И обычная пленочная камера, и современный цифровой фотоаппарат имеют оптическую систему линз, диафрагму и затвор. Можно сказать, что с точки зрения основной схемы работы фотографического устройства мало что изменилось с появлением цифровой фототехники: в объективе собираются световые лучи и далее направляются через отверстие (диафрагму) на светочувствительный элемент (сенсор). В этой схеме затвор и диафрагма являются невидимыми для глаз фотографа элементами, которые, тем не менее, оказывают огромное влияние на результат съемки. Почему в современной цифровой фототехнике эти элементы, хорошо известные еще по пленочным аппаратам, были сохранены? Для чего они нужны? Как работают диафрагма и затвор в цифровом фотоаппарате?
Цифровые камеры используют несколько различных типов механических жалюзи, но все они выполняют одну и ту же цель. Они блокируют свет от достижения датчика при закрытии и отходят от пути, чтобы свет накапливался на датчике, когда он открыт. Почему нужен затвор? Понимая, что у некоторых камер есть все-электронные жалюзи, в то время как у других есть механические жалюзи, очевидно, что есть плюсы и минусы для обоих конструкций. Камеры, как правило, более мелкие камеры с точечной съемкой, которые не используют механические жалюзи, обычно используют датчик промежуточной передачи.
Предназначение затвора и диафрагмы
Затвор – это один из основных механизмов цифрового фотоаппарата, который отвечает за пропускание световых лучей к светочувствительному элементу (матрице) в течение заданного промежутка времени при нажатии фотографом на кнопку затвора. Основное предназначение затвора состоит в том, чтобы регулировать продолжительность прохождения светового потока через оптическую систему камеры.
Датчик интерлайн-передачи выделяет часть каждого пикселя для хранения заряда для этого пикселя. Добавленная электроника, необходимая для хранения заряда для каждого пикселя, уменьшает коэффициент заполнения пикселя, в свою очередь уменьшая его способность захватывать свет, поскольку часть каждого пикселя не чувствительна к свету. Микролинзы могут использоваться для компенсации, но они не на 100% эффективны, и они могут добавить затраты на дизайн. Одно из очевидных преимуществ заключается в том, что эта конструкция устраняет необходимость в потенциально громоздком механическом затворе и может превратить камеру размера кошелька в карманную камеру для рубашки.
Время, на которое открывается затвор фотоаппарата, называется выдержкой или временем экспозиции. Если выдержка составляет меньше секунды, то она указывается как знаменатель дроби, обозначая долю секунды. Например, 1/125 секунды или 1/30 секунды. Затворы, устанавливаемые в цифровых камерах, способны закрываться и открываться с большой скоростью, регулируя, тем самым, время засветки матрицы, то есть выдержку, с высокой точностью.
Цифровые камеры, которые используют механический затвор, обычно используют датчик типа, называемый полнокадровым датчиком. В отличие от датчика промежуточной передачи, датчик полного кадра не имеет схемы на пикселе для хранения заряда, который накапливается, когда свет контактирует с массивом. Камеры, которые используют механический затвор, обычно отбрасывают любой остаточный электрический заряд, когда затвор закрыт, откройте затвор и закройте затвор. Как только механический затвор закрыт, схема затем используется для смещения заряда от каждого пикселя в область хранения.
Чем больше выдержка, тем больше света попадет на светочувствительный элемент камеры. С точки зрения фотографа, затвор камеры должен обладать высокой точностью срабатывания, надежностью в работе в различных условиях съемки и широким диапазоном выдержек. В современных цифровых камерах затвор используется не только для управления выдержкой, но и для защиты матрицы от засветки во время считывания изображения или до начала экспозиции.
Механические жалюзи: нижняя линия
Поскольку пикселы на датчике остаются «живыми» во время считывания, если затвор остается открытым, свет будет продолжать изменять заряд, накопленный каждым пикселем во время операции переключения, что может привести к размытию или ореолу. В условиях неспециалиста механический затвор используется для управления тем, как долго пиксели на датчике изображения собирают свет. Используя механический затвор, можно использовать более простой, дешевый и более эффективный датчик: тот, который имеет более высокий уровень заполнения Конечно, ничто никогда не сокращается и не высушивается.
Диафрагма представляет собой круглое изменяемое отверстие, которое находится внутри объектива камеры. Фотограф может варьировать диаметр отверстия, тем самым, регулируя поток света, поступающего на матрицу цифрового аппарата. Величина данного отверстия определяется диафрагменным числом: чем больше отверстие диафрагмы (маленькое диафрагменное число), тем больше света падает на матрицу и наоборот.
Некоторые камеры используют как механический, так и электронный затвор! Эта статья призвана ответить на вопрос о том, почему цифровая камера, по общему признанию, «твердотельное» устройство, которое не должно логически нуждаться в каких-либо движущихся частях, кроме механизма фокусировки, нуждается в механическом затворе.
Основы фотографии #5.8
Это не будет стоить вам ничего лишнего. В этом видео и статье мы расскажем, какие скорости затвора и углы затвора, как скорость затвора или угол затвора могут использоваться для управления движением и экспозицией, и какие настройки использовать для получения «фильма».
В цифровых фотоаппаратах диафрагменное число можно изменяться в достаточно широких пределах, например для объектива Tamron AF 18-270mm f/3.5-6.3 Di II VC, с f/3.5 до f/6.3. Кроме того, диафрагма оказывает свое влияние и на глубину резкости изображаемого пространства, позволяя фотографу управлять творческим процессом. Как уже понятно, выдержка с диафрагмой являются взаимозависимыми параметрами. Вместе они составляют так называемую экспопару : при уменьшении одного из этих параметров увеличивается другой.
Затвор камеры - это устройство, которое пропускает свет на короткое время. Если апертура управляет областью, через которую может проходить свет, затвор управляет периодом времени, через который может проходить свет. Это означает, что чем дольше затвор остается открытым, тем больше света проходит.
