Цифровые фотоаппараты
Цифровой фотоаппарат — устройство, являющееся разновидностью фотоаппарата, в котором светочувствительным материалом является матрица или несколько матриц, состоящая из отдельных пикселей, сигнал с которых представляется, обрабатывается и хранится в самом аппарате в цифровом виде.
Цифровые фотоаппараты можно поделить на несколько классов:
1. «Мыльницы» — фотоаппараты со встроенной оптикой:
· Встроенные в другие устройства. Отличаются отсутствием собственных органов управления.
· Сверхкомпактные, миниатюрные. Отличаются не только размерами, но часто и отсутствием видоискателя и экрана.
· Компактные («мыльница» традиционных размеров). Характеризуются малыми размерами и весом. Малый физический размер матрицы означает низкую чувствительность или высокий уровень шумов. Это, а также отсутствие или недостаточная гибкость ручных настроек ограничивает их применение.
· Псевдозеркальные («мыльница» с большим количеством функций, внешним видом напоминающая зеркальную камеру, а также, как правило, обладающая возможностью «смотреть в глазок», а не на находящийся на задней стороне аппарата экран. Изображение в видоискателе такого аппарата формируется на отдельном цифровом экране, или на поворачивающемся основном экране. Как правило, имеют резьбу на объективе для присоединения насадок и светофильтров. (пример — Konica Minolta серия моделей Z)
· Полузеркалные —класс аппаратов, в которых имеется наводка по матовому стеклу через съёмочный объектив (в отличие от прочих «мыльниц»), однако нет возможности объектив менять. В таких аппаратах оптическая схема содержит светоделительную призму, которая направляет около половины светового потока на матовое стекло, а остальное достаётся матрице. (примеры — Olympus E-10, E-20)
2. Камеры со сменной оптикой:
· цифровые зеркальные фотоаппараты
· цифровые дальномерные фотоаппараты
Камеры со сменной оптикой имеют ручную настройку фокуса.
В настоящее время в цифровых фотоаппаратах в основном используется два типа светочувствительных матриц:
· КМОП-матрица
· ПЗС-матрица
КМОП-матрица CMOS — светочувствительная матрица цифрового фотоаппарата, выполненная на основе КМОП-транзисторов c использованием Фильтра Байера (Шаблон Байера) — мозаики цветных GRGB транзисторов, используемый в цифровой фотографии. Изобретён доктором Брюсом Э. Байером (англ. Bryce Bayer) из Kodak. Это цветное множество фильтра (CFA) цвета RGB, устроенных на квадратной сетке фотодатчиков (матрице), известной как «Датчик Bayer» или «Матрица Байера»
В технологии КМОП-матрицы используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с другими технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме — в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний.
Фильтр Байера (Шаблон Байера) — это массив цветных (RGB) фильтров в ячейках матриц (фото),которыми накрыты Фотодиоды, используемые в цифровой фотографии. Фильтр Байера назван в честь его создателя, доктора Брайса Э. Байера (англ. Bryce Bayer), сотрудника компании Kodak.[1] Фильтр используется в Фотосенсорах цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и сканерах для получения цветного изображения.
Массив фильтра состоит из 25 % красных элементов, 25 % синих и 50 % зелёных элементов. По этой причине его часто называют GRGB или RGBG.
Рис. 16 Массив элементов фильтра Байера
CCD-матрица (сокр. от англ. CCD, «Charge-Coupled Device») или ПЗС-матрица — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, и на базе ПЗС — приборов с зарядовой связью.
CCD-матрицы выпускаются и активно используются компаниями Nikon, Canon, Sony, Fuji, Kodak, Matsushita, Philips и многими другими.
Рис. 17 ПЗС-сенсор
Матрица состоит из фотодатчиков (пикселей) — отдельных светочувствительных элементов, реагирующих на электромагнитное излучение (в том числе световое). В отдельном ее элементе (пикселе) под действием падающего луча света генерируется электрический заряд. Таким образом, светочувствительность матрицы складывается из светочувствительности всех её фотодатчиков (пикселей).
Практически все цифровые фотоаппараты используют флэш-память, но есть также фотоаппараты, где используются оптические диски или дискеты в качестве носителя информации. Ряд фотоаппаратов имеют небольшой объем встроенной флеш-памяти, которой хватает для 2-30 снимков. Расширение же производится путём установки флеш-карты. Самые распространенные на сегодняшний день форматы:
CF (Compact Flash).
SD (Secure Digital).
MMC (Multimedia Card). Практически все аппараты, использующие SD карты, могут использовать и MMC карты.
MS (Memory Stick) фирмы Sony
xD (xD-Picture Card)
SM (SmartMedia)
Объем флеш-карт варьируется в настоящее время от 128 МБ до 32 ГБ.
Зеркальный фотоаппарат — фотоаппарат, использующий для выбора объекта съёмки видоискатель, в оптическую схему которого входит зеркало, перенаправляющее световой поток от объектива в окуляр или на матовое стекло.
Наиболее распространённый на сегодня тип — однообъективная зеркальная камера. Используется также англоязычный термин SLR-камера (англ. single-lens reflex camera)
Рис. 18 Схема однообъективного зеркального фотоаппарата
В процессе выбора объекта съёмки и наведения резкости фотограф наблюдает через окуляр видоискателя (8) реальное изображение, воспринимаемое объективом камеры (1) и проецируемое зеркалом (2) на матовое стекло (5).
Соответствие границ изображения, наблюдаемого через видоискатель, тому, что проецируется на пленку или матрицу — поле зрения видоискателя — является важной характеристикой качества зеркальной камеры. У хороших камер оно составляет 90-100 %. Меньшие показатели заставляют фотографа делать мысленную поправку, учитывая, что реально снятый кадр будет несколько больше того, что он видит в видоискателе.
Пентапризма (7) (придающая характерные очертания большинству зеркальных фотокамер), обеспечивает переворот изображения в естественное положение, соответствующее тому, что фотограф видит невооружённым глазом. Помимо матового стекла, часто используются и другие средства для улучшения точности наводки на резкость (клинья Додена, микропирамиды).
После окончания наводки при нажатии на спуск специальный механизм убирает зеркало (2) из оптического тракта камеры, затвор (3) открывается на время выдержки, и изображение проецируется на фотоплёнку или матрицу (4).
Достоинства и недостатки
Однообъективные зеркальные камеры избавлены от эффекта параллакса, позволяют наглядно оценить эффекты от применения различных светофильтров и насадок и другие параметры изображения.
В то же время механизм подъёма зеркала удорожает камеру, снижает её надёжность, а также вызывает вибрацию и расфокусировку камеры в момент съёмки из-за необходимости крайне быстро перемещать массивное зеркало.