Фотоаппараты

Фотоаппараты
Введение в специальность
кафедра
прикладной и компьютерной оптики
2
Фотоаппарат как
оптический прибор
Объектив
Видоискатель
Система фокусировки
Затвор (диафрагма)
Система экспонометрии
Приемник изображения (пленка, ПЗС-матрица)
Дополнительные устройства (система перемотки
пленки, вспышка и т.д.)
3
Фокусное расстояние
фотообъектива
y   f  tg   f   tg
где  – поле зрения объектива,
y – размер изображения
Диагональ кадра g:
y  g
2
Пленка: размер кадра 2435 мм, диагональ g43 мм
4
Поле зрения фотообъектива
Поле зрения объектива – это наибольший угол с
вершиной в оптическом центре объектива, при
котором все предметы, находящиеся в его пределах,
будут изображены объективом в плоскости его
кадрового окна
поле кадра
объектив
g
Угловое поле зрения:
2tg  g 
f
2
f
5
Относительное отверстие
фотообъектива
Относительное отверстие – это абсолютное
значение отношения диаметра апертурной
диафрагмы к заднему фокусному расстоянию
объектива: D
f
обозначается:


1:k, где k – диафрагменное число (например: 1:3.5)
f / k (например: f / 3.5)
6
Светосила объектива
Светосила объектива – способность объектива
передавать яркость объекта
Геометрическая светосила выражается квадратом
относительного отверстия:
H Г   D  
 f 
2
Эффективная светосила:
2
H эф   D   
 f 

где  – коэффициент светопропускания фотообъектива
7
Просветляющие покрытия
Просветляющие покрытия используют для
увеличения эффективной светосилы и уменьшения
бликов
Принцип действия просветляющих покрытий:


на поверхность линз наносят один или несколько слоев пленки
толщиной /4
pа счет интерференции света, отражаемого передней и задней
поверхностями пленки, увеличивается коэффициент
светопропускания линзы
8
Стандартный ряд относительных
отверстий
Стандартный ряд относительных отверстий:
1:0.7; 1:1; 1:1.4; 1:2; 1:2.8; 1:3.5; 1:4; 1:5.6; 1:8; 1:11; 1:16
Объектив:

светосильный – k = 2.8…4.5

сверхсветосильный – k

< 2.8
малосветосильный – k > 5.6
9
Разрешающая способность
фотообъектива
Разрешающая способность фотообъектива – это
способность объектива передавать мелкие детали в
фотоизображении

выражается максимальным числом линий на 1 мм в центре и на
краю фотоизображения
10
Примеры:
разрешающая способность
f=12,5 мм, 1:8
в центре кадра
на краю кадра
Изображение миры для
разных фотоаппаратов
11
Глубина резкости фотообъектива
Допустимый круг нерезкости – это максимально
допустимый размер кружка рассеяния, который глаз
воспринимает как одну точку
0.05 мм
Например, для негативов
форматом 24х36 мм
допустимый круг
нерезкости  0.03-0.05 мм
глубина резкости
плоскость идеального изображения
12
Глубина резкости фотообъектива
Глубина резкости объектива – это расстояние
между самым ближним и самым дальним предметом,
которые при данной диафрагме будут резкими
Глубина резкости зависит от:
 относительного отверстия
 фокусного расстояния
Например:
глубина резкости
при k = 2.8 – передняя граница
на расстоянии 15 м
при k = 16 – передняя граница
на расстоянии 1.5 м
плоскость идеального изображения
13
Гиперфокальное расстояние
Гиперфокальное расстояние – это самое короткое
расстояние, при котором «бесконечность» попадает в
область глубины резкости



глубина резкости – от половины гиперфокального расстояния до
бесконечности
Например:
объектив f = 35 мм, k = 11 – гиперфокальное расстояние 3 м:
глубина резкости от 1.5 м до бесконечности
Программа для расчета глубины резкости –
http://rwpbb.ixbt.com/test/rezkdl/rezk2d.html
14
Классификация фотообъективов
Нормальные

поле зрения 40-60°
Широкоугольные (короткофокусные)

поле зрения более 60°
Узкоугольные (длиннофокусные)