Понимание скорости затвора
Быстрая выдержка затвора означает, что затвор открывается и быстро закрывается, и пропускается только небольшая часть света. Медленная выдержка затвора означает, что затвор остается открытым дольше, что позволяет пропускать больше света. Традиционно скорости затвора фотокамеры выражаются в секундах с фиксированными интервалами. Разница между скоростью затвора и количеством света является линейной; что означает, удваивает скорость, удваивает свет - или половину скорости, половину света.
Фотографический затвор: принцип работы и виды
В тот момент, когда осуществляется фотографирование, затвор фотоаппарата открывается. Световые лучи проходят сквозь объектив, попадают на диафрагму, за счет которой регулируется количество света, и, в конечном счете, доходят до светочувствительного элемента. После того, как прямо на матрицу цифровой фотокамеры попадает свет, начинается экспонирование кадра. Дальше затвор закрывается. Через мгновенье камера уже будет готова снимать следующий кадр. Открываясь и закрываясь, затвор так же, как и диафрагма, обеспечивает изменение количества упавшего на матрицу света.
Вот стандартные скорости затвора, которые вы найдете на большинстве профессиональных камер. Это не единственные скорости затвора. Профессиональные камеры позволяют вам много значений между ними, для большей освещенности. Единственное, что вы должны помнить, - каждый раз, когда вы удваиваете или уменьшаете половину выдержки затвора, вы делаете то же самое с количеством света, которое он пропускает.
Есть много способов, которыми вы можете блокировать свет, проходящий через ваше окно, а технология затвора ничем не отличается. Наиболее популярными типами затворов являются. Когда дело доходит до видео, вам нужно только беспокоиться об электронных ставнях и вращающихся дисках. Электронные жалюзи следуют за системой выдержки, описанной выше. У вращающихся дисков есть своя версия.
Естественно, что каким бы ни был совершенным фотографический затвор, он требует хоть и непродолжительного, но все же некоторого периода времени для того, чтобы открыться. Также требуется определенное время и на его закрытие. В этой связи можно выделить три этапа или фазы в работе фотографического затвора.
Первая фаза связана с открыванием действующего отверстия объектива. Следующая – это уже фаза полного открытия действующего отверстия. И, наконец, последняя фаза – это фаза закрывания, то есть определенный промежуток времени от начала уменьшения действующего отверстия до его полного закрытия. Отсюда можно понять, что в течение всего этого цикла работы затвора действующее отверстие объектива остается полностью открытым только некоторую часть времени.
Самый простой тип затвора вращающегося диска - полукруглый, как показано выше. Он имеет только одну настройку скорости затвора. Очевидно, вам нужен какой-то метод контроля продолжительности времени. По этой причине вращающиеся диски в видеокамерах могут регулировать форму затвора, например.
Фотографический затвор: принцип работы и виды
Вместо выдержки затвора в секундах вращающиеся дисковые затворы используют углы затвора. Чем больше угол затвора, тем больше проходит свет. Соотношение спроектировано так, чтобы оно было аналогично скорости затвора - вдвое или удвоение угла уменьшало или удваивало свет.
В этой связи одной из самых важных характеристик затвора является оптический коэффициент полезного действия (КПД), который определяет отношение количества света, прошедшего за время работы затвора, к тому количеству света, которое могло бы пройти через «идеальный» затвор за тот же промежуток времени. Чем больше значение коэффициента полезного действия приближается к единице (то есть к 100%), тем совершеннее работает затвор. Другими словами, чем меньше времени в течение заданной выдержки уйдет на открывание и закрывание затвора, тем более продолжительное время отверстие объектива будет полностью открыто, а значит, большее количество света пройдет через объектив. В этой связи можно говорить о том, что хороший фотографический затвор способен полнее раскрыть светосилу объектива.
Высокая скорость кадров
Это соответствует половине времени, которое каждый кадр займет одну секунду. Хотите простую формулу, чтобы узнать взаимосвязь между углом затвора, скоростью затвора и частотой кадров? Почему для съемки с высокой частотой кадров требуется намного больше света?
Теперь представьте себе съемку со скоростью 1 миллион кадров в секунду. Только солнце может подсвечивать что-то подобное по бюджету. Следует ли придерживаться «формулы»? Факторы, влияющие на выбор скоростей затвора. Электрическая частота Экспозиция Частота кадров Ограничения электронного затвора камеры Размытие движения. Когда вы сможете узнать, как управлять скоростью затвора, вы будете хорошо на пути к мастерству кинематографии.
Все затворы цифровых камер имеют специальные регуляторы, посредством которых можно устанавливать требуемую для данной фотосъемки выдержку. Впрочем, подходящая выдержка может определяться камерой и автоматически. Во многих аппаратах предусмотрен специальный режим полностью ручного управления временем открытия затвора (Bulb), посредством которого затвор может не только открываться, но и закрываться строго по команде фотографа. Такой режим очень актуален при съемке на длительных выдержках, когда камера устанавливается на штативе.
Эксклюзивный бонус: загрузите мой бесплатный кузнец из самых важных и полезных фокусных расстояний для фильма и видео. Последнее, в частности, намекает на будущее, когда камеры больше не нуждаются в механических занавесках. Но что такое электронный затвор? Ну, давай немного перемотаем.
Заявление о этике: нас не просили написать что-либо об этих камерах, и мы не предоставляли никаких компенсаций. Внутри статьи есть партнерские ссылки. Не волнуйтесь - цены для вас остаются неизменными. Чтобы узнать больше о нашей этике, вы можете посетить наш.
По своей конструкции и принципу действия затворы в цифровых фотоаппаратах подразделяются на следующие виды:
- Электронный затвор
Если в пленочных фотоаппаратах устанавливался механический затвор, который открывал и закрывал шторки, ограничивая воздействие света на пленку, то в цифровых камерах его роль выполняет электронный затвор. Практически все цифровые фотоаппараты оснащены именно таким электронным эквивалентом затвора, который встроен прямо в сенсор камеры.
Механический против электронного затвора
По умолчанию при съемке с беззеркальной камерой есть два механических занавеса, которые открываются и закрываются перед цифровым датчиком, выставляя пиксели на выбранный вами период. Ниже вы можете увидеть видео с замедленным движением механического затвора двух камер в действии.
