Technika rejestracji sygnałów
Temat:
Obiektywy, kamery, aparaty cyfrowe
Plan wykładu
Wprowadzenie
Obiektywy
Rodzaje obiektywów
Parametry obiektywów
Filtry fotograficzne
Aparaty cyfrowe
Klasyfikacja
Budowa
Matryce (CCD, CMOS)
Kamery cyfrowe
Budowa
Formaty zapisu danych
Wprowadzenie
Camera obscura (łac. Ciemna skrzynka)
Wynaleziona około 900 roku przez naukowców arabskich
Służyła do obserwacji nieba:
Roczne tory słońca
Plamy słoneczne
Księżyc
y
ródło: PC WORLD KOMPUTER
Wprowadzenie
Zbudowana z zaczernionego pudełka, dla zredukowania odbić
światła
Na ściance przeciwległej do otworu znajduje się przyciemniona
szyba (matówka) lub kalka techniczna
Obraz odwrócony i pomniejszony
W 1550 roku Girolamo Cardano w miejsce otworu umieścił
pojedynczą soczewkę skupiającą.
Jest pierwowzorem aparatu
Cechy obrazu:
Miękkość
A
agodne kontrasty
Nieskończona głębia ostrości
Brak dystorsji
Wykorzystywana w fotografii artystycznej
Obiektywy
Obiektyw fotograficzny
to pojedyncza soczewka lub częściej
układ soczewek, który w aparacie
fotograficznym umożliwia rzutowanie
obrazu widzianych obiektów na matrycę
(aparaty cyfrowe) lub błonę fotograficzną
(aparaty analogowe).
Rodzaje obiektywów
Obiektywy standardowe:
średniej wielkości ogniskowa (50-58
mm).
kąt widzenia obiektywu standardowego
wynosi ok. 46 stopni
nadają się do typowych zastosowań
Rodzaje obiektywów
Obiektywy szerokokątne:
szeroki kąt widzenia
krótkie ogniskowe (24, 28, 35 mm)
na zdjęciu możemy ująć bardzo wiele
obiektów
obiekty są niewielkich rozmiarów
detale nie są widoczne
Rodzaje obiektywów
Teleobiektywy:
długie ogniskowe (od 80 mm).
mały kąt widzenia (w kadrze mieści się mniej
elementów)
detale są większe
występuje wrażenie, że zdjęcie robiono z bliskiej
odległości
potrzebują więcej światła niż obiektywy standardowe
oprócz typowych teleobiektywów wyróżnia się
również superteleobiektywy, o jeszcze większych
ogniskowych (np. 500mm i więcej).
superteleobiektywy charakteryzują się także bardzo
dużymi rozmiarami
Rodzaje obiektywów
Obiektywy niestandardowe:
ZOOM
zmienna ogniskowa.
"rybie oko" ("fish eye")
Stała ogniskowa (np. 8 lub 16 mm),
bardzo duży kąt widzenia
zdjęcia charakteryzuja się kulistą perspektywą
(elementy kadru sprawiają wrażenie wygiętych)
Parametry obiektywów
Podstawowe parametry obiektywów:
Wymiary
Masa
Średnica gwintu filtra
Przykładowe średnice gwintu filtra:
49, 52, 55, 58 mm.
Jasność
Parametr ten określa ilość światła jaka przedostaje się do
wnętrza aparatu przez układ soczewek. W praktyce wielkość ta
jest liczona jako kwadrat stosunku średnicy otworu obiektywu
do jego ogniskowej.
Ogniskowa (odległość ogniskowa)
Odległość soczewki od punktu, w którym skupione zostaną
promienie świetlne.
