აპარატი და კამერის მუშაობის პრინციპი

2024 ავტორი: Sierra Becker | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-02-26 05:44

ფოტოგრაფია ისტორიაში ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოგონებაა - მან მართლაც შეცვალა ადამიანების აზროვნება სამყაროზე. ახლა ყველა ადამიანს შეუძლია ნახოს საგნების სურათები, რომლებიც რეალურად დიდ მანძილზეა ან დიდი ხანია არ არსებობს. ყოველდღიურად მილიარდობით ფოტო ქვეყნდება ინტერნეტში, რაც ცხოვრებას ინფორმაციის ციფრულ პიქსელებად აქცევს.

კამერის სტრუქტურა

ფოტოგრაფია საშუალებას გაძლევთ აღბეჭდოთ ცხოვრების მნიშვნელოვანი მომენტები და შეინახოთ ისინი მომავალი წლების განმავლობაში. სურათების შესაქმნელად მოწყობილობები დიდი ხანია ჩაშენებულია ტელეფონებსა და სხვა გაჯეტებში, მაგრამ კამერის მუშაობის პრინციპი ბევრისთვის საიდუმლო რჩება. ფოტოგრაფია ისეთივე მეცნიერებაა, როგორც ხელოვნება, მაგრამ დიდმა უმრავლესობამ არ იცის რა ხდება კამერის ღილაკზე დაჭერისას ან სმარტფონის კამერის აპის გახსნისას. პირველ კამერას, რომლის სტრუქტურა და პრინციპი მოგვიანებით იქნება განხილული, საერთოდ არ ჰქონდა ღილაკები და საერთოდ არ ჰგავდა აპლიკაციას. მაგრამ მისი მოწყობილობა თანამედროვე გაჯეტების ცენტრშია.

მაგალითად, კინოკამერა შედგება სამი ძირითადი ელემენტისგან: ოპტიკური - ლინზა, ქიმიური - ფილმი და მექანიკური - კამერის კორპუსი. მოდი მოკლედ განვიხილოთ კამერის მუშაობის პრინციპი: ფილმი იტვირთება ბორტში მარჯვნივ და ახვევს მეორე კოჭას მარცხნივ, გადის ლინზის წინ გზაზე. ეს არის მოქნილი პლასტმასის გრძელი ზოლი, რომელიც დაფარულია სპეციალური ქიმიკატებით, რომელიც დაფუძნებულია სინათლისადმი მგრძნობიარე ვერცხლის ნაერთებზე.

შავ-თეთრ ფილმს აქვს ერთი ფენა, ხოლო ფერად ფილმს აქვს სამი: ზედა მგრძნობიარეა ლურჯი სინათლის მიმართ, ცენტრი მგრძნობიარეა მწვანეზე, ქვედა კი მგრძნობიარეა წითელი. სურათი მიღებული იქნა თითოეული მათგანის ქიმიური რეაქციის გამო. იმისათვის, რომ შუქმა არ გააფუჭოს ფილმი, მას ახვევენ გამძლე, შუქგამძლე პლასტმასის ცილინდრში, რომელიც მოთავსებულია კამერის შიგნით. მაგრამ როგორ აერთიანებს ის ყველა კომპონენტს ისე, რომ მათ ჩაიწერონ მკაფიო, ცნობადი სურათი? ამ ნაწილების მუშაობის მრავალი განსხვავებული გზა არსებობს, მაგრამ ჯერ უნდა გესმოდეთ კამერის მუშაობის ძირითადი პრინციპი. ვინაიდან ფოტოგრაფია არ საჭიროებს ელექტროენერგიას, ჩვეულებრივი ერთლინზიანი სარკისებური კამერა შესანიშნავი ილუსტრაციაა ფოტოგრაფიის ძირითადი პროცესების შესახებ.

რატომ გჭირდებათ ლინზა

ჯობია მოკლედ დავიწყოთ იმის ახსნა, თუ როგორ მუშაობს კამერა თეორიასთან. წარმოიდგინეთ, რომ დგახართ ოთახის შუაგულში, სადაც არ არის ფანჯრები, კარები და განათება. ასეთ ადგილას არაფერი ჩანს, რადგან სინათლის წყარო არ არის. ვივარაუდოთ, რომ თქვენ ამოიღეთ თქვენი ფანარი და ჩართეთ იგი დამისგან სხივი მოძრაობს სწორი ხაზით. როდესაც ეს შუქი ეჯახება ობიექტს, ის ეცემა მისგან და ხვდება თქვენს თვალებს, რაც საშუალებას გაძლევთ დაინახოთ რა არის ოთახში.

