Фотографическая аппаратура, оптика и принадлежности

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ 

ДАГЕСТАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Факультет права и таможенного  дела

Кафедра судебной экспертизы и криминалистики 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

по  дисциплине: Судебная фотография

на  тему: Фотографическая аппаратура, оптика и принадлежности 
 
 
 

       Выполнил: Студент 3-го курса  группы П-931 Махмудов Х.Р.
  Руководитель: ст. преподаватель  кафедры «СЭиК» Бедьятов А.К.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оглавление 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

 
 

     Фотография  стала одним из первых методов, широко и органически воспринятых криминалистикой и творчески приспособленных к своеобразным условиям исследования вещественных доказательств.1

     Понятие «фотография» объединяет все существующие методы и технологии. Известны, например, галогенидосеребряная фотография, в основе которой лежит светочувствительность солей серебра; фотография, основанная на светочувствительности железных, хромовокислых солей; электрография (ксерография), голография, цифровая фотография и т. д. Общим для них является то, что информация об объекте сообщается регистрирующему слою с помощью световой энергии. Все эти методы основаны на использовании явления фотоэффекта, при котором происходят изменения в веществе под действием света (изменение цвета, возникновение фототока и т. п.).2

     По  мере развития фотографии было создано  большое количество различных конструкций  и вспомогательных механизмов для получения изображений. Основное устройство — фотографический аппарат, сокращённо «фотоаппарат» или «фотокамера», и принадлежности к нему.3

     Данная  курсовая работа посвящена подробному рассмотрению и изучению именно фотографической  техники и иных принадлежностей, имеющих важное значение при производстве фотосъемки.

     Нами  была предпринята попытка решить следующие задачи:

    • рассмотреть основные сведения о фотографической аппаратуре, ее классификацию;
    • рассмотреть основные сведения о фотографической оптике;
    • рассмотреть некоторые виды дополнительных фотографических принадлежностей.

     Объектом  данного исследования является фотографическая  аппаратура, применяемая оптика и  некоторые виды дополнительных принадлежностей.

      Предметом курсовой работы является рассмотрение устройства цифровой фотографической аппаратуры, оптики и принадлежностей, их технических характеристик и классификации.

     В главе №1 нами рассматриваются исторические этапы развития фотографической  техники.

     Во  второй главе рассматривается устройство и классификация фотоаппаратов.

     В третьей главе мы постарались  изучить устройство и некоторые  технические характеристики фотографической  оптики.

     В четвертой главе нами рассматриваются  некоторые виды дополнительных фотографических  принадлежностей.

     При написании данной работы использованы такие источники как: Судебная фотография и видеозапись: - В.А. Зотчев, В.Г. Булгаков, А.А. Курин; Судебная фотография: учебник для вузов - С.В. Душеин, А.Г. Егоров; Криминалистика - Ищенко Е.П., Топорков А. и др. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1: История развития фотографической  техники.

 
 

     Открытию  фотографии способствовало естественное стремление человека заменить трудоемкую работу рисования более простым  способом - получением стабильного оптического изображения на бумаге. Как получать оптическое изображение с помощью примитивного аппарата – камеры-обскуры известно давно. Об этом упоминает Аристотель 350 лет до новой эры. Уже в ХI веке она использовалась для наблюдения за солнечным затмением. Ее описание дано в работах Леонардо да Винчи. Не были известны средства закрепления изображения.4

     В начале XIX века Жозефом Ньепсом был изобретен способ сохранения изображения, полученного в камере-обскуре. Падающий свет по его методу обрабатывался асфальтовым лаком на стеклянной поверхности. Под воздействием лучей света данный слой менял свою форму и на нем появлялось изображение. Таким образом, впервые картина создавалась не художником, а падающими лучами света в преломлении.

     Далее, фотографом из Англии Т. Сэттоном был изобретен первый фотоаппарат с цельным зеркальным объективом. Принцип его работы  состоял в том, что на штативе крепился крупный ящик со светонепроницаемой крышкой, но через которую было возможно вести наблюдение. Объектив фокусировался на стекле, где с помощью зеркал формировалось изображение.