поле зрения менее 40°
15
Нормальные фотообъективы
Фокусное расстояние близко по величине диагонали
кадра: f  g (f = 40-50 мм)
Поле зрения: 40-60°
16
Широкоугольные фотообъективы
Фокусное расстояние меньше диагонали кадра:
f  < g (f =20-35 мм)
Поле зрения: больше 60°
Широкоугольные объективы: f  =28-35 мм
Сверхширокоугольные объективы:
f  < 20 мм, 2>100°,
«Рыбий глаз»: 2=180°



большая глубина резкости
наличие перспективных искажений
при съемке близких объектов
неравномерное освещение кадра
17
Узкоугольные объективы
Фокусное расстояние больше
диагонали кадра f  > g (f  > 50 мм)
Поле зрения: менее 40°


увеличивают масштаб
небольшая глубина резкости
18
Объективы с переменным
фокусным расстоянием
ZOOM-объективы позволяют получать изображения
различного масштаба при неизменном расстоянии до
объекта съемки
f =17-35 мм, 24-120 мм, 100-300 мм
28-105 / 3.5-4.5
19
Примеры:
модели фотоаппаратов (Minolta GT)
Minolta GT Lens 1:2,8–4,7 f=7,8–23,4 (fэкв=38–114 мм)
«Работающий
объектив в разрезе» с
сайта www.minolta.pl
20
Характеристики объективов
Minolta
Объектив
Элементов Поле Минимальная
Размер
/ групп
зрения дистанция (диам. x длину)
Вес
AF 16/2.8 Fisheye
11/8
180°
0.2 м
75x66.5 мм
400 г
AF 28/2
9/9
75°
0.3 м
66.5x49.5 мм
285 г
AF 35/2
7/6
63°
0.3 м
66.5x48.5 мм
240 г
AF 50/1.4
7/6
47°
0.45 м
65.5x38.5 мм
235 г
AF 85/1.4
7/6
28°
0.85 м
78x71.5 мм
550 г
AF 135/2.8
7/5
18°
1.0 м
65.5x83 мм
365 г
AF 35-105/3.5-4.5
12/10
63°-23°
0.85 м
68.5x59.5 мм
290 г
21
Видоискатели
Зеркальные – видоискатель показывает
изображение, прошедшее через объектив
Не зеркальные – видоискатель не зависит от
объектива


отдельная телескопическая система, увеличение которой
совпадает с увеличением объектива
жидкокристаллический монитор (у цифровых фотоаппартов)
22
Зеркальный фотоаппарат
вспышка
пентапризма
видоискатель
объектив
матовое
стекло
пленка
зеркало
диафрагма
затвор
23
Системы фокусировки
Фокусировка отсутствует (focus free) за счет большой
глубины резкости
Ручная фокусировка (зеркальные фотоаппараты)
Автоматическая фокусировка:


активный автофокус измеряет расстояние до объекта съемки с
помощью инфракрасного импульса
пассивный автофокус настраивается по резкости
(контрастности) объекта
24
Экспозиция
Экспозиция – это количество света, попадающее на
фотоматериал:
<экспозиция> = <интенсивность света> · <время воздействия>
Затвор – устройство, позволяющее открывать для
света доступ к фотоматериалу
Выдержка – время, в течение которого затвор
фотоаппарата открыт для экспонирования кадра

cтандартный ряд выдержек:
1/2000; 1/1000; 1/500; 1/250; 1/125; 1/60; 1/30; 1/15; 1/8;
1/4; 1/2; 1; 2 секунды
25
Выдержка / диафрагма
Диафрагма (относительное отверстие) –
контролирует интенсивность света

 диафрагма –  выдержка,  глубина резкости
Автоматические режимы:



«спорт» и «портрет» – устанавливается максимальная диафрагма,
а выдержка подбирается
«пейзаж» и «макро» – устанавливается максимальная выдержка,
а диафрагма подбирается
полный автомат – выбирается среднее значение диафрагмы и
выдержки
Ручные режимы:

приоритет диафрагмы, приоритет выдержки, ручной режим
26
Замер экспозиции
Экспонометры – замеряют освещенность объекта

основаны на измерении освещенности фотоэлементом,
преобразующим свет в электрический ток
Режимы:


точечный замер – освещенность оценивается по небольшому
участку, обычно в центре кадра
матричный замер – освещенность оценивается в нескольких
точках кадра (равномерный, оценочно-взвешенный)
Коррекция экспозиции – возможность
принудительно увеличить или уменьшить экспозицию
27
Особенности цифровых
фотоаппаратов
Приемник изображения – ПЗС-матрица (прибор с
зарядовой связью)
Размер изображения у цифровых фотоаппаратов
определяется диагональю матрицы

