Počítačová grafika X – digitální fotoaparáty II Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Digitální fotoaparáty DSLR Tělo fotoaparátu Nikon D50 Canon EOS 40D

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Digitální fotoaparát je fotoaparát, zaznamenávající obraz v digitální formě, takže může být okamžitě zobrazen na zabudovaném displeji nebo nahrán do počítače. V roce 2006 digitální fotoaparáty na trhu dominují a vytlačily z trhu klasické fotoaparáty na kinofilm. Základní funkcí digitálního fotoaparátu je snímat statické obrazy do podoby tzv. digitální fotografie a umožnit tak jejich další zpracování, např. pomocí běžného počítače, jejich tisk či vyvolání speciální osvitovou jednotkou do výsledné podoby jako u klasické fotografie. Dnešní digitální fotoaparáty nabízí kromě své základní funkce také řadu dalších doplňujících a rozšiřujících funkcí, které souvisejí ať už přímo či nepřímo se zpracovávanými obrazovými daty. Některé fotoaparáty tak dokážou kromě obrazu zaznamenat i pohyblivé scény ve formě videa nebo zvukový záznam ve formě ozvučeného videa nebo jako poznámky k pořízeným snímkům. Nikon D1 byla první profesionální digitální zrcadlovka, která převzala vládu na profesionálním trhu.

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Princip digitálního fotoaparátu vychází z konstrukce klasického fotoaparátu. Jádrem přístroje je světlocitlivá plocha snímače na bázi technologie CCD nebo CMOS. Na plochu senzoru je promítán obraz přes systém optických čoček v objektivu. Světelná energie, která přichází ze snímaného prostoru (scény), je v jednotlivých pixelech (obrazových bodech) převáděna na elektrický signál a uložena v podobě vázaného náboje (u technologie CCD). Náboj vzniká postupně během expozice čipu, kdy je otevřena uzávěrka fotoaparátu a světlo může dopadat na čip. Princip vzniku elektrického náboje je založen na fotoelektrickém jevu s tím rozdílem, že náboje neodtékají okamžitě do vnějšího obvodu, ale jsou izolovány v nábojových zásobnících v elektricky izolované struktuře čipu. Po uzavření uzávěrky jsou vygenerované náboje z čipu postupně odváděny a měřeny speciálním zesilovačem pro každý jednotlivý pixel. Takto získaný signál je dále převeden AD převodníkem na signál v binárním kódu. Vzniklý datový proud je pak pomocí mikroprocesoru různě upravován a převeden do některého grafického formátu používaného pro záznam obrazových dat, např. RAW, JPEG nebo TIFF. Výsledný datový soubor je uložen zpravidla na paměťové médium v podobě paměťové karty nebo vestavěné paměti typu Flash-EEPROM. To je elektricky mazatelná paměť s trvalým záznamem, který je uchován i bez přívodu elektrického napětí. Existují i přístroje, které dokážou fotografie nebo videosekvence přímo zaznamenat na CD nebo magnetické pásky, ovšem to je běžné spíše v oblasti digitálních videokamer.

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Princip digitálního fotoaparátu - pokračování Dnes se téměř výhradně používají digitální fotoaparáty se snímači umožňujícími pořizovat fotografie barevné. To ve většině případů zajišťuje tzv. Bayerova maska, v níž jsou z každých čtyř buněk snímače dva překryty zeleným filtrem, jeden červeným a jeden modrým (RGB). Toto uspořádání je dáno návazností na spektrální citlivost lidského zraku, který je v oblasti zelené barvy nejcitlivější. Například čtyřmegapixelový snímač obsahuje dva miliony bodů citlivých na zelenou, a po milionu bodů citlivých na červenou a modrou. Zbývající barevná informace se ve výsledném snímku dopočítává. Výjimkou jsou senzory Foveon, které jsou založeny na principu pronikání světla o různých vlnových délkách do různé hloubky. Každý pixel tedy má zaznamenány informace o všech třech barvách a interpolace tedy není třeba. Proto může mást rozlišení - je nutno jej vydělit třemi. Dalším alternativním typem senzorů je Super CCD, které mají čtvercovou síť otočenou o 45˚. Posledním typem je Super CCD EXR. Pro srovnání: lidské oko obsahuje cca 6-8 milionů buněk citlivých na barvu (čípků) a až 150 milionů buněk citlivých na jas (tyčinek). V oblasti barevného rozlišení tak digitální fotoaparáty lidské oko prakticky překonaly. V současné době (2008) ale fotoaparáty nedosahují dynamického rozsahu oka.