Parametry obiektywów
Winietowanie
wada obiektywu
polega na niedoświetleniu brzegów kadru
Przyczyny winietowania:
niedoskonałość optyki
nieodpowiednie oświetlenie
zakłócenia brzegów toru optycznego
Parametry obiektywów
Dystorsja (pola)
wada optyczna obiektywu
różny stopień powiększenia obrazu w
zależności od odległości od osi optycznej
układu soczewek
Rodzaje dystorsji:
beczkowa
poduszkowa
Parametry obiektywów
Dystorsja beczkowa
Parametry obiektywów
Dystorsja poduszkowa
Parametry obiektywów
Pole obrazowe obiektywu
Zdefiniowane jest jako pole rzutowania obrazu przez
obiektyw, w którym możliwe jest naświetlenie materiału
światłoczułego.
Pole obrazowe dzieli się na trzy części:
środkową, w której jasność i ostrość obrazu jest jednakowa
(zazwyczaj tylko ta część pola występuje w fotografii)
pierwszy pierścień, w którym pogarsza się ostrość
drugi pierścień, w którym pogarsza się ostrość i jasność
(oba pierścienie powodują efekt winietowania)
Parametry obiektywów
Zakres przysłon
to ciąg liczbowy jaki jest możliwy do
ustawienia na pierścieniu przysłon.
Przykładowy ciąg liczbowy odpowiadający
zakresowi przysłon:
... 2 2,8 4 5,6 8 &
kolejne potęgi liczby "2.
najmniejsza liczba określa jasność
obiektywu
Filtry fotograficzne
Barwny
Do fotografii czarno-białej (zwiększenie kontrastu
elementów obrazu o wyraz
nych barwach)
Do fotografii kolorowej (zmiana kolorystyki zdjęcia)
Neutralny
Zmniejszenie ilości światła padającego przez
obiektyw
Połówkowy
Neutralny (przyciemnienie części zdjęcia)
Barwny (zmiana barwy na części zdjęcia)
Filtry fotograficzne
Skylight
Wpływa na barwę
Redukuje nadmiar koloru niebieskiego
Stosowany przy fotografowaniu krajobrazów
UV
Pochałania promieniowanie ultrafioletowe
Likwiduje zamglenia
Zwiększa ostrość zdjęć
Służy również jako element ochronny
Stosowany przede wszystkim przy fotografii w
otwartej przestrzeni
Filtry fotograficzne
Efektowy
gwiaz
dzisty
zwielokrotniający obraz
zmiękczający (ang. soft focus)
Polaryzacyjny
Liniowy
może powodować zaburzenia pracy czujników aparatu
usuwanie niepożądanych odblasków światła
Przykład zastosowania:
przyciemnianie błękitu nieba,
fotografowanie przez szybę wystawową
Kołowy (cyrkularny)
działa jak liniowy, ale nie powoduje zakłócenia pracy czujników
światła
Aparaty cyfrowe
Aparat cyfrowy, to urządzenie
optoelektroniczne służące do
rejestracji obrazów statycznych oraz
ich gromadzenia w pamięci cyfrowej
aparatu.
