DIGITÁLNÍ FOTOAPARÁTY Kartografická polygrafie a reprografie 2009 Pavel Hanzalík | Petr Placatka
by Brumla ©
OBSAH Úvod Princip digitálního fotoaparátu Klasifikace digitálních fotoaparátů Ohnisko Crop faktor Stabilizátor obrazu Světelnost Clona Senzor Digitální reprografie v praxi Závěr a zdroje
Úvod | Koncept vytvoření digitálního obrazu pomocí matice světlocitlivých prvků byl znám již poměrně dlouho. První pokus o digitální fotoaparát uskutečnila v roce 1975 firma Eastman Kodak, která použila tehdy nový CCD prvek vyvinutý v roce 1973 firmou Fairchild Semiconductor. Fotoaparát vážil 3,6 kg, byl jen černobílý, měl rozlišení 0,01 MPix (10.000 pixelů) a snímek byl ukládán na magnetofonový pásek. Záznam jednoho snímku trval kolem 20 vteřin. Byla to technická novinka, nikoliv však komerční produkt. První skutečný digitální fotoaparát, který ukládal snímky jako opravdový obrazový počítačový soubor, byla v roce 1988 Fuji DS1P. Ukládala snímky do vnitřní baterií napájené paměti 16 MB, nebyla však nikdy uvedena na trh. První komerčně dostupnou skutečnou digitální zrcadlovkou byl Kodak DCS100 uvedený na trh v roce 1991. Ta nabídla rozlišení 1,3 megapixelů a stál kolem 20.000 USD. Od té doby začala vyrábět digitální zrcadlovky řada výrobců, například Canon, Nikon, Kodak, Pentax, Olympus, Samsung, Konica Minolta, Fujifilm, Sony, Sigma atd.
Princip digitálního fotoaparátu |
1/2
Princip digitálního fotoaparátu vychází z konstrukce klasického fotoaparátu. Jádrem přístroje je světlocitlivá plocha snímače na bázi technologie CCD nebo CMOS. Na plochu senzoru je promítán obraz přes systém optických čoček v objektivu. Světelná energie, která přichází ze snímaného prostoru (scény), je v jednotlivých pixelech (obrazových bodech) převáděna na elektrický signál a uložena v podobě vázaného náboje (u technologie CCD). Náboj vzniká postupně během expozice čipu, kdy je otevřena uzávěrka fotoaparátu a světlo může dopadat na čip. Princip vzniku elektrického náboje je založen na fotoelektrickém jevu s tím rozdílem, že náboje neodtékají okamžitě do vnějšího obvodu ale jsou izolovány v nábojových zásobnících v elektricky izolované struktuře čipu.
Princip digitálního fotoaparátu |
2/2
Po uzavření uzávěrky jsou vygenerované náboje z čipu postupně odváděny a měřeny speciálním zesilovačem pro každý jednotlivý pixel. Takto získaný signál je a dále převeden AD převodníkem na signál v binárním kódu. Vzniklý datový proud je pak pomocí mikroprocesoru různě upravován a převeden do některého grafického formátu používaného pro záznam obrazových dat, např. RAW, JPEG nebo TIFF. Výsledný datový soubor je uložen zpravidla na paměťové médium v podobě paměťové karty nebo vestavěné paměti typu FlashEEPROOM tj. elektricky mazatelná paměť s trvalým záznamem, který je uchován i bez přívodu elektrického napětí.
Klasifikace digitálních fotoaparátů | 1/2 Kompakty kompaktní fotoaparáty jsou navrhovány s cílem snadné obsluhy a co nejmenších rozměrů. Přístroje prodávané v roce 2006 už zcela eliminovaly hledáček ve prospěch velkých displejů EVF EVF je zkratka z electronic viewfinder – fotoaparáty tedy mají v hledáčku displej, ukazující obraz ze senzoru. Moderní EVF přístroje mají rozlišení okolo devíti megapixelů a zoom objektivy s velkým rozsahem ohniskových vzdáleností. Většina těchto fotoaparátů má také optický stabilizátor obrazu. Úhlopříčka snímače je 1/2,5" až 1/1,6".
