Nastala doba digitalizace a člověk téměř všechno, co dovede, převádí z analogové podoby na digitální. Výjimkou nejsou ani filmy, hudba nebo právě fotografie. Dříve se pořizovaly snímky pomocí obyčejných filmových fotoaparátů. Takový fotoaparát fungoval na principu chemické změny látek nanesených na filmu při reakci se světlem. Tímto vzniknul negativ, což je obrázek skutečného světa přenesený na 2D plošku. Na ní můžete vidět všechny barvy invertované. Pokud bychom tedy měli černobílý negativ, pak bude nejtmavší tam, kde byl reálný svět nejsvětlejší. Pozitivní obraz je výsledná vyvolaná fotka, která má opět barvy stejné, jako je vnímá naše oko (invertované oproti negativu).
Avšak doba pokročila. Přestali se používat walkmany a videokazety a přešlo se na MP3 a DVD přehrávače. Z toho jasně vyplývá, že i fotoaparáty si vyžadovaly pokrok a to právě směrem do digitální sféry. V článku se tedy podíváme na kompaktní digitální fotoaparáty a jejich funkčnost.
Digitální fotoaparát.
Čočka a světlo
Jedním ze základních stavebních "kamenů" fotoaparátů, ať už filmových či digitálních, je čočka. Ta láme světelné paprsky a soustřeďuje je z velkého světa na malý čtvereček ve fotoaparátu. Takto lámané světelné paprsky jsou v přístroji naopak (podobně jako v zrcadle, ale zde se vymění směry nahoru a dolů místo doleva a doprava).
Odraz světla svíčky v čočce. Vlevo je scéna, vpravo obraz na fotce.
Ukázku můžete vidět na obrázku, kde je svíčka. Ta hoří a svítí na všechny možné strany, což znamená, že se její paprsky rozbíhají. Několik z nich prochází i čočkou, která je láme a mění jejich směr tak, že se později zase sbíhají. Tam, kde se sbíhají, musíme umístit náš čtecí mechanismus (u filmových fotoaparátů film, u digitálních senzory), abychom měli obraz ostrý. Pokud bychom film/senzory posunuli blíže k čočce (nebo dál), pak bychom sice paprsky zachytili, ale jeden bod z reálného světa by se nám několikrát promítnul na náš obrázek (paprsky by se nesbíhaly přesně na našem snímacím zařízení) a tudíž by byl obraz ve výsledku rozmazaný. K odstranění této vady slouží zaostřování. Při něm si můžete všimnout, že když máte zaostřený předmět v určité vzdálenosti a v jeho okolí jsou další předměty, ale jinak od přístroje vzdáleny, pak budou zachyceny rozostřené.
Ukázka rozostření jinak různě vzdálených oblastí scény. Zaostřená je pouze hlava.
Další vada může nastat, pokud je ve focené scéně málo světla, takže přístroj nemá co zachytit. V takovém případě potřebuje scénu dodatečně osvětlit. K tomu slouží blesk. Krátkodobé, ale intenzivní osvětlení scény, které fotoaparátu stačí k tomu, aby zachytit odražené světlo od všech předmětů.
Dalšími dvěma důležitými parametry při focení jsou délka doby snímání a apertura. Apertura vyjadřuje šířku otevření předního krytu objektivu. Délka doby snímání pak vyjadřuje, jak dlouho se bude svítit na film/senzory. Pokud bychom například snímali scénu dlouho, bude výsledný obrázek přesvětlený, pokud krátkou dobu, bude tmavý. Digitální fotoaparáty tohle všechno opět řeší automaticky, ale některé umožňují uživateli zapnout manuální mód a nechat vše na něm.
Senzory CMOS a CCD
Jak je snad všem čtenářům jasné, digitální fotoaparáty nepoužívají pro zachycení obrazu scény film. Za jejich funkčností stojí senzory, které převádí světelnou energii na elektrickou. K tomu se používají speciální foto-senzory, které jsou ve fotoaparátu umístěny do mřížky. Při dopadu světla na tyto senzory dochází k přeměně fotonů (elementární částice pro popis světla) na elektrony. Ty zastupují náboj na jednotlivých buňkách mřížky. Čím je náboj větší (na senzoru je více elektronů), tím bylo světlo intenzivnější. Náboj se poté odečte speciálním zařízením a určí se jeho hodnota v jednotlivých buňkách mřížky, což mi poté vidíme jako pixely (body fotky).
Pro tento postup se používají dvě různé technologie - CMOS a CCD. CMOS (complementary metal oxide semiconductor) používá pro odečítání hodnot z buněk tranzistory. CCD (charged couples device) přenáší náboj přes čip a čte jej v jednom rohu celé mřížky, kde je umístěn analogově-digitální převodník, který přeměňuje hodnotu náboje na binární hodnotu (číslo), jenž poté lze zapsat do paměti přístroje. Slouží tedy podobně jako měřič náboje, kdy hodnotu změří a zapíše její velikost.
