Цифровые фотоаппараты. 3

 

 

 

 

 

 

Реферат

на тему:«Цифровые фотоаппараты»

по дисциплине «ПЭ»

 

 

 

 

 

Содержание:

Введение 3

1. Фотосенсор 4

1.1. Размер фотосенсоров и угол изображения 4

1.2. Формат кадра 4

2. Устройство цифрового фотоаппарата 5

3. Виды цифровых фотоаппаратов 10

3.1. Цифровые фотоаппараты со встроенной оптикой 10

3.2. Зеркальные фотокамеры 10

3.3. Среднеформатные и прочие профессиональные цифровые камеры 11

3.4. Цифровые задники 11

4. Параметры цифрового фотоаппарата 12

4.1. Количество и размер пикселей матрицы 12

4.2. Видоискатели 12

5. Форматы файлов13

6. Носители данных 13

7. Достоинства и недостатки цифровой фотографии 14

7.1. Основные преимущества цифровой фотографии 14

7.2. Основные недостатки цифровой фотографии 14

8. Фотоаппарат Nikon D530015

9. Технические характеристики17

10. Основные особенности  фотоаппарата Nikon D530025

Литература29

 

 

 

Введение

Цифровая фотография — фотография, результатом которой является изображение в виде массива цифровых данных — файла, а в качестве светочувствительного материала применяется электронное устройство — матрица.

Изображение, представленное в цифровом виде, предназначено для дальнейшей обработки на компьютере (или на другой цифровой технике). Поэтому цифровая фотография часто относится к области информационных технологий.

Помимо собственно цифрового оборудования, в сферу цифровой фотографии оказываются традиционно включены:

• Аналоговые компоненты цифровых аппаратов (например, матрица содержит аналоговые части);

• Теле- и видеокамеры, некоторые факсимильные и копирующие аппараты, использующие для получения изображения твердотельные матрицы, но передающие и записывающие аналоговый сигнал;

• Некоторые исторические модели фототехники, например Sony Mavica, записывающие аналоговый сигнал.

Достижения в области технологий и производства фотосенсоров, оптических систем позволяют создавать цифровые фотокамеры, которые вытесняют плёночную фототехнику из большинства сфер применения. Кроме того, создание встроенных в сотовые телефоны, карманные компьютеры цифровых миниатюрных фотоаппаратов создало новые сферы применения фотографии.

 

1. Фотосенсор

Цифровая фотография начинается с момента создания и внедрения Фотосенсора или Фотодатчика — светочувствительного устройства, состоящего из матрицы и аналого-цифрового преобразователя.

1.1. Размер фотосенсоров  и угол изображения

Рис.1. Сравнение размеров матриц цифровых фотокамер и 35-мм плёнки

Размеры матриц большинства цифровых фотоаппаратов по размеру меньше стандартного кадра 35-мм плёнки. В связи с этим возникает понятие эквивалентного фокусного расстояния и кроп-фактора.

1.2. Формат кадра

В большинстве цифровых фотоаппаратов соотношение сторон кадра равно 1,33(4:3), равное соотношению сторон большинства старых компьютерных мониторов и телевизоров. В плёночной фотографии используется отношение сторон 1,5(3:2). В основном все цифровые зеркальные фотоаппараты с размерами фотосенсоров до 24х36 мм выпускаются с рабочими отрезками фотообъективов зеркальных плёночных фотоаппаратов этого класса, что позволяет использовать старую оптику, рассчитанную на это поле. Это вызвано прежде всего наличием прыгающего зеркала видоискателя, ограничивающего уменьшение рабочего отрезка объектива и автоматически сохраняет возможность применения (преемственность) ранее выпущенных объективов. Применение старой оптики в «цифрозеркалках» с матрицами, размерами меньших 24х36 мм, порой обеспечивают лучшую разрешающую способность объектива по площади кадра в силу неиспользования периферийной части изображения.

