Instytut Informatyki, Politechnika Poznańska. Fotografia cyfrowa

Transkrypt

1 Instytut Informatyki, Politechnika Poznańska Fotografia cyfrowa 11 stycznia 2016

2 Historia fotografii Camera obscura Ciemny pokój Znana w starożytności Używana jako pomoc w rysowaniu Cardano w 1550 r. zastosował soczewkę

3 Historia fotografii Materiały światłoczułe bromek srebra azotan srebra chlorek srebra poznanie właściwości chlorku srebra Sczerniały na świetle chlorek srebra jest zredukowanym metalicznym srebrem nierozpuszczalnym w wodzie, a nienaświetlony chlorek srebra daje się rozpuszczać w wodzie.

4 Historia fotografii Dagerotyp Nicephore Nipce wykonuje pierwszą fotografię - czas naświetlania 8 h Louis Jacques Mandé Daguerre uzyskuje pierwsze dagerotypy - fotografie na srebrnych płytkach pokrytych jodkiem srebrowym i wywoływane w parach rtęci (1.5 h) Brak możliwości kopiowania

5 Historia fotografii Kalotyp William Henry Fox Talbot opracowuje proces tworzenia odbitek na papierze - proces negatywowy Jakość początkowo znacznie gorsza od dagerotypu Możliwość wykonywania wielokrotnych kopii

6 Historia fotografii Frederick Scott Archer opracowuje metodę kolodionową Materiał światłoczuły nakładany na szklaną płytę jako gęsta zawiesina Dobra jakość zdjęć - odbitki Czasy naświetlania zredukowane do kilku sekund

7 Historia fotografii Clark Maxwell opisuje zasady fotografii barwnej wykorzystanie proszku magnezjowego do oświetlania sceny Richard Leach Maddox wprowadził suchy proces oparty na żelatynie początek taśmy celuloidowej i pierwsze migawki produkowane masowo

8 Historia fotografii Kodak W 1888 r. zakłady Eastmana zaczynają sprzedawać aparat na film marki Kodak Aparat kupuje się z filmem na 100 zdjęć. Po naświetleniu aparat przesyła się do firmy, która robi odbitki, ładuje nowy film i odsyła wszystko klientowi

9 Historia fotografii Przełom XIX i XX w. to gwałtowny rozwój optyki i polepszanie procesów obróbki fotograficznej W 1925 Leitz wprowadza pierwszy aparat na film małoobrazkowy 35 mm - Leica W 1928 pierwsza lustrzanka dwuobiektywowa - Rolleiflex W 1933 pierwsza lustrzanka jednoobiektywowa - Exakta

10 Historia fotografii W latach 30-tych rozwój fotografii kolorowej, początkowo pozytywowej (Agfa, Kodak) pierwsza elektroniczna lampa błyskowa pierwsze aparaty natychmiastowe - Polaroid pierwszy obiektyw typu zoom

11 Historia fotografii W latach 70-tych do aparatów zaczyna trafiać elektronika, np. do pomiaru światła W 1981 r. SONY wprowadziło do sprzedaży aparat Mavica - prekursor fotografii cyfrowej Pierwsze aparaty cyfrowe dla konsumentów wprowadzono do sprzedaży w roku 1994 (rozdzielczość rzędu VGA)

12 Rodzaje aparatów Aparat wziernikowy

13 Rodzaje aparatów Lustrzanka dwuobiektywowa

14 Rodzaje aparatów Lustrzanka jednoobiektywowa

15 Rodzaje aparatów Bezlusterkowiec (tylko cyfrowe)

16 Rodzaje filmów 120-6x6 cm lub 6x9 cm małoobrazkowy 24x36 mm kompaktowy 13x17 mm APS - panoramiczny 30.2x16.7 mm (HD), 25.1x16.7 mm (C), 30.2x9.5 mm (P) inne

17 Czułość filmu Czułość filmu jest wyrażana w skali ISO (skala liniowa) Dawniej korzystano ze skali DIN (logarytmicznej) Im wyższa czułość filmu, tym większe ziarno - gorsza rozdzielczość

18 Obiektyw Charakteryzowany przez: Rodzaj mocowania Ogniskową (stała lub zmienna) Jasność (stała lub zmienna) Minimalną odległość ostrzenia Np. Canon EF75-300mm 1:

19 Orientacyjna rozdzielczość filmu Przy zastosowaniu idealnej optyki: megapikseli megapikseli Duże formaty megapikseli

20 Czym się różni aparat cyfrowy od analogowego Aparat cyfrowy zamiast filmu posiada przetwornik obrazowy Musi być wyposażony w pamięć do przechowywania zdjęć i procesor do ich przetwarzania Powinien mieć wyświetlacz do podglądu zdjęć

