Как работят DSLR фотоапаратите

Как работят DSLR фотоапаратите

Цифровият огледално-рефлексен фотоапарат или DSLR (Digital Single-lens Reflex Camera) е комбинация от две различни технологии за фотоапарат. Първата технология е рефлексия в един обектив и тя определя как се задейства затворът, за да позволи на светлината да премине през обектива към сензора. Втората определя цифровия аспект на фотоапарата и означава, че той използва цифров сензор за улавяне на образа вместо филм.

Хващане на светлината

Подобно на всички камери DSLR работи чрез манипулиране на светлина. Когато светлината се отразява от обекта и си проправя път към оператора, респективно фотоапарата, ако тя преминава през достатъчно малък отвор, то може да създаде изображение от другата страна на отвора. Чрез използване на обектив, разположен в предната част на отвора, операторът може да фокусира изображението на определено разстояние зад отвора, което е мястото, където се намира цифровият сензор за изображения на DSLR.

light-05

Рефлексия в един обектив

AENSOR

Аспектът SLR на DSLR решава един стар проблем на фотоапарата, а именно, че това, което вижда фотографът, не е същото, което вижда фотоапаратът. Когато капакът е затворен, към сензора не отива никаква светлина, така че операторът трябва да види обекта през визьор, който може да има малко по-различен поглед към предмета. В SLR фотоапарат пред сензора или филма е поставено огледало и светлината, преминаваща през обектива, се отразява нагоре в призма и навън към визьора. Когато натиснете бутона на затвора, огледалото се премества рязко нагоре извън пътя на светлината и пластините (щорите), които закриват затвора, се плъзват навън, което позволява на светлината да премине през него и да достигне сензора, създаващ образа.

Цифровият сензор

 blackmagic-pocket-camera-sensor-cmos

Цифровият сензор, който улавя изображението, разграничава цифровите огледално-рефлексни фотоапарати от старите SLR устройства, базирани на филм. Сензорът се състои от милиони фотосхемички (фотосайтове), които също често се наричат пиксели и които са чувствителни към светлина. Когато върху сензора попада светлина, индивидуалните фотони се насочват към фотосхемичките, където се абсорбират. Материалът в милионите фотосхемички след това освобождава електрони, създавайки електрически заряд. Силата на получения заряд от всяка фотосхемичка е пропорционален на броя на фотоните, които попадат върху сензора, и по този начин отразява интензитета на светлината в тази област от изображението. След това тази информация се чете и подава  към процесор, който създава изображението, което виждате на екрана. Фотосхемите на цифровия сензора са предназначени за улавяне на червена, зелена и синя светлина, тъй като повече от 16 милиона видими цвята могат да бъдат пресъздадени с използване на смес от тези три цвята.

Как всъщност работи автофокусирането на вашия DSLR: фазова детекция

 block 2

За разлика от другите видове цифрови фотоапарати огледално-рефлексни фотоапарати използват система за автоматично фокусиране с фазова детекция, за да се получат вашите обекти с изключителна рязкост. Тук илюстрираме това, което фотоапаратът ви прави, когато натиснете наполовина бутона за затвора.

Фокусирането е една от тези задачи, които звучат като че би трябвало да е лесно, но често това не е така. В миналото просто се е въртяло колелото за фокусиране, докато изображението започне да изглежда рязко, или се въртял пръстенът на обектива, за да се подравни маркерът с картината на планини, група или един човек.

Но днешните огледално-рефлексни фотоапарати предлагат много по-високи нива на резолюция, а старите техники на догадки и преценки вече не са достатъчно добри. Ние искаме нашите снимки да бъдат остри като бръснач и за това се нуждаем от прецизността на съвременна система за мулти-точков автофокус.

Сега да разберем автоматичното фокусиране с фазова детекция. Фазовата детекция използва същия основен принцип като фотоапаратите с далекомери, наслагвайки две изображения, „видени“ от малко по-различни позиции – разстоянието между тях показва колко са извън фокус. В този случай двете изображения са взети от двете страни на обектива и са събрани в сензора за автоматично фокусиране.

Това е хитра система, защото сензорът може да използва позицията и разделянето на тези две изображения, за да разбере колко да пренасочи обектива и в каква посока. Ето защо огледално-рефлексните фотоапарати все още имат най-бързите и най-отзивчиви AF системи от всички видове фотоапарати.

