Как устроен и работает зеркальный фотоаппарат

Работа зеркал

Благодаря работе зеркал происходит первичная обработка потока света и его вывод на экран. Разберем, чем отличается устройство зеркального типа фотоаппарата от беззеркальных устройств.

Световой поток проходит через линзы, попадает на зеркало, которое в исходящем положении заслоняет матрицу и затвор. Потом свет проходит через матовое стекло, попадает в пентапризму. Там картинка поворачивается на 90 градусов. Это происходит для того, чтобы в итоге не получить перевернутого изображения.После нажатия кнопки спуска зеркало и затвор поднимаются, а свет попадает на матрицу. На последнем этапе информация считывается, проходит обработку и выводится на экран.

Предварительная фильтрация света

Поверх фильтра Байера и микролинз сенсор накрыт дополнительным фильтром, прозрачным для видимого света, но непроницаемым для инфракрасных лучей. Необходимость в ИК фильтре продиктована высокой чувствительностью матрицы не только к видимому, но также и к инфракрасному излучению. ИК фильтр отсекает световые лучи с длиной волны свыше 700 нм и приводит диапазон частот, воспринимаемых фотосенсором, в соответствие с чувствительностью человеческого глаза.

Для съёмки же в инфракрасном диапазоне выпускаются специальные камеры без ИК фильтра.

К ультрафиолетовому излучению (с длиной волны меньше 400 нм) сенсор цифрового фотоаппарата практически не восприимчив, и потому в специальном УФ фильтре не нуждается.

Помимо фильтра, задерживающего инфракрасное излучение, фотосенсор часто снабжается ещё и т.н. оптическим фильтром нижних частот или сглаживающим фильтром, задача которого состоит в лёгком размытии изображения. Дело в том, что если снимаемый объект имеет области с мелкими деталями, размер которых сопоставим с размерами фотодиодов матрицы, то при оцифровке изображения возможно появление неестественно выглядящих артефактов вроде муара. Фильтр нижних частот сглаживает мельчайшие детали изображения, т.е. снижает частоту исходного аналогового сигнала до уровня, не превышающего частоту дискретизации. Это позволяет уменьшить риск возникновения артефактов оцифровки ценой незначительного снижения резкости конечного снимка.

Чем выше разрешение цифрового фотоаппарата, тем меньше необходимость в сглаживающем фильтре, и потому в последнее время всё чаще выпускаются модели без оного. При разрешении матрицы свыше 15-20 мегапикселей аберрации объектива и дифракция на отверстии диафрагмы обеспечивают естественное и неизбежное размытие изображения, что делает намеренное ухудшение резкости с помощью фильтра нижних частот излишним.

Особенности больших и маленьких матриц

Плюсы больших матриц — полнокадровых и APS-C — очевидны: они дают лучшее качество изображения. При этом работа с ними имеет несколько нюансов. Законы оптики таковы, что при работе с большой матрицей мы получаем малую глубину резкости на фото. С одной стороны, мы можем красиво размывать фон на своих снимках. Но в то же время возникнут сложности, если мы захотим сделать на снимке резким всё — и передний план, и фон. При съемке на зеркальную камеру, добиться большой глубины резкости получится не всегда.

В то же время, маленькие матрицы позволяют снимать с практически бесконечной глубиной резкости. Чем меньше матрица, тем проще получить кадр с большой глубиной резкости. Именно поэтому, снимая на смартфон или компактный аппарат, сложно размыть фон на снимке: получается слишком большая глубина резкости, всё на снимке становится четким. Сравним два кадра, сделанных при одинаковых параметрах съемки, но на фотоаппараты с матрицами разных размеров.

Кадр, сделанный компактным аппаратом с небольшой матрицей размером 2/3″. В глубину резкости попали почти все фигурки.

Кадр, сделанный зеркальной камерой с матрицей APS-C. Глубина резкости оказалась меньше. В нее попала только передняя фигурка.