Klasifikace digitálních fotoaparátů |
2/2
DSLR (digitální zrcadlovky) Digitální zrcadlovka Digitální zrcadlovky mají senzory od velikosti 18×13,5 mm (systém 4/3) až po rozměry filmového políčka (36×24 mm, tzv. fullframe). Z "kinofilmových" přístrojů dnes největší rozlišení poskytuje Sony Alfa A900 (24,4 Mpx) a Nikon D3x (24,5 Mpx).
Ohnisko |
1/2
(Focal Length) Z hlediska ohniskové vzdálenosti lze rozdělit objektivy na: Rybí oka (8 mm) extrémně širokoúhlé objektivy s úmyslnou deformací perspektivy Širokoúhlé (1030 mm) interiéry, architektura, krajina, reportáž Střední (základní) ohniska (30100 mm) základní objektivy, přirozené zobrazení, portrét Normální objektiv (50 mm) odpovídá zornému úhlu lidského oka
Ohnisko |
2/2
Teleobjektivy (100300 mm) portrét, reportáž, krajina Silné teleobjektivy (>300 mm) příroda, sport Makroobjektivy měřítko 1:1, liší se minimální zaostřovací vzdáleností TiltShift architektura (korekce sbíhání linií „flašky“) Mirror silné teleobjektivy (600 mm) konstruované na principu hvězdářského dalekohledu Zorný úhel objektivu a jeho ohnisková vzdálenost jsou vázány jednoduchým pravidlem: "Čím delší ohnisko objektivu, tím menší zorný úhel"
Crop faktor |
Crop faktor není de facto vlastnost objektivu, ale důsledek jeho nasazení na DSLR používající senzor velikosti APSC o velikosti úhlopříčky cca 1,5x (Nikon, Fuji, Pentax) až 1,7x (Sigma) menší než klasický 35mm kinofilm. Co se potom děje s objektivem konstruovaným na klasický kinofilm ale nasazeným na DSLR?
Takto vidí fotografovanou scénu běžný objektiv. V rozích obraz tmavne (vinětace) a vlivem různých vad se rozostřuje. Obrazové pole je kruhová oblast, kde se konstruktéři objektivu maximálně snaží zajistit co nejlepší a rovnoměrnou kresbu.
Stabilizátor obrazu |
Obrazový stabilizátor dokáže částečně potlačit rozhýbání snímku vlivem chvění fotoaparátu v ruce Můžete tedy z ruky fotit cca 2x až 3x delším expozičním časem než normálně.
Světelnost |
Světelnost neboli minimální clonové číslo neboli maximálně otevřená clona je klíčový parametr každého objektivu. Udává, kolik světla je objektiv schopen dopravit na senzor ! Fyzikálně je světelnost definována jako poměr ohniskové vzdálenosti ku průměru maximálně otevřené clony objektivu.
Clona |
1/3
Clona je v podstatě stínítko s proměnným kruhovým otvorem regulující množství světla procházejícího objektivem. Ideální clona by měla přísně kruhový tvar a nulovou tloušťku aby nedocházelo k rozptylu (difrakci) světla. Reálná clona je zkonstruována z tenkých kovových lamel, které vytvoří jen přibližně kruhový tvar. Počet lamel clony a její celková konstrukce se tak může projevit v ostrosti obrazu, způsobu rozostření objektů mimo hloubku ostrosti (tzv. bokeh) a v odlescích ("prasátkách") při snímání v protisvětle.
Clona |
2/3
Maximální clonové číslo (minimální clona) Udává, jak moc dokáže objektiv uzavřít otvor clony a bránit se tak světlu. Běžné objektivy dosahují maximálních clonových čísel kolem f/22 až f/32. Makroobjektivy z výše uvedeného důvodu dosahují maximálních clonových čísel často i f/45. U takto vysokých clonových čísel je ale nutné počítat s viditelnou difrakcí obrazu, která se projeví jeho lehkým rozmazáním.
Clona |
3/3
Optimální clona objektivu Optimální kresby se dosáhne jen v určitém rozsahu středních clon u hodně otevřených clon bude kvalita klesat vlivem optických vad použitých skel, kdežto směrem k maximálně uzavřené cloně (vysoká clonová čísla) bude kvalita klesat vlivem rozptylu světla na lamelách clony při průchodu malým otvorem (difrakce).
