STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA A STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ NERATOVICE Školní 664, 277 11 Neratovice, tel.: 315 682 314, IČO: 683 834 95, IZO: 110 450 639 Ředitelství školy: Spojovací 632, 277 11 Neratovice tel.: 315 663 115, fax 315 684145, e-mail: mhrejsova@sosasou.cz, www.sosasouneratovice.cz Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0185 Název projektu: Moderní škola 21. století Zařazení materiálu: Šablona: III/2 Stupeň a typ vzdělávání: střední odborné Vzdělávací oblast: vzdělávání v inf. a kom. technologiích Vyučovací předmět: výpočetní technika Vzdělávací obor: všechny obory SŠ Tematický okruh: grafika a multimédia Sada: 11 Číslo DUM: 3 Ověření materiálu ve výuce: Datum ověření: Ročník: Ověřující učitel: 19.9.2013 2. Ing. Helena Holcová 1
STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA A STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ NERATOVICE Školní 664, 277 11 Neratovice, tel.: 315 682 314, IČO: 683 834 95, IZO: 110 450 639 Ředitelství školy: Spojovací 632, 277 11 Neratovice tel.: 315 663 115, fax 315 684145, e-mail: mhrejsova@sosasou.cz, www.sosasouneratovice.cz Název listu: Jméno autora: Anotace: Základní principy fotografování 1 základní části DF Jan Krejza Seznámení se základními částmi digitálního fotoaparátu, pochopení principu fungování digitálního fotoaparátu a možnosti při práci s jednotlivými částmi. Klíčová slova: Klíčové kompetence: Přesahy a vazby: Digitální fotoaparát, objektiv, snímač, autofocus, expozice, paměťová karta, akumulátor, blesk uplatňovat při řešení problémů různé metody myšlení a myšlenkové operace, pracovat s osobním počítačem a dalšími prostředky informačních a komunikačních technologií Fyzika - optika Organizace (čas, velikost skupiny, prostorová organizace): 25 min, třída žáků včetně žáků se specifickými vzdělávacími potřebami, digitální fotoaparát Cílová skupina: Použitá literatura, zdroje: Žák, věková skupina 15 19 let Autorem materiálu a všech jeho částí je Jan Krejza. Velikost: 1,1 MB 2
Obsah Úvod... 2 Objektiv... 2 Snímač CCD/CMOS... 3 Autofocus... 5 Měření expozice a korekce expozice Chyba! Záložka není definována. Paměťová karta... 6 Akumulátory... 6 Hledáček... 7 Blesk... Chyba! Záložka není definována. Ostatní příslušenství... Chyba! Záložka není definována. 3
Úvod Ačkoliv jsme svědky třeskutého rozvoje techniky, mnoho technických vymožeností staví na pevných základech a principech, jenž se po desetiletí nijak výrazně nemění. Mezi ně patří i princip zachycení obrazu při činnosti zvané fotografování. V následujících několalika odstavcích si popíšeme základní části digitálního fotoaparátu, které jsou až na drobné nuance schodné s fotopřístrojem na klasický film. Objektiv Ikdyž si to mnoho začínajích fotografů v honbě za megapixely a velikosti LCD displeje nepřipouští, objektiv je objektivně nejdůležitější částí fotoaparátu a z velké části tvoří i jeho cenu, která odpovídá kvalitě. Je zcela liché očekávat od kompaktního fotoaprátu za několik málo tisíc obrazově skvělé fotografie. Objektiv je optická soustava tvořená několika optickými členy (čočkami), jeho hlavní úlohou je přenos snímané scény na snímač. Rozměry objektivu úzce souvisejí s velikostí úhlopříčky snímače, obcně platí pravidlo, že by měl objektiv umět vykreslit obraz o průměru mírně větším než je délka úhlopříčky. Pokud se například v digitální fotografii využívají kinofilmové objektivy na DSLR (označení digitální jednooké zrcadlovky) se snímačem menším než políčko kinofilmu (DX, APS C) dojde k tomu, že snímač sejme jen část obrazu, tzv. výřezu (princip je stejný jako digitální zoom). Je zřejmé, že se zcela nevyužije vykreslené pole a tím i vlastností objektivu. Objektiv má několik klíčových parametrů. Jsou to zejména ohnisková vzdálenost a