Если вам нравится размытый фон на фотографиях, если вы занимаетесь портретной съемкой, то скорее всего вам понадобится камера с большой матрицей — формата APS-C или даже 24х36 мм.

При использовании фотоаппарата с большой матрицей фон на снимке размыть будет проще.

Помимо этого, от размера матрицы напрямую зависит размер самого фотоаппарата и объективов к нему. Причем если размер корпуса аппарата еще можно сделать более-менее компактным даже при использовании полнокадровой матрицы, то уменьшить в размерах объектив не получится: законы оптики не позволят. Поэтому, покупая полнокадровый аппарат со сменной оптикой, будьте готовы к тому, что хороший объектив будет иметь солидные размеры и вес. Если же хочется использовать полнокадровую камеру и при этом иметь компактный объектив, придется довольствоваться не самыми универсальными и не самыми светосильными объективами. А вот в камерах, использующих матрицы меньшего размера, вполне получается использовать объективы более легкие, более компактные. Сравните сами.

Полнокадровая камера Nikon D750 с универсальным объективом в руках фотографа.

Фотокамера семейства Nikon 1 имеет матрицу с диагональю в 1”. Это позволило сделать ее очень компактной.

При этом она оснащается такими же компактными сменными объективами.

Запись того, что видит камера

Следующий пункт на нашем пути в понимании работы камеры – изучить как именно камера записывает то, что было экспонировано. Наиболее популярны сегодня, конечно же, цифровые камеры. Внутри них есть специальный компьютерный чип с высокой чувствительностью к свету. В целях упрощения данного урока я буду называть его плёнкой.

Компьютерный чип – это плёнка, которую использует камера чтобы снимать фотографии. Понятие плёнка может быть более знакомо большинству людей поскольку до цифровой фотосъемки плёнка была именно тем, что использовалось для записи экспонированных кадров. В том случае плёнка была буквально плёнкой, покрытой светочувствительным веществом. До плёнок фотографы использовали стеклянные пластинки, которые также приходилось покрывать слоем фоточувствительного вещества самостоятельно. Фирмы Kodak, Fuji и Agfa тогда ещё не были в этом бизнесе.

Камера в самом начале своего существования была просто светозащищённым ящиком. В нём было отверстие, прикрытое светонепроницаемой шторкой, называемой «затвор». Прямо перед затвором размещался объектив. Мы поговорим и о затворе и об объективе более детально в дальнейшем.

Когда вы нажимаете кнопку на своей камере, чтобы что-то сфотографировать, происходит следующее: затвор открывается и экспонирует «плёнку» к свету. Всего на короткое время. Короче чем моргание. Плёнка настолько чувствительна к свету, что столько короткая экспозиция – это всё, что ей нужно чтобы увидеть и записать всё, что находилось перед камерой пока затвор был открыт.

В старые плёночные времена после этого следовало перемотать кадр. Обычно это делалось рычажком в верхней части камеры, колесиком сзади или выполнялось с помощью встроенного электропривода камеры. Плёнка продвигалась по направляющим и для экспонирования был готов следующий кадр плёнки.

Если вам никогда не приходилось вытаскивать плёнку из кассеты, я расскажу, что она имеет примерно 24 мм в ширину и около метра в длину. Каждый раз когда вы нажимаете на кнопку спуска и открывается затвор – экспонируется только небольшой кусочек плёнки, примерно 36 мм в длину. Остальная плёнка тщательно закрыта. В далёкие предалёкие времена стеклянных пластинок, фотографы должны были после экспонирования извлекать пластину из камеры и хранить в светозащитном контейнере пока он или она не сможет проявить её. Чтобы сделать ещё один снимок нужно было вставить следующую стеклянную пластину.

В цифровую эпоху электроника камеры сохраняет отснятое изображение во встроенную память. Затем камера готова сделать следующий снимок. Встроенная память камеры обычно может хранить всю исходную информацию порядка 5-10 снимков. В тоже время фотографии из встроенной памяти обрабатываются и записываются на карту памяти. (Большинство современных цифровых фотокамер используют несколько основных стандартных типов карт памяти. CF и SD – наиболее популярны сегодня, но на протяжении развития технологии использовались десяток разных типов карт памяти.)