     В 1889 г. Джорджем Истменом впервые была запатентована фотопленка, а вскоре, фотокамера "Кодак", сконструированная специально для фотопленки. В дальнейшем "Kodak" стал брэндом одной из крупней компании.

     В 1963 г. переворот в печать фотографий внесли фотокамеры "Polaroid", которые давали возможность печатать фотографию мгновенно после полученного снимка одним нажатием. Всего лишь нужно было подождать несколько минут, чтобы на пустом отпечатке появились контуры изображений, а затем проступала целиком цветная фотография хорошего качества. Еще последующие 30 лет универсальные фотоаппараты Polaroid станут занимать ведущие места в истории фото, чтобы уступить эпохе цифровой фотографии.5

     Прототип  цифрового фотоаппарата был изобретен в 1975 году инженером компании Kodak Стивом Сассоном. Им была изобретена первая работающая камера на ПЗС-матрице Fairchild. Камера имела огромный вес и позволяла записывать снимки размером 100x100 пикселей на магнитную кассету (один кадр записывался 23 секунды).

     Первой настоящей цифровой камерой по праву считается Dycam Model 1, известная также под именем Logitech FotoMan FM-1. Их слабые характеристики едва ли позволяли профессионалам рассматривать это устройство всерьез. Так или иначе, начало было положено, и в данном направлении начало работать большое количество серьезных производителей и разработчиков.6

     Несмотря  на то, что к концу 90-х годов  цифровые фотокамеры завоевали сердца большинства покупателей, профессиональные фотографы не стремились переходить на «цифру». Дело в том, что производители до 2001 года сосредотачивались в основном на компактных камерах, не затрагивая профессиональный рынок, для которого требовалось более высокое качество фотоаппаратов. 

     Как видим, на сегодняшний день у каждого  крупного производителя фототехники имеется в наличии как минимум несколько зеркалок различных классов (любительские, полу-, профессиональные, полноформатные). Разобраться в этом многообразии зачастую очень непросто. Что же касается компактных камер, они тоже продолжают совершенствоваться — причем не столько по характеристикам матрицы, сколько по удобству использования. Производители оснащают свои устройства дополнительными функциями, превращающими простой фотоаппарат в «разумное» устройство, практически не требующее вмешательства в фотопроцесс со стороны владельца.7

Глава 2: Фотографическая техника.

2.1 Устройство фотоаппаратов.

 

     Цифровые фотоаппараты как внешне, так и по органам управления очень схожи с аналоговыми моделями фотоаппаратов. Различаются они как правило своей внутренней «начинкой», технологиями фиксации и последующей обработки изображения.

     Основными элементами любого цифрового фотоаппарата являются:

    • матрица;
    • объектив;
    • затвор;
    • видоискатель;
    • процессор;
    • карта памяти;
    • стандартные разъемы и интерфейсы.

      Основной  элемент любой цифровой фотокамеры — матрица. Именно от нее в наибольшей степени зависит качество получаемого изображения.

      CMOS-матрицы  относительно дёшевы. Это обусловлено тем, что они производятся по стандартным полупроводниковым технологиям. Шумы таких матриц чаще всего гораздо выше, чем у CCD. В настоящее время большинство моделей фотоаппаратов оснащаются ПЗС-матрицами. ПЗС — прибор с зарядовой связью, показывает то, что электрический заряд считывается методом сдвига от одного элемента матрицы к другому. Далее напряжение усиливается и подается на аналого-цифровой преобразователь, после чего уже в цифровой форме поступает для последующей обработки в процессор фотокамеры.

      Объектив фотоаппарата является одним из важнейших его узлов. Более подробно объективы будут рассматриваться во второй главе данной курсовой работы.

      Затвор фотокамеры - устройство, используемое для перекрытия светового потока, проецируемого объективом на матрицу.8

      Цифровые  фотоаппараты оснащаются электрическим  затвором. Принцип действия затвора сохранился таким же, как в аналоговых фотоаппаратах. В профессиональных фотоаппаратах часто встречаются два затвора – электрический и механический. Механический затвор служит для предотвращения попадания на матрицу света после окончания времени выдержки. Применение такой технологии позволяет избежать появления ореола и смазывания.