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Boční řez optickou soustavou jednooké zrcadlovky: Světlo (obraz) prochází objektivem (1) a odráží se od zrcadla (2) na matnici (5). Spojná čočka (6) jej koncentruje do pětibokého optického hranolu (7), odkud prochází do hledáčku (8). Při expozici se zrcadlo zvedne a otevře se závěrka (3), skrz níž světlo promítne na senzor (4) stejný obraz jako do hledáčku Průřez zrcadlovkou s kinofilmem, u digitální zrcadlovky je místo filmu fotocitlivý čip

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Historie dig. fotoaparátů Prvním fotoaparátem, který zaznamenával snímky do počítačových souborů, byl v roce 1988 Fuji DS-1P, používající 16 MB interní paměti. V roce 1991 byla uvedena první digitální zrcadlovka, Kodak DCS-100. Měla 1,3 Mpix senzor a stála 13 000 USD. Zabudovaný displej přišel s přístrojem Casio QV-10 (1995), prvním fotoaparátem zapisujícím na karty Compact Flash byl Kodak DC-25 o rok později. Digitální fotoparáty cílené na běžné spotřebitele měly nejdříve poměrně nízké rozlišení. V této třídě byla hranice jednoho megapixelu prolomena až v roce 1997. Pravděpodobně prvním přístrojem schopným nahrávat video byl Ricoh RDC-1, prodávaný od roku 1995. V oblasti digitálních zrcadlovek byl zlomový rok 1999, když Nikon uvedl model Nikon D1. To byla první digitální zrcadlovka vyvinutá samostatně tradičním výrobcem, s cenou pod 6 000 USD. To bylo dosažitelné pro profesionální fotografy a další náročné uživatele. Zrcadlovka používala objektivy s bajonetem Nikon F, takže tehdejší zákazníci Nikonu mohli využít svou stávající výbavu. Roku 2003 Canon představil šestimegapixelový EOS 300D, první digitální zrcadlovku s cenou pod 1 000 USD, určenou pro amatéry. Maximální dosažené rozlišení fotoaparátu bylo v roce 2007 4000 megapixelů, získané scanem negativu z velkoformátového fotoaparátu (s rozměrem filmu 24×36 cm).

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II DSLR (digitální zrcadlovky) (z anglického Digital Single Lens Reflex) Digitální zrcadlovka je v podstatě běžná zrcadlovka, která místo filmu obsahuje CCD nebo CMOS senzor. Z principu konstrukce vyplývá maximální věrnost zobrazení v hledáčku, možnost použití výměnných objektivů a donedávna nemožnost natáčet videosekvence nebo používat displej ke kompozici záběru.V nynější době nabízí téměř každý výrobce zrcadlovku s možností komponovat záběr na displeji (v režimu tzv. live view). Videosekvence již nabízejí zrcadlovky Nikon D90, Canon EOS 5D Mark II a Canon EOS 500D. Digitální zrcadlovky mají senzory od velikosti 18×13,5 mm (systém 4/3) až po rozměry filmového políčka (36×24 mm, tzv. full-frame). Z "kinofilmových" přístrojů jedno z největší rozlišení poskytuje Sony Alfa A900 (24,4 Mpx) a Nikon D3x (24,5 Mpx).