2. Устройство цифрового  фотоаппарата

Матрица

Основной элемент любой цифровой фото- или видеокамеры — матрица. От матрицы и объектива в наибольшей степени зависит качество получаемого изображения.

Матрица (иногда её называют сенсором) представляет собой полупроводниковую пластину, содержащую большое количество светочувствительных элементов, в подавляющем большинстве случаев сгруппированных в строки и столбцы.

В современных ЦФК наибольшее распространение получили матрицы двух типов: ПЗС (прибор с зарядовой связью, по-английски CCD — Charge-Coupled Device) и КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник, CMOS — Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor).

CMOS-матрицы для потребительских  фотоаппаратов относительно дёшевы, так как производятся по стандартным  полупроводниковым технологиям, однако  шумы таких матриц обычно гораздо  выше, чем у CCD. Поэтому в настоящее  время большинство моделей ЦФК (за исключением ряда профессиональных  и полупрофессиональных «зеркалок» Canon, Nikon и Sony и других, имеющих специальные схемы подавления шумов), оснащаются ПЗС-матрицами. Название ПЗС — прибор с зарядовой связью, отражает способ считывания электрического заряда методом сдвига от одного элемента матрицы к другому, постепенно заполняя буферный регистр. Далее напряжение усиливается и подается на АЦП (аналого-цифровой преобразователь), после чего уже в цифровой форме поступает для последующей обработки в процессор фотокамеры.

Объектив

Объектив цифровой камеры не претерпел кардинальных изменений по сравнению с объективами обычных фотокамер. Из-за меньших размеров сенсора, объективы цифровых камер (за исключением зеркальных камер, использующих те же объективы) имеют меньшие геометрические размеры.

Благодаря уменьшению относительно 35-мм плёнки размера матрицы, в камерах любительского уровня стало возможным использование оптических схем, ранее присущих только дорогим аппаратам

Затвор

Цифровые потребительские фотокамеры оснащены электронным эквивалентом затвора, который встроен в матрицу и выполняет работу, аналогичную механическому. В более дорогих камерах вмонтированы два затвора, и механический служит для предотвращения попадания на сенсор света после окончания времени выдержки, что позволяет избежать появления артефактов ореола, частично блюминга и смазывания.

В некоторых цифровых фотоаппаратах при нажатии клавиши затвора наполовину происходит срабатывание систем автоматики. Автофокус и система определения экспозиции фиксируют параметры съёмки и ждут полного нажатия. При полном нажатии клавиши спусковой кнопки

• в незеркальных цифровых аппаратах:

• механический затвор (при наличии) открывается,

• происходит сброс заряда в ячейках матрицы,

• механический затвор открывается на время экспонирования,

• механический затвор закрывается,

• происходит считывание кадра из матрицы,

• механический затвор открывается,

• матрица переходит в режим Live View;

• в зеркальном цифровом аппарате (без или при выключенном режиме Live View):

• поднимается зеркало и срабатывает «прыгающая» диафрагма,

• включается ранее выключенная матрица,

• открывается на время экспонирования механический затвор,

• закрывается механический затвор,

• опускается зеркало и открывается диафрагма,

• происходит считывание и обработка кадра из матрицы.

Видоискатели

Видоискатель — элемент фотоаппарата, показывающий границы будущего снимка и в некоторых случаях резкость и параметры съёмки. На бытовых цифровых фотоаппаратах в качестве видоискателя используются ЖК экраны (на зеркальных в режиме LiveView и на компактных камерах) и различные виды электронных и оптических видоискателей.

Процессор

Процессоры в цифровых фотоаппаратах выполняют следующие функции:

• 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.

Карта памяти

Карта памяти — носитель информации, который обеспечивает длительное хранение данных большого объёма, в том числе изображений, получаемых цифровым фотоаппаратом.

