Konstrukce fotografických přístrojů Jana Dannhoferová | Ústav informatiky | PEF MZLU v Brně Digitální fotografie (DIF)
Co nás dnes čeká? • Základní typy fotografických přístrojů • Konstrukce • Příslušenství • Výhody a nevýhody digitální fotografie
Opakování z minulé přednášky • Vývoj camery obscury do podoby filmového fotoaparátu (www.antiquecameras.net)
Princip známý již 350 let př. n. l. 1342 – první známé vyobrazení
1837 – Daguerrotypie (první komerčně vyráběná kamera)
1888 – firma Eastman Dry Plate Company – Kodak (první kamera na fotografický film)
1924 – firma Leitz – Leica (první kamera na 35 mm kinofilm)
Opakování z minulé přednášky • Vývoj do podoby digitálního fotoaparátu (www.digicamhistory.com)
1990 – Dycam Model 1 (první digitální fotoaparát)
1991 – Kodak DCS-‐100 SLR (první komerčně dostupná diXgální zrcadlovka)
Typy fotoaparátů podle záznamové vrstvy • Deskové • desky ze skla (želatina – pojidlo halogenidů stříbra) • Filmové • celuloidový film (svitkový, kinofilm) • Digitální • senzor CCD nebo CMOS
Typy analogových fotografických přístrojů • Fotoaparáty na 35 mm film • kompaktní fotoaparáty • jednooké zrcadlovky (SLR) • Středoformátové fotoaparáty (na svitkový film) • jednooké zrcadlovky • dvouoké zrcadlovky • Speciální typy fotoaparátů • velkoformátové fotoaparáty • širokoúhlé fotoaparáty • panoramatické fotoaparáty • okamžité fotoaparáty • vodotěsné a podvodní fotoaparáty
Kompaktní fotoaparáty na 35 mm film • Jednoduché • jednoduché ovládání (pro netechnické uživatele) • lehčí a nenápadnější (ve srovnání se SLR) • pevně vestavěný, nevýměnný objektiv • problém: pohled hledáčkem neodpovídá obrazu, který zaznamená čip • řešení: značky pro kompenzaci paralaxy viditelné v hledáčku • Vyspělé • objektiv s proměnou ohniskovou vzdáleností • aretace automatického zaostřování (zaostření mimo střed) • expoziční programy pro automatickou expozici
Jednooké zrcadlovky (SLR) na 35 mm film • Manuální (např. Nikon FM2) • pro technicky orientované fotografy • ruční ostření • Automatické (např. Canon EOS 5) • automatické zakládání a převíjení filmu • rychlé a snadné ovládání • automatická expozice • pro ty, kteří neradí dělají technická rozhodnutí • automatické zaostřování
Středoformátové fotoaparáty • Vyplňují mezeru mezi lehkými kompakty a SLR a objemnými přístroji na plochý film • Poskytují větší negativy než přístroje na 35 mm film (lepší rozlišení a kvalita polotónů) • Vysoká profesionální kvalita snímků (větší velikost políčka) • Pohodlný přechod z barevného na černobílý film díky výměnným zásobníkům na film • Široký výběr rukojetí, hledáčků, objektivů, výměnných zásobníků
Jednooké zrcadlovky na svitkový film (podle velikosti filmového políčka) • Fotoaparát 6 × 4,5 cm (např. Mamiya 645) • lze použít různé druhy hledáčků: • pentagonální hranoly pro snímání zvýšky • světlíky pro snímání od pasu • úhlové hledáčky • rozsah objektivů od 24 do 500 mm
Jednooké zrcadlovky na svitkový film (podle velikosti filmového políčka) • Fotoaparát 6 × 6 cm (např. Hasselblad) • různé hledáčky • rozsah objektivů od 30 do 500 mm • fotoaparát může být vybaven měchem
Jednooké zrcadlovky na svitkový film (podle velikosti filmového políčka) • Fotoaparát 6 × 7 cm (např. Asahi Pentax) • větší rozměry, dražší • ideální pro fotografie krajiny
Jednooké zrcadlovky na svitkový film (podle velikosti filmového políčka) • Fotoaparát 6 × 9 cm (např. Fuji) • hlavně pro zvětšeniny • průhledový hledáček s dálkoměrem (lehčí) • objektiv není výměnný (dva modely: 65 a 90 mm) • a další: • 6 × 10 cm • 6 × 12 cm • 6 × 17 cm • 6 × 24 cm • ...