světelnost. Dále nás pak zajímá optické konstrukce, rozsah clonových čísel, nejkratší zaostřitelná vzdálenost, rozsah zoomu, rozlišovací schopnost (ta by měla být opět úměrná rozlišovací schopnosti snímače), hmotnost, mechanická odolnost, použité materialy atd. Ohnisková vzdálenost je vlatnost optické soustavy (viz fyzika-optika), ve fotografii je důležitý vztah mezi ohniskovou vzdáleností, velikostí snímače a schopností soustavy přenést na snímač scénu o určitém zorném úhlu. Platí, že čím menší ohnisková vzálenost objektiv má, tím větší úhel zabere. V praxi se setkáváme s tzv. ekvivalentní ohniskovou vzdáleností, její vznik je vynucen nástupem digitálů. Celá destiletí byli fotografové zvyklí na ohniskové vzdálenosti kinofilmových přístrojů a věděli, že 28mm je hranice širokoúhlých objektivů, padesátka je normální ohnisková vzdálenost (zorný úhel objektivu je velmi blízký lidskému oku) a 100 a více mm jsou teleobjektivy. To vše plati pro kinofilmove políčko 36x24mm. S nástupem digitální fotografie se z ekonomických důvodů razantně zmenšily rozměry snímačů a tím i ohniskové vzdálenosti objektivů. Ruku v ruce s tím se zmenšily i objektivy a jejich ohniska. Bylo by jistě matoucí orientovat se podle ohnikové vzdálenost 12mm při snímači 1/1.8, právě proto se udává i ta ekvivalentní, jaké ohnisko by bylo na kinofilmovém přístroji, tak aby snímek se schodnou perspektivou. Pokud se jedná o tzv. zoom objektiv s proměnnou ohniskovou, udává se rozsah ohnisek a jejich podílem získáme hodnotu zoomu (např. 28-110mm je zoom cca 4x). Světelnost objektivu je údaj o schopnosti přenést maximum množství světla soustavou na snímač. Matematicky je to nejmenší clonové číslo (viz. další kapitoly)tedy poměr průměru vstupní čočky a ohniskové vzdálenosti. V praxi je zápis např. 1/2,8. Je zřejmé, že čím je jmenovatel menší, tím roste průměr objektivu nebo se zmenšuje ohnisková vzdálenost. U zoomu se proto vedle minimalní a maximální ohniskovou vzdáleností udávají i odpovídající světelností např. 1/2,8-1/5,6 znamená to, že na krátkém konci je objektiv výrazně světelnější než na dlouhém. Existují zoomy se stálou hodnotou světelnosti přes celý rozsah ohnisek. Jsou však konstrukčně náročné i cena je odpovídající. 4
Jak tomu ve skutečném světě bývá, nic není dokonalé, tak i objektivy mají své nedostatky. Patří sem chromatické vada (moiré), kdy se kontrastní rozhraní zobrazí s typickými fialovými konturami. Sférická vada, rovnoběžné paprsky procházející, objektivem při okraji se lamou do mírně posunutého ohniska než paprsky procházející blíže středu, zaostřený bod se proto zobrazuje jako kruh, vado lze omezit odstraněním paprsků při okraji objektivu přicloněním. Zklenutí je vada kdy se přímky zobrazují jako křivky, typická je soudkovitost při okraji fotografie. Klasický objektiv je konstruován jako válec, na jehož obvodě jsou kroužky obsluhující clonu, ostření případně zoom, u kompaktních fotoaparátů je vše řízeno servopohony elektronicky. Snímač CCD/CMOS Snímač je optická polovodičová součástka, je to matice buněk detekujících světlo (pixel), před snímačem je barevný filtr, takže každá buňka snímá množství světla dané barvy a to se vyhodnotí v kombinaci s buňkami okolními reagujícími na jinou bbarevnou složku světla. Dnes se využívají dvě tecnologie snímaní světla a dvě technologie konstrukce barevného filtru. CCD (Charge Coupled Device) nábojově vázaná součástka, je světlocitlivá součástka využívající vnější fotoefekt dopadající fotony vyrážejí z atomového obalu elektrony. Množství elektronů odpovída intenzitě dopadajícího světla. Trik CCD spočívá a udržení a transportu balíků elektronů ven ze snímače. Oblast, kde se elektrony vyrážejí je zcela izolována od řídících elektrod, takže se hromaděný náboj nikam neodvádí, po uzavření závěrky se postupně kladně polarizují