המכשיר ועיקרון הפעולה של המצלמה

2024 מְחַבֵּר: Sierra Becker | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-02-26 05:00

צילום הוא אחת ההמצאות החשובות בהיסטוריה - זה באמת שינה את הדרך שבה אנשים חושבים על העולם. כעת כל אדם יכול לראות תמונות של דברים שנמצאים למעשה במרחק גדול או שלא קיימים זמן רב. מדי יום, מיליארדי תמונות מתפרסמות באינטרנט, והופכות את החיים לפיקסלים דיגיטליים של מידע.

מבנה המצלמה

צילום מאפשר לך לתפוס רגעים חשובים בחיים ולשמור אותם לשנים הבאות. מכשירים ליצירת תמונות מובנים מזמן בטלפונים וגאדג'טים אחרים, אך עקרון הפעולה של המצלמה נותר בגדר תעלומה לרבים. צילום הוא מדע כמו שהוא אמנות, אבל הרוב המכריע לא מודע למה שקורה כשהם לוחצים על כפתור המצלמה או פותחים את אפליקציית המצלמה של הסמארטפון. למצלמה הראשונה, שעל המבנה והעיקרון שלה נדון בהמשך, לא היו כפתורים כלל וכלל לא דמתה לאפליקציה. אבל המכשיר שלו נמצא בלב הגאדג'טים המודרניים.

לדוגמה, מצלמת סרט מורכבת משלושה אלמנטים עיקריים: אופטי - עדשה, כימי - סרט ומכני - גוף מצלמה. הבה נבחן בקצרה את עקרון הפעולה של המצלמה: הסרט נטען לתוך סליל מימין ומלופף על סליל נוסף משמאל, עובר לפני העדשה בדרך. זוהי רצועה ארוכה של פלסטיק גמיש המצופה בכימיקלים מיוחדים המבוססים על תרכובות כסף רגישות לאור.

לסרט שחור ולבן יש שכבה אחת, ולסרט צבעוני יש שלוש: החלק העליון רגיש לאור כחול, המרכז רגיש לירוק והחלק התחתון רגיש לאדום. התמונה התקבלה עקב התגובה הכימית של כל אחד מהם. כדי שהאור לא יקלקל את הסרט, הוא עטוף בגליל פלסטיק עמיד ועמיד לאור, אשר מונח בתוך המצלמה. אבל איך הוא משלב את כל הרכיבים כך שהם רושמים תמונה ברורה ומזוהה? ישנן דרכים רבות ושונות לגרום לחלקים אלה לעבוד, אך ראשית עליך להבין את העיקרון הבסיסי של אופן פעולת המצלמה. מכיוון שצילום אינו דורש חשמל, מצלמה רגילה ללא עדשה אחת היא המחשה מצוינת לתהליכי הצילום הבסיסיים.

למה אתה צריך עדשה

מומלץ להתחיל בקצרה להסביר איך מצלמה עובדת עם תיאוריה. דמיינו שאתם עומדים באמצע חדר ללא חלונות, דלתות או אורות. שום דבר לא ניתן לראות במקום כזה כי אין מקור אור. בהנחה שהוצאת את הפנס שלך והדלקת אותו, והקרן ממנו נעה בקו ישר. כאשר האור הזה פוגע בחפץ, הוא קופץ ממנו ופוגע בעיניים שלך, ומאפשר לך לראות מה יש בתוך החדר.

עקרון הפעולה של מצלמה דיגיטלית דומה לתהליך של חטיפת חפצים מחדר חשוך באמצעות אלומה מפנס. המרכיב האופטי של המצלמה הוא העדשה. תפקידו הוא להקפיץ את קרני האור החוזרות מהמצולם ולנתב אותן מחדש כך שהן מתחברות יחד ליצירת תמונה שנראית כמו הסצנה מול העדשה. אולי לא לגמרי ברור איך תהליך זה מתרחש ומדוע זכוכית רגילה מסוגלת לנתב מחדש את האור. התשובה פשוטה מאוד: כאשר האור עובר ממדיום אחד למשנהו, הוא משנה מהירות.

איך עדשה עובדת

האור נע מהר יותר באוויר מאשר דרך הזכוכית, כך שהעדשה מאטה אותו. כאשר הקרניים פוגעות בו בזווית, חלק אחד של הגל יגיע לפני השטח לפני החלק השני ובכך יאט קודם כל. כאשר האור חודר לזכוכית בזווית, הוא מתכופף לכיוון אחד ואז שוב כשהוא יוצא מהזכוכית מכיוון שחלקים מגל האור פוגעים באוויר ומאיצים לפני אחרים.