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Pro porovnání velikosti čipu se uvádí crop factor (faktor ořezu). Ten popisuje, kolikrát je hrana senzoru menší než filmové políčko (poměr ploch je druhou mocninu crop faktoru). Objektivy konstruované pro film promítnou na senzor této velikosti pouze výřez (střed). To se dá interpretovat jako prodloužení ohniska na násobek vyjádřený crop factorem. To je výhodou u dlouhých ohnisek. Pro širokoúhlé záběry je to značná nevýhoda – širokoúhlý objektiv s ohniskem 18 mm bude na APS-C zrcadlovce s crop factorem 1,5 fungovat, jako by měl ohnisko 27 mm. Proto jsou pro digitální fotoaparáty s menším čipem vyráběny speciální objektivy. Ačkoli rozlišení zrcadlovek nemusí vždy přesahovat rozlišení kompaktních fotoaparátů, znamená větší senzor větší body snímače. Tím se sníží digitální šum a zmenší difrakce při použití vyšších clonových čísel. Velikosti senzorů u DSLR označení rozměry crop factor výrobci full-frame 36×24 mm 1 Canon, Nikon, Sony APS-H 28,7×19 mm 1,3 Canon APS-C 23,6×15,8 mm 1,5 Nikon, Pentax, Sony, Konica Minolta APS-C 22,2×14,8 mm 1,6 Canon Foveon 20,7×13,8 mm 1,7 Sigma Systém 4/3 a Mikro 4/3 18×13,5 mm 2 Olympus, Kodak, Leica, Panasonic

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Objektiv je čočka nebo soustava čoček vytvářející opticky změněný obraz, který se obvykle ještě dále zpracovává (záznamem, okulárem apod.). Používá se například ve fotoaparátu k soustředění světla na senzor nebo na film. Mezi objektivy fotoaparátu, kamery, dalekohledu, mikroskopu a dalších optických zařízení není v principu rozdíl, liší se ale svou konstrukcí. Širokoúhlý objektiv 8 mm (rybí oko) Objektiv Nikon Nikkor 18-70mm f/3.5-4.5 normální objektiv – úhel záběru je asi 50°, což je zhruba stejně jako úhel vnímání lidského oka. Jejich účelem je obvykle obraz, který se co nejvíce podobá vnímání situace člověkem. Snímky pořízené takovým objektivem mají pro člověka nejpřirozenější perspektivu. Teleobjektiv 800 mm: zorný úhel je užší, umožňuje vyplnit celý snímek i poměrně vzdáleným předmětem, obraz předmětů je zvětšený.

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Záběr rybím okem Camera obscura (z lat. temná komora), dírková komora nebo pinhole) je optické zařízení používané jako pomůcka malířů a předchůdce fotoaparátu. Camera obscura je v principu schránka (třeba i velikosti místnosti) s otvorem v jedné stěně. Světlo z vnější scény po průchodu otvorem dopadne na konkrétní místo na protější stěně. Promítalo-li se na papír, mohl malíř obraz jednoduše obkreslit. Výhodou této techniky bylo zachování perspektivy a tím větší realističnost výsledného obrazu. Rybí oko (angl. fisheye) je ve fotografii typ objektivu, jehož čočka má záběr s velmi širokým úhlem a záměrně velkým soudkovým zkreslením. Objektivy tohoto typu mohou zobrazit najednou úhel až 180°, ale někdy i 220°. Tento objektiv byl původně vyvinut pro využití v meteorologii pro studium oblak. Rybí oko se stalo velmi populární také v dalších oblastech fotografie pro svůj unikátně zkreslený záběr. Fotografové jej často používají pro záběry krajiny s naznačením zakřivení Země. Camera obscura

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Jak vybrat objektiv ? Říká se, že objektiv je oko vašeho fotoaparátu. Toto tvrzení je určitě staré několik desítek let, ale na jeho platnosti se přesto nic nezměnilo ani v dnešní době digitální fotografie. Tělo fotoaparátu slouží v podstatě pouze k zaznamenání obrazu, který na snímač nebo na film promítne právě objektiv. Zejména na něm tedy záleží, zda bude výsledný snímek ostrý a kontrastní, nebo zdeformovaný nejrůznějšími optickými vadami. Jaký je ideální objektiv ? Každý máme jiné nároky a „ideální objektiv“ tedy neexistuje. Jiný objektiv potřebuje sportovní reportér, jiný fotograf krajiny nebo svatební fotograf. Záleží na tom, jaké výstupy požadujeme. Chystáme-li se na profesionální dráhu nebo plánujeme-li zvětšovat naše snímky na výstavní formát, rozhodně nás budou zajímat jiné objektivy, než fotografa, který pořizuje snímky do rodinného alba.