      По  расположению в камере затворы подразделяют на межлинзовые, залинзовые, фронтальные и фокальные. По конструкции они делятся на дисковые; лепестковые; веерные, ламельные; затворы-жалюзи и др.

      Видоискатель  или визирное устройство – элемент фотоаппарата, который показывает границы будущего снимка. Так же он отображает параметры резкости изображения и др. параметры съемки.

      Видоискатели  подразделяются на рамочные, оптические и электронные.

      Рамочные  видоискатели использовались в простейших старинных камерах. Они не содержат неплоских оптических поверхностей.

      Оптические  видоискатели состоят только из оптических и механических элементов. Они подразделяются на оптические параллаксные и зеркальные.

      Первый  представляет собой конструкцию из нескольких линз и располагается рядом с объективом. Изменение масштаба изображения происходит за счет изменения расстояния между линзами объектива. Такие же перемещения линз должны происходить и в оптическом видоискателе камеры. По этой причине он выполнен совмещен с объективом камеры.  Такой видоискатель не потребляет электроэнергию, изображение в нем всегда хорошо различимо.

      На  задней панели фотоаппаратов, оснащенных электронным видоискателем имеется жидкокристаллический монитор. Таким видоискателем оснащается большинство современных фотоаппаратов. Во время съемки на данном мониторе отображается текущее изображение. Кроме изображения на нем могут отображаться параметры съемки, вспомогательные линии кадрирования, гистограмма и другая полезная информация.

      Зеркальный  видоискатель совмещает в себе достоинства всех других типов. Визирование осуществляется через объектив фотоаппарата, а значит, изображение максимально соответствует тому, которое получается на фотографии. ЖК-табло отображает важные параметры съемки в видоискателе и потребляет очень мало электроэнергии. Однако при этом конструкция видоискателя усложняется и получается немного громоздкой. Поэтому подобные видоискатели - принадлежность профессиональных камер со сменной оптикой. 9

   Функциями, выполняемыми процессорами цифровых фотоаппаратов являются:

    • управление работой затвора;
    • управление объективом в автоматическом и ручном режимах съёмки;
    • выбор баланса белого, измерение освещённости объекта, определение экспопары, выбор цветовой температуры и т. п.;
    • управление работой вспышки;
    • управление брекетингом — возможностью серийной съёмки (обычно сериями по 3 или 10 кадров) с разными настройками фотоаппарата;
    • управление специальными эффектами из имеющегося набора (сепия, чёрно-белая съёмка, устранение эффекта красных глаз и др.);
    • формирование и выдачи на дисплей информации о выбранных режимах съёмки, настройках, самого изображения и т. п.10

2.2  Классификация фотоаппаратов.

 
 

     Цифровые  фотоаппараты делятся по разным основаниям. По наиболее общим из них они делятся на: фотоаппараты со встроенной оптикой и фотоаппараты со сменной оптикой.

    Фотоаппараты  со встроенной оптикой подразделяются на:

    • компактные («мыльница») - имеют малые размеры и вес, это приводит к снижению качества получаемого изображения;
    • сверхкомпактные – у устройств такого класса часто отсутствуют видоискатель и  экрана;
    • встроенные в другие устройства;
    • псевдозеркальные — внешним видом напоминают зеркальную камеру, и кроме жидкокристаллического дисплея, оснащены электронным видоискателем;
    • полузеркальные — аппараты, которые оснащены наводкой по матовому стеклу через съёмочный объектив, но он несъемен;
 

    Фотоаппараты  со сменной оптикой:

    • цифровые зеркальные фотоаппараты – в оптическую систему видоискателя таких аппаратов входит зеркало, которое перенаправляет световой пучок в окуляр или на матовое стекло;
    • цифровые дальномерные фотоаппараты – для наводки на резкость в таких фотоаппаратах используется оптический дальномер;
    • цифровые беззеркальные фотоаппараты – схожи по своему устройству с зеркальными фотоаппаратами, но в них отсутствует подвижное зеркало.

Глава 3: Фотографическая оптика.