Phase_detection_autofocus_cheat_sheet

 

Части на DSLR 

Обектив

Вашият обектив всъщност съдържа няколко парчета стъкло, всяко специално предназначено за някаква оптична функция, така че заедно да доставят изображение с най-добро качество към сензора. Неща като увеличение, корекция на изкривяването и намаляване на отблясъците са примери за работата на елементите на обектива.
Един специализиран елемент, който присъства в много обективи, е отговорен за функцията за стабилизация на изображението. Често това е последният елемент, през който преминава светлината и чрез способността му да променя своята позиция в рамките на обектива, той може да се коригира незначителното люлеене на фотоапарата при ръчно снимане.

best-recommended-tamron-lenses-for-canon-dslr

Най-големият коз за продажба на огледално-рефлексни фотоапарати е персонализирането. Различни обективи могат да се използват за различни среди. Недостатъкът е, че обективите понякога могат да струват толкова, колкото и самото тяло на фотоапарата. Вълнуващо е да правите страхотни снимки със специален обектив, който ви позволява например да увеличите и уловите всеки детайл от насекомо, кацнало на цвете, но има риск да си купите обективи за всяка възможна ситуация, а едва ли е вероятно, че ще влачаите всичките си обективи с вас, където и да отидете. Най-добре е да се започне с два или три, които ще използвате често.

green-insects-bug-mantis-macro-close-up-nature-wallpaper-butterfly-spider-wallpaper-6

Не забравяйте, че не всеки обектив е съвместим с всяко тяло на DSLR фотоапарат, макар че има адаптери, които ви позволяват да използвате определен обектив с вашия фотоапарат, дори ако те не са били построени, за да се използва заедно.

Огледало

Огледалото, както бе споменато, е превключващо се устройство, което насочва повечето от влизащата светлина нагоре към визьора. Част от светлината се насочва към механизъм за автоматично фокусиране. Когато огледалото е в долна позиция, можете да видите какво вижда фотоапаратът през обектива. Когато снимате, лещата за миг се отмества от пътя, за да се осъществи експонацията върху сензора, като в същото време затъмнява визьора, докато не си възвърне позицията.

Пентапризма/пентаогледало

block 3

Пентапризмата е солидна оптично тяло, изработено от кристал или стъкло, с посребрени повърхности. Някои по-евтини фотоапарати разполагат с пентаогледало, което използва само огледала. Неговата роля е да отразява образа, пристигащ от главното огледало няколко пъти, обръщайки както страничната, така и вертикалната му ориентация, за да се получи изображение за „дясно четене“ към визьора.

След като светлината влезе през обектива, главното огледало се спуска надолу. Отразеният в него образ се изпраща до пентапризма, където след още няколко отражения той се преориентира така, че да е във вида, в който влиза в обектива.

Измерител на експозицията

В типичния цифров SLR измерителят на експозицията детектира светлината в наблюдавания път с помощта на няколко различни точки. Броят на точките може да варира от 12 до 200 в зависимост от вашия фотоапарат. Това четене може да включва само яркостта или може да включва информация за червено, зелено и синьо. Фотоапаратите обикновено могат да вземат своите решения относно експозицията или чрез използване на матрица от точки – малки части в избрани точки, или чрез използване на среднопретеглен център, при което се придава повече статистическа стойност на част в центъра на кадъра.

exposure-meter

Визьор

Оптичният визьор е прозорецът, през който можете да търсите, за да откриете вашия кадър. Използвате го, за да композирате снимката, да фокусирате и да правите промени в експозиция. Светлината от пентапризмата се насочва през визьора.

Повечето визьори имат корекция на диоптъра, която да ви позволи да компенсирате вашето виждане, ако сте късоглед или далекоглед. Не всички оптични визьори са по един стандарт и функционалност.

D70ViewfinderFull

Някои от визьорите имат гумен панел около тях, който може да ви затрудни, ако искате да го използвате с очила. Някои визьори ви позволяват да виждате през тях, без да се налага окото ви да е близо, нещо полезно за някои видове фотографии, например като спорт. Към визьорите също може да има приспособления, като усилващи лещи или за десен зрителен ъгъл.

За разлика от SLR, DSLR често има два визьора – цифров дисплей, който също се използва за менютата или за да разглеждате снимките, които вече са направени, и традиционния оптичен визьор. В SLR или DSLR оптичният визьор или окулярът предлага най-точен оптичен изглед, така че фотографът може да бъде уверен, че снимката е рамкирана добре и осветлението е правилно, преди да снима.

