82 подписчика

Как работает камера. Часть 1

7 мая 20207 мая 2020

3 мин

Как работают камеры

Фотография, несомненно, является одним из самых важных изобретений в истории - она действительно изменила то, как люди воспринимают мир. Теперь мы можем "видеть" всевозможные вещи, которые на самом деле находятся на расстоянии многих миль - и лет - от нас. Фотография позволяет нам запечатлевать моменты времени и сохранять их на долгие годы.

Основная технология, которая делает все это возможным, довольно проста. Натюрмортная пленочная камера состоит из трех основных элементов: оптического элемента (объектив), химического элемента (пленка) и механического элемента (сам корпус камеры). Как мы увидим, единственный трюк в фотографии - это калибровка и комбинирование этих элементов таким образом, чтобы они записывали четкое, узнаваемое изображение.

Есть много различных способов объединить все вместе. В этой статье мы рассмотрим ручную однолинзовую рефлекторную (SLR) камеру. Это камера, в которой фотограф видит точно такое же изображение, которое экспонируется на пленку, и может все настроить, поворачивая циферблаты и нажимая кнопки. Поскольку для съемки не требуется электричество, ручная зеркальная фотокамера представляет собой прекрасную иллюстрацию фундаментальных процессов фотографирования.

Оптическим компонентом камеры является объектив. В своем простейшем виде объектив представляет собой просто изогнутый кусок стекла или пластика. Его задача состоит в том, чтобы снять пучки света, отскакивающие от объекта, и перенаправить их таким образом, чтобы они собрались вместе и сформировали реальное изображение - изображение, которое выглядит точно так же, как сцена перед объективом.

Когда световые волны входят в кусок стекла под углом, одна часть волны доходит до стекла раньше другой, и поэтому сначала начинает замедляться. Это что-то вроде перемещения тележки с тротуара на траву под углом. Правое колесо сначала ударяется о траву, и таким образом замедляется, пока левое колесо еще находится на асфальте. Поскольку левое колесо движется быстрее правого, тележка поворачивается вправо, когда она движется по траве.

Воздействие света одинаково - когда оно входит в стекло под углом, оно изгибается в одном направлении. При выходе из стекла оно снова сгибается, потому что части световой волны попадают в воздух и ускоряются перед другими частями волны. В стандартной конвергентной или выпуклой линзе одна или обе стороны стекла изгибаются. Это означает, что лучи света, проходящие через стекло, будут изгибаться по направлению к центру линзы на входе. В двойной выпуклой линзе, например, в лупе, свет будет изгибаться как при выходе, так и при входе.

Это эффективно меняет путь света от объекта. Источник света - скажем, свеча - излучает свет во всех направлениях. Лучи света начинаются в одной и той же точке - пламени свечи - и затем постоянно расходятся. Сходящаяся линза берет эти лучи и перенаправляет их так, что все они сходятся в одной точке. В той точке, где лучи сходятся, вы получаете настоящее изображение свечи. В следующей паре разделов мы рассмотрим некоторые из переменных, которые определяют, как формируется это реальное изображение.

Камеры: Фокус

Мы видели, что реальное изображение формируется светом, проходящим через выпуклую линзу. Характер этого реального изображения меняется в зависимости от того, как свет проходит через объектив. Этот световой путь зависит от двух основных факторов:

Структура объектива

Угол входа света меняется при перемещении объекта ближе или дальше от объектива. Вы можете увидеть это на диаграмме ниже. Световые лучи от точки входа карандаша попадают в объектив под более острым углом, когда карандаш находится ближе к объективу, и под более тупым углом, когда карандаш находится дальше. Но в целом, объектив только изгибает световой луч до определенной общей степени, независимо от того, как он попадает внутрь. Следовательно, световые лучи, которые входят под более острым углом, будут выходить под более тупым углом, и наоборот. Общий "угол изгиба" в любой точке объектива остается постоянным.

Как видно, световые лучи от ближайшей точки сходятся дальше от объектива, чем световые лучи от точки, находящейся дальше. Другими словами, реальное изображение более близкого объекта формируется дальше от объектива, чем реальное изображение более удаленного объекта.

Вы можете наблюдать это явление с помощью простого эксперимента. Зажгите свечу в темноте и держите лупу между ней и стеной. Вы увидите перевернутое изображение свечи на стене. Если реальное изображение свечи не упадет прямо на стену, оно будет выглядеть несколько расплывчатым. Световые лучи из определенной точки не совсем сходятся в этой точке. Чтобы сфокусировать изображение, передвиньте лупу ближе или дальше от свечи.