ციფრული კამერის მუშაობის პრინციპი მსგავსია ბნელი ოთახიდან ობიექტების ფანრის სხივით ამოღების პროცესს. კამერის ოპტიკური კომპონენტია ობიექტივი. მისი ამოცანაა აბრუნოს შუქის სხივები, რომლებიც ბრუნდება საგნიდან და გადამისამართება მათ ისე, რომ ისინი შეიკრიბონ და შექმნან გამოსახულება, რომელიც ჰგავს ლინზის წინ არსებულ სცენას. შეიძლება ბოლომდე გასაგები არ იყოს, როგორ ხდება ეს პროცესი და რატომ შეუძლია ჩვეულებრივ მინას სინათლის გადამისამართება. პასუხი ძალიან მარტივია: როდესაც სინათლე გადადის ერთი საშუალოდან მეორეზე, ის იცვლის სიჩქარეს.

როგორ მუშაობს ლინზა

სინათლე უფრო სწრაფად მოძრაობს ჰაერში, ვიდრე მინაში, ამიტომ ობიექტივი ანელებს მას. როდესაც სხივები მას კუთხით ეცემა, ტალღის ერთი ნაწილი მეორეზე წინ მიაღწევს ზედაპირს და ამით პირველი შეანელებს. როდესაც სინათლე კუთხით შედის მინაში, ის იხრება ერთი მიმართულებით და შემდეგ ისევ მინიდან გამოსვლისას, რადგან სინათლის ტალღის ნაწილები ჰაერს ხვდება და სხვებზე ადრე აჩქარებს.

სტანდარტულ ამოზნექილ ლინზას აქვს მინის ერთი ან ორივე მხარე მოხრილი. ეს ნიშნავს, რომ გამავალი სინათლის სხივები გადახრილი იქნება ლინზის ცენტრისკენ, როდესაც ისინი შედიან. ორმაგ ამოზნექილ ლინზაში, როგორიცაა გამადიდებელი შუშა, სინათლე შესვლისას გამოდის. ეს ეფექტურად ცვლის სინათლის გზას ობიექტიდან, რომელიც დაკავშირებულია მთავართანკამერის მუშაობის პრინციპი. სინათლის წყარო ასხივებს სინათლეს ყველა მიმართულებით. ყველა სხივი იწყება ერთ წერტილში და შემდეგ მუდმივად განსხვავდება. კონვერტაციული ლინზა იღებს ამ სხივებს და გადამისამართებს ისე, რომ ისინი ყველა ერთსა და იმავე წერტილში გადაიყრება. ამ ადგილას მიიღება საგნის გამოსახულება.

პირველი კამერის მუშაობის პრინციპი

პირველი საკანი იყო ოთახი, რომელსაც პატარა ნახვრეტი ჰქონდა ერთ მხარეს კედელზე. მასში სინათლე გადიოდა და სწორ ხაზებად ირეკლავდა, გამოსახულება კი მოპირდაპირე კედელზე თავდაყირა იყო გამოსახული. მას კამერა ობსკურა უწოდეს და მას მხატვრები მხატვრული ტილოების დასახატავად იყენებდნენ. გამოგონება მიეწერება ლეონარდო და ვინჩის. მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი მოწყობილობები არსებობდა პირველ რეალურ ფოტოსურათამდე დიდი ხნით ადრე, სანამ ვინმემ გადაწყვიტა ამ ოთახის უკანა ნაწილში განათებისადმი მგრძნობიარე მასალის განთავსება, რომ ამ გზით გამოსახულების მიღების იდეა გაჩნდა. პირველი კამერის მუშაობის პრინციპი ასეთი იყო: როდესაც სხივი მოხვდა ფოტომგრძნობიარე მასალას, ქიმიური ნივთიერებები რეაგირებდნენ და გამოსახულებას ზედაპირზე აკრავენ. ვინაიდან ეს კამერა არ იღებდა ძალიან დიდ შუქს, ერთი ფოტოს გადაღებას რვა საათი დასჭირდა. სურათი ასევე საკმაოდ ბუნდოვანი გამოვიდა.

