Войти
Наука фотографии - это использование химии и физики во всех аспектах фотографии. Это относится к камере, ее объективам, физическому функционированию камеры, внутренним компонентам электронной камеры и процессу проявления пленки для правильной съемки и проявления изображений.
Свет проникает в темный ящик через небольшое отверстие и создает перевернутое изображение на стене напротив отверстия. Фундаментальной технологией большинства фотографий, цифровых или аналоговых, является эффект камеры-обскуры и его способность преобразовывать трехмерную сцену в двухмерное изображение. По сути, камера-обскура представляет собой затемненный ящик с очень маленьким отверстием с одной стороны, через которое изображение из внешнего мира проецируется на противоположную сторону. Эта форма часто упоминается как камера-обскура.
При использовании объектива отверстие в камере не обязательно должно быть крошечным, чтобы создать резкое и четкое изображение, а время экспозиции можно уменьшить, что позволяет переносить камеры с рук.
Фотографический объектив обычно состоит из нескольких линзовых элементов, которые в совокупности уменьшают эффекты хроматической аберрации, комы., сферическая аберрация и другие аберрации. Простым примером является трехэлементный триплет Кука, который все еще используется более века спустя после того, как он был впервые разработан, но многие современные фотографические объективы намного сложнее.
Использование диафрагмы меньшего размера может уменьшить большинство, но не все аберрации. Их также можно значительно уменьшить с помощью асферического элемента , но его сложнее шлифовать, чем сферические или цилиндрические линзы. Однако современные технологии производства позволяют снизить дополнительные затраты на производство асферических линз, и теперь небольшие асферические линзы можно изготавливать путем формования, что позволяет использовать их в недорогих потребительских камерах. Линзы Френеля нечасто используются в фотографии, в некоторых случаях используются из-за их очень малого веса. Недавно разработанная моноцентрическая линза с волоконной связью состоит из сфер, состоящих из концентрических полусферических оболочек различных стекол, связанных с фокальной плоскостью пучками оптических волокон. Моноцентрические линзы также не используются в фотоаппаратах, потому что технология только что была представлена в октябре 2013 года на конференции Frontiers in Optics в Орландо, Флорида.
Вся конструкция линз - это компромисс между множеством факторов, не исключая стоимости. Объективы с переменным фокусным расстоянием (т. Е. Объективы с переменным фокусным расстоянием) предполагают дополнительные компромиссы и поэтому обычно не соответствуют характеристикам объективов с постоянным фокусным расстоянием.
Когда объектив камеры фокусируется для проецирования объекта на некотором расстоянии на пленка или детектор, объекты, которые находятся ближе по расстоянию, относительно удаленного объекта, также приблизительно в фокусе. Диапазон расстояний, близких к фокусу, называется глубиной резкости. Глубина резкости обычно увеличивается с уменьшением диаметра апертуры (увеличением числа f). Несфокусированное размытие за пределами глубины резкости иногда используется для художественного эффекта в фотографии. Субъективный вид этого размытия известен как боке.
. Если объектив камеры сфокусирован на гиперфокальном расстоянии или за его пределами, то глубина резкости становится большой, покрывая все на половине гиперфокального расстояния. до бесконечности. Этот эффект используется, чтобы сделать камеры «без фокусировки » или камеры с фиксированным фокусом.
Аберрации - это размытые и искажающие свойства оптической системы. Высококачественный объектив будет производить меньшее количество аберраций.
Сферическая аберрация возникает из-за повышенного преломления световых лучей, которое возникает, когда лучи падают на линзу, или из-за отражения световых лучей, которое происходит, когда лучи падают на зеркало возле его края по сравнению с те, которые попадают ближе к центру. Это зависит от фокусного расстояния сферической линзы и расстояния от ее центра. Это компенсируется разработкой многолинзовой системы или использованием асферической линзы.
Хроматическая аберрация, вызванная линзой, имеющей другой показатель преломления для разных длин волн света и зависимости оптических свойств от цвета. Синий свет обычно изгибает больше, чем красный. Существуют хроматические аберрации более высокого порядка, такие как зависимость увеличения от цвета. Хроматическая аберрация компенсируется за счет использования линз, изготовленных из материалов, тщательно разработанных для подавления хроматических аберраций.
Изогнутая фокальная поверхность - это зависимость фокуса первого порядка от положения на пленке или ПЗС. Это можно компенсировать с помощью оптической конструкции с несколькими линзами, но также использовалось изгибание пленки.
Этот объект находится в резком фокусе, в то время как дальний фон не сфокусирован Фокус - это тенденция лучей света попадать в одно и то же место на датчике изображения или пленка, независимо от того, где они проходят через объектив. Для получения четких изображений фокус регулируется по расстоянию, потому что на разном расстоянии до объекта лучи достигают разных частей объектива под разными углами. В современной фотографии фокусировка часто выполняется автоматически.