Dvouooké zrcadlovky na svitkový film • Dnes se jich vyrábí jen velmi málo (např. Mamiya C330) • Používá stejný film jako jiné fotoaparáty středního formátu • Vytváří čtvercové snímky 6 × 6 cm • Obraz neustále viditelný na matnici • Mají dva objektivy nad sebou: • horní hledáčkový objektiv (lze nasadit i pentagonální hranol) • spodní snímací objektiv • Objekt se pozoruje světlíkem na horní straně fotoaparátu • Fotografuje se z výšky pasu
Dvouooké zrcadlovky na svitkový film
Velkoformátové fotoaparáty • Např. Tachihara 4 × 5 " • Řada objektivů na výměnných destičkách • Listový film (4 × 5 ", 5 × 7 ", 8 × 10 ", 12 × 20 ", 20 × 24 ") • Využití: např. profesionální snímky krajiny • Zdroj informací: www.kenrockwell.com
Širokoúhlé fotoaparáty • Např. Linhof Technorama 617S • Pro fotografie krajiny a architektury • Na svitkový film s proměnlivou šířkou políčka • Některé fotoaparáty jsou osazeny posuvným objektivem • Vestavěná vodováha • Zdroj informací: http://www.linhof.de/technorama-e.html
Širokoúhlé fotoaparáty
Panaromatické fotoaparáty • Např. digitální Seitz 6 × 17, Unoshot • Zahrnuje úhel záběru 120°, 180° nebo 360° (otáčením objektivu nebo celého přístroje) • Používá se: • objektiv v otočném bubnu • 35 mm film
Panaromatické fotoaparáty
Okamžité fotoaparáty • Např. Polaroid • Poskytují hotovou fotografii jen několik vteřin po osvitu • Vybavení: • objektiv 125 mm • automatické zaostřování • zrcadlový hledáček • elektronický blesk • 10 obrázků v balení
Vodotěsné a podvodní fotoaparáty • Vodotěsné (např. Minolta) • vodotěsné do cca 5 m • objektivy 35 a 50 mm • automatické ostření nad vodou a pevné pod vodou • Podvodní (např. Polaroid) • velký hledáček • automatická i manuální expozice • zvětšené ovladače pro snadné ovládání • řada objektivů • vodotěsné do cca 50 m hloubky
Princip jednooké zrcadlovky • SLR (Single Lens Reflex) • DSLR (Digital Single Lens Reflex)
Průřez digitální zrcadlovkou
Základní části fotografických přístrojů • Snímací soustava • optická soustava • tělo fotoaparátu • Záznamová soustava • senzor • Příslušenství • paměťové karty • záblesková osvětlovací zařízení • stativy • drátěná spoušť
Optická soustava fotografických přístrojů • Optická soustava = soubor optických prvků (čoček, hranolů, zrcadel, desek atd.) • Nejjednodušším prvkem ve fotografické optice je spojná čočka • vypouklý disk z leštěného litého skla • soustřeďuje paprsky světla do jedné roviny (ohnisková rovina = rovina snímače) • má řadu optických vad (např. sférickou, barevnou atd.) • kombinací různých čoček je možné tyto vady potlačit
Optická soustava fotografických přístrojů • Parametry objektivu: • ohnisková vzdálenost a obrazový úhel • světelnost objektivu • nejkratší zaostřovací vzdálenost • počet prvků a skupin čoček • typ uchycení (bajonet) • rozměr a hmotnost Bude probíráno na samostatné přednášce!
Clona • Kruhový otvor v optickém středu objektivu • V klidovém stavu je vždy otevřená na maximum • Průměr clony lze měnit a tím ovlivňovat množství vstupujícího světla (méně světla = delší čas expozice) • Změna o jedno clonové číslo odpovídá polovině, respektive dvojnásobku plochy otvoru clony • Množství světla, které dopadá na senzor, závisí nejen na otvoru clony, ale také na vzdálenosti clony od senzoru (= ohnisková vzdálenost objektivu!)
