Тема: Принципы получения фотографического изображения (аналоговый и цифровой способы)

Задание: Составить сравнительную таблицу плюсов и минусов способов получения фотографии.

Фотоизображение можно получить разными способами. Существуют два основных: аналоговый и цифровой.

Современный фотоаппарат с автоматической фокусировкой обоснованно сравнивают с глазом человека.

На рис. 1 слева, схематически показан глаз человека. При открывании века световой поток, формирующий изображение, проходит через зрачок, диаметр которого регулируется радужной оболочкой в зависимости от интенсивности света (ограничивает количество света), затем он проходит через хрусталик, преломляется в нем и фокусируется на сетчатке, которая преобразует изображение в сигналы электрического тока и передает их по зрительному нерву в мозг.

Рис. 1. Сравнение глаза человека с устройством фотоаппарата

На рис. 1 справа, схематически показано устройство фотоаппарата. При фотографировании заслонка открывается (регулирует время освещения), световой поток, формирующий изображение, проходит через отверстие, диаметр которой регулируется диафрагмой (регулирует количество света), затем он проходит через объектив преломляется в нем и фокусируется на фотоматериале, который регистрирует изображение.

Аналоговый фотоаппарат – оптико-механический прибор, с помощью которого производится фотосъемка.

Фотоаппарат содержит взаимосвязанные механические и оптические узлы

Ана́логовая фотогра́фия — фотография, считающаяся классической и основанная на использовании светочувствительных фотоматериалов с химическим способом записи изображения. Название «аналоговая» появилась после 2000 года, как антоним понятию цифровая фотография и обозначает любые разновидности фотографии, основанные на аналоговых способах фиксации изображений До широкого распространения цифровых фотоаппаратов, аналоговая фотография являлась единственной технологией получения высококачественных изображений как в бытовой, так и в профессиональных сферах

Полный цикл получения позитивного изображения в аналоговой фотографии возможен без использования электричества: фотосъёмка, лабораторная обработка фотоплёнки и печать фотографий доступны без применения электроэнергии.

Цифровой фотоаппарат полностью теряет работоспособность без источников питания, тогда как действие плёночных камер, особенно выпущенных до начала 1980-х годов, основано только на механической энергии пружин, которые взводятся самим фотографом.

Это преимущество особенно актуально при съёмке на сильном морозе или в труднодоступных местностях, где невозможно перезарядить истощённые аккумуляторы.

Фотоаппарат общего назначения состоит из следующих основных частей и органов управления:

- корпус со светонепроницаемой камерой;

- объектив;

- диафрагма;

- фотографический затвор;

- кнопка спуска – инициирует съёмку кадра;

- видоискатель;

- фокусировочное устройство;

- фотопленка;

- кассета (или иное приспособление для размещения фотопленки)

- устройство транспортировки пленки;

- фотоэкспонометр;

- встроенная фотовспышка;

- элементы питания камеры.

В зависимости от назначения и конструкции фотографические аппараты имеют различные дополнительные приспособления для упрощения, уточнения и автоматизации процесса фотосъемки