Rodzaje aparatów cyfrowych
Kompaktowe
Zaprojektowane do użytku przez szerokie grono odbiorców
Proste w obsłudze
Posiadają wbudowany obiektyw
Wizjer optyczny, który nie odzwierciedla rzeczywistego pola
widzenia obiektywu (różne punkty widzenia wizjera i
obiektywu)
Przy pomocy wizjera nie można stwierdzić, czy obraz jest ostry
Obiektyw jest zdecydowanie najsłabszym punktem tych
aparatów, ze względu na nałożone obostrzenia konstrukcyjne
(przede wszystkim minimalizacja wymiarów aparatu)
Problem z fotografowaniem oddalonych obiektów
Niedostateczna jakość podczas fotografowania z
le
oświetlonych obiektów
Stosunek szerokości do wysokości obrazu równy 4:3
Niska cena
Rodzaje aparatów cyfrowych
Lustrzanki
Wyższa cena w porównaniu z kompaktowymi
Zdecydowanie większe rozmiary i ciężar
Obiektyw (zmiennoogniskowy) jako element
wymienny
Obraz w wizjerze jest niemal identyczny z
obrazem widzianym przez obiektyw (wizjer
połączony optycznie z obiektywem)
W wizjerze można obserwować głębię ostrości
Stosunek szerokości do wysokości obrazu równy
3:2
Rodzaje aparatów cyfrowych
Lustrzanki wirtualne, hybrydowe
Przypominają lustrzanki
Posiadają duże obiektywy zmiennoogniskowe
Brak rzeczywistego wizjera  wizjer stanowi
niewielkich rozmiarów wyświetlacz LCD,
odwzorowujący obraz rejestrowany przez
element światłoczuły
Większa precyzja kadrowania zdjęcia w
porównaniu z aparatami kompaktowymi
Stosunek szerokości do wysokości obrazu równy
3:2
Budowa aparatu cyfrowego
W aparatach cyfrowych można wyróżnić kilka
zasadniczych elementów:
Obiektyw
Wbudowany (w konstrukcjach amatorskich i
półprofesjonalnych)
Wymienny (w aparatach profesjonalnych)
Matryca (niewymienny element półprzewodnikowy)
CCD
CMOS
Wyświetlacz LCD
Wizjer
Lampa błyskowa
Wbudowana (w konstrukcjach amatorskich i
półprofesjonalnych)
Zewnętrzna (w aparatach profesjonalnych)
Budowa aparatu cyfrowego
y
ródło: PC WORLD KOMPUTER
Budowa aparatu cyfrowego
CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)
Wykorzystuje fotodiody
Niskie koszty produkcji
Komórki matrycy są odczytywane indywidualnie (pionowy
+ poziomy rejestr odczytujący)
Może pełnić funkcje przetwornika A/C
Może kontrolować np. równowagę bieli
Duża skuteczność w przypadku kadrów dobrze
oświetlonych (lepsza od CCD)
Słaba skuteczność w przypadku braku odpowiedniego
oświetlenia
Matryca posiada obniżoną czułość na światło ze względu na
istnienie obwodów antyszumowych  współczynnik
wypełnienia piksela (powierzchnia rejestrująca
światło/powierzchnia piksela) jest mniejszy od 100%
Budowa aparatu cyfrowego
CCD (Charge Coupled Devices )
Układy ze sprzężeniem ładunkowym
Wysokie koszty produkcji (w porównaniu z
CMOS)
współczynnik wypełnienia piksela (powierzchnia
rejestrująca światło/powierzchnia piksela) jest
równy 100%
Odczyt danych następuje rzędami (informacje o
składowych R G B)
Kolor bieżącego piksela jest obliczany z
uwzględnieniem wartości jasności
poszczególnych składowych sąsiednich pikseli
Matryca CCD
Budowa aparatu cyfrowego
y
ródło: PC WORLD KOMPUTER
Pomiar światła
Rodzaje światłomierzy
Światłomierze z pomiarem zewnętrznym
Czujnik światła jest umieszczony obok obiektywu
Mierzymy ogólną ilość światła na scenie
Stosowany w prostych aparatach kompaktowych
Światłomierze z pomiarem wewnętrznym
TTL  przez obiektyw (ang. Through The Lens)
Czujnik światła jest umieszczony wewnątrz obudowy
Uwzględnia straty światła po przejściu przez obiektyw
Uwzględnia tylko światło padające na matrycę