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Základní dělení objektivů podle ohniskové vzdálenosti Podle ohniskové vzdálenosti dělíme objektivy do dvou základních skupin: První jsou objektivy s pevným ohniskem a druhou objektivy s proměnnou ohniskovou vzdáleností, tzv. zoomy. Objektivy s pevnou ohniskovou vzdáleností jsou většinou kvalitnější a světelnější než zoomy, protože jejich konstrukce je daleko jednodušší. Oproti zoomům jsou ale méně pohotové. Výhodou zoomů je, že dokáží nahradit hned několik pevných objektivů najednou a není tedy nutné mít jich tolik.

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Podle ohniskové vzdálenosti a úhlu záběru můžeme dále objektivy rozdělit do následujících skupin: * Rybí oka (cca 8-15 mm) – extrémně širokoúhlé objektivy s úmyslnou deformací perspektivy. * Superširokoúhlé(cca 14-24 mm) – interiéry, architektura, krajina. * Širokoúhlé(cca 24-35 mm) – interiéry, krajina, reportáž. * Střední ohniska - základní zoomy (30-100 mm) – přirozené zobrazení, portrét. * Normální objektiv (50 mm) – odpovídá zornému úhlu lidského oka. * Teleobjektivy(100-300 mm) – portrét, reportáž, krajina. * Silné teleobjektivy (>300 mm) – příroda, sport. Střední ohnisko - základní zoom

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Světelnost objektivů Jedním z hlavních parametrů, kterým bychom se měli řídit při výběru objektivu, je jeho světelnost. Ta popisuje schopnost objektivu propouštět světlo a značí se písmenem f společně s číselným údajem, např. f/2,8. Čím nižší číslo, tím více světla je objektiv schopen propustit a tím kratší časy potřebujete ke správné expozici snímku. U zoomových objektivů je označen rozsah světelností pro široké a dlouhé ohnisko (např. f/3,5-5,6). Ani u nejkvalitnějších zoomů zpravidla nebývá světelnost lepší než f/2,8. Naproti tomu u pevných ohnisek se může díky jejich jednodušší stavbě dosáhnout světelnosti až f/1,4. A proč je vlastně světelnost tak důležitá? Světelnost je klíčová při fotografování za horších světelných podmínek, kdy nemůžeme použít blesk a nechceme kvůli kvalitě snímků nastavit vyšší citlivost snímače. Nastavením nízké clony tak můžeme použít krátké expoziční časy, čímž zabráníme rozmazání snímků vlivem pohybové neostrosti pohybujících se objektů. Hodnota clony je také zároveň s ohniskovou vzdáleností určující parametr pro hloubku ostrosti. Pokud chcete záběr s malou hloubkou ostrosti, potřebujete světelný objektiv. Hlavně širokoúhlé objektivy mají velkou hloubku ostrosti, a tak při požadavku na rozostřené pozadí je minimální clonové číslo, čili vysoká světelnost, jediným způsobem jak toho dosáhnout.

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Konstrukční odlišnosti objektivů Objektivy se liší také svou mechanickou stavbou, použitými materiály a tedy i odolností. Pro běžného uživatele, který se svou fotovýbavou nepřichází do situací, které by mohly být pro techniku nebezpečné (nárazy, prach, stékající voda,…), a který na fotoaparátu nemění objektivy příliš často, jsou určeny objektivy vyrobené především z umělých hmot. Nejedná se samozřejmě o žádný „bakelit“. V dnešní době jsou plasty v mnohých vlastnostech plně srovnatelné s kovy. Takové objektivy mají velkou výhodu v malých rozměrech, nízké hmotnosti a nízké ceně, která se pohybuje již od cca 2 000 Kč do 8-10 000 Kč. Mezi jejich nevýhody patří většinou nižší světelnost. O stupeň výš můžeme zařadit objektivy určené pro náročné amatéry, které již mají většinou kovový bajonet a poněkud odolnější konstrukci. Světelnost bývá lepší, stejně jako optická kvalita. U těchto objektivů se již setkáváme například s vnitřním ostřením, díky němuž se neotáčí přední člen objektivu a usnadňuje tak použití polarizačního filtru, nebo třeba s optickým stabilizátorem obrazu. Cenově se pohybují přibližně do 20 000 Kč. Nejnákladnější, ale také nejkvalitnější jsou objektivy určené pro profesionální použití. Jejich konstrukce jim většinou zaručuje odolnost nejen proti nárazům, ale i proti prachu a stékající vodě. Bývá u nich použito těch nejkvalitnějších optických skel. Světelnost zoomů je téměř výhradně f/2,8, takže není problém ani s fotografováním za horších světelných podmínek. Nevýhodou je kromě vyšší ceny i hmotnost, což je daň za vysokou světelnost a většinou kovové tělo objektivu.