 

     Важной  частью любого фотоаппарата является объектив. Он формирует оптическое изображение фотографируемого объекта на светочувствительном материале или матрице (сенсоре). От степени его совершенства, а также от профессиональных навыков фотографа зависит качество получаемого изображения. Умелое обращение с объективом возможно лишь при условии знания его характеристик. По ним определяют совместимость объектива при работе с данной фотокамерой, выбирают сменные объективы для конкретных случаев съемки, получают изображение с заданными параметрами качества, решают многие другие вопросы. Знание устройства и характеристик фотографических объективов повышает оперативность съемки, увеличивает диапазон проводимых специалистами работ.

     Так, на местах происшествий специалисту-криминалисту постоянно приходится работать при разной освещенности (высокой, средней, низкой), фотографировать объекты, находящиеся как на небольших расстояниях от точки съемки, так и расположенные в пределах до фотографической бесконечности. Перед съемкой необходимо подобрать объективы, отвечающие данным случаям съемки; определить основные ее параметры: экспозицию (выдержку и диафрагму), расстояние до точки фокусирования для получения глубины резко передаваемого пространства в необходимых пределах. Для успешной работы выбор этих параметров должен быть отработан до автоматизма.11

3.1 Устройство объективов

 

     Объектив фотоаппарата представляет собой набор линз, заключенных в корпус, предназначенный для формирования резкого изображения на поверхности светочувствительного сенсора (матрицы).

     В фокальной плоскости объектива  фотоаппарата расположен светочувствительный  сенсор. Если в камере применяется  шторный (ламельный) затвор, то он устанавливается  непосредственно перед фокальной  плоскостью рядом с сенсором.

     Центральные затворы устанавливают в оправе объектива между линзами (междулинзовый центральный затвор), либо за задней линзой объектива (залинзовый центральный затвор). В цифровых фотоаппаратах чаще всего применяется междулинзовый затвор.12

     Еще одной неотъемлемой частью современных объективов является стабилизатор изображения. Стабилизаторы изображения делятся на два типа – оптические и электронные (цифровые).

     В оптическом стабилизаторе применяется целая система, которая встраивается в объектив. Она состоит из отклоняющей линзы, подвижного тубуса, двигателя, перемещающего линзу в вертикальной плоскости и гироскопа, удерживающего линзу в строго горизонтальном положении при перемещениях фотоаппарата. Как только электроника фотоаппарата фиксирует движение камеры, отклоняющая линза компенсирует эти перемещения, отклоняя световые лучи таким образом, что сфокусированное изображение на поверхности сенсора остается неподвижным. Электронный стабилизатор воздействует не на оптику, а на сенсор фотоаппарата, перемещая его в вертикальной плоскости таким образом, чтобы сфокусированное объективом изображение оставалось неподвижным.13

     При электронной (цифровой) стабилизации примерно 40 % пикселей на матрице участвуют в стабилизации изображения, но  не участвует в формировании картинки. Такая система стабилизации широко применяется в аппаратах с небольшими матрицами. Качество изображений, полученных данным способом гораздо ниже, чем при оптической стабилизации.

3.2 Технические характеристики  объективов.

     К основным конструктивным характеристикам фотообъективов относятся: фокусное расстояние; геометрическое относительное отверстие; угол поля зрения и угол поля изображения. Основные фотометрические характеристики включают в себя эффективное относительное отверстие и светосилу. Качество изображения определяет такая характеристика, как разрешающая способность.

     Фокусным  расстоянием называется расстояние от задней оптической плоскости объектива до плоскости, где фокусируются лучи света, входящие в объектив параллельным пучком. Фокусное расстояние принято указывать на оправе объектива в миллиметрах.

     Соотношение величин фокусного расстояния и диагонали кадра определяет следующую классификацию фотообъективов:

      • нормальные — фокусное расстояние примерно равно по величине диагонали кадра;

      • короткофокусные — фокусное расстояние меньше диагонали кадра;

      • длиннофокусные и телеобъективы — фокусное расстояние больше диагонали кадра.14

      Обычно  фокусное расстояние гравируется на самом объективе. Указывается оно в таком виде: 7.4-22.2 mm. Чем меньше первая цифра, тем больше угол обзора при минимальном зуме. Второе число указывает на максимальную возможность масштабирования объекта, т.е. максимальный зум.