В ранних моделях цифровых фотоаппаратов использовались и иные носители информации, в том числе миниатюрные жесткие диски, дискеты, записываемые оптические и магнитооптические диски и т. п., вплоть до аудиокассет (в самом первом образце электронной фотокамеры фирмы «Кодак», использовавшей аналоговые способы обработки и сохранения изображений).

Разъёмы и интерфейсы

Внешний интерфейс подключения к компьютеру общего назначения имеется практически во всех цифровых камерах. На сегодня (2011) самым распространённым из них является USB. Также применяются специальные виды разъёмов для подключения к телевизору или принтеру. Появились первые модели фотокамер с беспроводными интерфейсами.

Выбор режимов работы

Диск режимов фотоаппарата — селектор режимов фотокамеры. Обычно находится на верхней панели камеры слева или справа. Реже, в основном на компактных камерах, на панели обращённой к фотографу. В некоторых цифровых камерах диск режимов отсутствует, а выбор режима съёмки осуществляется при помощи кнопок и меню.

Кнопка спуска

Элемент управления фотосъемкой, инициирующий последовательность получения кадра. Выполняется в виде кнопки либо на верхнем торце аппарата (компактные камеры), либо спереди и сбоку рукоятки в зеркальных фотоаппаратах. При нажатии фотокамера производит съемку и обработку кадра. Во многих моделях предусмотрено 2-ступенчатое нажатие (при нажатой наполовину срабатывают технологии автофокуса и экспокоррекции, при полном нажатии — производится съемка.)

Управление меню

Для настройки параметров в большинстве цифровых фотоаппаратов применяется интерфейс меню.

Во многих компактных фотоаппаратах имеются два меню: основное и «быстрое». Основное меню занимает весь объём экрана и предназначено для установки как непосредственно параметров съёмки, так и системных параметров аппарата (даты, времени и т. п.). «Быстрое» меню выводится поверх изображения в режиме съёмки и позволяет изменять непосредственно параметры съёмки, например, ISO, баланс белого, экспокоррекцию и т. п.

В цифровых зеркальных фотоаппаратах при отключённом режиме «Live View» на экране (если он включён) отображаются только параметры съёмки. Такой же интерфейс присутствует и в некоторых компактных камерах, например, в Canon PowerShot G11 в режиме «Быстрый снимок» (в этом режиме визирование возможно только с использованием оптического видоискателя).

  

3. Виды цифровых  фотоаппаратов

3.1. Цифровые фотоаппараты  со встроенной оптикой

 

3.2. Зеркальные  фотокамеры

Рис. 2. Принципиальная схема зеркального фотоаппарата

Цифровые зеркальные камеры (англ. DSLR) являются аналогом плёночных зеркальных камер и имеют сопоставимые размеры (меньшие за счёт отсутствия фильмового канала).

Своё название зеркальная камера получила благодаря зеркальному видоискателю (англ. TTL, Through The Lens), с помощью которого фотограф имеет возможность визировать сцену через объектив фотоаппарата.

 

3.3. Среднеформатные  и прочие профессиональные цифровые  камеры

Выпускаются также цифровые камеры бо́льших форматов, предназначеные для профессионального использования. Среди них есть как специализированные, например панорамные камеры, так и камеры больших стандартных форматов, например среднеформатные.

Для стандартных форматов, вместо полностью цифровых камер также с успехом применяются цифровые «задники».

3.4. Цифровые задники

Рис. 3. Цифровой задник Kodak DCS420

Цифровые «задники» применяются для переоборудования плёночных фотоаппаратов (обычно дорогих профессиональных зеркальных камер с наработанным набором сменных объективов). Они представляют собой устройства, содержащие светочувствительную матрицу или подвижный линейный сканер, процессор, память и интерфейс с компьютером. Цифровой задник устанавливают на фотоаппарат вместо кассеты с плёнкой. В некоторых случаях размер матрицы делают меньше размера кадра (например, 12×12 мм вместо 24×36 мм у «задника» Филипс (1990 г.). Современные (2008 г.) матричные цифровые задники содержат до 416 миллионов RGB-пикселей; переделанные таким образом камеры могут использоваться и как плёночные.

