Фотоаппарат

Фотоаппара́т (фотографи́ческий аппара́т, фо́тока́мера) — устройство для регистрации неподвижных изображений (получения фотографий). Фиксация изображения в фотоаппарате осуществляется при помощи света на светочувствительном фотоматериале. В цифровом фотоаппарате запись происходит путём фотоэлектрического преобразования оптического изображения в электрический сигнал, цифровые данные о котором сохраняются на соответствующем носителе.

История

Появление первого фотоаппарата совпало с изобретением «гелиографии» Жозефом Нисефором Ньепсом в 1826 году. Устройство для регистрации изображения на поверхности асфальтового лака было вариантом камеры-обскуры, до этого активно использовавшейся художниками для рисования с натуры. Дальнейшее развитие технологии связано с изобретением дагеротипии Жаком Луи Дагером. Дагеротипия быстро получила распространение в качестве инструмента для портретирования, быстро став коммерчески выгодной. Результатом стала разработка новых устройств для фотосъёмки, и особенно объективов.

Наиболее бурное развитие фотоаппаратостроения началось после открытия мокрого коллодионного процесса, быстро вытеснившего неудобные и дорогие дагеротип и калотипию. Фотоаппаратура для этой технологии быстро приобрела черты прывычной деревянной крупноформатной камеры с фокусировочным мехом и портретным объективом. Внедрение сухих желатиносеребряных фотопластинок с высокой светочувствительностью позволило вести съёмку с моментальными выдержками, потребовавшими специального механизма для их отработки. Таким устройством стал фотозатвор, первые конструкции которого появились в 1853 году. Рост разрешающей способности фотоэмульсий запустил процесс миниатюризации фотоаппаратуры и появления её новых портативных разновидностей, таких как складные и дорожные камеры. Технологический прорыв осуществил в 1888 году Джордж Истмен, выпустивший первую бокс-камеру Kodak, заряженную рулонной фотоплёнкой на гибкой целлулоидной подложке. Изобретение положило начало любительской фотографии, избавив фотографа от необходимости проявлять фотоматериал и печатать снимки. Всё это делала компания Истмена, куда по почте отсылался фотоаппарат с отснятой плёнкой. Обратно фотолюбитель, заплатив 10 долларов, получал перезаряженную камеру, готовые негативы и контактные отпечатки с них.

Одну из ключевых ролей в совершенствовании фотоаппаратуры сыграло становление аэрофотографии, получившей бурное развитие после Первой мировой войны. Большие скорости полёта требовали коротких выдержек и высокой светочувствительности аэрофотоплёнок. При этом, недопустимость геометрических искажений, особенно при фотограмметрии, вынуждала разрабатывать оптику с минимальной дисторсией при высокой светосиле. Многие конструкции фотозатворов и объективов, привычные в современной фотоаппаратуре, были разработаны специально для аэрофотоаппаратов, лишь потом найдя применение в камерах общего назначения. То же касается вспомогательных механизмов: например, автоматизированная перезарядка фотоаппарата впервые использована именно для аэрофотосъёмки.

Малоформатная фотография

Рулонные фотоматериалы позволили повысить оперативность съёмки и уменьшить размеры фотоаппарата, который благодаря складной конструкции теперь стало можно положить в жилетный карман. Огромную роль в формировании конструкции фотоаппаратуры сыграло параллельное развитие технологий кинематографа и совершенствование наиболее массовой 35-мм киноплёнки. Рост её информационной ёмкости привёл к появлению в начале 1920-х годов малоформатной фотоаппаратуры. Первыми в этом классе стали камеры «Симплекс Мульти» (1913 год, США) и «Ur Leica» (1914 год, Германия). В 1925 году началось серийное производство фотоаппарата «Leica I», ставшего образцом для многочисленных подражаний и родоначальником самого популярного класса аппаратуры вплоть до появления цифровой фотографии. В 1932 году начат выпуск главного конкурента «Лейки» — фотоаппарата «Contax» этого же формата.

