Конспект учебного занятия на тему «Механизм получения изображения. Устройство ЦФК»

ПЛАН-КОНСПЕКТ

учебного занятия кружка «Фото видеостудия»

руководитель кружка – педагог дополнительного образования М.Ю. Павлова

Тема учебного занятия: «Механизм получения изображения. Устройство ЦФК»

Цели учебного занятия: научиться понимать процесс создания цифровой фотографии, знать устройство цифровой фотокамеры

Задачи учебного занятия:

Образовательная:

- познакомить обучающихся с технической стороной получения изображения, познакомить с устройством цифровой фотокамеры;

- закрепить полученные знания в процессе выполнения практического задания.

Развивающая:

- развивать творческие способности обучающихся;

- развивать внимание, наблюдательность;

- развивать умение оперировать ранее полученными знаниями, анализировать, сравнивать, оценивать качество выполненной работы;

- развивать умение работать самостоятельно и в группе.

Воспитательная:

- формировать культуру обращения со сложной техникой,

- воспитывать взаимопомощь, чувство ответственности, исполнительность, аккуратность, развивать навыки самостоятельной работы.

Тип занятия: комбинированный.

Формы работы: индивидуальная и групповая.

Методы работы: объяснительно-иллюстративный, практический.

Методические приемы обучения: словесный, наглядный.

Оборудование: фотокамера Canon 600D, фотокамера Canon 77D, ноутбук, смартфоны, доска, мел.

План занятия

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний

3. Изложение нового материала

4. Подведение итогов учебного занятия

Ход занятия

1. Организационная часть:

Приветствие, подготовка к работе на занятии, проверка присутствующих, инструктаж по технике безопасности.

1. Актуализация знаний: Объявление темы занятия. Повторение прошлых тем.

1. Изложение нового материала:

В этом уроке вы узнаете: что происходит внутри цифровой фотокамеры в момент нажатия кнопки «спуск», то есть, механизм получения изображения. Также узнаете как устроена цифровая фотокамера.

Механизм получения избражения

Фотогра́фия — технология записи изображения путём регистрации оптических излучений с помощью светочувствительного фотоматериала или полупроводникового преобразователя. В отличие от некоторых других языков, в русском слово «фотография» используется только применительно к статичным изображениям. В то же время в профессиональном кинематографе этот термин обозначает изобразительное решение фильма, создаваемое кинооператором. Фотографиями также называются конечные отпечатки фотографического изображения, изготовленные на фотобумаге химическим способом или принтером.

На технологиях фотографии основано фотоискусство, которое считается одним из видов изобразительного искусства и занимает ключевое место в современной массовой культуре. Человек, осуществляющий фотосъёмку, называется фотографом. В большинстве случаев он же выполняет все остальные стадии создания фотоизображения, однако часто техническая часть работы выполняется фотолаборантами, ретушёрами, фоторедакторами и представителями других профессий. В профессиональной студийной фотографии некоторые обязанности фотограф перепоручает своим ассистентам.

Фотографические процессы — совокупность технологий, позволяющая получить фотографическое изображение на фотоматериалах.

• Классические химические способы получения изображения на фотографиях или киноплёнке на светочувствительных фотоматериалах.

• Цифровые и комбинированные способы получения файлов изображений и напечатанных фотографий.

• Электрографические и иные процессы, в которых не происходит химических реакций, но происходит перенос вещества, образующего изображение.

Цифровой фотоаппарат — фотоаппарат, в котором для записи изображения используется фотоэлектрический принцип. При этом полупроводниковая фотоматрица преобразует свет в электрические сигналы, которые трансформируются в цифровые данные, сохраняемые энергонезависимым запоминающим устройством.

Изображения, полученные цифровым фотоаппаратом, могут быть загружены в компьютер, переданы по сетям, просмотрены на экране монитора или отпечатаны на бумажном носителе с помощью принтера.

В отличие от плёночных фотоаппаратов, цифровые не требуют лабораторной обработки фотоматериала, и при наличии встроенного жидкокристаллического дисплея позволяют немедленно оценить результат съёмки. Кроме того, неудачные снимки могут быть сразу же удалены с карты памяти, а в некоторых моделях - и отредактированы непосредственно в камере. Подавляющее большинство выпускающихся в настоящее время фотоаппаратов — цифровые. Уже в 2005 году японскими компаниями, лидирующими на мировом рынке фототехники, было продано 64 770 000 цифровых фотоаппаратов и только 5 380 000 - плёночных.