 

4. Параметры цифрового  фотоаппарата

Качество изображения, даваемого цифровым фотоаппаратом, складывается из многих составляющих, которых намного больше, чем в плёночной фотографии. В их числе:

• Тип фотосенсоров

• Габариты фотосенсоров

• Электронная схема считывания и оцифровки аналогового сигнала АЦП

• Алгоритм обработки и формат файлов, применяемый для сохранения оцифрованных данных

• Разрешение матрицы в Мпикс (количество пикселей)

4.1. Количество  и размер пикселей матрицы

В цифровых фотокамерах число физических пикселей является основным маркетинговым параметром и бывает от 0.1 (у вебкамер и встроенных камер) — до ~21 Мпикс. (У некоторых задников — до 420 Мпикс). В цифровых видеокамерах — до 6 Мпикс. Размеры пиксела в больших фотосенсорах составляют ~6-9 мкм, в малых — меньше ~6 мкм.

4.2. Видоискатели

• Прямой видоискатель

• Стеклянный глазок

• Светоделитель

• Электронный видоискатель EVF

• Шарнирное зеркало (Зеркальный видоискатель)

• ЖК видоискатель

 

5. Форматы файлов

• JPEG

• TIFF (в большинстве цифровых аппаратов применяется 8-bit TIFF, что не даёт выигрыша в глубине цвета)

• RAW (формат данных) — «сырой» набор оцифрованных данных с матрицы

• DNG от англ. Digital NeGative — «цифровой негатив», унифицированный RAW формат.

К изображениям дописывается дополнительная информация о параметрах съёмки в формате метаданных (например EXIF).

6. Носители данных

Большинство современных цифровых фотоаппаратов производят запись снятых кадров на Flash-карты следующих форматов:

• Secure Digital (SD)

• CompactFlash (CF-I, CF-II или Microdrive)

• Memory Stick (модификаций PRO, Duo, PRO Duo)

• Multimedia Card (MMC)

• SmartMedia

• xD-Picture Card (xD)

Также возможно подключение большинства камер напрямую к компьютеру, используя стандартные интерфейсы — USB и IEEE 1394 (FireWire). Ранее использовалось подключение через последовательный COM-порт.

 

 

7. Достоинства и недостатки цифровой фотографии

7.1. Основные преимущества цифровой фотографии

• Оперативность процесса съёмки и получения конечного результата.

• Огромный ресурс количества снимков.

• Большие возможности выбора режимов съёмки.

• Простота создания панорам и спецэффектов.

• Совмещение функций в одном устройстве, в частности, видеосъёмка в цифровых фотоаппаратах и, наоборот, фоторежим в видеокамерах.

• Уменьшение габаритов и веса фотоаппаратуры.

7.2. Основные недостатки цифровой фотографии

• Пикселизация, регулярная структура матрицы и фильтр Байера порождают принципиально другой характер шумов изображения, нежели аналоговые фотографические процессы. Это приводит к восприятию изображения, особенно полученного на пределе возможностей камеры, как более искусственного, не «природного».

• Ещё одной проблемой является уменьшение разрешающей способности фотосенсора главным образом в зависимости от его габаритов. В малых фотосенсорах, где высока плотность пикселей, имеет место смешивания зон генерации носителей из-за плотной упаковки их и др.

• Принципиальные трудности доказательства аутентичности цифровой фотографии, в связи с самой сутью цифровых технологий копирования файлов и обработки изображений.

• Преобладающее большинство матриц имеют небольшую фотографическую широту, что не позволяет без потери деталей снимать сюжеты с большим диапазоном яркости.