řídící elektrody, takže náboj putuje snímačem od středu směrem ven. Tam na něj čeká převodník náboj-napětí a hodnota se zaznamenává. Snímače CCD jsou používány především u kompaktních přístrojů. Obr.1 Princip přenosu náboje ve struktuře CCD CMOS (Complemetary Metal Oxide Semiconductor) je obecně technologie výroby polovodičových součástek. Senzor využívá integrace fotodiody do stávající technologie CMOS. Co buňka to fotodioda a příslušný spínací tranzistor, kterým se fotodioda připojuje k vnějším obvodům. Dopadá-li na diodu světlo, generuje se fotovoltaické napětí (jako třeba v solárních panelech), toto napětí po vodičích přenáší ven adresováním příslušného spínače. Rozdíl oproti CCD je zřejmý, informace se ze snímače přenáší po kovovém vedení a napětí je generováno, pouze pokud dopadá světlo. CMOS senzory je používají u větších kamer. Největší výrobci snímačů jsou: Canon, Fuji, Nikon, Samsung a Sony. Abychom byli schopni kromě množství světla zachitit i informaci o jeho barvě je třeba snímač opatřít barevným filtrem. Filtry jsou dvojí konstrukce Bayer opakující se RGB matice a Faveon, což je sada 3 propustných fitlrů a světlocitlivých buněk CMOS naskládaných na sobě systém Faveon není příliš rozšírěný. Obrazky. V případě bayerova filtru se výsledný pixel skládá (interpoluje) z informace ze 5
čtyř jednobarevných pixelů. Základní bayerova maska obsahuje 2pixely zelené barvy, proto je na snadě snaha výrobců nahradit jeden zelený pixel jinou barvou a tak obohatit detekční rozsah snímače. Obr.2 Interpolace pixelu Bayerova mřížka. Snímač Faveon. Z obrázku je zřejmé, že interpolované pixely sdílejí navzájem informace z jednobarevných pixelů (v tomto případě 16 pixelů spoluvytváří 9 interpolovaných), proto je výsledný počet interpolovaných pixelů vždy nepatrně menší než počet jednobarevných. Počtu interpolovaných pixelů se říká efektivní rozlišení snímače, důležitá je pak i plocha, na kterou se vměstnalo toto množství pixelů, hustota integrace pixelů totiž souvisí s šumovými vlastnostmi snímače. diagonála " diagonála rozměr X rozměr Y plocha crop factor systém mm mm mm mm^2 prodloužení 1/1.8" 8.93 7.18 5.32 38.20 4.84 1/1.7" 9.50 7.60 5.70 43.30 4.55 1/1.6" 10.07 8.08 6.01 48.56 4.30 2/3" 11.00 8.80 6.60 58.10 3.93 1" 16.00 12.80 9.60 123.00 2.70 4/3" 21.60 17.30 13.00 225.00 2.00 1.5" 23.36 18.70 14.00 262.00 1.85 Canon APS-C 26.70 22.20 14.80 329.00 1.62 General APS-C 28.2-28.4 23.6-23.7 15.6 368-370 1.52-1.54 Canon APS-H 33.50 27.90 18.60 519.00 1.29 35mm Full-frame 43.2-43.3 36 23.9-24.3 860-864 1 Leica S 54.00 45.00 30.00 1350.00 0.80 Tab.1 Rozměry nejčastěji užívaných snímačů Samotné rozlišení je pak důležité z hlediska tisku a prezentace fotografií, vezmeme-li v úvahu, že pro přípustné minimum rozlišení tisku 150dpi (bodů na palec) je potřeba na tisk plochy 1dm2 350 tisíc pixelů (pro standard tisku 300dpi je to dvojnásobek). Pro tisk fotografie formátu A3 v kvalitě 150dpi je potom potřeba snímek o rozlišení 4,4Mpx respektive 8,8Mpx pro tisk 300dpi. 6
Autofocus V technologii fotopřístrojů je několik důležitých milníků, patří mezi ně nesporně příchod automatického zaostřování a automatického určení správné expozice. Obojí přispělo k masovému rozšíření fotografie. Každý může rychle vytvořit technicky dobrý snímek, aniž by se musel věnovat zaostřování či měření dopadajícího/draženého světla. Autofocus uvedl jako první německý Leitz nasledovaný japonskými Pentaxem a Nikonem. V digitální fotografii je nejrozšířenějším pasivní systém založený na vyhodnocení kontrastu, kdy je obraz rozdělen na zóny a systém AF vyhledává v těchto zónách kontrastní rozhraní, toto se zaostřováním snaží dohnat do maxima, tento systém je využíván hlavně u kompaktních přístrojů. Zrcadlovky oproti tomu využívají přítomnost zrcadla k fázové detekci zaostření. Principem