Электронный затвор имитирует это движение, включив пиксели на цифровом датчике в течение требуемого времени. Существуют различные типы электронных жалюзи: глобальный затвор, используемый в цифровых камерах высокого класса, может одновременно активировать все пиксели. Положите разные слова, представьте себе сканер, анализирующий фотографию: датчик перемещается с одной стороны на другую, чтобы захватить изображение. Электронный затвор работает аналогичным образом, так как он «сканирует» свет, проходящий через объектив.
Он представляет собой своеобразный переключатель, включающий сенсор на прием светового потока в нужный момент и выключающий его по команде процессора. Электроника и процессор камеры полностью управляют работой такого затвора. Особенность электронного затвора состоит в том, что свет на матрицу попадает постоянно, что позволяет, в частности, передавать изображение с матрицы на ЖК-дисплей фотокамеры. При срабатывании электронного затвора изображение с матрицы камеры считывается в течении определенного промежутка времени. Этот промежуток между обнулением матрицы и моментом считывания электронной информации с нее и составляет в данном случае время выдержки.
Электронный затвор сканирует свет, попадающий на датчик. Электронный затвор работает уже много лет. Сначала в основном оказалось полезным избежать вибраций, вызванных механическими занавесками и для бесшумной съемки. У меня была возможность работать с некоторыми из этих камер на современных танцевальных шоу, где сцены, в которых отсутствовала музыка, были обычными, и, как вы можете себе представить, молчание было обязательным.
Затем мы начали видеть другие улучшения, такие как возможность выйти за пределы максимальной скорости затвора механического затвора.
Однако электронный затвор также ввел некоторые ограничения. Некоторые из них незначительны и варьируются от модели к модели.
Преимуществом использования электронных затворов в современной цифровой фототехнике является то, что с их помощью удается достичь очень коротких выдержек. Такой затвор, в частности, способен отработать выдержку вплоть до 1/8000 или 1/15000 с. Кроме того, электронный затвор работает бесшумно и без вибраций.
Однако у него есть и свои недостатки. Это, прежде всего, низкое качество, связанное с различными искажениями изображения, причиной возникновения которых является последовательное чтение ячеек матрицы. Вследствие постоянной засветки электронный затвор характеризуется склонностью к ореолам, блюмингу и другим неприятным эффектам. Именно поэтому в продвинутых компактных камерах и профессиональных цифровых аппаратах помимо электронного затвора обязательно присутствует и традиционный механический. В дешевых же моделях цифровых камер используется только электронный затвор.
На последних моделях многие из этих проблем были либо исправлены, либо улучшены. Тогда у нас есть более важные проблемы, такие как искажение и обвязка. Они также распространены для записи видео, так как камера также использует электронный затвор для видео.
Искажение происходит, потому что камера не может «сканировать» датчик достаточно быстро, когда задействованы быстрые движения.
Бандажирование может происходить с использованием высокочастотного искусственного освещения. Он создает различные интенсивности яркости и цветовые полосы на вашем изображении. В некоторых случаях другая проблема может быть решена, но не всегда.
Несмотря на появление цифровой фототехники с электронными затворами, управляемымимощными процессорами, механический затвор не ушел в прошлое. Он по-прежнему используется в приличных цифровых камерах, только теперь он работает в паре с электронным. Синхронная работа этих двух затворов дает возможность обеспечить короткие выдержки и одновременно избежать появления ореола вокруг контрастных изображений. В профессиональных зеркальных аппаратах и продвинутых компактах электронный затвор используется только для сверхкоротких выдержек, в основном же работает механический.
Олимп и эволюция скорости
Является ли электронным затвором будущее зеркальных камер? Попробуем ответить на этот вопрос, проанализировав эти две камеры немного ближе. Возникает вопрос: зачем отдавать предпочтение электронному затвору над механическим затвором? В этом случае ответ - это скорость.
Скорости до 60 кадров в секунду могут показаться чрезмерными, но в определенных ситуациях они могут быть полезны для захвата определенных типов действий, таких как стрелка, попадающая в воздушный шар в приведенном ниже примере. Некоторые фотографы также подчеркнули свое использование для определенных типов студийных работ, таких как бросание цветной пыли или воды на модель. Когда вы наполовину нажимаете кнопку спуска затвора, камера начинает загружать изображения в свою виртуальную память, так что, когда вы полностью нажимаете кнопку и начинаете съемку, на карту памяти уже можно записать до 14 изображений.
Помимо того, что механический затвор дозирует свет, попадающий на светочувствительный элемент камеры, он еще и служит для дополнительной защиты матрицы от попадания на нее пыли и грязи. Ведь матрица является самым дорогостоящим элементом цифрового фотоаппарата, особенно когда речь идет о профессиональной камере. У самого механического затвора есть определенный ресурс работы и со временем он выходит из строя.
По своей конструкции механические затворы традиционно подразделяются на два типа - центральные и шторные (шторно-щелевые) затворы. Центральный затвор, как правило, устанавливается между линзами объектива. В нем используются заслонки в виде тонких лепестков, которые открывают световое отверстие объектива от оптической оси к краям, а закрывают в обратном направлении. Благодаря этому обеспечивается равномерное распределение освещенности по всему полю кадра. Наибольшим коэффициентом полезного действия обладает тот центральный затвор, у которого светозащитные заслонки действуют с наибольшей скоростью.
У центрального затвора довольно много достоинств: отсутствие искажений изображения в результате работы, равномерное распределение освещенности и хорошая устойчивость к температурным колебаниям. Однако по сравнению со шторными затворами центральные обладают меньшим коэффициентом полезного действия и более низкой минимальной скоростью, то есть меньшей моментальной выдержкой.
Что касается шторного или шторно-щелевого затвора, то в нем применяется светонепроницаемая шторка, состоящая из двух частей, разделяемых поперечной щелью. В эту щель и проникает свет, идущий от объектива. При срабатывании затвора шторки перемещаются одна за другой: первая световая заслонка открывает кадровое окно, а другая, соответственно, закрывает его. Выдержка здесь зависит от ширины щели.