לעדשה קמורה סטנדרטית יש צד אחד או שני הצדדים של הזכוכית מעוקלים. המשמעות היא שקרני האור החולפות יוסטו לכיוון מרכז העדשה עם כניסתן. בעדשה כפולה קמורה, כמו זכוכית מגדלת, האור יתכופף כשהוא נכנס עם יציאתו. זה משנה למעשה את נתיב האור מהאובייקט, הקשור לעיקריעקרון הפעולה של המצלמה. מקור האור פולט אור לכל הכיוונים. כל הקרניים מתחילות בנקודה אחת ואז מתפצלות כל הזמן. עדשה מתכנסת לוקחת את הקרניים הללו ומנתבת אותן כך שכולן מתכנסות חזרה לאותה נקודה. במקום זה מתקבלת תמונת הנושא.

עקרון הפעולה של המצלמה הראשונה

התא הראשון היה חדר עם חור קטן בקיר צדדי אחד. אור עבר דרכו והושתקף בקווים ישרים, והתמונה הוקרנה הפוך על הקיר הנגדי. היא נקראה קמרה אובסקורה ושימשה אמנים לציור קנבסים אמנותיים. ההמצאה מיוחסת ללאונרדו דה וינצ'י. למרות שמכשירים כאלה היו קיימים הרבה לפני הצילום האמיתי הראשון, רק לאחר שמישהו החליט למקם חומר רגיש לאור בחלק האחורי של החדר הזה נולד הרעיון להשיג תמונה בדרך זו. עקרון הפעולה של המצלמה הראשונה היה כדלקמן: כאשר הקרן פגעה בחומר הרגיש לאור, הכימיקלים הגיבו וחרטו את התמונה על פני השטח. מכיוון שהמצלמה הזו לא קלטה יותר מדי אור, לקח שמונה שעות לצלם תמונה אחת. התמונה גם יצאה די מטושטשת.

ההבדל בין מצלמות SLR

מקצוענים מעדיפים לעתים קרובות מצלמות SLR. מאמינים שאיכות התמונה טובה יותר מכיוון שהצלם רואה את התמונה האמיתית של הנושא בעינית, לאמעוות על ידי דיגיטציה ומסננים. אם נתאר בקצרה את עקרון הפעולה של מצלמה עם עינית רפלקס, אז המשמעות מסתכמת בעובדה שבמצלמה כזו הצלם רואה תמונה אמיתית. זה יכול גם להתאים את כל הפרטים על ידי סיבוב ולחיצה על הכפתורים. זה נובע מהמראה הכפולה - פנטפריזמה. אבל בעיצוב המצלמה יש עוד אחד - שקוף, הממוקם מול המטריצה, שנקרא גם חיישן או חיישן. עקרון הפעולה של תריס המצלמה הוא שכאשר לוחצים על כפתור הוא מרים את המראה ומשנה את זווית הנטייה שלו. ברגע זה, זרם של אור פוגע בחיישן, ולאחריו התמונה מעובדת ומוצגת על המסך.

עקרון הפעולה של מצלמת SLR מחובר עם הדיאפרגמה, שנפתחת בהדרגה כדי להכניס את הקרניים. הוא מורכב מעלי כותרת, אשר מיקומם קובע את קוטר המעגל המרכזי ואת כמות האור המועבר. האלומה פוגעת בעדשות, ולאחר מכן במראה, במסך המיקוד ובפנטפריזמה, שם התמונה מתהפכת, ואז הלאה לעינית. זה המקום שבו הצלם רואה את התמונה האמיתית. עקרון הפעולה של מצלמה ללא מראה שונה בכך שאין לה עינית כזו. לעתים קרובות הוא מוחלף על ידי מסך או גרסה אלקטרונית. מיקוד אוטומטי בשלב זמין גם במצלמות SLR בלבד. הבדל נוסף הוא שכאשר אתה לוחץ על כפתור הצמצם, האור פוגע מיד במטריצת המצלמה.

התמקד באובייקט

איכות התמונה משתנה בהתאם לאופן שבו האור עוברדרך עדשת המצלמה. זה קשור לזווית שבה קרן האור נכנסת אליו ומה המבנה שלה. דרך זו תלויה בשני גורמים עיקריים. הראשון הוא הזווית שבה קרן האור נכנסת לעדשה. השני הוא מבנה העדשה. זווית כניסת האור משתנה ככל שהאובייקט מתקרב או מתרחק ממנו. קרניים שנכנסות בזווית חדה יותר ייצאו בזווית קהה יותר, ולהיפך. עדשת המצלמה לוכדת את כל קרני האור המוחזרות ומשתמשת בזכוכית כדי לנתב אותן לנקודה אחת, ויוצרת תמונה חדה. "זווית הכיפוף" הכוללת בכל נקודה נתונה נשארת קבועה.