Затвор

Затворът се намира зад огледалото и се състои от най-често от две вертикални щори, които се движат последователно пред сензора на изображението. Поради използваните относително бързи скорости на затвора, сензорът на изображението обикновено не е напълно експониран между отварянето на едната щора и затварянето на другата. По-скоро едната се движи изцяло, а другата се движи близо отзад, оставяйки тесен процеп, който минава пред сензора със скорост пропорционална на скоростта на затвора.

shutter-1024x1024

 

Сензор за автофокус

Част от светлината се пренасочва от огледалото към сензора за автоматично фокусиране. Това обикновено става чрез двойки от малки лещи, които разделят лъча, за да се образуват автофокусни точки.

jade_verso_AT31432

Днес се използват главно две технологии за цифрови сензори – CMOS и CCD, като има и хибридни решения. Преобладаваща днес е CMOS технологията, която е открита през осемдесетте години на миналия век. Именно тя доведе до феноменален ръст в производството на полупроводници. Транзисторите станаха по-малки, по-бързи, консумират по-малко енергия и са по-евтини за производство. Именно технологията CMOS позволи много високата интеграция на чиповете, което доведе до съвременните високо производителни, миниатюрни интегрални схеми.

Отделно от ценния принос в миниатюризацията на интегралните схеми, CMOS технологията намери място и в сензорните приложения, след като се прояви като конкурент на CCD базираните сензори за изображения.

Доскоро Charge Coupled Devices (CCD матрици) доминираха повечето от системите като фотоапарати, видеокамери, астрономически фотоапарати, скенери. Но напоследък CMOS сензорите се превърнаха в алтернатива на CCD, след като се усъвършенстваха и започнаха да предлагат по-добри характеристики.

CMOS спрямо CCD

cmos2

Изобретяването на CCD бележи края на базираната на вакуумни тръби снимачна индустрия (главно използвани в телевизионните камери), като преодолява недостатъците на вакуумните тръби и поставя началото на нова ера в системите за визуализация и в продължение на десетилетия се радва на качествени предимства пред конкурентните CMOS сензори. Където качеството на изображението е било от първостепенно значение, CCD матриците са били предпочитани, а CMOS са били използвани главно в приложения, където малките размери и ниската мощност са били основните изисквания.

С развитието на CMOS технологията разликата между CCD и CMOS сензорите е намаляла и CMOS сензорите достигнаха конкурентно качество. Изборът между CCD и CMOS сензори става все по-труден.

И CCD, и CMOS сензорите за изображения обаче използват големи масиви от хиляди (понякога милиони) фотосайтове или „пиксели“. И двата извършват едни и същи стъпки, а именно:

  1. Преобразуване светлина-електрически заряд

Падащата светлина се насочва от микролеща (малка леща, поставена над пиксела за повишаване на ефективния му размер) върху фоточувствителната зона на всеки пиксел, където тя се превръща в електрони, които се събират в една полупроводникова „кофа“.

light to charge

Колкото по-голям е пикселът, толкова повече светлина може да събере. По този начин големите датчици работят най-добре при ниска осветеност. За същия брой пиксели големите фотосайтове дават като резултат по-голям чип, а това означава по-висока цена. Обратно, по-малките пиксели позволяват по-малки размери на чиповете и по-ниски цени, както и по-ниски разходи за обектив. Но има ограничения за намаляване на размера на пикселите. По-малките пиксели са по-малко чувствителни към светлина и оптиката, необходими за различаване на пикселите, става скъпа и изисква скъпо производство.

  1. Натрупване на заряд
    Колкото повече светлина влиза, повече електрони се натрупват в кофата.
  2. Трансфер
    Натрупаният заряд трябва да бъде прехвърлен към схема за преобразуване и обработване на сигнал.
  3. Преобразуване заряд-напрежение
    Натрупаният заряд трябва да бъде изведен като сигнал на напрежение.
  4. Усилване
    След това сигналът на напрежението се усилва, преди да се подаде към схемата на фотоапарата.

И двата CMOS и CCD изпълняват всички тези задачи, обаче аспектът, в които те се различават, е редът на изпълнение на тези задачи.

Заключение: предимства на DSLR

Цифровият аспект на DLSR фотоапаратите е едно от най-големите им предимства, тъй като не е нужно да се манипулира с физически филм. Това улеснява изключително много съхраняването, преместването и копирането на изображения. Това означава също така, че вашите снимки се съхраняват на карта с памет, която може да бъде достатъчно голяма, за да ви позволи да правите и съхранявате хиляди снимки. Механиката на огледално-рефлексните фотоапарати също ги правят идеални при снимане, когато скоростта е важна. С DSLR можете да фокусирате и да направите снимка само за малка част от времето, необходимо да направите това със стандартен цифров фотоапарат. Тъй като огледално-рефлексните фотоапарати изискват използването на физически обектив, те също позволяват да сменяте обективите, за да отговарят на вашите нужди. Така че можете да използвате един и същ DSLR фотоапарат за студийни снимки и за широкоъгълни пейзажни снимки, просто като бързо смените обектива.

DSC_3196

About Author

tvoite technology

Екипът на дигиталното издание на списание Твоите технологии

Write a Comment

Your e-mail address will not be published.
Required fields are marked*