Система автофокуса в современных SLR использует датчик в зеркальном боксе для измерения контраста. Сигнал датчика анализируется специализированной интегральной схемой (ASIC), и ASIC пытается максимизировать контрастную картину, перемещая элементы объектива. ASIC в современных камерах также имеют специальные алгоритмы для прогнозирования движения и другие расширенные функции.
Поскольку свет распространяется как волны, образы, которые он создает на пленке, подвержены волновому явлению, известному как дифракция, который ограничивает разрешение изображения элементами, в несколько раз превышающими длину волны света. Дифракция является основным эффектом, ограничивающим резкость оптических изображений от объективов, которые закрыты до малых апертур (большие числа f), в то время как аберрации являются ограничивающим эффектом при больших значениях диафрагмы (низкие числа f). Поскольку дифракцию невозможно устранить, наилучшим из возможных объективов для заданных рабочих условий (настройки диафрагмы) является тот, который дает изображение, качество которого ограничено только дифракцией. О такой линзе говорят, что она ограничена дифракцией.
Размер оптического пятна с ограничением дифракции на ПЗС-матрице или пленке пропорционален числу f (примерно равно числу f, умноженному на длину волны света, что составляет около 0,0005 мм.), делая общие детали фотографии пропорциональными размеру пленки, или ПЗС, деленную на число f. Для камеры 35 мм с f / 11 этот предел соответствует примерно 6000 элементам разрешения по ширине пленки (36 мм / (11 * 0,0005 мм) = 6500.
конечный размер пятна, вызванный дифракцией, также может быть выражен как критерий для различения удаленных объектов: два удаленных точечных источника могут создавать отдельные изображения на пленке или датчике, только если их угловое расстояние превышает длину волны света, деленную на ширина открытой апертуры объектива камеры.
Закон взаимности описывает, как интенсивность и продолжительность света меняются для получения экспозиции - он определяет t Отношение между выдержкой и диафрагмой для данной общей экспозиции. Изменения любого из этих элементов часто измеряются в единицах, известных как «стопы»; стоп равен двум.
Уменьшение вдвое количества света, освещающего пленку, может быть достигнуто одним из следующих способов:
Аналогичным образом, удвоение количества света, освещающего пленку, может быть достигнуто с помощью противоположной одной из этих операций.
Яркость сцены, измеренная с помощью измерителя отраженного света , также пропорционально влияет на экспозицию. Количество света, необходимое для правильной экспозиции, зависит от светочувствительности пленки ; которые могут варьироваться в стопах или долях стопов. При любом из этих изменений диафрагму или выдержку можно отрегулировать на равное количество ступеней, чтобы получить подходящую экспозицию.
Светом легче всего управлять с помощью диафрагмы камеры (измеряется в диафрагмах ), но ее также можно регулировать, регулируя выдержку. Использование более быстрой или медленной пленки обычно не может быть сделано быстро, по крайней мере, с использованием рулонной пленки. В камерах большого формата используются отдельные листы пленки, и каждый лист может иметь разную скорость. Кроме того, если вы используете камеру большего формата с задней панелью поляроида, вы можете переключаться между задними панелями, содержащими поляроиды с разной скоростью. Цифровые камеры могут легко регулировать светочувствительность пленки, которую они имитируют, изменяя индекс экспозиции, и многие цифровые камеры могут делать это автоматически в ответ на измерения экспозиции.
Например, начиная с выдержки 1/60 при f / 16, глубину резкости можно уменьшить, открыв диафрагму до f / 4, увеличив выдержку на 4 ступени. Чтобы компенсировать это, скорость затвора также должна быть увеличена на 4 ступени, то есть уменьшить время экспозиции до 1/1000. Закрытие диафрагмы ограничивает разрешение из-за дифракционного предела.
Закон взаимности определяет общую экспозицию, но реакция фотографического материала на постоянную общую экспозицию может не оставаться постоянной при очень длительных выдержках при очень слабом свете., например, фотографирование звездного неба или очень короткие выдержки при очень ярком свете, например, фотографирование солнца. Это известно как отказ материала (пленки, бумаги или датчика) от взаимности.
Размытие при движении возникает, когда камера или объект перемещаются во время экспозиции. Это приводит к появлению характерных полос на движущемся объекте или на всем изображении (в случае дрожания камеры).
Размытие фона при движении за объектом Размытие в движении можно художественно использовать для создания ощущения скорости или движения, как в случае с проточной водой. Примером этого является техника «панорамирование », при которой камера перемещается так, что она следует за объектом, который обычно быстро движется, например за автомобилем. Если все сделано правильно, это даст изображение четкого объекта, но фон будет иметь размытие движения, что создаст ощущение движения. Это одна из самых сложных фотографических техник для освоения, поскольку движение должно быть плавным и с правильной скоростью. Объект, который приближается или удаляется от камеры, может еще больше вызвать трудности с фокусировкой.