Předsklopení zrcátka (Mirror Lock-Up) • Sklopení zrcátka může způsobit mírný otřes • Vibraci je možné u většiny DSLR redukovat funkcí předsklopení zrcátka (cca 10 vteřit před expozicí) • první stisk spouště: zrcátko se pouze sklopí • druhý stisk spouště: expozice snímku • Vhodné používat dráženou spoušť
Ostření • Zaostřovací mechanismus vzdaluje a přibližuje objektiv od roviny snímače • Správné zaostření objektivu = zvolit rovinu zaostření, která je rovnoběžná se senzorem (ohnisková rovina a rovina snímače splývají) • Vše co prochází touto rovinou je ostré, vše před a za ní bude neostré • Minimální zaostřovací vzdálenost – jak blízko může objekt být, aby objektiv ještě dokázal zaostřit
Automatické ostření • AF (Auto Focus) u digitálních zrcadlovek • Starší filmové zrcadlovky tuto funkci nemají • Princip: • zrcátko je polopropustné a jen část světla se odrazí do hledáčku (cca 70 %), zbytek světla projde • za hlavním zrcátkem je umístěné menší zrcátko, které odráží prošlé světelné paprsky směrem dolů • ve spodní části jsou umístěné senzory automatického ostření, které vyhodnocují stupeň ostrosti obrazu (AF Sensor)
Aktivní ostření • Fotoaparát vyšle infračervený signál s cílem zjistit vzdálenost objektu • Paprsek se od objektu odrazí a vrátí se zpět do fotoaparátu ve formě echa • Ze známé rychlosti šíření signálu se vypočítá vzdálenost objektu • Zaostřovací motory v objektivu se nastaví tak, aby byl objekt v uvedené vzdálenosti ostrý • Výhody: • rychlý, pracuje i ve tmě • Nevýhody: • focení přes sklo a překážky • použití dodatečné optiky (např. předsádky) • vždy ostří pouze na střed a neumožňuje vícebodové ostření • funguje pouze na omezenou vzdálenost
Pasivní ostření • V dnešní době převažuje • Fotoaparát ostří na základě rozboru samotného obrazu • K ostření je použit buď hlavní senzor, nebo samotný AF Senzor (u DSLR) • Ostrost se vyhodnocuje na základě kontrastu hran v místě zaostřovacího bodu • Zaostřovací mechanismus objektivu pak hledá místo maximální ostrosti až do úplné spokojenosti senzoru • Nevýhody: • pomalejší • špatné ostření za šera a v noci • nefunguje tam, kde objekt nemá žádné kontrastní hrany
Doostřování digitálně pořízených fotografií • Doostření = zvýšení kontrastu existujících hran • Proč je potřeba doostřovat digitální fotografie? • digitální záznam je diskrétní • nemůže být zaznamenán detail menší než 1 pixel • současné senzory jsou konstruovány pomocí tzv. Bayerovy masky • Obrazový procesor snad každého fotoaparátu doostřuje • Doostřování u kompaktů vs. DSLR
Matnice (Focusing Screen) • Průhledné skleněné či plastové plátno, na které se promítá obraz, který je sledován hledáčkem • Různé druhy matnic rozšířené u zrcadlovek s ručním ostřením • Některé zrcadlovky nejvyšší třídy mají výměnné matnice (s různými obrazci a mřížkami) • zobrazují se společně s obrazem • zjednodušení ručního ostření, přesnější kompozice obrazu • Zrcadlovky s automatickým ostřením dnes na matnici zobrazují většinou jen zaostřovací body
Typy matnic • Matnice s polohou zaostřovacích bodů • Microprisma • matnice má ve svém středu soustředěno mnoho malých mikrohranolů • špatné zaostření: mikrohranoly jako černobílý tečkovaný obrazec • správné zaostření: mikrohranoly se stanou neviditelnými • Matnice s rozděleným obrazem • nejrozšířenější, nejužitečnější pro ruční ostření • matnice má ve svém středu kruh s rozpůleným obrazem • špatné zaostření: obě půlky obrazu na sebe nenavazují • správné zaostření: poloha, kdy obě půlky na sebe přesně navazují • Mřížka • usnadňuje správnou kompozici obrazu
Hranol (Pentaprism) • Hranol je součástí hledáčku • Obraz je převrácený vzhůru nohama a je potřeba ho v hledáčku otočit zpět • Čím kvalitnější hranol, tím jasnější a ostřejší obraz v hledáčku • Kvalita hranolu někdy na úkor interního blesku nebo jeho úplné absence (např. Canon EOS 5D) • U levných modelů naopak drahý hranol nahrazen soustavou zrcátek
Hledáček • Obecně se používají 3 typy hledáčků: • průhledový (kompakty) • neukazuje přesně stejný obraz, který vidí objektiv • jednooké zrcadlovky • obraz je odrážen zrcátkem na matnici a hranolem v hledáčku otočen • dvouoké zrcadlovky • horním objektivem se pozoruje, spodním fotografuje
Hledáček DSLR • U DSLR obsahuje také expoziční senzor, který měří množství světla v obraze a ovlivňuje nastavení expozičních hodnot • Během sledování obrazu v hledáčku pracují expoziční i zaostřovací senzory • Hlavní obrazový senzor je zakryt zrcátky a zavřenou závěrkou • To je důvod, proč u digitální zrcadlovky není možné fotografovat přes zadní displej (tzv. live view) • V okamžiku stisknutí spouště se obě zrcátka sklopí vzhůru • zakryjí hledáček (tzv. Blackout) • clona se uzavře na změřenou hodnotu a otevře se závěrka