Makroobjektiv Canon EF 100mm f/2.8 Macro USM při cloně f/8 (vlevo) a f/22 (vpravo)
Senzor |
1/3
Ústředním jádrem celé digitální zrcadlovky je její senzor, který určí výslednou kvalitu fotografie. Typ senzoru V dnešních DSLR se používají v zásadě dva druhy senzorů a sice CMOS nebo CCD. Princip obou je tentýž každý pixel senzoru sbírá fotony na něj dopadajícího světla a tím měří intenzitu světla. Takto shromážděný náboj je potom ve formě elektrického napětí zesílen zesilovačem a převeden A/D převodníkem na digitální číslo k dalšímu zpracování. CMOS a CCD senzory se neliší principem práce ale technologií výroby a způsobem sbírání informací z jednotlivých pixelů.
Senzor |
2/3
Masky a filtry před senzorem Každý pixel senzoru je citlivý na světlo obecně a není tak schopen nijak rozlišit jeho barvu. Proto se používá tzv. Bayerova maska.
Senzor |
3/3
Velikost senzoru Velmi podstatným parametrem fotoaparátu je velikost jeho senzoru. Velký senzor totiž nasbírá díky své ploše více světla a tak obraz je kvalitnější a s menším množstvím šumu. Naopak malé senzory díky malé ploše senzoru se potýkají s vysokým šumem. Typická velikost senzorů ve vztahu k velikosti kinofilmového políčka (žlutě – 36,0 x 24,0 mm). Modře je velikost senzorů většiny digitálních zrcadlovek (24,0 x 16,0 mm) a červeně nejběžnější velikost senzorů většiny kompaktů (1/2,5“ 5.8 x 4.3 mm)
Digitální reprografie v praxi |
1/2
Zrychlení komunikace Rychlost a pohodlnost elektronických komunikací se prakticky nedá srovnávat s běžným zasíláním dokumentů poštou či jinými zasílatelskými službami. Přičtemeli k tomu nulové provozní výdaje je nasnadě proč elektronické dokumenty vítězí. Zlepšení archivace Jedním ze sledovaných faktorů dneška je archivace dokumentů. S elektronickými dokumenty to lze jednoduše vypálíte CD a je to. Nároky na prostor jsou proti desítkám papírových šanonů prakticky nulové. Rychlost a operativnost při vyhledávání je také veliká. Zjednodušení manipulace Nesrovnatelné výhody přináší další práce s digitalizovanými papírovými dokumenty. Snadná dostupnost, jednoduchá a pohotová manipulace umožní mít všechny dokumenty vždy po ruce.
Digitální reprografie v praxi |
2/2
5 základních tipů a triků v reprografii Používejte normální ohniskové vzdálenosti. Ohniskové vzdálenosti širokoúhlých objektivů může vést ke zkreslení obrazu. Jeli aparát vybaven makrorežimem – využijte ho. Využijte rozlišení nastavte aparát tak, aby jste snímali s předlohou jen minimální okraje. Větší clona vede k větší hloubce ostrosti a vylepšují optické vlastnosti objektivu. Větší hloubka ostrosti pomůže v případech, kdy předloha není ideálně rovná (u knih a časopisů je to vzhledem k jejich vazbě velmi častý případ).
Závěr a zdroje |
Pokud místo skeneru použijeme technologii digitální reprografie, faktor času odpadne, protože sejmutí jedné fotografie je otázkou vteřin. Jediný rozdíl může být ve kvalitě, neboť výstup ze skeneru může mít zatím vyšší rozlišení než výstup z běžného digitálního fotoaparátu. Pokud však je rozlišení digitální fotografie pro vaše účely dostatečné, pak je digitální reprografie velmi efektivní metodou, jak převést fotografie do digitální podoby (ostatně je to tak, jako byste původní snímky fotili digitálním fotoaparátem).
Zdroje: [1] Fotoroman: WWW stránky, [online], [cit. 20090602], URL: http://fotoroman.cz [2] Wikipedia: WWW stránky, [online], [cit. 20090602], URL: http://cs.wikipedia.org [3] DTPstudio: WWW stránky, [online], [cit. 20090602], URL: http://www.dtpstudio.cz