8. Фотоаппарат  Nikon D5300

Основные характеристики зеркальной камеры Nikon D5300 таковы: К-МОП матрица разрешения 24 Мегапикселей формата APS-C без низкочастотного фильтра; поворотный по двум осям несенсорный монитор с диагональю 3.2" и разрешением 1037000 точек, диапазон ISO 100–12800 (с расширением до ISO 25600); система 39-точечного автофокуса с 9 крестовыми датчиками; 2016-зонный экспозамер; серийная съемка до 5 кадров/сек (JPEG + 12-битный RAW) или до 4 кадр/сек (при 14-битном RAW); внутрикамерная обработка снимков (в том числе формата RAW), вынесенные на диск режимов отдельным положением эффекты обработки снимков; приемники инфракрасного дистанционного управления на передней и задней панели; режим «живого вида» с четырьмя типами автофокуса; видеосъемка Full HD (в разрешении до 1920x1080 при 60/50/25/24p кадрах в секунду) с ручным контролем за экспопараметрами и возможностью подключения внешнего стереомикрофона.

• У матрицы убран низкочастотный АА-фильтр.

• Диапазон ISO расширен до 12800, с расширением до 25600 (у D5200 штатный диапазон простирался до 6400, а расширенными значениями были 12800 и 25600).

• Улучшенный монитор – больше размер (3.2" против 3"), выше разрешение (1.037 Мточек против 0.921 Мточек). Соотношение сторон монитора теперь 3:2 (было 4:3).

• Режимы видеосъемки до Full HD 1080@60/50p, прогрессивная развертка (у D5200 было 1080@60/50i, чересстрочная развертка).

• Немного изменилось расположение органов управления. В частности, кнопка режимов затвора переместилась с верхней панели на левую грань камеры.

• Появились встроенные модули Wi-Fi и GPS.

• Слегка уменьшены габариты (125х98х76 мм против 129х98х78 мм).

• Также уменьшен вес камеры (480 грамм против 505 грамм).

 

Поворотный монитор остается особенностью зеркальных камер Nikon исключительно «пятитысячной» линейки – D5000, D5100, D5200 и теперь D5300. У младших «трехтысячных», равно как и у старших «семитысячных», монитор фиксированный.

 

9.Технические характеристики

Тип. Цифровая зеркальная фотокамера

Байонет объектива. Байонет F Nikon с контактами АФ

Эффективный угол зрения. Формат DX Nikon; фокусное расстояние эквивалентно прибл. 1,5-кратному расстоянию объективов с углом зрения формата FX

Эффективное число пикселей. 24,2 млн

Матрица. КМОП-матрица размером 23,5 x 15,6 мм

Общее число пикселей. 24,78 млн

Система удаления пыли. Функция очистки матрицы, эталонные данные для функции удаления пыли (требуется дополнительное программное обеспечение Capture NX 2)

Размер изображения (в пикселях). 6000 x 4000 (большое). 4496 x 3000 (среднее). 2992 x 2000 (маленькое).

Хранение данных — формат файлов. NEF (RAW): 12- или 14-разрядные, сжатые. JPEG: JPEG, совместимый с базовым форматом, с высоким (прибл. 1 : 4), средним (прибл. 1 : 8) или низким (прибл. 1 : 16) уровнем сжатия. NEF (RAW) + JPEG: одна фотография, записанная в обоих форматах — NEF (RAW) и JPEG

Система Picture Control. Стандартный, Нейтральный, Насыщенный, Монохромный, Портрет, Пейзаж; возможность изменения выбранного режима Picture Control и сохранения пользовательских Picture Control

Носители. Карты памяти SDHC и SDXC, совместимые с SD (Secure Digital) и UHS-I

Файловая система. Форматы DCF 2.0 (Design Rule for Camera File System), DPOF (Digital Print Order Format), EXIF 2.3 (совместимый формат графических файлов для цифровых фотокамер), PictBridge