Parametry hledáčků • Zvětšení • jak velké se jeví předměty v hledáčku ve srovnání s pozorováním okem • Pokrytí • kolik procent plochy snímku uvidíme v hledáčku ve srovnání s tím, co bude skutečně vyfotografováno • Bod oka • maximální vzdálenost, o kterou se můžeme oddálit od očnice hledáčku, aby byl obraz v hledáčku stále vidět • Dioptrická korekce • možnost změny optických parametrů hledáčku – posun čočky • simulace brýlí • Použití hranolu nebo systému zrcátek (u DSLR)
Fotografování přes zadní displej • Tzv. živý náhled (live view) • Jako první Olympus E-330 • Problém: sklopení zrcátka zakryje AF senzory (není možné ostřit) • Řešení: • druhý malý CCD senzor umístěný s expozičním senzorem v hledáčku (nedochází ke sklopení zrcátka) • sklopí se zrcátko, otevře se závěrka a pro náhled snímku je využit přímo hlavní senzor (měření expozice, ani automatické ostření nepracuje) • k ostření se použije hlavní senzor
Závěrka a expoziční čas • Závěrka – brání dopadu světla na citlivou vrstvu (snímač), když se nefotografuje • Expoziční čas = doba otevření závěrky, po kterou světlo působí na digitální snímač fotoaparátu • Změna o jednu hodnotu odpovídá dvojnásobné či poloviční osvitové době
Mechanické závěrky • centrální závěrka • umístěná mezi clonou a čočkami objektivu • obsahuje překrývající se lamely • delší časy (nerozechvěje objektiv) • štěrbinová závěrka • skládá se ze dvou rolet, které se postupně otvírají • kratší časy (rozechvívá objektiv)
Elektronické závěrky • mechanická závěrka se kombinuje s elektronickou • filmové zrcadlovky – pouze mechanická závěrka • digitální kompakty – pouze elektronická závěrka • DSLR – mechanická v kombinaci s elektronickou
Závěrka
Centrální závěrka
Štěrbinová závěrka
Senzor • Senzor – digitální obrazový snímač • Digitální fotoaparáty dnes používají dva druhy senzorů, které se neliší principem práce, ale technologií výroby • CCD (Charge-Coupled Device) • výborná citlivost na světlo, velký teplotní šum • CMOS (Complementary Metal–Oxide–Semiconductor) • tenčí a levnější, nízká spotřea, odolnost proti šumu Bude probíráno na samostatné přednášce!
Dálkoměry • Optický prvek, který slouží pro měření vzdálenosti • Určuje vzdálenost, ve které je zaostřeno • Typy dálkoměrů: • Klínový dálkoměr (Zenit, Practica, ...) • dosud nepřekonaný • špatně seřízená matnice – neostrost • Mikroprizmatický dálkoměr – zabroušený do matnice • Matnicový dálkoměr – v celé ploše • Autofocus – vyhodnocování lineární neostrosti, kontrastu
Paměťové karty • Základní charakteristiky: • kapacita • rychlost zápisu • cena za megabyte/gigabyte paměti • velikost a typ
Paměťové karty • Nejobvyklejší paměťové karty na trhu: • CompactFlash I (42,8 × 36,4 × 3,3 mm) • CompactFlash II / Microdrive (42,8 × 36,4 × 5,0 mm) • od IBM – pevné disky zabudované v kartách typu II • SmartMedia (45,0 × 37,0 × 0,8 mm) • v současné době stahován z trhu • Secure Digital (32,0 × 24,0 × 2,1 mm) • značka SD Card Association
Paměťové karty • Memory Stick (50,0 × 21,5 × 2,8 mm) • nejprve Sony, nyní jej nabízí již několik firem • dvě verze: Memory Stick a Memory Stick Pro Duo • xD-Picture Card (25,0 × 20,0 × 1,7 mm) • vyvinutá firmami Olympus, Fujifilm a Toshiba • MultiMedia Card (32,0 × 24,0 × 1,4 mm) • vyráběna firmou MultiMedia Card Association (MMCA) • existují různé varianty • akceptována přístroji, které podporují SD Card
Příslušenství • Filtry (optické, softwarové) • Očnice a příslušenství hledáčků • Matnice • Software • Bezdrátový přenos fotografií • Podvodní pouzdra • Expozimetry • Externí záblesková osvětlení • Stativy • Brašny, batohy • Čtečky karet, databanky, vypalovačky
Hlavní výhody digitální fotografie • Osvobození od nákupu filmového materiálu • Odpadá vyvolávání filmů, zhotovení fotografií v temné komoře nebo jejich zadávání do fotolabů • Snadné třídění, ukládání a archivace
Hlavní nevýhody digitální fotografie • Šum – roste s růstem citlivosti ISO, klesá s růstem velikosti senzoru (narozdíl od filmového zrna je vnímán nelibě) • Dynamický rozsah – rozdíl jasů nejsvětlejší a nejtmavší části obrazu • Hloubka ostrosti – zejména u digitálních kompaktů (čím menší senzor, tím je nutnější kratší ohisko objektivu, tím roste hloubka ostrosti a na snímku je vše ostré) • Baterie • Rychlost reakce
Děkuji za pozornost