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Nikon D1 je digitální zrcadlovka, která se objevila na trhu 15. června 1999. Cena fotoaparátu byla méně než 6000 USD a stala se díky nízké ceně první široce používanou digitální zrcadlovkou. Tělo fotoaparátu připomínalo typ Nikon F5 a mělo také stejné rozvržení hlavních ovládacích prvků. To umožnilo uživatelům této SLR zrcadlovky používat ji v poměrně krátké době. Ačkoliv Nikon a další výrobci vyráběli digitální SLR fotoaparáty již několik let, D1 byla první profesionální digitální zrcadlovka, která převzala vládu na profesionálním trhu. Podle studie z roku 2001 se „D1“ často také používala v oboru plastické chirurgie. Nikon D1

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Canon EOS (Electronic and Optical System) je systém zrcadlovek s automatickým zaostřováním a elektronicky ovládanou clonou, objektivy mají bajonet Canon EF nebo Canon EF-S. Tento systém představila firma Canon v roce 1987 a postupně zcela nahradil v její produkci zrcadlovky s ručním ostřením a objektivy s bajonetem Canon FD. Kinofilmové zrcadlovky (SLR) Digitální zrcadlovky (DSLR) Canon EOS 650 - první fotoaparát se systémem EOS Canon EOS 300D

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II CCD je elektronická součástka používaná pro snímání obrazové informace. Uplatnění má například ve videokamerách, digitálních fotoaparátech, faxech, scannerech, čtečkách čárových kódů, ale i řadě vědeckých přístrojů, jakými jsou například astronomické dalekohledy (včetně například Hubbleova teleskopu). Zkratka CCD pochází z anglického Charge-Coupled Device, což v překladu znamená zařízení s vázanými náboji. CCD vynalezli pánové Willard Boyle a George E. Smith v Bellových laboratořích v roce 1969. V roce 2009 za tento vynález dostali Nobelovu cenu. CCD využívá podobně jako všechny ostatní světlocitlivé součástky fyzikálního jevu známého jako fotoefekt. Tento jev spočívá v tom, že částice světla foton při nárazu do atomu dokáže přemístit některý z jeho elektronů ze základního do tzv. excitovaného stavu. Barevné CCD v TV kameře s malým rozlišením

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II CMOS (Complementary Metal–Oxide–Semiconductor, doplňující se kov-oxid-polovodič) je používán na převážnou většinu integrovaných obvodů. Používá se na výrobu čipů včetně mikroprocesorů, jednočipových počítačů a elektronické paměti typu SRAM, ale také například na obrazové senzory. V dnešní době (2009) nejčastěji používaná technologie. Používá se světlo vlnových délek 193 nm a 248 nm. Šířka elektrody je pouhých 1,2 nm, což je jen několik atomů - dochází tedy ke kvantovému tunelování. Používá se například na Intel Pentium IV nebo AMD Athlon 64. 45 nm 32 nm 22 nm 16 nm Statický CMOS Invertor Jednotlivé generace technologie CMOS se označují jedním číslem představujícím „průměrnou“ velikost prvku na čipu. Minimální velikost prvku je nižší, naopak vlnová délka světla použitého při procesu může být díky různým efektům vyšší. Čím nižší velikost, tím nižší je možné používat napětí (čímž se snižuje spotřeba) a tím vyšší frekvence je možné používat.

Počítačová grafika X – dig. fotoaparáty II Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí Použité materiály, obrázky a parametry o 2D grafice jsou čerpány z www stránek: „jsi.cz“ „digineff.cz“ „grafika.cz“ „svethardware.cz“ „fotografovani.cz“ „cs.wikipedia.org“ ,,megapixel.cz“