Эта запись информации на карты памяти – сравнительно медленный процесс. Вот почему камера использует встроенный буфер, чтобы быть готовой сделать следующий снимок не дожидаясь пока предыдущий запишется на карту.

А как же вспышка?

Чуть было не упустил еще один фактор, который в достаточной мере влияет на экспозицию – это вспышка. Здесь мы рассмотрим в общих чертах только штатную, то есть бортовую «лягушку». Хотя, прошу прощения. На мыльницах это же совсем не «лягушка», ведь она не выпрыгивает. Данная вспышка обладает рядом режимов, которые, в принципе, зависят от режима самого фотоаппарата. Полный список «услуг» вспышка, как правило, может предоставить лишь в тех случаях, когда камера установлена в режиме «AUTO».

Итак, какие же различают режимы.

Автоматический. Вспышка автоматически будет срабатывать (или не срабатывать) по мере необходимости. При этом, регулируется длительность светового импульса, в зависимости от имеющейся освещенности. Удобно это тем, что экономит заряд аккумулятора, но не всегда может быть использовано, таково уж устройство фотоаппарата. К примеру – съемка против света.
Принудительная вспышка. Будет срабатывать всегда, в независимости от уровня освещенности. Не доступна регулировка длительности импульса, то есть вспышка полностью использует свое ведущее число. Может быть использована в большинстве случаев фотосъемки, но расход энергии более высокий, чем при предыдущем режиме.
Медленная синхронизация. Скорость затвора будет установлена, при этом, на более продолжительном значении. При использовании вспышки, стандартная скорость затвора составляет 1/90 с, то есть «90». Это делается для того, чтобы была возможность проработки фона, так как вспышка обычно до него «не добивает».
Без вспышки. При этом режиме вспышка срабатывать не будет. Это делается для того, чтобы не осуществлялась съемка с автоматической вспышкой там, где это не нужно или запрещено, а также для получения некоторых эффектов, где необходим естественный свет. Изображение становится, при этом, более естественным. В продвинутых аппаратах также «открывает» ряд некоторых возможностей, к примеру, расширяется «перечень» значений в выборе установки баланса белого.

Для первый трех указанных выше режимов доступен режим уменьшения «эффекта красных глаз». В данном случае перед основной вспышкой срабатывает серия коротких вспышек без использования затвора. Это делается для того, чтобы у находящихся в темноте людей сузились зрачки, и глазное дно не отражало красный свет. Рационально будет использовать только во время съемки людей, а во всех остальных же случаях – это просто трата времени перед срабатыванием затвора и энергии.

Следует помнить, что использование штатной вспышки будет делать отображение лиц людей и предметов на снимках плоскими. По крайней мере, необходимо стараться сделать снимок под некоторым углом, чтобы появились тени. Но и переусердствовать не нужно, так как при слишком больших углах будет появляться слишком большой контраст.

На этом данную тему спешу завершить, а то и так уже достаточно объемной получилась. Если что-то упустил, рассмотрю в следующих постах.

Работа зеркал

Но до того, как очередь дойдет до диафрагмы, свет пройдет сквозь датчики и отразится от зеркала. Оно помогает мгновенно определить, находится ли объект в фокусе. После этого линза перемещается по необходимости, это тот самый авто фокусинг, которым очень удобно пользоваться. В дорогих современных моделях автоматической фокусировкой можно пользоваться даже в режиме живой съемки, что многократно повышает ее качество.

В цифровых камерах зеркала очень качественные и прочные, их можно даже увидеть, если снять ненадолго оптику.

После этой фазы свет попадает на так называемое матовое стекло. Профессиональные фотографы сразу видят необходимую резкость и поправляют фокусировку. Картинка становится объемной благодаря выпуклой линзе и обрабатывается уже на матрице.