21 Przetworniki Matryca fotoelementów Liczba fotonów zarejestrowanych przez fotoelement przekłada się na zgromadzony na nim ładunek Ten ładunek jest przeliczany na napięcie i konwertowany za pomocą przetwornika A/C

22 Przetworniki CCD (Charge Coupled Device) Elementy sterujące są umieszczone obok fotodiod Odczyt danych jest sekwencyjny CMOS (complementary metal-oxidesemiconductor) Elementy sterujące są zintegrowane z fotodiodą Odczyt jest całościowy

23 Przetworniki CMOS kiedyś były używane w tanich i prostych aparatach ze względu na koszt produkcji Obecnie CMOS najczęściej są wykorzystywane w lustrzankach, bezlusterkowcach, choć nie tylko CCD prawie we wszystkich aparatach kompaktowych i niektórych lustrzankach

24 Kolor Fotodiody są niewrażliwe na kolor!!! 3 sposoby na uzyskanie koloru: Potrójny przetwornik - stosowany tylko w kamerach video Maska kolorów i interpolacja Warstwowa konstrukcja przetwornika

25 Maska typu Bayer Każdy piksel ma przed sobą filtr jednego z kolorów składowych RGBG Kolor nadany pikselowi obliczany jest za pomocą interpolacji, biorąc pod uwagę wartość sąsiednich pikseli

26 Przetwornik typu Foveon Trzy warstwy pikseli umieszczone są pomiędzy filtrami koloru

27 Dynamika W zależności od możliwości fotodiody i przetwornika A/C można uzyskać różną dynamikę Standardowo mamy 8 bitów/piksel, czasami 12 lub 14, tylko w zastosowaniach profesjonalnych 16 Przetwornik ma charakterystykę liniową, a oko ludzkie logarytmiczną

28 Mikrosoczewki Ponieważ część światłowrażliwa fotodiody jest jej niewielką częścią przed każdym pikselem umieszcza się zazwyczaj mikrosoczewki

29 Rozmiar przetwornika Największe dostępne komercyjnie przetworniki stosowane w digital back do aparatów średnioformatowych, np. Leaf Credo x40.3 mm, 80 megapikseli, ISO

30 Seitz 6x17 Digital 160 megapikseli, 7500x21250 ISO , migawka do 1/20000 s, zapis - Mac mini, obecnie cyfrowe plecki D3 cena CHF, ~ zł.

31

32 Przetworniki specjalne Canon 8 CMOS - 60FPS przy oświetleniu 0.3 Lux Zamontowany w obserwatorium Kiso w Tokio

33 Rozmiar przetwornika Kilka przetworników o rozmiarze pełnej klatki filmu 35 mm stosowanych np.: Canon EOS 1D X - 18,1 megapikseli Canon EOS 5Ds - 50 megapikseli Nikon D810-36,3 megapikseli Nikon D600-24,3 megapikseli Sony A7R II - 42 megapiksele

34 Nikon D800

35 Rozmiar przetwornika Przetworniki stosowane w typowych lustrzankach o rozmiarze zbliżonym do klatki APS-C, np.: Canon EOS 760D - 24 MP (CMOS) Canon EOS 7D - 20,2 MP (CMOS) Nikon D MP (CMOS) SONY SLT-A68 24 MP (CMOS), Canon EOS 1200D - 18 MP (CMOS)

36 Rozmiar przetwornika Przetworniki stosowane w całej gamie aparatów kompaktowych o bardzo różnym rozmiarze Rozmiar najczęściej podawany wg skali dla kamer telewizyjnych

37 Rozmiar przetwornika Im więcej pikseli upchane na mniejszej powierzchni tym gorsza jakość obrazu Im mniejszy piksel tym gorsza jakość obrazu

38 Rozmiar piksela Aparat Liczba Liczba MP megapikseli na cm 2 Canon EOS 5Ds 50 5,8 Nikon D810 36,3 4,2 Canon EOS 1Ds M3 21,1 2,4 Canon EOS 7D 18 5,4 Sony DSC-S ,1 43 Sony DSC-H55 14,1 50 Sony DSC-HX90V Sony XPeria Z ,4 iphone 6s Canon APS-H exp

39 Czułość przetwornika Podobnie jak dla filmu czułość przetwornika określa się za pomocą skali ISO Praktycznie każdy przetwornik może pracować ze zmienną czułością z pewnego zakresu Typowy zakres dla aparatu kompaktowego to ISO , dla lustrzanki ISO Przykłady ekstremalne Nikon D5 ISO (boost ) Sony A7R II

40 Czułość przetwornika Zmianę czułości uzyskuje się poprzez zmianę wzmocnienia sygnału przy odczycie wartości fotodiody Im większe wzmocnienie tym większe prawdopodobieństwo powstania przypadkowego szumu Im większa czułość tym więcej szumów na zdjęciu