სხვაობა SLR კამერებს შორის

პროფესიონალები ხშირად ანიჭებენ უპირატესობას SLR კამერებს. ითვლება, რომ სურათის ხარისხი უკეთესია, რადგან ფოტოგრაფი ხედავს საგნის რეალურ სურათს მნახველში და არადამახინჯებულია დიგიტალაციით და ფილტრებით. თუ მოკლედ აღვწერთ კამერის მუშაობის პრინციპს რეფლექსური ხედვით, მაშინ მნიშვნელობა ემყარება იმ ფაქტს, რომ ასეთ კამერაში ფოტოგრაფი ხედავს რეალურ სურათს. მას ასევე შეუძლია შეცვალოს ყველა დეტალი ღილაკების შებრუნებით და დაჭერით. ეს გამოწვეულია ორმაგი სარკის - პენტაპრიზმით. მაგრამ კამერის დიზაინში არის კიდევ ერთი - გამჭვირვალე, რომელიც მდებარეობს მატრიცის წინ, რომელსაც ასევე უწოდებენ სენსორს ან სენსორს. კამერის ჩამკეტის მუშაობის პრინციპი არის ის, რომ ღილაკზე დაჭერისას ის აწევს სარკეს და ცვლის დახრის კუთხეს. ამ მომენტში სინათლის ნაკადი ხვდება სენსორს, რის შემდეგაც გამოსახულება მუშავდება და ეკრანზე გამოჩნდება.

SLR კამერის მუშაობის პრინციპი დაკავშირებულია დიაფრაგმასთან, რომელიც თანდათან იხსნება სხივების გასაშვებად. იგი შედგება ფურცლებისგან, რომელთა პოზიცია განსაზღვრავს ცენტრალური წრის დიამეტრს და გადაცემული სინათლის რაოდენობას. სხივი ურტყამს ლინზებს, შემდეგ კი სარკეს, ფოკუსირებს ეკრანს და პენტაპრიზმს, სადაც გამოსახულება გადატრიალებულია, შემდეგ კი ხედის მაძიებელზე. სწორედ აქ ხედავს ფოტოგრაფი რეალურ სურათს. სარკისებური კამერის მუშაობის პრინციპი განსხვავებულია იმით, რომ მას არ აქვს ასეთი მნახველი. ხშირად ის იცვლება ეკრანით ან ელექტრონული ვერსიით. ფაზური ავტოფოკუსი ასევე ხელმისაწვდომია მხოლოდ SLR კამერებზე. კიდევ ერთი განსხვავება ისაა, რომ ჩამკეტის ღილაკზე დაჭერისას შუქი მაშინვე ხვდება კამერის მატრიცას.

ფოკუსირება ობიექტზე

გამოსახულების ხარისხი იცვლება იმისდა მიხედვით, თუ როგორ გადის სინათლეკამერის ობიექტივის მეშვეობით. ეს დაკავშირებულია იმ კუთხესთან, რომლითაც სინათლის სხივი შედის მასში და როგორია მისი სტრუქტურა. ეს გზა დამოკიდებულია ორ ძირითად ფაქტორზე. პირველი არის კუთხე, რომლითაც სინათლის სხივი შედის ობიექტივში. მეორე არის ლინზის სტრუქტურა. სინათლის შესვლის კუთხე იცვლება, როდესაც ობიექტი უახლოვდება ან შორდება მას. სხივები, რომლებიც შედიან უფრო მკვეთრი კუთხით, გამოდიან უფრო ბლაგვი კუთხით და პირიქით. კამერის ობიექტივი იჭერს ყველა არეკლილი სინათლის სხივებს და იყენებს მინას, რომ გადამისამართოს მათ ერთ წერტილზე, რაც ქმნის მკვეთრ სურათს. საერთო "მოხრის კუთხე" ნებისმიერ მოცემულ წერტილში უცვლელი რჩება.

