Введение в специальность кафедра прикладной и компьютерной оптики Фотоаппараты

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 где – поле зрения объектива, y – размер изображения Диагональ кадра g : Пленка: размер кадра 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 2 поле кадра объектив g f Угловое поле зрения:

5 Относительное отверстие фотообъектива Относительное отверстие – это абсолютное значение отношения диаметра апертурной диафрагмы к заднему фокусному расстоянию объектива: 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: Эффективная светосила: 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 0.05 мм глубина резкости плоскость идеального изображения Допустимый круг нерезкости – это максимально допустимый размер кружка рассеяния, который глаз воспринимает как одну точку Например, для негативов форматом 24х36 мм допустимый круг нерезкости мм

12 Глубина резкости фотообъектива глубина резкости плоскость идеального изображения Глубина резкости зависит от: относительного отверстия фокусного расстояния Например: при k = 2.8 – передняя граница на расстоянии 15 м при k = 16 – передняя граница на расстоянии 1.5 м Глубина резкости объектива – это расстояние между самым ближним и самым дальним предметом, которые при данной диафрагме будут резкими

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 –

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 = 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 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, мм, мм /

19 Примеры: модели фотоаппаратов ( Minolta GT) Minolta GT Lens 1:2,8–4,7 f=7,8–23,4 (f экв =38–114 мм) «Работающий объектив в разрезе» с сайта

20 Характеристики объективов Minolta Объектив Элементов / групп Поле зрения Минимальная дистанция Размер (диам. x длину) Вес AF 16/2.8 Fisheye11/8180°0.2 м75x66.5 мм400 г AF 28/29/975°0.3 м66.5x49.5 мм285 г AF 35/27/663°0.3 м66.5x48.5 мм240 г AF 50/1.47/647°0.45 м65.5x38.5 мм235 г AF 85/1.47/628°0.85 м78x71.5 мм550 г AF 135/2.87/518°1.0 м65.5x83 мм365 г AF / /1063°-23°0.85 м68.5x59.5 мм290 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 зеркало Зеркальный фотоаппарат объектив пленка матовое стекло пентапризма вспышка диафрагма видоискатель 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: = · 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: / Например, матрица 1600х1200, отпечаток 10x15 см: разрешение (24x36 мм) кадра пленки ISO100 – 100 лин/мм, для отпечатка 10x15 см:

30 Параметры ПЗС-матрицы Число элементов Число пикселов получаемого изображения не всегда совпадает с числом элементов матрицы Чувствительность при дневном освещении – 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

31 Сравнение пленочных и цифровых фотоаппаратов 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 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 Пленочные Цифровые

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 –

34 Область деятельности кафедры Расчет оптической системы фотаппарата Создание конструкции объектива фотоаппарата Компьютерное моделирование формирования изображения в фотоаппарате

35 Интернет-ресурсы содержит статьи о фотооборудовании, полезные советы покупателям фототехники, словарь терминов, виртуальный магазин cодержит информацию о фототехнике, истории фотографии, цифровой фотографии. На сайте есть фотовыставки, виртуальная фото-школа содержит интерактивную фотовыставку, статьи и полезные советы для начинающих, большой список литературы и ссылки на интернет-ресурсы содержит фотовыставку, фото-конференции, и фото-библиотеку содержит статьи, посвященные цифровой фототехнике, полезные советы по выбору цифровых фото- и видеокамер и словарь терминов посвящен цифровой фотографии, cодержит статьи, описание и тесты наиболее популярных моделей

36

37 Liquid Lenses (2000) Liquid Lens (Varioptic) FluidFocus Lens (Philips) Advantage: change the optical power without motion