Распространение малоформатной фотографии не осталось незамеченным главными потребителями новостной фотоинформации — издателями газет и журналов. Однако, недостатки киноплёночного негатива ограничивали пригодность этого класса аппаратуры для фотожурналистики, заставив оптимизировать крупноформатные камеры, получив новый тип репортёрских фотоаппаратов — пресс-камеры. Эта разновидность фотоаппаратов позволяла использовать почти все приёмы съёмки, ставшие доступными благодаря появлению малоформатной аппаратуры, уступая ей лишь в оперативности перезарядки. Почти одновременно с появлением пресс-камер в 1930 году в Германии начат выпуск одноразовых фотобаллонов, упростивших съёмку с фотовспышкой, сделав её безопасной. Результатом стало внедрение в затворы синхроконтакта, обеспечившего автоматическую синхронизацию и съёмку с импульсным освещением на моментальных выдержках.

После Второй мировой войны началось распространение зеркальной фотоаппаратуры, обеспечивающей визуальный контроль глубины резкости и точную фокусировку объективов любого фокусного расстояния. Первыми в этом классе стали двухобъективные зеркальные фотоаппараты, лишённые большинства недостатков однообъективных: затемнения видоискателя и трудностей фокусировки при диафрагмировании, а также неполное отображение снимаемого кадра и вибрация из-за подвижного зеркала. Одно из главных неудобств удалось устранить с изобретением крышеобразной пентапризмы, впервые использованной в камере «Contax-S» в 1949 году, и позволившей снимать с уровня глаз, а не «от пояса». Преимущества однообъективной схемы, такие как полное отсутствие параллакса и ограничений фокусных расстояний объективов, характерные для дальномерных фотоаппаратов, заставляли разработчиков совершенствовать конструкцию дальше. Результатом стало появление в 1959 году фотоаппарата «Nikon F» со 100% отображением кадра и прыгающей диафрагмой. Сочетание автоматизированной протяжки и длиннофокусных объективов, недоступных для точной фокусировки дальномером, быстро сделало этот фотоаппарат стандартом в фотожурналистике, особенно спортивной. В течение нескольких лет выпуск аналогичных фотоаппаратов был налажен большинством производителей фототехники.

Автоэкспозиция и автофокус

Распространение цветных фотоматериалов с ограниченной фотографической широтой привело к появлению встроенных экспонометров в большинстве фотоаппаратов общего назначения. В 1963 году выпущен первый в мире фотоаппарат «Topcon RE-Super» с TTL-экспонометром, фоторезистор которого был размещён в зеркале. Через 2 года в советском фотоаппарате «Киев-10» впервые реализован режим приоритета выдержки автоматического управления экспозицией. Полный программный автомат, управляющий как выдержкой, так и диафрагмой при помощи микропроцессора, впервые появился в японской камере «Canon A-1» в 1978 году. В 1983 году в фотоаппарате Nikon FA реализована технология матричного замера, позволяющего раздельно оценивать яркость разных частей снимаемой сцены, снижая процент ошибок при съёмке контрастных сцен. Результатом этих инноваций стала полная автоматизация установки экспозиционных параметров как в профессиональной, так и в любительской фотоаппаратуре.

Дальнейшее совершенствование фотоаппаратов пошло по пути внедрения автофокуса. Первым серийным фотоаппаратом, оснащённым такой системой, стала компактная камера «Canon AF-35M», выпущенная в Японии в 1979 году. Через два года появился зеркальный «Pentax ME F» с заобъективным контрастным автофокусом. Аналогичной системой позднее оснащены фотоаппараты «Nikon F3 AF» и «Canon T80». Более совершенный фазовый автофокус, впервые реализованный в системе «Визитроник ТСЛ», нашёл массовое применение в 1985 году в фотоаппарате «Minolta 7000». Современный вид эта система приобрела после создания стандарта Canon EOS в 1987 году, где приводы фокусировки начали устанавливать в объективы, а датчик разместился под вспомогательным зеркалом в нижней части камеры. Все эти усовершенствования стали возможны, благодаря бурному развитию микроэлектроники, сделавшей фотоаппараты энергозависимыми.