თუ შუქი ფოკუსირებულია, სურათი ბუნდოვანი ან ფოკუსირებული იქნება. არსებითად, ლინზის მოხრა ზრდის მასზე სხვადასხვა წერტილებს შორის მანძილს. უფრო ახლო წერტილიდან სხივები უფრო შორს იყრის თავს ლინზებს, ვიდრე ერთი უფრო შორს. ანუ, უფრო ახლო ობიექტის რეალური გამოსახულება იქმნება ლინზიდან უფრო შორს, ვიდრე უფრო შორიდან. მთლიანი "მშვილდის კუთხე" განისაზღვრება ლინზის სტრუქტურით. კამერის ლინზა ბრუნავს ფოკუსირებისთვის ფილმის ან სენსორის ზედაპირიდან უფრო ახლოს ან დაშორებით. უფრო მრგვალი ფორმის ლინზას ექნება გამრუდების უფრო მკვეთრი კუთხე. ეს ზრდის იმ დროს, როდესაც სინათლის ტალღის ერთი ნაწილი მოძრაობს უფრო სწრაფად, ვიდრე მეორე ნაწილი, ამიტომ შუქი უფრო მკვეთრ ბრუნავს. შედეგად, ფოკუსირებული რეალური გამოსახულება იქმნება ლინზიდან უფრო შორს, როდესაც ლინზს უფრო ბრტყელი ზედაპირი აქვს.

ზომალინზა და ფოტო ზომა

როგორც იზრდება მანძილი ლინზასა და რეალურ სურათს შორის, სინათლის სხივები ფართოვდება და ქმნის უფრო დიდ სურათს. ბრტყელი ლინზა ასახავს დიდ სურათს, მაგრამ ფილმი მხოლოდ გამოსახულების შუაშია. არსებითად, ობიექტივი ორიენტირებულია კადრის შუაში, ადიდებს მაყურებლის წინ მცირე ადგილს. როდესაც შუშის წინა ნაწილი შორდება კამერის სენსორს, ობიექტები უფრო უახლოვდება. ფოკუსური მანძილი არის მანძილის გაზომვა, სადაც სინათლის სხივები პირველად მოხვდა ლინზასა და სად აღწევს კამერის სენსორს შორის. პროფესიონალური კამერები საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ სხვადასხვა ლინზები, სხვადასხვა გადიდებით. გადიდების ხარისხი აღწერილია ფოკუსური მანძილით. კამერებში ის განისაზღვრება, როგორც მანძილი ლინზსა და შორ მანძილზე არსებული ობიექტის რეალურ სურათს შორის.

განსხვავებები ლინზებს შორის

ფოკალური მანძილების მეტი რაოდენობა მიუთითებს გამოსახულების უფრო დიდ გადიდებაზე. სხვადასხვა ლინზები შესაფერისია სხვადასხვა სიტუაციებისთვის. თუ მთის ქედზე გადაიღეთ, შეგიძლიათ გამოიყენოთ განსაკუთრებით დიდი ფოკუსური სიგრძის ობიექტივი. ისინი საშუალებას გაძლევთ ფოკუსირება მოახდინოთ დისტანციურ გარკვეულ ელემენტებზე. თუ თქვენ გჭირდებათ ახლო ხედის პორტრეტის გადაღება, მაშინ ფართო კუთხის ლინზა გამოდგება. მას აქვს ბევრად უფრო მოკლე ფოკუსური მანძილი, ამიტომ ის აკუმშებს სცენას ფოტოგრაფის წინ.

ქრომატული აბერაცია

კამერის ობიექტივი არის რამდენიმე ლინზა გაერთიანებული ერთ ბლოკად. შეიძლება ჩამოყალიბდეს ერთი კონვერტაციული ლინზარეალური გამოსახულება ფილმზე, მაგრამ ის დამახინჯდება რიგი აბერაციებით. დამახინჯების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი არის ის, რომ სპექტრის სხვადასხვა ფერები განსხვავებულად იღუნება, როდესაც ისინი მოძრაობენ ობიექტივში. ეს ქრომატული აბერაცია არსებითად ქმნის სურათს, სადაც ტონები სწორად არ არის გასწორებული. კამერები ამას ანაზღაურებენ სხვადასხვა მასალისგან დამზადებული მრავალი ლინზის გამოყენებით. თითოეული ლინზა ფერებს განსხვავებულად ამუშავებს და როდესაც ისინი გარკვეული გზით არის შერწყმული, ფერები იცვლება. ზუმ ლინზას აქვს ლინზის სხვადასხვა ელემენტების წინ და უკან გადაადგილების უნარი. ცალკეულ ლინზებს შორის მანძილის შეცვლით, შეგიძლიათ მთლიანად დაარეგულიროთ ლინზის გადიდების ძალა.