Световые следы Световые следы - еще один фотографический эффект, в котором используется размытие движения. Фотографии линий света, видимых на длинных выдержках ночных дорог, являются одним из примеров этого эффекта. Это вызвано движением автомобилей по дороге во время съемки. Тот же принцип используется для создания фотографий звездных следов.
Как правило, размытия при движении следует избегать, и это можно сделать несколькими способами. Самый простой способ - ограничить время срабатывания затвора, чтобы изображение было очень незначительным во время открытия затвора. При более длинных фокусных расстояниях одно и то же движение корпуса камеры вызовет большее движение изображения, поэтому требуется более короткое время срабатывания затвора. Обычно цитируемое эмпирическое правило состоит в том, что выдержка в секундах должна быть примерно обратной 35 мм эквивалентному фокусному расстоянию объектива в миллиметрах. Например, объектив 50 мм следует использовать при минимальной скорости 1/50 секунды, а объектив 300 мм - при 1/300 секунды. Это может вызвать трудности при использовании в условиях низкой освещенности, поскольку экспозиция также уменьшается со временем затвора.
Высокоскоростная фотосъемка использует очень короткие выдержки для предотвращения размытия быстро движущихся объектов. Размытие движения из-за движения объекта обычно можно предотвратить, используя более короткую выдержку. Точная выдержка будет зависеть от скорости, с которой движется объект. Например, очень короткая выдержка потребуется, чтобы "заморозить" роторы вертолета, тогда как более медленная выдержка будет достаточной, чтобы заморозить бегуна.
A штатив можно использовать для предотвращения размытости изображения из-за дрожания камеры. Это стабилизирует камеру во время экспозиции. Для выдержки более 1/15 секунды рекомендуется использовать штатив. Существуют дополнительные методы, которые в сочетании с использованием штатива гарантируют, что камера остается неподвижной. Они могут использовать дистанционный привод, такой как спусковой тросик или инфракрасный дистанционный переключатель для активации затвора, чтобы избежать движения, обычно вызываемого прямым нажатием спусковой кнопки затвора. Той же цели может служить использование «автоспуска» (синхронизированный спусковой механизм, который автоматически включает спуск затвора через определенный промежуток времени). Большинство современных однообъективных зеркальных фотоаппаратов (SLR) имеют функцию блокировки зеркала, которая устраняет небольшое дрожание, вызываемое подъемом зеркала.
Сильная зернистость на негативной пленке ISO1600. Черно-белая пленка имеет «блестящую» и «матовую» сторону. Тусклая сторона - это эмульсия, желатин, который взвешивает массив кристаллов галогенида серебра. Эти кристаллы содержат зерна серебра, которые определяют, насколько чувствительна пленка к воздействию света и насколько мелким или зернистым будет выглядеть негатив. Более крупные зерна означают более быстрое экспонирование, но более зернистый вид; более мелкие зерна выглядят лучше, но для активации требуется больше воздействия. Зернистость пленки представлена ее коэффициентом ISO ; обычно кратно 10 или 100. Меньшие числа дают более мелкое зерно, но более медленную пленку, и наоборот.
Свет приходит в виде частиц, а энергия световой частицы (фотон ) - это частота световых времен постоянная Планка. Фундаментальным свойством любого фотографического метода является то, как он собирает свет на своей фотографической пластине или электронном детекторе.
Фотодиоды - это полупроводниковые диоды с обратным смещением, в которых собственный слой с очень небольшим количеством носителей заряда предотвращает протекание электрических токов. В зависимости от материала фотоны обладают достаточной энергией, чтобы поднять один электрон из верхней полной полосы в нижнюю пустую зону. Электрон и «дыра» или пустое пространство, где он находился, могут свободно перемещаться в электрическом поле и переносить ток, который можно измерить. Доля падающих фотонов, образующих пары носителей, в значительной степени зависит от материала полупроводника.
Фотоэлектронные умножители представляют собой вакуумные фототрубки, которые усиливают свет, ускоряя фотоэлектроны, чтобы выбить большее количество электронов из ряда электродов. Они являются одними из самых чувствительных детекторов света, но плохо подходят для фотографии.
Наложение может возникать при оптической и химической обработке, но оно более распространено и легко понимается при цифровой обработке. Это происходит всякий раз, когда оптическое или цифровое изображение дискретизируется или повторно дискретизируется со скоростью, слишком низкой для его разрешения. Некоторые цифровые камеры и сканеры имеют фильтры сглаживания для уменьшения наложения спектров путем намеренного размытия изображения в соответствии с частотой дискретизации. Обычно оборудование для проявки пленок, используемое для изготовления отпечатков разных размеров, увеличивает зернистость отпечатков меньшего размера за счет наложения спектров.
Обычно желательно подавлять как шумы, такие как зернистость, так и детали реального объекта, которые слишком малы для представления с частотой дискретизации.