Цифровые фотоаппараты

Развитие технологии ПЗС, изобретённых Уиллардом Бойлом и Джорджем Смитом в 1969 году, не обошло стороной и фотографию. В 1984 году появились первые промышленные образцы видеофотоаппаратов Sony, Canon, Nikon и Fuji, некоторые из которых были использованы во время Олимпиады в Лос-Анджелесе для оперативной передачи фотоинформации из США в Японию. В 1989 году аналогичное устройство «Sony Pro Mavica MVC-5000» было использовано CNN при освещении событий на площади Тяньаньмэнь для передачи снимков по радиоканалу напрямую в редакцию. Однако, аналоговый способ записи изображения оказался мало пригодным для практического использования, и был быстро вытеснен развивающимися цифровыми технологиями. В 1988 году увидел свет первый цифровой фотоаппарат потребительского уровня «Fuji DS-1P», использующий для записи съёмную карту SRAM.

В 1988 году по заказу правительства США Kodak создал опытные образцы первого цифрового зеркального фотоаппарата «Electro-Optic Camera» на основе серийного малоформатного фотоаппарата «Canon New F-1». Запись данных, полученных с матрицы, производилась отдельным видеомагнитофоном. Спустя три года Kodak выпускает первую серийную цифровую фотосистему Kodak DCS 100 на основе профессионального зеркального фотоаппарата Nikon F3. Изображение записывалось на жёсткий диск, размещённый в отдельном блоке, носимом на плечевом ремне. Устройство стало дальнейшим развитием экспериментального фотоаппарата «Hawkeye II», разрабатывавшегося по заказу военных. Тогда же компания «Leaf» создала первый цифровой задник разрешением 4 мегапикселя для среднеформатных зеркальных фотоаппаратов.

В результате сотрудничества компаний Nikon и Kodak в августе 1994 года была создана гибридная цифровая камера «Kodak DCS 410» на основе фотоаппарата Nikon F90, съёмная задняя крышка которого заменялась цифровой приставкой с ПЗС-матрицей разрешением 1,5 мегапикселя. В декабре 1998 года на рынке появился первый цифровой зеркальный фотоаппарат «Canon EOS D6000» неразъёмной конструкции. Все эти образцы предназначались для фотослужб новостных информационных агентств и стоили от 15 до 30 тысяч долларов. Цена самых дешёвых камер, таких как Canon EOS D30, выпущенного в 2000 году, превышала 2500 долларов, оставаясь неприемлемой для большинства фотографов.

В 2003 году на рынке появился любительский зеркальный фотоаппарат Canon EOS 300D, стоимость которого впервые опустилась ниже психологической отметки в 1000 долларов. Благодаря этому факту, а также началу широкого распространения персональных компьютеров, произошло массовое вытеснение плёнки и окончательный переход к цифровой фотографии как в профессиональной, так и в любительской сферах. Появление цифровой фототехники наложило отпечаток и на технологию оперативного получения фотоинформации с мест и её доставки заказчикам в фотожурналистике. Мгновенная готовность файла, пригодного для передачи по сети Интернет, позволила отказаться от фототелеграфа и фильм-сканеров, доведя промежуток между съёмкой и появлением фотографии на ленте до 1—2 минут.

Совершенствование жидкокристаллических дисплеев позволило создать совершенно новый класс беззеркальных фотоаппаратов со сквозным визированием, обладающих теми же преимуществами что и однообъективные зеркальные при более простой конструкции. По тому же принципу построены более дешёвые псевдозеркальные фотоаппараты с несменным зум-объективом большой кратности. Дальнейшая миниатюризация позволила встроить фотоаппарат в мобильный телефон, получив более универсальный камерафон. С начала 2010-х годов встроенные модули цифрового фотоаппарата стали стандартной принадлежностью большинства смартфонов и планшетных компьютеров. Цифровая фотография позволяет реализовать технологии, недоступные для традиционных фотоматериалов, и допускающие фокусировку изображения после съёмки в пленоптических камерах. На современном этапе подобная аппаратура существует в виде экспериментальных разработок (например, «Lytro»), выпускающихся массово в качестве инновационного концепта. Однако, продолжающийся рост разрешающей способности фотоматриц и вычислительной мощности микропроцессоров делает это направление перспективным не только для фотографии, но и для цифрового кинематографа.

Устройство и принцип действия

Простейший фотоаппарат представляет собой непрозрачную камеру, внутри которой закреплён плоский светоприёмник, в виде фотоматериала или фотоэлектрического преобразователя. Свет попадает на светоприёмник через отверстие в противоположной стенке: по такому принципу построена пинхол-камера. В более совершенных фотоаппаратах отверстие закрыто собирающей линзой или сложным многолинзовым объективом, который строит на поверхности светоприёмника действительное изображение объектов съёмки.