ფილმის და გამოსახულების სენსორები

მოწყობილობა და კამერის მუშაობის პრინციპი ასევე დაკავშირებულია მედიაზე ინფორმაციის ჩაწერასთან. ისტორიულად, ფოტოგრაფებიც ერთგვარი ქიმიკოსები იყვნენ. ფილმი შედგება ფოტომგრძნობიარე მასალებისგან. როდესაც ამ მასალებს ლინზების შუქი ეცემა, ისინი იჭერენ საგნების ფორმას და დეტალებს, მაგალითად, რამდენად დიდი სინათლე მოდის მათგან. ბნელ ოთახში, ფილმი შემუშავდა, დაექვემდებარა ქიმიური აბაზანების სერიას გამოსახულების შესაქმნელად. სენსორით კამერის მუშაობის პრინციპი გარკვეულწილად განსხვავდება კინოკამერის მუშაობისგან. მიუხედავად იმისა, რომ ლინზები, მეთოდები და ტერმინები იგივეა, ციფრული კამერის სენსორი უფრო მზის პანელს ჰგავს, ვიდრე ფირის ზოლს. თითოეული სენსორი დაყოფილია მილიონობით წითელ, მწვანე და ლურჯ პიქსელად ან მეგაპიქსელად. როდესაც სინათლე პიქსელს ხვდება, სენსორი მას ენერგიად გარდაქმნის, ხოლო კამერაში ჩაშენებული კომპიუტერი კითხულობს ენერგიის რაოდენობას.იწარმოება.

რატომ მნიშვნელოვანია მეგაპიქსელი

კამერის სენსორის მუშაობის მეთოდი არის იმის გაზომვა, თუ რამდენი ენერგია აქვს თითოეულ პიქსელს და საშუალებას აძლევს მას განსაზღვროს გამოსახულების რომელი სფეროებია ნათელი და მუქი. და იმის გამო, რომ თითოეულ პიქსელს აქვს ფერის მნიშვნელობა, კამერის კომპიუტერს შეუძლია შეაფასოს ფერები სცენაზე, ნახოს რა სხვა მიმდებარე პიქსელებია რეგისტრირებული. ყველა პიქსელიდან ინფორმაციის გაერთიანებით, კომპიუტერს შეუძლია მიახლოებით დააფიქსიროს გადაღებული ობიექტის ფორმები და ფერები. თუ თითოეული პიქსელი აგროვებს სინათლის ინფორმაციას, მაშინ კამერის სენსორებს მეტი მეგაპიქსელით შეუძლიათ მეტი დეტალის გადაღება.

სწორედ ამიტომ მწარმოებლები ხშირად აცხადებენ მეგაპიქსელიანი კამერების რეკლამას კამერის მუშაობის მოკლე განმარტებით. მიუხედავად იმისა, რომ ეს გარკვეულწილად მართალია, სენსორის ზომა ასევე მნიშვნელოვანია. უფრო დიდი სენსორები შეაგროვებენ მეტ შუქს, რაც დაგეხმარებათ მიიღოთ უკეთესი გამოსახულების ხარისხი დაბალ განათებაში. ბევრი მეგაპიქსელის პატარა სენსორში შეფუთვა რეალურად ამცირებს სურათის ხარისხს, რადგან ინდივიდუალური პიქსელები ძალიან მცირეა. 50 მმ ლინზის სტანდარტული ლინზა არ იძლევა დიდ მასშტაბირებას ან შემცირებას, რაც მას იდეალურს ხდის არც ისე ახლოს ან ძალიან შორს მყოფი საგნებისთვის.