По механике

• Фотоаппараты прямого визирования. Самая первая из известных ныне конструкций фотоаппаратов, представляет собой небольшую модификацию камеры-обскуры. Весьма прост — спереди подвижная пластина с объективом, соединённая светонепроницаемыми мехами с задней панелью. На заднюю панель устанавливается или матовое стекло для компоновки кадра, или кассета с фотопластинкой для съёмки. Первые модели зачастую не имели даже затвора, так как работали с выдержками по несколько секунд. Размеры могут варьироваться от небольшого чемоданчика до огромного студийного ящика. Основной инструмент фотографа XIX века, а в студиях такие камеры оставались и во второй половине века XX. До сих пор используются рядом фотографов. Темп съёмки очень медленный — не более кадра в полминуты.
• Характерные представители: практически любая штучная камера XIX в., отечественные «Фотокор», ФКД.
• Простейшие фотоаппараты. Появились в конце XIX в. в качестве простой и доступной камеры для фотолюбителя. Эдакий аналог камеры дешёвого смартфона — подходит для запечатления семейного пикника с Мэри и Джейн или первого бойскаутского похода Джона. Это именно та камера, которую вы дадите ребёнку: разобьёт — не беда, новую купим за пару долларов. Имеют самый минимум движущихся частей — зачастую только простейший затвор и механизм перемотки плёнки, — и простенький несветосильный объектив, сфокусированный на расстояние от пары метров до бесконечности. Настроек нет — выдержка, как правило, постоянна, диафрагма может незначительно меняться. Подходят только для съёмки на улице при приемлемом освещении. Для съёмки необходимо направить аппарат куда-то в сторону объекта съёмки, посмотреть в простейший видоискатель и нажать на спуск. Преимущество фиксированной выдержки — возможность использования дешёвых одноразовых вспышек: стандартной выдержке — стандартный световой поток^[5].
• Характерные представители: Kodak Brownie, Kodak Instamatic, Agfa Box.
• Шкальные фотоаппараты. Чуть более продвинуты, чем простейшие камеры. Затвор теперь имеет несколько выдержек на выбор, диафрагма также закрывается-открывается по желанию фотографа. Объектив теперь фокусируется, что в сочетании с изменяемой диафрагмой позволяет например размывать фон за объектом. Качество линз тут тоже не в пример лучше, чем у простейшего фотоаппарата. Процесс съёмки выглядит следующим образом — установил по памяти, таблице или экспонометру правильную пару «выдержка-диафрагма» (экспопара), используя глазомер, определил на каком расстоянии находится объект съёмки, выставил его на шкале расстояний объектива, посмотрел в простой видоискатель и нажал на спуск. В силу сравнительной простоты изготовления и низкой цены были очень популярны в СССР, на Западе известны чуть меньше.
• Характерные представители: «Смена-8М» или любая другая «Смена», «Агат-18», ранние версии Agfa Optima.

• Дальномерные фотоаппараты.

Характерная особенность — наличие встроенного сопряжённого с объективом дальномера для определения дистанции до объекта съёмки. Лучший выбор для фоторепортёра или продвинутого любителя до 1950-х. Оптика и механика тут более продвинутая, чем на шкальниках — всё-таки профи-сегмент. Цена фотоаппарата тоже прямиком из профи-сегмента. Процесс съёмки аналогичен шкальному фотоаппарату, за тем исключением, что фокусировка теперь осуществляется не наугад, а совмещением картинки в окошке дальномера. На продвинутых моделях есть сменный парк оптики — от классических 50-мм «нормальных» до телевиков.

• Характерные представители: Leica и её советские копии ФЭД и «Зоркий», Contax и его советская копия «Киев», «Москва» и её немецкие прототипы семейства Zeiss Ikon.
• Двухобъективные зеркальные фотоаппараты.
• Второй лучший выбор фоторепортёра первой половины XX в. Имеет два объектива с сопряжённой фокусировкой, верхний и нижний, изображение в которых почти идентично. В верхний через расположенное под углом зеркало и матовое стекло смотрит и выставляет компоновку кадра, а так же настраивает резкость фотограф, а через нижний происходит непосредственно съёмка. По конструкции могут быть как практически идентичны простым шкальникам (отечественный «Любитель»), так и весьма продвинуты (тот же Rolleiflex). Со сменной оптикой всё туговато, не в последнюю очередь из-за спаренных объективов. Как правило использует плёнку типа 120.
• Характерные представители: «Любитель», Rolleiflex.
• Однообъективные зеркальные фотоаппараты. Известны с XIX в., широкое распространение получили во второй половине XX как лучшая камера для продвинутого любителя и профессионального фотографа. Второй после аппарата прямого визирования тип фотоаппарата, где фотограф может напрямую смотреть в объектив. Для этого служит расположенный между объективом и фотоматериалом перископ (знаменитая пентапризма), зеркало которого складывается в момент съёмки. Крайне удобен по сравнению со всем вышеперечисленным (отсутствие параллакса, резкость видим своими глазами, а если своих глаз мало — в продвинутых ФА существуют фокусировочные клинья и фокусировочный растр), совместим с огромным парком оптики. Начиная с 1970-х имеют на борту весьма продвинутую электронику, позднейшие модели могут снимать в автоматических или автоматизированных режимах с автоматической фокусировкой объектива. Цена варьируется в зависимости от качества и уровня фотоаппарата от месячной зарплаты советского инженера до цены квартиры в Москве.
• Характерные представители: семейство отечественных камер «Зенит», семейство Canon EOS, Nikon F, Hasselblad, «Киевы» 6С. 60, 88, немецкие Praktica.
• Компакт-камера, или мыльница. Продукт 1980-х годов. Мыльницы бывают самые разные: у лучших (ЛОМО-компакт автомат) изменяемая диафрагма и шкальная фокусировка, у некоторых даже автофокус, действующий по принципу инфракрасного дальномера. У худших — простейший двухлинзовый объектив, жёстко наведённый на гиперфокальное расстояние. В любом случае обтекаемый корпус со шторкой, объектив несменный широкоугольный, 28…35 мм, выдержка определяется встроенным экспонометром. Вспышка, если есть, включается автоматически при нехватке света, сила вспышки единственная, рассчитанная на расстояние бытовой съёмки. Процесс съёмки таков: выставляется диафрагма по сюжету и примерной освещённости (если доступно), фокусировка по глазомеру или иконкам сюжетов (портрет / дальний портрет / групповой портрет / пейзаж, если доступно), полунажатие кнопки, убеждаемся, что горит огонёк «к съёмке готов» и не горит «нужен штатив», спуск!
• Характерные представители: Cosina CX-2 и её советский аналог «ЛОМО-компакт автомат», Olympus XA, кроме первой модели (которая была редким представителем дальномерных мыльниц), любая китайская мыльница из 1990-х.
• Отдельно стоит отметить такой вид, как простейшие мыльницы и одноразовые камеры. Имеют всего одну выдержку и диафрагму, наипростейший пластмассовый объектив и дают картинку уровня «что-то можно различить» на плёнку чувствительностью 100-200 ИСО. В лучшем случае у самых «продвинутых» моделей будет вспышка. Педаль в пол — одноразовые камеры, заряженные плёнкой с завода.