Основными достоинствами шторного затвора являются высокий коэффициент полезного действия (может достигать 95%) и способность отрабатывать короткие выдержки (до 1/1250 с в некоторых моделях). Но при съемке быстродвижущихся объектов использование шторно-щелевого затвора нередко приводит к смещению и искажению отдельных элементов изображения. Шторные затворы также характеризуются тем, что они больше подвержены температурным колебаниям.
- Электронно-оптический затвор
Вместе с электронным затвором в некоторых моделях цифровых камер используется не механический, а электронно-оптический затвор. Это жидкий кристалл, который располагается между двумя параллельными поляризованными пластинами. Через него световой поток проходит на электронно-оптический преобразователь камеры. Когда на тонкое электропроводное напыление внутренней поверхности пластин подается напряжение, то возникает электрическое поле, которое изменяет на 90 градусов плоскость поляризации жидкого кристалла. В результате, обеспечивается максимальная непрозрачность кристалла и, как следствие, жидкокристаллический затвор закрывается. При отсутствии же напряжения свет через жидкий кристалл попадает на матрицу. Поскольку здесь отсутствуют какие-либо механические элементы, то электронно-оптический затвор отличается довольно высокой надежностью и простотой.
Диафрагма цифрового фотоаппарата
Диафрагма в своем классическом виде устроена как светонепроницаемая заслонка, образованная сдвигающимися к центру объектива тонкими металлическими лепестками. Это так называемая ирисовая диафрагма. Тонкие лепестки, размещающиеся по кругу вдоль обода объектива, поворачиваются и, тем самым, увеличивают или уменьшают отверстие, через которое поступает свет. Чем больше открыты лепестки диафрагмы, тем больше света проходит на светочувствительный элемент. Управление диафрагмой в цифровых фотоаппаратах может осуществляться в ручном или автоматическом режимах.
Ручное управление диафрагмой реализовано обычно в виде кольца на внешней поверхности оправы объектива, на котором отмечена шкала диафрагменных чисел. При вращении кольца диафрагмы лепестки сдвигаются. При этом каждый переход от одного значения диафрагменного числа к соседнему значению обеспечивает изменение количества проходящего через объектив света ровно вдвое. Очень удобным является режим приоритета диафрагмы, когда можно самостоятельно установить диафрагму, а все остальные параметры съемки фотоаппарат выставит автоматически. Управление же диафрагмой в автоматическом режиме осуществляется посредством электроники фотокамерыисходя из анализаконкретных условий фотосъемки.
Изменение диафрагмы оказывает влияние сразу на два ключевых свойства изображения – светосилу и глубину резкости. Под светосилой понимают то максимальное количество света, которое способен пропускать данный объектив. В условиях дневного света регулировать и контролировать диафрагму цифрового фотоаппарата не представляет особого труда. Но в условиях недостаточной освещенности, например, при съемке в темном помещении, фотографу приходится снимать с большим отверстием диафрагмы, чтобы фотография не получилась темной. Здесь требуется гибкое управление диафрагмой для компенсации недостатка света.
Размером диафрагмы определяется и та зона, которая на фотографии будет выглядеть резкой. Другими словами, от диафрагмы зависит, каким будет фон на снимке - размытым или резким. Например, маленькая диафрагма используется для того, чтобы размыть фон и перспективу. Глубина резкости распространяется от центра к краю изображения, соответственно, чем ближе к краю снимка, тем более размытым будет объект. Наоборот, большая диафрагма применяется в тех случаях, когда на фотографии все должно выглядеть резко. В целом, управление диафрагмой предоставляет фотографу полную свободу действий и широкое поле для творческих экспериментов.
Говоря о затворе и диафрагме цифрового фотоаппарата, нужно отметить, что в некоторых современных камерах диафрагма может быть объединена с центральным лепестковым затвором. В этом случае механизм диафрагмы срабатывает точно в момент срабатывания затвора, а лепестки затвора в это же самое время расходятся на расстояние, которое соответствует установленному значению диафрагмы. Но такие комбинированные затворы-диафрагмы с регулированием величины и длительности открытия светового отверстия устанавливаются, главным образом, в камеры начального уровня. Хотя они и обеспечивают большую компактность фототехники.
Проблема в том, что в силу своей конструкции объединенный механизм затвор-диафрагма способен отработать только экспозиционные пары вроде длительная выдержка - минимальное относительное отверстие или короткая выдержка - максимальное относительное отверстие. Такая линейность экспопараметров оборачивается тем, что, например, в условиях недостаточной освещенности камера будет использовать длительные выдержки с открытой диафрагмой, что, естественно, негативно скажется на качестве фотоизображения. К тому же, затворы-диафрагмы не способны предоставить широкий диапазон выдержек и значений диафрагмы.
Затвор и диафрагма остаются основными механизмами фотографического аппарата и в эпоху цифровых технологий. Наряду с характеристиками объектива, затвор и диафрагма во многом предопределяют качество фотоизображения. Возможность ручной настройки диафрагмы и выдержки обеспечивает фотографу пространство для творческих экспериментов и тонкой подстройки своей цифровой камеры под конкретные условия съемки.
Одним из основных механизмов цифровых фотоаппаратов является затвор, его функциональное предназначение - пропуск, при нажатии на кнопку, световых лучей к матрице, которая является светочувствительным элементом. Световые лучи пропускаются в течение определенного периода времени. Этот период времени, во время которого открывается затвор, носит название «выдержка ». Особенностью цифровых аппаратов является установка затворов, которые могут закрываться и открываться с очень большой скоростью, благодаря этому время выдержки (засветки матрицы) регулируется с высокой точностью. Для специалистов очень важно, чтобы фотооборудование обладало такой точностью, а также большим диапазоном. При большой выдержке на матрицу попадает и большее количество света. Затвор современных цифровых фотоаппаратов, особенно для профессионального использования, может качественно управлять выдержкой. В тоже время этот элемент защищает матрицу от засветки, которая может происходить при считывании изображения, в самом начале экспозиции.
Виды затворов
Затворы могут иметь различия в своей конструкции, а также в принципе закрытия. По таким особенностям разделяют данные элементы на электронные и механические. В различных моделях цифровой фотоаппаратуры устанавливается электронный затвор, он встраивается непосредственно в сенсор камеры.