אם האור אינו מפוקוס, התמונה תיראה מטושטשת או לא מפוקסת. בעיקרו של דבר, כיפוף של עדשה מגדיל את המרחק בין נקודות שונות עליה. קרניים מנקודה קרובה יותר מתכנסות רחוק יותר מהעדשה מאשר מנקודה רחוקה יותר. כלומר, התמונה האמיתית של עצם קרוב יותר נוצרת רחוק יותר מהעדשה מאשר מרוחק יותר. "זווית הקשת" הכוללת נקבעת לפי מבנה העדשה. עדשת המצלמה מסתובבת כדי להתמקד על ידי התקרבות או התרחקות מפני השטח של הסרט או החיישן. עדשה בעלת צורה עגולה יותר תהיה בעלת זווית עקמומית חדה יותר. זה מגדיל את משך הזמן שחלק אחד של גל האור נע מהר יותר מהחלק השני, כך שהאור מבצע פנייה חדה יותר. כתוצאה מכך, התמונה האמיתית בפוקוס נוצרת רחוק יותר מהעדשה כאשר לעדשה יש משטח שטוח יותר.

גודלעדשה וגודל תמונה

ככל שהמרחק בין העדשה לתמונה האמיתית גדל, קרני האור מתרחבות ליצירת תמונה גדולה יותר. עדשה שטוחה מקרינה תמונה גדולה, אך הסרט נחשף רק באמצע התמונה. בעיקרו של דבר, העדשה ממורכזת באמצע הפריים, ומגדילה אזור קטן מול הצופה. כאשר החלק הקדמי של הזכוכית מתרחק מחיישן המצלמה, עצמים מתקרבים. אורך מוקד הוא מדידה של המרחק בין המקום שבו קרני האור פוגעות לראשונה בעדשה לבין המקום שבו הן מגיעות לחיישן המצלמה. מצלמות מקצועיות מאפשרות להתקין עדשות שונות, עם הגדלות שונות. מידת ההגדלה מתוארת על ידי אורך המוקד. במצלמות הוא מוגדר כמרחק בין העדשה לתמונה האמיתית של עצם במרחק רב.

הבדלים בין עדשות

מספר גבוה יותר של אורכי מוקד מצביע על הגדלה גדולה יותר של התמונה. עדשות שונות מתאימות למצבים שונים. אם אתה מצלם רכס הרים, אתה יכול להשתמש בעדשה בעלת אורך מוקד גדול במיוחד. הם מאפשרים לך להתמקד באלמנטים מסוימים במרחק. אם אתה צריך לצלם דיוקן מקרוב, עדשה רחבה תתאים. יש לו אורך מוקד קצר בהרבה, כך שהוא דוחס את הסצנה מול הצלם.

סטייה כרומטית

עדשת מצלמה היא למעשה כמה עדשות המשולבות לבלוק אחד. יכולה להיווצר עדשה אחת מתכנסתתמונה אמיתית בסרט, אבל היא תעוות על ידי מספר סטיות. אחד מגורמי העיוות המשמעותיים ביותר הוא שצבעים שונים של הספקטרום מתכופפים בצורה שונה כשהם נעים דרך העדשה. סטייה כרומטית זו יוצרת בעצם תמונה שבה הטונים אינם מיושרים כראוי. מצלמות מפצות על כך על ידי שימוש במספר עדשות העשויות מחומרים שונים. כל עדשה מעבדת צבעים בצורה שונה, וכאשר הם משולבים בצורה מסוימת, הצבעים מסודרים מחדש. לעדשת זום יש את היכולת להזיז אלמנטים שונים של העדשה קדימה ואחורה. על ידי שינוי המרחק בין עדשות בודדות, תוכל להתאים את עוצמת ההגדלה של העדשה כולה.

חיישני סרטים ותמונה

התקן ועקרון הפעולה של המצלמה קשורים גם להקלטת מידע במדיה. מבחינה היסטורית, צלמים היו גם סוג של כימאי. הסרט מורכב מחומרים רגישים לאור. כאשר חומרים אלו נפגעים מאור מעדשה, הם לוכדים את צורתם של חפצים ופרטים, כגון כמה אור מגיע מהם. בחדר חשוך פותח הסרט, כשהוא נתון לסדרה של אמבטיות כימיות, כדי לייצר תמונה. עקרון הפעולה של מצלמה עם חיישן שונה במקצת מהפעולה של מצלמת פילם. למרות שהעדשות, השיטות והמונחים זהים, חיישן מצלמה דיגיטלית נראה יותר כמו פאנל סולארי מאשר רצועת סרט. כל חיישן מחולק למיליוני פיקסלים או מגה-פיקסל אדום, ירוק וכחול. כאשר האור פוגע בפיקסל, חיישן ממיר אותו לאנרגיה, ומחשב מובנה במצלמה קורא כמה אנרגיהמיוצר.