je předpoklad, že se paprsky zaostřeného předmětu sbíhají v ohnisku objektivu, kde se ideálně nachází snímač, to ovšem ale až po sklopení zrcadla. Napřed musí dojít k zaostření. K tomu slouží pomocné snímače, na kterých se vyhodnocuje odchylka od zrcadla odražených paprsků a dochází k posunu ostřících členů objektivu. Obr.3 Princip autofocusu u fotoaparátu typu zrcadlovka Další, méně obvyklý způsob je aktivní AF, využívající přímého měření vzdálenosti ultrazvukem, IR zářením, či laserem. V každém případě vyžaduje systém AF přítomnost ostřícího motoru a to buď v těle fotoaparátu s přenosem do objektivu přes ostřící osičku anebo s motorem přímo umístěným v tubusu objektivu. 7
Měření expozice a korekce expozice Určení správné expozice je dalším klíčovým předpokladem technicky dobré fotografie, který přechází díky elektronice z fotografa na fotoaparát. Základní problém expozimetrie je přenést celou škálu jasů a stínů scény, která může být značně široká za jasného leního dne, stejně tak může být plochá za sychravého podzimního rána, na snímač omezené expoziční pružnosti a posléze na fotopapír, který je z hlediska expoziční pružnosti ještě omezenějsí. Optimálním způsobem je změřit světlo dopadající na takzvané šedé tabulce a následně proměřit rozsah odraženého světla scény bodovým expozimetrem a z těchto hodnot určit správnou expozici, tedy kombinaci velikosti clonového čísla (množství propuštěného světla, clona ovšem ovlivňuje i hloubku ostrosti), expozičního času (doba, po kterou dopadá světlo na snímač) a v neposlední řadě velikostí citlivosti snímače. Právě možnost změnit citlivost snímače je obrovskou výhodou oproti klasické fotografii, kde když měl fotograf jasnou představu o hloubce ostrosti, tedy cloně a narazil na krajní hodnotu rychlosti závěrky, neměl jinou možnost než změnit citlivost filmu (to lze jen u speciálních fotoaparátů) anebo musel nasadit neutrální ztmavovací filtr. Vzhledem k tomu, že fotoaparát určuje expozici na základě měření odraženého světla ve scéně a předpokládá, že jsou ve scéně průměrně zastoupeny všechny úrovně odstínů, dochází v extrémních případech ke špatnému určení expozice. Fotograf ví, že fotí za jasného dne na sněhu anebo za soumraku, fotoaparát pouze zprůměruje jasy a určí průměrnou expozici, jeho prací je vytvořit fotografii s průměrným zastoupením jasů. Proto je třeba v těchto případech expozici kompenzovat, posouvat jí tak aby výsledný snímek odopovídal snímané scéně. K měření expozice dochází buď na pomocných senzorech v několika desítkách až stovkách bodů (zrcadlovky) anebo přímo na senzoru u kompaktů. U pokročilých fotoaparátů můžeme volit mezi režimy měření expozice, těmi jsou zpravidla bodové měření, měření se zvýrazněným středem a průměr z celé plochy. Více o expozimetrii v následující kapitole. Paměťová karta Paměťová karta je místo, kde se pořízené snímky ukládají. Ve všech případech jde o polovodičovou paměť flash, která jse schopna uchovat informaci bez přiloženého napětí. Paměťové karty se dnes vyrábějí v několika formátech, kapacitách a rychlostech záznamu. Je to odvětví tak rychle vyvýjející se, že cokoliv co napíši dnes, nemusí být zítra pravda. Důležité je, že za své peníze dostaneme větší kapacitu a větší přenosové rychlosti. Akumulátory Obrovskou nevýhodou digitálních fotoaparátů je jejich závislost na elektrické energii. Dnešní fotoaparáty obsahují několik motorů, stabilizátory, obrazové procesory a v neposlední řadě zobrazovací jednotky LCD či OLED, což jsou společně s vestavnými blesky největsí žrouti energie. Drtivá většina digitálních fotoaparátů používá jako zásobníků elektrické energie akumulátorů a to nejčastěji NiMH anebo lithium polymerové, druhé jmenované vynikají nízkou hmotností, vysokou kapacitou a odolností vůči nešetrnému zacházení. Každý výrobce udává počet snímků, který je možné fotoaparátem na daný akumulátor pořídit v různých režimech snímání. Je proto na uživateli zvážit počet akumulátorů s ohledem na výkon, který od aparátu očekává. 8