Под действием света в фотоэмульсии образуется скрытое изображение, которое после лабораторной обработки становится видимым. Последнее может быть как негативным, пригодным для тиражирования позитивов, так и позитивным в случае съёмки на обращаемый фотоматериал. С негатива может быть отпечатано любое количество позитивов контактным или оптическим способом. В фотоматериалах одноступенного процесса получение позитивного изображения происходит сразу после съёмки при помощи реактивов, вмонтированных в фотокомплект. В классической фотографии фотоаппаратом считается устройство, создающее оптическое изображение на фотоматериале. При электронном способе фиксации изображения фотоаппарат включает также тракт преобразования оптического изображения в электрические сигналы и функциональный блок для их записи. Первыми устройствами такого типа стали видеофотоаппараты, записывавшие аналоговый видеосигнал на специальные магнитные дискеты. Технические ограничения использовавшихся при этом телевизионных стандартов и недостатки аналоговой записи привели к вытеснению этого типа аппаратуры цифровыми фотоаппаратами. В последних свет, попавший из объектива на фотоматрицу (обычно ПЗС- или КМОП-матрицу), преобразуется ей в электрические сигналы, которые при помощи АЦП переводятся в цифровые данные, описывающие распределение освещённости в пределах кадра. Полученные данные регистрируются на карту памяти или жёсткий диск в исходном виде (стандарт RAW) или после сжатия по определённому алгоритму, чаще всего JPEG. Выдержка, в течение которой свет экспонирует фотоматериал или матрицу, регулируется вручную перекрытием объектива или при помощи фотозатвора.

Съёмка на моментальных выдержках возможна только при использовании затвора, который считается одной из важнейших составных частей современной аппаратуры. Все современные фотографические затворы снабжены синхроконтактом для автоматической синхронизации с импульсными осветительными приборами. Освещённость поверхности светоприёмника регулируется при помощи диафрагмы объектива. Сочетание выдержки и диафрагмы определяет экспозицию, получаемую фотоматериалом или матрицей. На место фотоматериала, заряжаемого в кассеты, может быть установлено матовое стекло для наблюдения за границами кадра (кадрировки) и фокусировки объектива. После необходимых настроек оно вновь заменяется кассетой для съёмки. При замене кассеты цифровым задником получается цифровой фотоаппарат. Для исключения операции замены матового стекла кассетой и повышения оперативности съёмки большинство фотоаппаратов оснащаются дополнительным устройством фокусировки и кадрирования, которое называется видоискателем.

Некоторые простейшие фотоаппараты (например, «Kodak Brownie») не оснащались видоискателем, вместо которого использовались метки на верхней крышке. Видоискатель также отсутствует в некоторых видах специальной аппаратуры. Перемотка гибкой рулонной фотоплёнки мимо кадрового окна производится лентопротяжным механизмом, который является неотъемлемой частью всей фотоаппаратуры, за исключением крупноформатной. Для автоматической съёмки в некоторых специальных видах фотоаппаратов, таких как аэрофотоаппараты или фотопулемёты, устанавливается пружинный или электрический привод. В малоформатной аппаратуре с середины 1960-х годов моторные приводы выполнялись в виде съёмного блока, а с конца 1970-х стали встраиваться непосредственно в корпус. Для обеспечения точной экспозиции, получаемой фотоматериалом или матрицей, большинство фотоаппаратов оснащается встроенным экспонометром. Все современные фотоаппараты, в том числе цифровые, оснащаются системами автоматического управления экспозицией на основе TTL-экспонометра. С конца 1990-х годов практически все серийные фотоаппараты (за исключением крупноформатных и большинства среднеформатных) оснащаются системой автофокуса.