Электронный затвор
В нужный момент включает сенсор на прием светового потока, по команде процессора потом выключает его. Работой такого затвора управляет процессор фотоаппарата, его электронное оборудование. При использовании такого электронного элемента на матрицу световой поток попадает постоянно, благодаря этому изображение с матрицы передается на ЖК-дисплей цифрового аппарата. Считывается такое изображение за определенное время, которое длится между обнулением матрицы и моментом, когда считывается электронная информация. Это время и составляет величину выдержки, которой характеризуется фотоаппарат. Благодаря электронным затворам фотограф может использовать короткие выдержки, даже до 1/15000с. Работа электронного затвора отличается отсутствием шума и вибрации. Единственное, при использовании такого затвора можно наблюдать и низкое качество изображения, так как чтение ячеек матрицы происходит последовательно. Для того чтобы избежать искажения изображения, таких неприятных эффектов, как ореол, блюминг, профессиональное фотооборудование обеспечивается еще и механическим затвором.
Механический затвор
Обеспечивает дополнительную защиту матрицы от попадания мелкой грязи и пыли. Он также выполняет и такую важную функцию, как дозирование попадания света на светочувствительный элемент фотоаппарата, то есть на матрицу. Благодаря механическому затвору дорогостоящая матрица сохраняет свои высокие технические качества. Для такого затвора характерен определенный срок службы.
Механические затворы также подразделяются на две группы - шторные и центральные.
Центральный затвор
Представляет конструкцию из тонких пластинок (лепестков ), открывающихся к краям и закрывающихся в обратном направлении, поэтому световой поток распределяется равномерно. Он устанавливается между линзами объектива. Наибольшую ценность для профессионалов имеют те затворы, в которых заслонки открываются очень быстро.
Шторные затворы
Обладают более высокой скоростью и большей моментальной выдержкой. В конструкции шторного затвора используются две части (шторки), которые между собой разделяются щелью. В нее проникает из объектива световой поток. Когда срабатывает щелевой затвор, его первая шторка открывает кадровое окно, вторая закрывает. От ширины щели, которая образовывается между шторками, зависит величина выдержки. Принцип действия шторного затвора, при котором перемещаются шторки, может привести к искажению некоторых объектов снимка. Но данный затвор обеспечивает обработку коротких выдержек и имеет высокий коэффициент действия.
Электронно-оптический затвор
В цифровых фотоаппаратах может использоваться еще и электронно-оптический затвор, который представляет собой жидкий кристалл, расположенный между двумя поляризованными пластинами. Через этот кристалл протекает световой поток, потом он попадает на оптический преобразователь.
Затвор является важным элементом работы любого фотооборудования. Основной принцип работы любого вида затворов - это открытие во время фотографирования, пропуск световых лучей. Когда световой поток попадает на светочувствительный элемент, производится экспонирование кадра. Следующий этап - закрытие затвора, что позволяет приступить к следующему снимку. Затвор играет очень важную роль в конструкции фотоаппарата. .
Другие темы:
Показать html-код для вставки в блог
Виды затворов фотоаппарата
Одним из основных механизмов цифровых фотоаппаратов является затвор, его функциональное предназначение - пропуск, при нажатии на кнопку, световых лучей к матрице, которая является светочувствительным элементом. Световые лучи пропускаются в течение определенного периода времени. Этот период времени
В современных цифровых камерах используются фокальные затворы шторно-щелевого типа с вертикальным ходом шторок . Это означает, что такой затвор расположен сразу перед матрицей фотоаппарата, состоит из шторок, которые двигаются вертикально (обычно сверху-вниз и обратно).
Ниже наглядно показано, как происходит спуск затвора:
Видео 1.
Обратите внимание на то, как сильно трясет зеркало после его подъема и возврата, а также на то, как чудовищно содрогаются шторки затвора . На видео видно, что шторки затвора состоят из нескольких частей (так называемые ламели или ‘жалюзи’).
Видео 2.
На этом видео можно заметить щель, которая формируется во время движения шторок затвора.
Видео 3
.
Полноформатная камера и кропнутая камера.
Видео 4.
Трясет не только зеркало и жалюзи затвора, но и лепестки диафрагмы.
И немножко рассуждений насчет затвора, на примере камеры .
Синхронизации этой камеры составляет 1/200 секунды. Это означает, что именно такой промежуток времени нужно шторкам затвора для прохождения расстояния, равного высоте матрицы.
Если нужно проводить съемку на выдержках длиннее или равной синхронизации, то затвор будет работать следующим образом:
- Открывается первая шторка, на это тратит 1/200 секунды.
- Проводится , в это время матрица остается полностью открытой. Возьмем в качестве примера выдержку 1/60 секунды. Вторая шторка начнет свое движение через 1/60 секунды после начала движения первой шторки.
- Вторая шторка закрывается, на это тратится 1/200 секунды.
- Шторки поднимаются вместе, в начальное положение.
На таких выдержках легко синхронизировать вспышку и работу затвора. Обычно вспышка срабатывает после первой шторки (как только затвор полностью открывает матрицу), либо перед началом движения второй шторки (перед закрытием затвора). Например, импульс моей вспышки Nikon имеет длительность от 1\800 с до 1\40.000 с в зависимости от мощности. Во время срабатывания вспышки матрица камеры полностью открыта и нет никаких проблем с синхронизацией.
Если нужно проводить съемку на выдержках короче синхронизации, то затвор будет работать следующим образом:
- Открывается первая шторка.
- Вторая шторка не ожидает полного открытия матрицы и начинает свое движение вслед за первой. Задержка второй шторки как раз и определяет время . Возьмем в качестве примера самую короткую выдержку, допустимую для – 1/4000 с. В таком случае вторая шторка начинает свое движение через 1/4000 с после начала движения первой шторки и таким образом две шторки двигаются вместе, формируя движущуюся щель, которая и производит экспозицию.
- Шторки поднимаются вместе в начальное положение.