Рассмотрим поэтапно путь фотона светового потока до его преобразования в цифровое фото.

Матрица

Матрица – основной элемент в процессе получения цифровых изображений. Она является подобием пленочного кадра. Фотоны, попадающие на поверхность матрицы, превращаются в электрозаряды посредством матричных сенсоров. Существует два вида сенсоров:
- CMOS
- CCD.

CMOS обладает гибкой манипулирующей системой. Он способен обрабатывать информацию в любом направлении на плоскости, параллельно процессу загрузки фотонов. CCD более примитивен. Он обрабатывает информацию лишь после окончания загрузки изображения. Производство CCD – дорогостоящий процесс с использованием сложнейших технологий. Тогда как CMOS более прост в исполнении и не требует сверхзатрат.

Матрица состоит из бесчисленного множества полупроводниковых светочувствительных частиц - пикселей или фотодатчиков, образующих изображение. Каждый фотодатчик включает три фотодиода, различающих три основных цвета: синий, зеленый и красный. Эти фотодиоды фиксируют количество фотонов света, попавших на них через объектив, и генерируют сигнал, прямо пропорциональный количеству принятого света.

Аналого-цифровой преобразователь

Для трансформации полученной аналоговой информации в цифровую фотоаппарат оснащен специальным устройством – ADC, которое считывает количество цветных фотонов в каждом пикселе, и присваивает числовую конфигурацию получившемуся цвету. Результатом получившейся совокупности чисел является фотоизображение. Эта информация переходит в буфер, где происходит ее фиксация на карте памяти.

Карта памяти

Скорость работы фотоаппарата зависит от всех вышеперечисленных элементов, а также от параметров карты памяти и ее способности принимать изображение, переданное из буфера. Карты памяти существуют во множестве форматов. Единицей скорости является мегабайт/сек, как на обычном CD-ROM. Недавно была презентована сверхскоростная карта памяти для профессиональных фотокамер – XQD со скоростью 16 и 32 Гбайт/сек.

Общепринятым стандартом является запись изображения в формате JPEG. Этот формат доступен для любой программы, предназначенной для просмотра фотоизображений, а также для их печатания.

Менее распространенный формат RAW индивидуален для каждой отдельной камеры. Он представляет “сырое”, не обработанное фотоизображение. Полученный результат – это непосредственный отпечаток матрицы. Формат RAW можно подвергать редактированию, что невозможно с JPEG, поэтому он более популярен среди профессионалов. Он позволяет вручную выправлять такие параметры изображения, как экспозицию, температуру и баланс белого.

Таким образом, кажущееся таким простым появление фотографии в реальности является сложным и деликатным процессом.