למה מגה-פיקסל חשוב

הדרך שבה חיישן מצלמה פועל היא למדוד כמה אנרגיה יש לכל פיקסל ומאפשרת לו לקבוע אילו אזורים בתמונה בהירים וחשוכים. ומכיוון שלכל פיקסל יש ערך צבע, מחשב המצלמה יכול לשפוט את הצבעים בסצנה על ידי התבוננות באילו פיקסלים סמוכים אחרים נרשמים. על ידי איסוף מידע מכל הפיקסלים, המחשב מסוגל להעריך את הצורות והצבעים של האובייקט המצולם. אם כל פיקסל אוסף מידע אור, אז חיישני מצלמה עם יותר מגה פיקסל יכולים ללכוד פרטים נוספים.

זו הסיבה שיצרנים מרבים לפרסם מצלמות מגה-פיקסל על ידי הוספת הסבר קצר על אופן פעולת המצלמה. אמנם זה נכון במידה מסוימת, אבל גם גודל החיישן חשוב. חיישנים גדולים יותר יאספו יותר אור, מה שיעזור לך לקבל איכות תמונה טובה יותר באור נמוך. אריזה של הרבה מגה פיקסל לתוך חיישן קטן למעשה פוגעת באיכות התמונה מכיוון שהפיקסלים הבודדים קטנים מדי. העדשה הסטנדרטית של עדשת ה-50 מ מ אינה מאפשרת התקרבות או הקטנה רבה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור נושאים שאינם קרובים מדי או רחוקים מדי.

איך פולארויד עובד

סטודיו לצילום נייד שמצלם תמונות כמעט מיידיות היה חלום כבר הרבה זמן. עד שהייתה מצלמה יוצאת דופן שמאפשרת לא לחכות שבועות לתדפיסיםתמונות. אדווין לנד יצר את מצלמת הפולארויד הראשונה. היה לו רעיון לצילום מיידי וביקש מקודאק מימון. אבל החברה לקחה את זה כבדיחה ורק צחקה עליו. אדווין לנד הלך הביתה והתחיל לעבוד על פרויקטים אחרים כדי לגייס כסף. הוא יצר את עדשת הפולארויד ואז המציא את סטודיו הצילום הנייד המפורסם שלו.

עקרון הפעולה של מצלמת הפולארויד דומה למנגנון הפעולה של מצלמת סרטים קונבנציונלית, שבתוכה היה בסיס פלסטיק מצופה בחלקיקי תרכובת כסף רגישים לאור. לכל ריק עבור צילום יש את אותן שכבות רגישות לאור הממוקמות על יריעת פלסטיק. הם מכילים את כל הכימיקלים הדרושים לפיתוח תמונה. מתחת לכל שכבה צבעונית יש עוד אחת, עם צבע. בסך הכל, יש יותר מ-10 שכבות שונות על הכרטיס, כולל שכבת בסיס אטומה, שהיא ריק לתגובה כימית. המרכיב שמתחיל את התהליך הוא מגיב, תערובת של מנטרלים, אלקלי, פיגמנט לבן ואלמנטים נוספים. הוא נמצא בשכבה ממש מעל השכבות הרגישות לאור וממש מתחת לשכבת התמונה.

עקרון הפעולה של מצלמת הפולארויד הוא שלפני צילום תמונה, כל חומר המגיב נאסף בצורה של כדור על גבול יריעת הפלסטיק, הרחק מהחומר הרגיש לאור. לאחר לחיצה על הכפתור, קצה הסרט יוצא מהתא דרך זוג גלילים המפיצים את חומר המגיב במרכזמִסגֶרֶת. כאשר המגיב מופץ בין שכבת התמונה לשכבות הרגישות לאור, הוא מגיב עם יסודות כימיים אחרים. החומר האטום מונע מאור להסתנן לשכבות הבסיסיות, כך שהסרט לא נחשף במלואו לפני הפיתוח.

כימיקלים נעים מטה דרך השכבות, והופכים את החלקיקים החשופים של כל שכבה לכסף מתכתי. החומרים הכימיים ממיסים את צבע המפתח, כך שהוא מתחיל לחלחל אל שכבת התמונה. אזורי הכסף המתכתי בכל שכבה שנחשפו לאור לוכדים את הצבעים כך שהם מפסיקים לנוע למעלה. רק צבעים משכבות לא חשופות יעברו לשכבת התמונה. אור המשקף מהפיגמנט הלבן במגיב עובר דרך השכבות הצבעוניות הללו. השכבה החומצית בסרט מגיבה עם האלקלי והמבטלים במגיב, וכתוצאה מכך התפתחות הדרגתית של התמונה. הוא צריך אור כדי להתפתח במלואו, ובדרך כלל הצלם שולף את הכרטיס ורואה את הכימיה הסופית הכרוכה בפיתוח הסרט.