Pojďme se ještě podívat na některé jejich důležité výhody a nevýhody:
CCD zachytává oproti CMOS technologii čistší obraz (bez šumu), ale spotřebovává přitom zase mnohem více energie (až 100 násobně více).
U CMOS technologie má každý senzor vedle sebe ještě několik tranzistorů, takže když pak světlo dopadá na mřížku, jeho velká část skončí na tranzistorech místo na senzorech.
Fotosenzor.
Barva
Při výše popsaném postupu jsme tedy zachytili paprsky světla a převedli jejich intenzitu na číselnou hodnotu. Tím bychom ovšem dosáhli pouze černobílých fotografií (protože máme jenom jednu hodnotu intenzity světla na každý pixel). Nejčastějším způsobem pro reprezentaci barev je barevný model RGB (red, green, blue), který udržuje pro 3 různé složky (červená, zelená, modrá) hodnoty samostatně. Proto i u fotoaparátů se využívá nejčastěji této metody. K tomu bylo vymyšleno několik postupů.
Dělič světla
U této metody je světelné záření rozděleno pomocí děliče na tři proudy. Každý z nich je stejně silný (názorně si to můžeme představit na vodě, kdy bychom rozdělili proud vody na tři stejně silné menší proudy) a každý z nich zavedeme do jednoho filtru. Máme tedy tři proudy a tři filtry (červený, zelený a modrý), přičemž pomocí každého filtru dostaneme hodnotu jedné barevné složky. Avšak při použití této technologie je fotoaparát robustní a také to není nejlevnější.
Rotační zachytávání
Zde se používá podobný princip jako v minulém případě, ale filtry jsou umístěny na rotujícím kotouči. Při zachytávání snímku pak dojde k protočení kotouče a postupnému zachycení každé barevné složky zvlášť. Fotoaparát již není tak robustní, ale vyvstává problém, kdy se musí fotoaparát udržet při focení dlouho v klidu, aby byly všechny tři hodnoty zachyceny pro stejnou scénu (bez posunutí, které by způsobilo rozmazání scény).
Demozaikový postup
Při této metodice se opět používají filtry, nejčastěji Bayerův filtr. Ten je poskládán z malých dílků do mřížky, která se skládá z pravidelně se střídajících červeno-zelených a modro-zelených řad. Je zřejmé, že zelené je zde více, ale to je z důvodu nestejné citlivosti lidského oka na všechny tři barevné složky.
Po dokončení snímání máme tedy mřížku s hodnotami pro různé barevné složky. Pomocí sousedních hodnot jsou dopočítány vždy hodnoty zbylých dvou barevných složek pro každý pixel.
Bayerův filter.
Rozlišení a formáty
Počet detailů, které dokáže fotoaparát zachytit, můžeme vyjádřit pomocí rozlišení, které se měří v pixelech. Čím více dokáže fotoaparát zachytit pixelů, tím více detailů s ním můžeme vyfotit.
Samo o sobě rozlišení značí počet bodů, které má fotka na šířku a na výšku. Čím více bodů bude mít, tím více hodnot musíme samozřejmě uložit a tím bude i větší (zde se myslí velikost na pevném disku nebo flash paměti).
Avšak u většiny fotoaparátů nenajdete na první pohled údaj o maximálním možném rozlišení, ale spíše počet megapixelů, které dokáže zaznamenat. Například dva megapixely představují rozlišení 1600x1200, tři megapixely znamenají fotografii o rozlišení 2048x1536, atd.
Fotografie je možné ukládat do různých obrázkových formátů, ale nejčastěji se využívá JPG/JPEG, který je sice ztrátový, ale pro obyčejnou fotografii stačí. Při ztrátách totiž dochází k nahrazování málo odlišných barev jednou jedinou, což ale mnohdy ani nepoznáme (více si o tom můžete přečíst v článku o kompresi v části "ztrátová komprese").
Doba postupuje a my můžeme mít digitální fotoaparáty integrované i v mobilních telefonech.
Závěr
Digitální fotoaparát je potřebou doby, protože většina z nás chce mít fotky uloženy v počítači a moci je posílat přátelům přes e-mail nebo je nahrávat na internet.
Tento přístroj je spolu s vyměnitelnými úložnými paměťmi a nabíjecími bateriemi velmi praktickým pomocníkem na cestách, ale také při různých oslavách, protože vám pomůže zachytit momenty, které byste mohli brzy zapomenout, ale také umožní se o tyto momenty podělit s přáteli.