როგორ მუშაობს Polaroid

პორტატული ფოტოსტუდია, რომელიც იღებს თითქმის მყისიერ სურათებს, დიდი ხნის ოცნება იყო. სანამ არ იყო უჩვეულო კამერა, რომელიც საშუალებას მოგცემთ არ დაელოდოთ კვირით ამობეჭდვასსურათები. ედვინ ლენდმა შექმნა პირველი Polaroid კამერა. მას ჰქონდა იდეა მყისიერი ფოტოგრაფიისთვის და კოდაკს სთხოვა დაფინანსება. მაგრამ კომპანიამ ეს ხუმრობად მიიღო და მხოლოდ მას დასცინოდა. ედვინ ლენდი სახლში წავიდა და ფულის შესაგროვებლად სხვა პროექტებზე დაიწყო მუშაობა. მან შექმნა Polaroid Lens და შემდეგ გამოიგონა თავისი ცნობილი პორტატული ფოტოსტუდია.

პოლაროიდის კამერის მუშაობის პრინციპი მსგავსია ჩვეულებრივი კინოკამერის მუშაობის მექანიზმისა, რომლის შიგნით იყო პლასტმასის ბაზა დაფარული ვერცხლის სინათლისადმი მგრძნობიარე ნაერთის ნაწილაკებით. ფოტოსურათის თითოეულ ცარიელს აქვს იგივე სინათლისადმი მგრძნობიარე ფენები, რომლებიც განთავსებულია პლასტმასის ფურცელზე. ისინი შეიცავს ყველა საჭირო ქიმიურ ნივთიერებას ფოტოს შესაქმნელად. თითოეული ფერადი ფენის ქვეშ არის კიდევ ერთი, საღებავით. საერთო ჯამში, ბარათზე არის 10-ზე მეტი სხვადასხვა ფენა, მათ შორის გაუმჭვირვალე ბაზის ფენა, რომელიც არის ცარიელი ქიმიური რეაქციისთვის. კომპონენტი, რომელიც იწყებს პროცესს, არის რეაგენტი, დეაქტივატორების ნარევი, ტუტე, თეთრი პიგმენტი და სხვა ელემენტები. ის არის ფენაში, რომელიც მდებარეობს ფოტომგრძნობიარე ფენების ზემოთ და სურათის ფენის ქვემოთ.

პოლაროიდის კამერის მუშაობის პრინციპია, რომ სურათის გადაღებამდე მთელი რეაგენტის მასალა გროვდება ბურთის სახით პლასტმასის ფურცლის საზღვარზე, ფოტომგრძნობიარე მასალისგან მოშორებით. ღილაკზე დაჭერის შემდეგ, ფილმის კიდე გამოდის კამერიდან წყვილი ლილვაკის მეშვეობით, რომლებიც ანაწილებენ რეაგენტის მასალას ცენტრში.ჩარჩო. როდესაც რეაგენტი ნაწილდება გამოსახულების ფენასა და ფოტომგრძნობიარე ფენებს შორის, ის რეაგირებს სხვა ქიმიურ ელემენტებთან. გაუმჭვირვალე მასალა ხელს უშლის სინათლის გაფილტვრას ქვემო ფენებში, ამდენად, ფილმი ბოლომდე არ არის გამოფენილი განვითარებამდე.

ქიმიკატები ქვევით მოძრაობენ ფენების გავლით და თითოეული ფენის ღია ნაწილაკებს მეტალის ვერცხლად აქცევს. შემდეგ ქიმიკატები ხსნიან დეველოპერულ საღებავს, ასე რომ, ის იწყებს შეღწევას გამოსახულების ფენაში. მეტალის ვერცხლის უბნები თითოეულ ფენაში, რომლებიც ექვემდებარებოდა შუქს, იჭერს საღებავებს, ასე რომ ისინი წყვეტენ მაღლა სვლას. მხოლოდ გაუმჟღავნებელი ფენების საღებავები გადავა სურათის ფენაზე. შუქი, რომელიც ასახავს თეთრი პიგმენტს რეაგენტში, გადის ამ ფერად ფენებში. ფილმის მჟავე ფენა რეაგირებს რეაგენტში არსებულ ტუტეებთან და დეაქტივატორებთან, რაც იწვევს გამოსახულების თანდათანობით განვითარებას. მას სჭირდება სინათლე, რომ სრულად განვითარდეს და, როგორც წესი, ფოტოგრაფი ამოიღებს ბარათს და ხედავს საბოლოო ქიმიას, რომელიც ჩართულია ფილმის შემუშავებაში.