы управления при фотографировании, автоматика настройки режимов и оптика в цифровых и аналоговых фотоаппаратах практически идентичны, однако применение фотосенсора радикально изменило технологию процесса получения изображения и в конечном итоге позволило добиться получения изображений с цветовым охватом, равным охвату цветовой модели RGB.

Основной элемент любой цифровой фото или видео камеры — фотосенсор, от которого во многом зависит качество изображения.

ПЗС-сенсор, фотосенсор или фотодатчик — светочувствительное квантовое устройство, состоящее из матрицы и аналого-цифрового преобразователя, где индивидуальный фотон производит дискретный эффект при встрече с упакованными фотодиодами пикселами на основе кремния и электронной схемой считывания.

Разрешающая способность и фотографическая широта фотоаппарата зависит от количества пикселей на фотосенсоре и его типоразмеров. Фотосенсоры с бо́льшими размерами (у зеркальных камер) позволяют увеличивать величину самого пикселя. Это важно при генерации носителей (внутреннего фотоэффекта) в фотодиодах матрицы в зависимости от их габаритов.

Например, все профессиональные цифровые камеры оснащаются большими по площади фотосенсорами с увеличенными размерами пикселей и попутно большим их количеством. Любительские же камеры сейчас насчитывают до 12 Мпикс c высокой плотностью упаковки и малыми размерами пикселей. Профессиональные — до 22 Мпикс, но с большими размерами матриц и самих пикселей. Чем меньше по площади фотосенсор и чем большее в нем Мпикс (то есть с большей плотностью упаковки), тем сенсор более склонен к перегреву и, как следствие, к повышенным «шумам», цветовым искажений изображения и др.

Сравнение размеров матриц цифровых фотокамер и 35-мм плёнки. Размеры фотосенсоров большинства цифровых фотоаппаратов меньше стандартного кадра 35-мм плёнки. В связи с этим, возникает понятие эквивалентного фокусного расстояния и кроп-фактора.

Рис. 19 ПЗС-сенсор

Рис. 20 Сравнение размеров матриц цифровых фотокамер и 35-мм плёнки.

Термин битовая глубина цвета обозначает диапазон яркостей цвета. Определяется разрядностью применённого в фотоаппарате АЦП.

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 любительских камерах стало возможным использование оптических схем, ранее присущих только дорогим аппаратам.

В настоящее время телеобъективы с большими фокусными расстояниями выпускаются с оптической стабилизацией светового потока изображения в плоскости матрицы. Система стабилизации устраняет влияние «шевеленки» и «сдергивания» кадра при съемке с большой выдержкой без штатива. В условиях низкой освещенности или спецсъемках с вибрациями камеры. Некоторые производители цифровых фотоаппаратов (например, Pentax и Sony) выполняют систему стабилизации за счет «подвешивания» матрицы в камере.

Цифровые камеры оснащены электронным эквивалентом затвора (он отличается от традиционного механического затвора в пленочных фотоаппаратах), который встроен в сенсор и выполняет работу, аналогично 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 типа появления ореола, мория и смазывания.

Процессоры в цифровых фотоаппаратах выполняют следующие функции:

· управление работой затвора;

· управление объективом в автоматическом и ручном режимах съемки;

· выбор баланса белого, измерение освещенности объекта, определение экспопары, выбор цветовой температуры;

· управление работой вспышки;

· управление брекетингом — возможностью серийной съемки (обычно сериями по 3 или 10 кадров);

· управление специальными эффектами из имеющегося набора (сепия, черно-белая съемка, устранение эффекта красных глаз и др.);

· формирование и выдачи на дисплей информации о выбранных режимах съемки, настройках, самого изображения и т. д.