На таких выдержках синхронизировать работу вспышки с затвором сложно. Если вспышка сработает только в какой-то определенный момент, то на снимке мы получим полосу, которая формируется щелью затвора. Чтобы обойти такое ограничение, применяют вспышки с высокоскоростной синхронизацией, которые “светят” все время движения обеих шторок, для избежания появления полос.
Интересно, но если мы проводим съемку на 1/60 секунды, то на самом деле затвору требуется куда больше времени на свою работу. Так, тратится 1/60 с на спуск первой шторки и ожидание второй, 1/200 с на движение второй шторки и как минимум еще 1/200 с на подъем обеих шторок в изначальное положение (идеальный случай , в реальности времени нужно больше). Итого 1/60 + 1/200 + 1/200 = 2/75 с. Если убрать ограничения на работу зеркала, диафрагмы и процессора камеры, то за одну секунду при идеальных условиях можно будет снять не больше 38 кадров, и это является механическим ограничением серийной съемки .
В то же время, камеры, использующие электронный затвор, которому не нужно тратить время на движения шторок, уже сейчас без проблем позволяет снимать со скоростью 60 кадров в секунду в режиме фото (в качестве примера посмотрите на ). Только представьте себе, как полезно было бы для фоторепортеров и фотографов снимающих спорт, фотографировать определенные события с такой огромной скоростью. Для примера, самая быстрая зеркальная камера на 2014 год – Canon 1DX , снимает максимум со скоростью 14 кадров в секунду, что в 4 раза ниже чем 60 к/с у некоторых беззеркальных камер с электронным затвором. Вот только беда, что современные камеры с электронным затвором имеют свои недостатки, например страдают ‘rolling shutter’ и т.д. и пока остается только мечтать про электронный затвор, обладающий положительными качествами механического затвора и огромной скоростью съемки.
Кстати, “реальную” скорость движения шторок затвора легко посчитать. Высота матрица составляет 15,8 мм, шторка проходит это расстояние за 1/200 секунды, а ее скорость составляет 3,16 м/с или 11,38 км/ч, что совсем немного:)
Спасибо за внимание. Аркадий Шаповал.
Одним из основных механизмов цифровых фотоаппаратов является затвор, его функциональное предназначение - пропуск, при нажатии на кнопку, световых лучей к матрице , которая является светочувствительным элементом. Световые лучи пропускаются в течение определенного периода времени. Этот период времени, во время которого открывается затвор, носит название «выдержка ». Особенностью цифровых аппаратов является установка затворов, которые могут закрываться и открываться с очень большой скоростью, благодаря этому время выдержки (засветки матрицы) регулируется с высокой точностью. Для специалистов очень важно, чтобы фотооборудование обладало такой точностью, а также большим диапазоном. При большой выдержке на матрицу попадает и большее количество света. Затвор современных цифровых фотоаппаратов, особенно для профессионального использования, может качественно управлять выдержкой. В тоже время этот элемент защищает матрицу от засветки, которая может происходить при считывании изображения, в самом начале экспозиции .
Виды затворов
Затворы могут иметь различия в своей конструкции, а также в принципе закрытия. По таким особенностям разделяют данные элементы на электронные и механические. В различных моделях цифровой фотоаппаратуры устанавливается электронный затвор, он встраивается непосредственно в сенсор камеры.
Электронный затвор
В нужный момент включает сенсор на прием светового потока, по команде процессора потом выключает его. Работой такого затвора управляет процессор фотоаппарата, его электронное оборудование. При использовании такого электронного элемента на матрицу световой поток попадает постоянно, благодаря этому изображение с матрицы передается на ЖК-дисплей цифрового аппарата. Считывается такое изображение за определенное время, которое длится между обнулением матрицы и моментом, когда считывается электронная информация. Это время и составляет величину выдержки, которой характеризуется фотоаппарат. Благодаря электронным затворам фотограф может использовать короткие выдержки, даже до 1/15000с. Работа электронного затвора отличается отсутствием шума и вибрации. Единственное, при использовании такого затвора можно наблюдать и низкое качество изображения, так как чтение ячеек матрицы происходит последовательно. Для того чтобы избежать искажения изображения, таких неприятных эффектов, как ореол, блюминг, профессиональное фотооборудование обеспечивается еще и механическим затвором.
Механический затвор
Обеспечивает дополнительную защиту матрицы от попадания мелкой грязи и пыли. Он также выполняет и такую важную функцию, как дозирование попадания света на светочувствительный элемент фотоаппарата, то есть на матрицу. Благодаря механическому затвору дорогостоящая матрица сохраняет свои высокие технические качества. Для такого затвора характерен определенный срок службы.
Механические затворы также подразделяются на две группы - шторные и центральные.
Центральный затвор
Представляет конструкцию из тонких пластинок (лепестков ), открывающихся к краям и закрывающихся в обратном направлении, поэтому световой поток распределяется равномерно. Он устанавливается между линзами объектива. Наибольшую ценность для профессионалов имеют те затворы, в которых заслонки открываются очень быстро.
Шторные затворы
Обладают более высокой скоростью и большей моментальной выдержкой. В конструкции шторного затвора используются две части (шторки), которые между собой разделяются щелью. В нее проникает из объектива световой поток. Когда срабатывает щелевой затвор, его первая шторка открывает кадровое окно, вторая закрывает. От ширины щели, которая образовывается между шторками, зависит величина выдержки. Принцип действия шторного затвора, при котором перемещаются шторки, может привести к искажению некоторых объектов снимка. Но данный затвор обеспечивает обработку коротких выдержек и имеет высокий коэффициент действия.
Электронно-оптический затвор
В цифровых фотоаппаратах может использоваться еще и электронно-оптический затвор, который представляет собой жидкий кристалл, расположенный между двумя поляризованными пластинами. Через этот кристалл протекает световой поток, потом он попадает на оптический преобразователь.
Затвор является важным элементом работы любого фотооборудования. Основной принцип работы любого вида затворов - это открытие во время фотографирования, пропуск световых лучей. Когда световой поток попадает на светочувствительный элемент, производится экспонирование кадра. Следующий этап - закрытие затвора, что позволяет приступить к следующему снимку. Затвор играет очень важную роль в конструкции фотоаппарата.