Покрытие кадра. Прибл. 95 % по горизонтали и 95 % по вертикали

Увеличение. Прибл. 0,82-кратное (для объектива 50 мм с f/1,4, сфокусированного на бесконечность; с коррекцией -1,0 м-1)

Точка фокуса видоискателя. 18 мм (-1,0 м-1; от центральной поверхности линзы окуляра видоискателя)

Диоптрийная настройка. -1,7 – +1,0 м-1

Фокусировочный экран. Матовый экран типа B BriteView Clear Matte Mark VII

Зеркало. Быстро-возвратного типа

Диафрагма объектива. Мгновенно-возвратного типа с электронным управлением

Совместимые объективы. Автофокусировка поддерживается при использовании объективов AF-S и AF-I. Автофокусировка недоступна при использовании объективов G и D других типов, объективов AF (объективы IX NIKKOR и для F3AF не поддерживаются) и объективов AI-P. Объективы без микропроцессора можно использовать в режиме M, однако при этом не будет работать экспонометр фотокамеры. Электронный дальномер можно использовать с объективами с максимальной диафрагмой f/5,6 или более светосильными.

Тип затвора. Затвор с электронным управлением и вертикальным ходом шторок

Выдержка. От 1/4000 до 30 секунд с шагом 1/3 или 1/2 EV, выдержка от руки; длительная выдержка

Скорость синхронизации вспышки. X=1/200 с; синхронизация с затвором при выдержке не короче 1/200 с

Режимы съемки. Покадровая, непрерывная медленная, непрерывная быстрая, тихий затвор, автоспуск, спуск с задержкой (ML-L3), быстрый спуск (ML-L3); поддерживается интервальная съемка

Скорость съемки. Непрерывная медленная: до 3 кадров в секунду. Непрерывная быстрая: до 5 кадров в секунду (JPEG и 12-разрядный NEF/RAW) или 4 кадров в секунду (14-разрядный NEF/RAW). Примечание. Указанная частота кадров основана на предположении, что установлены непрерывная следящая АФ, ручная экспозиция или автоматический режим с приоритетом выдержки, выдержка 1/250 с или более, выбран спуск для пользовательской настройки «a1» («Выбор приоритета для AF-C»), а для всех остальных настроек заданы значения по умолчанию.

Автоспуск.2 с, 5 с, 10 с, 20 с; от 1 до 9 экспозиций

Замер экспозиции. Замер экспозиции TTL с помощью 2016-пиксельного датчика RGB

Метод замера экспозиции. Матричный замер: 3D цветовой матричный замер II (объективы типов G, E и D); цветовой матричный замер II (другие объективы со встроенным микропроцессором). Центровзвешенный замер: 75 % измерений приходится на круг диаметром 8 мм в центре кадра. Точечный замер: замер в круге диаметром 3,5 мм (около 2,5 % кадра), центрированном по выбранной точке фокусировки.

Диапазон. (100 единиц ISO, объектив f/1,4, 20 °C) Матричный или центровзвешенный замер экспозиции: от 0 до 20 EV. Точечный замер экспозиции: от 2 до 20 EV

Сопряжение с экспонометром. Процессор

Режим. Автоматические режимы (авто; авто (вспышка выключена)); программный автоматический режим с гибкой программой (P); автоматический режим с приоритетом выдержки (S); автоматический режим с приоритетом диафрагмы (A); ручной режим (M); сюжетные режимы (Портрет, Пейзаж, Ребенок, Спорт, Макро, Ночной портрет, Ночной пейзаж, Праздник/в помещении, Пляж/снег, Закат, Сумерки/рассвет, Портрет питомца, Свет от свечи, Цветение, Краски осени, Еда); режимы спецэффектов (Ночное видение, Цветной эскиз, Эффект игрушечной камеры, Эффект миниатюры, Выборочный цвет, Силуэт, Высокий ключ, Низкий ключ, Рисование HDR)