Например: матрица 3.5х2.4 мм, f =15 мм, пленка 35х24 мм,
тогда эквивалентное фокусное расстояние f =150 мм
Особенности:


возможность использовать в качестве видоискателя
жидкокристаллический дисплей
настройка баланса белого
28
Разрешающая способность
цифровых фотоаппаратов
Фотографическая разрешающая способность
учитывает разрешающую способность ПЗС-матрицы
(количество элементов):





2 млн. пикселов – 1600х1200 пикселов
3 млн. пикселов – 2000х1500 пикселов
4 млн. пикселов – 2350х1700 пикселов
5 млн. пикселов – 2600х1900 пикселов
8 млн. пикселов – 3250х2450 пикселов
29
Разрешающая способность
цифровых фотоаппаратов
Разрешение при печати на бумаге:
<количество пикселов> / <размер отпечатка>

Например, матрица 1600х1200, отпечаток 10x15 см:
1600
1200

 10 лин/мм
150 мм 100 мм

разрешение (24x36 мм) кадра пленки ISO100 – 100 лин/мм,
для отпечатка 10x15 см:
24 мм
100 лин/мм 
 24 лин/мм
100 мм
30
Параметры ПЗС-матрицы
Число элементов
Число пикселов получаемого изображения

не всегда совпадает с числом элементов матрицы
Чувствительность

при дневном освещении – 50-100 ISO
Формат записи информации


JPEG, TIFF – форматы компьютерного изображения
RAW, KDC – специальные форматы
Геометрический размер
Производители ПЗС-матриц: Sony, Kodak, Philips, Fujifilm
Твердотельные сенсоры изображения: как получается цвет
http://www.ixbt.com/digimage/sens.shtml
31
Сравнение пленочных
и цифровых фотоаппаратов
Пленочные
Дешевле в 2-3 раза
При большой чувствительности
зерно пленки лучше шумов у
матриц
Большие отпечатки выглядят
лучше
Полная автоматика

все делают в фотолаборатории
Фотоширота (диапазон
регистрируемых без потерь
входных значений) пленки


в линейном участке шире
современных матриц
в нелинейном участке пленка
сохраняет детали
Цифровые
Отсутствие затрат на пленку

нет проблем с пылью и
царапинами
Оперативность
Стабильность
Автономность

не зависит от фотолаборатории
Возможность регулировать
ISO, баланс белого от кадра к
кадру
Лучше цветопередача, баланс
белого без специальных
фильтров и пленок
Меньше размеры и вес
32
Примеры:
модели фотоаппаратов (DiMAGE X)
Minolta DiMAGE X
DiMAGE X 50
33
Примеры:
анализ характеристик фотоаппарата
Пример анализа характеристик цифрового
фотоаппарата OLYMPUS E-300 –
http://www.ixbt.com/digimage/olympuse300.shtml
34
Область деятельности кафедры
Расчет оптической системы фотаппарата
Создание конструкции объектива фотоаппарата
Компьютерное моделирование формирования
изображения в фотоаппарате
35
Интернет-ресурсы
http://www.photoweb.ru/

содержит статьи о фотооборудовании, полезные советы покупателям
фототехники, словарь терминов, виртуальный магазин
http://www.photodome.ru/

cодержит информацию о фототехнике, истории фотографии, цифровой
фотографии. На сайте есть фотовыставки, виртуальная фото-школа
http://www.photoline.ru/

содержит интерактивную фотовыставку, статьи и полезные советы для
начинающих, большой список литературы и ссылки на интернет-ресурсы
http://www.photoforum.ru/

содержит фотовыставку, фото-конференции, и фото-библиотеку
http://www.interlink.ru/

содержит статьи, посвященные цифровой фототехнике, полезные советы
по выбору цифровых фото- и видеокамер и словарь терминов
http://www.ixbt.com/digimage.shtml

посвящен цифровой фотографии, cодержит статьи, описание и тесты
наиболее популярных моделей
36
37
Liquid Lenses (2000)
FluidFocus Lens (Philips)
Liquid Lens (Varioptic)
Advantage: change the optical power without motion