Bardzo precyzyjny
Pomiar światła
Rodzaje pomiarów światła
Centralnie ważony
Analizuje i uśrednia całe światło zarejestrowane przez czujnik
Ewaluacyjny (matrycowy)
Przysłona i czas migawki są dobierane przy pomocy
zaimplementowanych algorytmów na podstawie danych z kilku
obszarów kadru
Punktowy (spot)
Pomiar światła w środkowym obszarze kadru (w zależności od
modelu obszar akwizycji danych ma różną powierzchnię)  jako
standard przyjęto 9% powierzchni kadru
Pomiar światła
EV  wartość ekspozycji (ang. Exposure value)
Ciemny obiekt na ciemnym tle
Wymagana korekta około -2EV
Jasny obiekt na jasnym tle
Wymagana korekta około +2EV
Fotografia na śniegu lub nad brzegiem morza w słoneczny dzień
Wymagana korekta około +1,5EV
Kamery cyfrowe
Stosuje się wyłącznie obiektywy
zmiennoogniskowe
Typowe parametry opisane na
obiektywie:
Krotność zoom
Zakres ogniskowych
Światło obiektywu
Średnica gwintu
Kamery cyfrowe
Mikrofon
Najczęściej stosuje się jeden mikrofon
Dwa mikrofony do rejestracji dz
więku
stereo
Wejście mikrofonowe
 Mini jack (kamery amatorskie,
półprofesjonalne)
XLR (kamery profesjonalne)
Kamery cyfrowe
Głośnik
w większości kamer
odsłuchiwanie zapisanej ścieżki
dz
więkowej
Złącze słuchawkowe
umożliwia podłączenie słuchawek
możliwość odsłuchania zapisanej ścieżki
dz
więkowej
Kamery cyfrowe
Panel LCD
Odchylany
Obserwacja rejestrowanego obrazu
Wyświetlanie ustawień poszczególnych
opcji aparatu
Zazwyczaj istnieje możliwość regulacji
podstawowych parametrów wyświetlacza
(jasność, kontrast)
Jest to typowy wyznacznik kamery
cyfrowej
Kamery cyfrowe
Akumulator
Znajduje się na zewnątrz kamery (w
przeciwieństwie do aparatów cyfrowych)
Gniazdo kart pamięci
Zapisywanie fotografii cyfrowej
Magazynowanie krótkich klipów wideo
Uchwyt do lampy
Podczas filmowania w warunkach
niedostatecznego oświetlenia można wspomagać
się dodatkowym z
ródłem światła
Kamery cyfrowe
Gniazda transmisyjne
S-Video - umożliwia transmisję analogowego
sygnału (np. do magnetowidu)
DV  transmisja danych w postaci cyfrowej
Standard IEEE 1394
Możliwa transmisja do:
innej kamery cyfrowej
komputera
magnetowidu cyfrowego
w niektórych przypadkach również przy pomocy tego
wejścia można odbierać sygnał cyfrowy
Kamery cyfrowe
AV
Wyświetlanie obrazu na ekranie telewizora
USB
Połączenie z komputerem
Transmisja zdjęć z kamery
Kamery cyfrowe
Standard IEEE 1394 (FireWire)
Opracowany w 1995 roku
Rozwijany głównie przez Apple
A
ącze szeregowe
Umożliwia szybką komunikację
Transfer rzędu 100, 200, 400 Mb/s
(najnowszy standard IEEE 1394b dopuszcza
również 800 Mb/s)
Możliwość połączenia 63 urządzeń
peryferyjnych w strukturę drzewiastą
Formaty zapisu danych
DV
Format cyfrowego zapisu danych
stosowany głównie w kamerach
cyfrowych oraz magnetowidach
cyfrowych
Powstał w 1995 roku (Sony)
Kaseta o wymiarach 125x78x14,6 mm
Taśma o szerokości 6 mm
Maksymalny czas zapisy 270 minut
Formaty zapisu danych
MiniDV
Zminiaturyzowany format DV
Powstał w 1996 roku
Powstał z myślą o małych, amatorskich
kamerach cyfrowych
Obecnie jest to najpopularniejszy format zapisu
w amatorskich kamerach cyfrowych
Kaseta o wymiarach 66x48x12 mm
Taśma o szerokości 6 mm
Maksymalny czas zapisu 80 minut
Formaty zapisu danych
Digital8
format zapisu opracowany przez Sony
zapis na kasetach Hi8
kompresja danych jak w DV
MicroMV
standard opracowany przez Sony
wykorzystuje standard kompresji MPEG2
szybkość transmisji danych 12 Mb/s
małe kasety
Dziękuje za uwagę.