Ни на что не
похожий, и при этом столь знакомый современному человеку – звук срабатывания
затвора (Shutter
) камеры. Этот
звук стал настолько узнаваемым, что стал синонимом фотографии, его стали
имитировать на цифровых аналогах и мобильных телефонах электронным образом. А
задумывались ли вы о том загадочном процессе, который стоит за этим звуком?
Работа затвора в зеркальной фотокамере
Существуют три основных составляющих затвора в фотокамере: зеркало, нижняя шторка и верхняя шторка. Когда вы смотрите через видоискатель, так называемых зеркальных камер, вы по сути, видите изображение непосредственно с объектива проходящее через группу зеркал. При нажатии на спуск затвора, зеркало приподнимается на короткое время для того, чтобы свет попал на матрицу/плёнку. Именно поэтому в видоискателе пропадает картинка, - в этот момент он становится тёмным.
После того, как зеркало поднимется вверх небольшая шторка начинает движение сверху вниз, обнажая матрицу/плёнку, находящуюся за ней. После этого, еще одна шторка выпадает вниз, закрывая матрицу/плёнку целиком. В зависимости от установленной выдержки этот процесс может меняться во времени. Иной раз он может быть очень быстрым.
Итак - вторая шторка закрывает матрицу, зеркало падает вниз, возвращаясь на прежнее место, шторки занимают исходное положение. Всё это действие, от момента поднятия зеркала до его возвращения, и есть цикл срабатывания затвора.
зеркальных камер
Работа затвора без зеркальной фотокамеры
В отличии от зеркальных фотоаппаратов, в без зеркальных - отсутствует система зеркал, или пента призма. Собственно, поэтому такой тип фотокамер и называют без зеркальными. Матрица в таких аппаратах все время подвергается воздействию света, проходящего через объектив. По этой причине в без зеркальных фотокамерах используется либо ЖК экран, либо электронный видоискатель.
Как только пользователь нажимает кнопку спуска затвора, нижняя шторка поднимается вверх чтобы закрыть матрицу. Затем, эта же шторка начинает опускаться, и в этот момент происходит экспонирование. Далее опускается вторая шторка и закрывает матрицу. После того, как вторая шторка закроет матрицу, экспонирование завершается, а шторки возвращаются в исходное положение.
Графический пример одного цикла для без зеркальных камер
Нужен ли механический затвор?
До эпохи цифровых матриц, очень важно было оснастить камеру затвором. Связанно это было с тем, что пленку невозможно просто включить, а затем выключить. Фотопленка и кинопленка весьма чувствительны к свету и любое, даже короткое световое воздействие на неё чревато последствиями. Конечно, в настоящее время технологии позволяют вовсе обходиться без механического затвора в камерах определенной категории.
Классическим примером подобных, без затворных аппаратов, являются фотокамеры пользовательского класса - карманные аппараты и мобильные телефоны. Камеры такого рода обычно более шумные, чем их классические аналоги. Связанно это с тем, что в таких камерах постоянно подается питание на матрицу. Также надо учитывать, что чем выше значение ISO , тем более шумным будет изображение, причем относится это к любым типам фотоаппаратов.
Скорее всего в ближайшем будущем, технологии позволят получать профессионального качества изображение, используя камеры без затворов, однако на данный момент, они еще далеки от профессионального качества.
Механизм работы затвора при съемке видео
Механизм работы затвора для видео съемки, сильно отличается от принципов работы затвора при фотографии. Связанно это с тем, что обычная фотокамера, способна активировать механизм затвора, приблизительно шесть раз в секунду. Механизм срабатывания просто слишком медленный для видео, в котором обычно записывается 25 или 30 кадров в секунду. Поэтому, шторки и механизмы зеркал, все время находятся в открытом состоянии. Затвор же реализован, на основе регулировки времени считывания информации с матрицы. Это и есть электронный затвор. Выдержка же, определяется временем, между сбрасыванием матрицы и моментом считывания с неё информации. Соответственно, матрица обнуляется после каждого кадра.
Что такое Global Shutter?
Возможно название намекает на то что это один из типов затвора, но на самом деле взаимодействие Global Shutter и матрицы очень важный момент. Когда речь заходит о матрице видеокамеры, существует два основных типа матриц, о которых необходимо знать – CMOS и CCD.
CMOS
- КМОП (комплементарная
структура металл-оксид-полупроводник) матрица, наиболее распространена в
категории полупрофессиональных камер. И надо признать, они весьма
проблематичны. Связано это с принципом работы КМОП матрицы. Она считывает
информацию с пикселей двигаясь от верхнего левого угла, к нижнему правому. Это
и создаёт проблему, так как, если объект съемки движется быстро в момент
съемки, то на выходе получаем искаженное изображение. В таких условиях, Rolling
Shutter
(так это обозначается),
создает эффект «желе», являющийся браком, если говорить с профессиональной
точки зрения. И эффект
этот особо проявляется при съемке видео.
Другой тип матрицы - CCD - ПЗС (прибор с зарядовой связью), записывает кадр целиком. Это и есть, так называемый Global Shutter . Принцип работы Global Shutter схож с работой плёночного фотоаппарата - кадр записывается целиком, тем самым исключается деформация изображения. Таким образом Global Shutter выдает более реалистичное и качественное изображение.
Что такое Обтюратор?
Обтюратор (фр. obturateur, от лат. obturo — закрываю) — механическое устройство, для периодического перекрывания светового потока. Этот тип затвора используется в кинокамерах. Как известно, пленочная кинокамера записывает 24 отдельных кадра в секунду, это значит, что 24 раза в секунду пленка подвергается воздействию света. В результате мы получаем иллюзию движения. При съемке видео, затворы, описанные выше в этой статье, невозможно использовать, так как они слишком сложны, для реализации 24 раза в секунду. По этой причине и был разработан обтюратор.
Затвор этот, очень похож на вентилятор. Распложён он внутри корпуса камеры и вращаясь закрывает, либо открывает световой поток к плёнке или матрице. Процесс состоит из трех этапов: пока диск перекрывает свет, пленка устанавливается на позицию, далее диск открывается - происходит экспонирование, на заключительном этапе диск закрывает кадр. Этот процесс повторяется 24 раза за секунду.