     Светосила – это способность объектива создавать определенный уровень освещенности в плоскости изображения. При сопоставлении светосил двух объективов сравнивают квадраты их относительных отверстий.

      Сведения  о светосиле так же указываются  на объективе. К примеру - 1:2,8-4,7. В данном случае при минимальном зуме минимальная диафрагма будет 2.8, а при максимальном - минимальная диафрагма будет составлять 4.7. Чем меньше данная цифра, тем больше светосила объектива.

      Еще одним немаловажным параметром объектива  является его разрешающая способность.

      Разрешающая способность — способность объектива измерять линейное или угловое расстояние между близкими объектами, показывать раздельно близко расположенные объекты.

      Разрешающая способность объектива оценивается  по количеству воспроизводимых штрихов на 1 мм изображения, которое тот способен спроецировать на фоточувствительный элемент (плёнку или матрицу цифровой камеры). Само собой разумеется, что при этом снимаемый объект находится в фокусе, а не в зоне резкого изображения для данного объектива. 15

     Относительное отверстие объектива характеризуется отношением диаметра объектива к фокусному расстоянию. Изменение данной характеристики осуществляется с помощью диафрагмы, которая находится внутри объектива. Значение диафрагмы устанавливается либо вручную (в неавтоматических и полуавтоматических камерах), либо механизмом привода (в автоматических камерах).  

3.3 Типы объективов. Их классификация

 

     Объективы классифицируются по широкому кругу оснований, таких как: по конструкции (оптической схеме), виду применяемой оптической (аберрационной) коррекции, диапазону значений фокусного расстояния, углу поля зрения (фокусному расстоянию), назначению.

     По  типу своей конструкции объективы  подразделяются на:

    • монокли — такие объективы являются самыми простыми и состоят из одной собирающей линзы;
    • перископы – чуть более сложные по строению, симметричные объективы, состоящие из двух собирающих линз;
    • триплеты – состоят из трех линз: двух собирающих и одной рассеивающей между ними;
    • телеобъектив — расстояние от передней оптической поверхности до задней фокальной плоскости таких объективов меньше фокусного расстояния.
 
 

По виду применяемой оптической коррекции они делятся на:

    • ахроматы — объектив с минимальной хроматической аберрацией;
    • апланаты — симметричный объектив, состоящий из двух ахроматических линз;
    • анастигматы — объектив, у которого значительно уменьшен астигматизм и все остальные аберрации. Практически все современные массово производящиеся фотографические объективы — анастигматы;
    • апохроматы — анастигмат, у которого лучше устранена хроматическая аберрация.
 

Существенное значение имеет назначение объектива. По данному основанию объективы различают: 

    • портретные  объективы – предназначены для  съемки портретных снимков и дают мягкое изображение без геометрических искажений;
    • макрообъективы – применяются для проведения макросъемки, т.е. съемки объектов с минимального расстояния, в масштабе вплоть до 1:1;
    • длиннофокусные объективы —используются для съёмки удалённых объектов;
    • репродукционные объективы — используется при проведении репрографической съемки; обладает минимальными геометрическими искажениями, и минимальной кривизной поля изображения.
 
 

      Широко  применяется классификация фотографических  объективов по углу поля зрения или по фокусному расстоянию:  

  • Сверхширокоугольные объективы — угол поля зрения такого объектива равен 83° и более, а фокусное расстояние меньше малой стороны кадра.
  • Широкоугольный объектив  — объектив, угол поля зрения которого составляет от 52° до 82° включительно, фокусное расстояние которого меньше широкой стороны кадра. Используется для производства съемки в ограниченном пространстве;
  • Нормальные объективы — объектив, у которого фокусное расстояние примерно равно диагонали кадра и угол поля зрения составляет от 40° до 51° включительно (часто около 45°).
  • Портретные объективы;
  • Длиннофокусные объективы — объективы, фокусное расстояние которых значительно больше диагонали кадра. Угол поля зрения от 10° до 39° включительно. Используется для съёмки удаленных предметов.
  • Сверхдлиннофокусные объективы — угол поля зрения такого объектива равен или менее 9°
  • Вариобъективы – объективы с изменяемым фокусным расстоянием.