Новейшие цифровые фотоаппараты профессионального класса снабжаются устройствами соединения с локальными вычислительными сетями, необходимыми для оперативной передачи готовых фотографий на серверы информационных агентств в режиме реального времени. Соединение достигается приставными или встроенными Wi-Fi модулями, а также по витой паре стандарта Ethernet. Выпущенный в январе 2016 года фотоаппарат Nikon D5 позволяет отправлять фотографии в социальные сети через подключённый по мобильному приложению смартфон с управлением непосредственно с тачскрина камеры. С первой половины 2010-х годов практически все цифровые фотоаппараты совмещают функции видеокамеры, позволяя записывать цифровое видео высокого качества. В то же время, устройства, изначально разработанные как видеокамера (например, большинство экшн-камер), совмещают функцию цифрового фотоаппарата. В этом смысле грань между видеокамерой и фотоаппаратом в современной технике практически стёрлась, и отличие заключается, главным образом, в эргономических особенностях. При этом, для цифровых зеркальных фотоаппаратов, пригодных для производства бюджетного цифрового кинематографа, выпускается целый ряд приспособлений, облегчающих использование для профессиональной видеосъёмки, в том числе отдельные линейки объективов соответствующей конструкции, фоллоу-фокусы, компендиумы и внешние жидкокристаллические дисплеи.

Классификация фотоаппаратов

Как классические, так и цифровые фотоаппараты делятся на две основные группы: общего назначения и специальные, предназначенные для специальных работ. Главным классифицирующим признаком любого фотоаппарата общего назначения считается размер кадрового окна, от которого зависит большинство остальных характеристик. По этому принципу фотоаппараты разделяются на крупноформатные, среднеформатные, малоформатные и миниатюрные, рассчитанные на неперфорированную 16-мм фотоплёнку и более мелкие фотоматериалы. К миниатюрным также относятся фотоаппараты Усовершенствованной фотосистемы. Для аэрофотоаппаратов принята другая классификация: малоформатными считаются камеры с размером кадра меньше, чем 18×18 сантиметров, а крупноформатными — больше. При совпадении с этим размером камера считается «нормальноформатной».

Вторым по значимости считается способ визирования и фокусировки, которые определяются типом видоискателя. Принято выделять простейшие, шкальные, дальномерные и зеркальные фотоаппараты. Последние, в свою очередь, делятся на однообъективные и двухобъективные. Отдельную группу составляют бокс-камеры с объективом типа фикс-фокус и форматные камеры с фокусировкой по съёмному матовому стеклу. Крупноформатная аппаратура делится на несколько категорий в зависимости от основного назначения: дорожные камеры, карданные камеры, пресс-камеры и т. д. Большинство этих типов имеют складную конструкцию и допускают подвижки объектива и кассетной части друг относительно друга.

В цифровой аппаратуре от этой классификации осталось только определение среднеформатного фотоаппарата из-за особенностей этого класса фототехники. Все остальные разновидности классифицируются по другим признакам, главными из которых являются физический размер матрицы и тип видоискателя. Цифровые камеры появились, когда автофокус стал стандартной частью любого фотоаппарата, и могут обходиться без приспособлений для ручной фокусировки. Поэтому некоторые классы аппаратуры, такие как шкальные и двухобъективные зеркальные, не имеют цифровых аналогов. Простейшие цифровые камеры компактного класса оснащаются автофокусом или жёстковстроенным объективом, постоянно сфокусированным на гиперфокальное расстояние. То же относится к большинству камерафонов. К специальным фотоаппаратам относятся репродукционные, панорамные, аэрофотоаппараты, камеры для скрытной съёмки, флюорографии, стоматологии, фоторегистраторы и другие.

К этой же категории обычно причисляют фоторужья и фотоаппараты для съёмки в невидимых лучах (инфракрасных и ультрафиолетовых). Эта аппаратура отличается конструкцией, и в ней могут присутствовать устройства, не характерные для камер общего назначения, и наоборот, отсутствуют некоторые общепринятые узлы. Например, в аэрофотоаппаратах отсутствуют механизмы фокусировки, поскольку объектив жёстко зафиксирован в положении «бесконечности». В стоматологических фотоаппаратах отсутствует также видоискатель, так как кадрирование производится прижимом специального ограждения объектива к лицу пациента. В фотоаппаратуре для съёмки в ультрафиолетовых лучах устанавливается объектив из кварцевого стекла, в наименьшей мере задерживающего этот вид излучения. Для инфракрасной съёмки в цифровых фотоаппаратах требуется удаление светофильтра, установленного перед матрицей. Стереофотоаппараты оснащаются двумя объективами и специальным лентопротяжным трактом. Камеры для съёмки на документы оснащались несколькими объективами, дающими на одном листе фотокомплекта одноступенного процесса кратное количество снимков.

Источник: wikipedia