В современных камерах реализована возможность, точно подобрать значение скорости затвора. Но в случае с классическими пленочными камерами, вам придется рассчитывать выдержку самостоятельно. Существует понятие угла выдержки (смотри рисунок), соответственно, оператор вычисляет скорость затвора учитывая два параметра, угол затвора и частоту кадров.
Для примера, если вы работаете с пленкой, и запись ведется на скорости 24 кадра в секунду, а значение угла затвора равно 180°, то скорость затвора будет 1/48, или два раза 24. Следующая картинка поможет понять вам этот процесс.
Нередко производители кинокамер высокого класса указывают скорость затвора в углах, к тому же, существует большое количество интернет ресурсов, которые более детально и точно описывают механизм работы и вычисления скорости затвора, для плёночных камер.
Несмотря на постепенное сокращение их рыночной доли под натиском беззеркалок, DSLR-фотоаппараты остаются самой востребованным классом среди профессионалов и продвинутых любителей. Однако надо признать, что зеркалкам порой недостает новаторства и смелых инженерных решений. И сегодня мы выделим пять функций и элементов, которые зеркалкам следовало бы перенять у беззеркальных камер и продвинутых компактов.
1. Электронный затвор
Если отследить эволюцию зеркальных камер со времен пленки, то можно заметить что нижняя граница диапазона выдержек постепенно отодвигалась. В пленочной фотографии 1/2000 секунды считалась прекрасным показателем. А сейчас и значением 1/8000 секунды никого не удивишь. Собственно «одна восьмитысячная» – практический потолок для зеркалок с механическим затвором.
Механический затвор должен сталь электронно-механическим
А вот беззеркальные камеры, обладающие электронным затвором (или электронно-механическим) способны отрабатывать выдержи покороче – до 1/16000 и даже до 1/32000 секунды. С другой стороны, нижний порог чувствительности в высококлассных DSLR-камерах, как правило ниже. А при наличии ISO 100 и даже ISO 50 можно не беспокоиться об отсутствии сверхкороткой выдержки. Но все же никаких технических препятствий для реализации электронного затвора в зеркальных камерах давно нет. Шире диапазон – больше свободы творчества. И меньше потребность в дополнительных аксессуарах. Так что расширения диапазона выдержек можно ожидать в ближайшие годы.
2. Возможность зарядки по USB
Смартфоны, плееры, планшеты – любое из этих устройство можно зарядить от компьютера или пауэрбанка. Внешний адаптер питания может служить для более быстрой зарядки (за счет большего тока). У фотоаппаратов (особенно зеркальных) с этим пока туго. Логика производителей проста и понятна: на продаже оригинальных зарядных устройств можно заработать. Чем выше класс камеры, тем дороже зарядное устройство к ней (хотя в среднем ценовом сегменте зеркало все давно унифицировано, слава богу). Сравните например, стоимость оригинальной зарядки для Nikon D4s и D5500. У других производителей ситуация не лучше.
Есть одно простое правило. Все, что может заряжаться по USB, должно заряжаться по USB.
Пример нужно брать с некоторых компактных камер, линейки Sony A7 и некоторых других устройств. Впрочем, это вопрос не столько удобства, сколько мобильности. Улетая в отпуск или в командировку, не нужно брать с собой зарядное устройство, толстый кабель к нему и набор переходников под местные розетки.
3. Сенсорный экран
Новшество, очень сомнительное с одной стороны, и чрезвычайно полезное с другой. В зеркальной камере первично построение кадра через оптический видоискатель, поэтому задание точки фокусировки касанием экрана, как это делается в компактах, в данном случае никакого удобства не принесет. Но есть и другая сторона – экран можно сделать больше (площадь задней панели большинства зеркалок позволяет увеличить диагональ до 4, а то и до 5 дюймов) и тогда он может использоваться для более удобной работы в режиме просмотра. Двойной тап – увеличение фотографии с привязкой к точке касания. Точь-в-точь как на смартфоне. Что может быть проще?
Nikon D5500 – одна из немногих зеркалок с сенсорным экраном. Ждем аналогов в более дорогом сегменте
Текущий способ масштабирования картинки в режиме просмотров – настоящий ад с точки зрения дизайна интерфейсов. По умолчанию всегда увеличивается центральная часть кадра, а для навигации и масштабирования нужно использовать скроллер, а то и сочетание разных элементов. Для старшего поколения фотографов это может быть привычным. Но в целом это очень нелогично и неудобно.
4. Больше беспроводных возможностей
Вот здесь ситуация меняется на глазах. В зеркалках уже есть Wi-Fi, а в некоторых есть даже NFC, который служит для более удобного соединения со смартфоном и планшетом. Но без вспомогательных устройств камеры с Wi-Fi в большинстве своем несостоятельны. Они не могут отправлять снимки в социальные сети, не способны отсылать их по почте или загружать в Dropbox. А ведь здесь тоже нет никаких сложностей – нужно лишь довести до ума программную часть и доработать интерфейс.
Все это – прошлый век. Современная зеркалка должна иметь встроенные модули и соответствующие программные возможности
Если говорить о скорости работы, которая так важна в репортажной съемке, то в любом случае отправка снимков с одного устройства будет происходить быстрее, чем с двух и более. Не исключено, кстати, что фотокамерам вскоре придется перейти на отдельную операционную систему для того, чтобы сетевые функции были четко урегулированы, а работа с ними стала такой же интуитивной, как с механическими органами управления.
5. Имидж – все
Типичная зеркалка воспринимается как инструмент, и выглядит соответствующим образом. Удобная, эргономичная, надежная и… некрасивая. Беззеркалки зародились сравнительно недавно, но выглядят гораздо гармоничнее и разнообразнее, чем зеркальные камеры. Эстетика сегодня имеет гораздо большее значение, чем вчера, поэтому зеркалки вынуждены будут стать красивее. Одним только расширением цветовой гаммы (привет, Pentax) проблему не решить. Нужен более комплексный подход.