Hledáček Hledáček je místo, kde se komponuje obraz. Zrcadlovky disponují optickým hledáčkem. Paprsky procházejí objektivem, odráží se od zrcadla, jsou otočeny v hranolu a dopadají na matnici, kde je pozorujeme okem, většina hledáčků má nastavitelnou korekci oční vady. Společně s komponovaným obrazem se na matnici promítají provozní informace o expozici, stavu baterie, režimu snímaní, počtu snímků a podobně. Důležitou informací je vizualizace ostření, obvykle jako několik zón, ve kterých se ostří buď automaticky, nebo se dají přednastavit, v okamžiku, kdy v dané zóně dojde k zaostření, zóna problikne. Probliknutí může provázet zvukový signál. Optické hledáčky v zrcadlovkách mají zásadní parametry. Pokrytí v % udává, kolik procent ze snímaného obrazu v hledáčku vidíte, čím více tím lépe. Zvětšení 1, jak se obraz jeví vůči realitě. Posední je světelnost hledáčku, což je spíše subjektivní vjem z celé soustavy objektiv-fotoaparát. Některé, z pravidla dražší, digitální kompakty mají tzv. Elektronický hledáček, což je malý velice jemný LCD nebo OLED dispej simulující činnost matnice. Většina kompaktů hledáček vůbec nemá a ke kompozici dochází na displeji přístroje. Blesk Pokud nám světelné podmínky, světelnost objektivu a stabilizátor obrazu neumožňují pořízení technicky dobrého snímku, nezbývá než použít zábleskového zařízení. Blesk je zařízení, které slouží k osvětlení scény v případě nedostatku osvětlení, případně ho lze použít i kreativněji jako doplňkové osvětlení pro vyplnění stínů v protisvětle nebo přiblesknutí na druhou závěrkou. Velkým úskalím použití blesku je silná směrovost světla a s tím související ostrost stínů, blesk vytváří ostré přední světlo, kdežto oku je přirozené horní difúzní. Dalšími nedostatky jsou přirozený úbytek osvětlení s kvadrátem vzdálenosti a z principu jiná barva chromatičnosti světla výbojky blesku vůči okolnímu osvětlení. První nedostatek se projevuje, přesvícenými objekty v popředí a utopenými na pozadí a druhý nedostatek se projevuje nepřirozeným barevným padáním. Důležitým parametrem blesku je směrové číslo (GN guide number). Udavá v podstatě výkon zdroje záření jen trochu polidštěný, je to součin vzdálenosti do které umí blesk objekt učinně nasvítit a clonového čísla objektivu nominálně při citlivosti ISO 100. Prakticky, pokud máme blesk s GN=20 při cloně 3,5 osvítí objekt až do vzdálenosti 5,7m. Při focení s bleskem musíme brát v potaz takzvaný synchronizační čas, což je sice vlastnost fotoaparátu nicméně je platná pouze při použití blesku. Jde o to, že je potřeba vzgenerovat záblesk v okamžiku, kdy závěrka odhalí celý snímač. Závěrka, o které ještě nebyla řeč, vymezuje expoziční čas, má přední a zadní lamelu, při expozici se pustí první lamela, odkryje snímač a dochazí k expozici, tu ukončí zadní lamela, která snímač zase zakryje. Do určitých expozičních časů dochazí k tomu, že je po nějakou dobu odkrytý celý snímač, až do tohoto mezního času lze blesk použít. Tyto mezní časy bývají obvykle 1/60, 1/125 nebo 1/250s, pokud bychom použili čas kratší, bude v době záblesku přes část snímače jedna z lamel a na snímku bude tmavý pruh. Tento problém řeší vysokorychlostní synchronizace blesku, kdy blesk vygeneruje rychlou sekvenci záblesků namísto jednoho spojitého záblesku. Další příslušenství Fotoaparát můžeme dovybavit dalším příslušenstvím. Stativem, který nám zajistí nehybnost přístroje při dlouhých expozičních časech. Filtry, které mohou podtrhnout obsah snímku. Optické předsádky, které nám rozšíří optické schopnosti objektivů. Dálkovou spoušť. Brašnu, která ochrání přístroj, když ho nepoužíváme. Podvodní pouzdro a podobně. 9