41 Czułość przetwornika ISO 50 ISO 400

42 Czułość przetwornika Canon EOS 5D Mark II ISO 6400

43 Nikon D3s ISO Nikon D3s ISO 12800

44 Nikon D3s ISO 25600

45 Nikon D3s - ISO

46 Panasonic DMC-LX3 ISO 3200

47 Czułość przetwornika

48 Czułość przetwornika ISO400 kompakt ISO1600 DSLR

49 Gorące piksele Przy długim czasie ekspozycji niektóre piksele mogą zgłupieć co się objawia pojawieniem przypadkowych jasnych punktów Aparaty mogą wtedy zastosować czarną ekspozycję bez otwierania migawki i porównując dwa zdjęcia usuwają takie piksele

50 Nietypowe przetworniki Od dłuższego czasu Fuji lansuje swój model przetwornika o sześciokątnym układzie pikseli

51 Nietypowe przetworniki Początkowo sprzedawali je pod hasłem dwukrotnie większej rozdzielczości Potem obiecywano większą dynamikę Obecnie umożliwiają one stosowanie znacznie większych czułości w małych przetwornikach (do ISO 12800) bez pogorszenia jakości

52 Migawka Praktycznie tylko w lustrzankach stosuje się klasyczne migawki szczelinowe W kompaktach migawka elektroniczna

53 Konstrukcja aparatu W typowym aparacie kompaktowym przetwornik CCD służy do podglądu obrazu na żywo Jest też odpowiedzialny za pomiar światła i ustawienie ostrości

54 Konstrukcja aparatu

55 Konstrukcja aparatu Lustrzanka ma osobne układy służące do pomiaru światła i ustawiania ostrości Przetwornik normalnie jest schowany za lustrem, a w większości także migawką co utrudnia podgląd na żywo Nowoczesne lustrzanki mają tryb LiveView

56 Konstrukcja aparatu

57 Konstrukcja hybrydowa Olympus E-330 Dwa przetworniki

58 Aparaty kompaktowe z wymienną optyką Nowa/stara kategoria, np. Olympus Pen Panasonic Lumix GF1 SONY NEX (obecnie A) Nikon System 1

59 Rozebrany Sony A7R

60 Częściowo rozebrany Nikon D7000

61 Moduł aparatu z iphone 6s

62 Pełna klatka w kompakcie Sony RX1: obiektyw stałoogniskowy 35 mm, F2 ISO ,3 megapiksela $2800

63 Stare dobre czasy Nikon Df 16 MP Pełna klatka ISO brak trybu filmowego kompatybilny ze wszystkimi obiektywami Nikon-F

64 Balans bieli Ważnym zagadnieniem jest właściwe odwzorowanie kolorów Głównie jest ono zależne od doboru oświetlenia Klasyczny film jest przystosowany do fotografowania w świetle dziennym i lampy błyskowej Istnieją specjalne filmy do fotografowania przy świetle sztucznym (Tungsten) Rodzaj światła podaje się za pomocą określenia jego temperatury w stopniach Kelwina

65 Balans bieli Rodzaj światła płomień świecy żarówka zachód/wschód słońca słońce w południe jasne słońce, czyste niebo zachmurzenie, cień błękitne niebo Temperatura 1500K 3000K 3500K 5500K 6000K 7000K 9000K

66 Balans bieli Procesor aparatu jest w stanie uwzględnić szeroki zakres temperatury światła Każdy aparat zawiera w sobie moduł automatyki balansu bieli, który jest zazwyczaj mało dokładny W dobrym aparacie można ustawić jedną z typowych sytuacji (słońce, dzień pochmurny, żarówka, świetlówka, ) W bardzo dobrym można podawać wprost temperaturę lub wykonać próbne zdjęcie białej płaszczyzny

67 Im mniejsze otwarcie obiektywu (większy numer przysłony) tym większy zakres głębi ostrości Głębia ostrości

68 Głębia ostrości f5.6 f32

69 Głębia ostrości Im mniejszy obszar przetwornika tym większa głębia ostrości Zakres głębi ostrości (DOF) jest odwrotnie proporcjonalny do rozmiaru klatki Duże rozmycie tła trudno osiągalne w aparatach kompaktowych Zaleta dużego formatu

70 Szybkość działania Ważnym elementem składowym aparatu cyfrowego jest procesor odpowiedzialny za obróbkę danych z przetwornika Najnowsze aparaty mają nawet podwójne procesory (np. EOS 5Ds) Z tym związana jest też kwestia bufora pamięciowego i sterownika zapisu na kartę pamięci

71 Szybkość działania Szybkość odczytu danych z matrycy Bufor matrycy Szybkość procesora Szybkość karty pamięci Szybkość ustawiania ostrości Najszybsze aparaty - 12 kl/s