Развитие технологии привело к тому, что цифровые фотоаппараты пригодны для видеозаписи и могут использоваться в качестве видеокамеры и даже цифровой кинокамеры. Поэтому употребление в отношении конкретного устройства термина «видеокамера» или «фотоаппарат» часто лишь условность. Такие универсальные цифровые камеры штатно встраиваются в большинство современных смартфонов и мобильных компьютеров.

Цифрова́я фотогра́фия или фотография, отличающаяся созданием оптического изображения при помощи фотоматериала — фотосенсора.

Изображение, представленное в цифровом виде, предназначено для дальнейшей обработки на компьютере (или на другой цифровой технике). Поэтому Цифровая фотография также часто относится к области информационных технологий.

Достижения в области технологий и производства фотосенсоров, позволяют создавать цифровые фотокамеры, которые вытесняют пленочную фототехнику из большинства сфер применения. Кроме того, создание встроенных в сотовые телефоны, карманные компьютеры цифровых миниатюрных фотоаппаратов создало новые сферы применения фотографии.

Качество изображения, даваемого цифровым фотоаппаратом, складывается из многих составляющих, которых намного больше, чем в плёночной фотографии. В их числе:

• Тип фотосенсоров

• Габариты фотосенсоров

• Электронная схема считывания и оцифровки аналогового сигнала АЦП

• Алгоритм обработки и формат файлов, применяемый для сохранения оцифрованных данных

• Разрешение матрицы в Мпикс (количество пикселей)

В цифровых фотокамерах число физических пикселей является основным маркетинговым параметром и бывает от 0.3 (у вебкамер и встроенных камер) — до ~21 Мпикс. (У некоторых задников — до 420 Мпикс). В цифровых видеокамерах — до 6 Мпикс. Размеры пиксела в больших фотосенсорах равно ~6-9 мкм, в малых — меньше ~6 мкм.

• Оперативность процесса съёмки и получения конечного результата.

• Огромный ресурс количества снимков.

• Большие возможности выбора режимов съемки.

• Простота создания панорам и спецэффектов.

• Совмещение функций в одном устройстве, в частности, видеосъёмка в цифровых незеркальных фотоаппаратах и, наоборот, фоторежим в видеокамерах.

• Уменьшение габаритов и веса фотоаппаратуры.

• Пикселизация, регулярная структура матрицы и фильтр Байера порождают принципиально другой характер шумов изображения, нежели аналоговые фотографические процессы. Это приводит к восприятию изображения, особенно полученного на пределе возможностей камеры, как более искусственного, не «природного».

• Еще одной проблемой является уменьшение разрешающей способности фотосенсора главным образом в зависимости от его габаритов. В малых фотосенсорах, где высока плотность пикселей, имеет место смешивания зон генерации носителей (внутреннего фотоэффекта) из-за плотной упаковки их и др.

• Принципиальные трудности доказательства аутентичности цифровой фотографии, в связи с самой сутью цифровых технологий копирования файлов и обработки изображений.

Цифровой фотоаппарат– оптико-механический прибор, с электронным способом регистрации, обработки и хранения цифровых изображений, с помощью которого производится фотосъемка (Приложение 1).

Цифровой фотоаппарат состоит из следующих основных частей:

- корпус со светонепроницаемой камерой;

- объектив;

- диафрагма;

- фотографический затвор;

- кнопка спуска – инициирует съёмку кадра;

- видоискатель;

- фокусировочное устройство;

- фотоэкспонометр;

- встроенная фотовспышка;

- элементы питания камеры;

- матрица;

- дисплей;

- органы управления;

- оптический стабилизатор изображения;

- цифровой блок обработки и хранения данных;

- карта памяти.

Корпус – основа конструкции фотоаппарата, объединяющая узлы и детали в оптико-механическую систему. Стенки корпуса представляют собой светонепроницаемую камеру, в передней части которой установлен объектив.

Объектив (от латинского objectus – предмет) – оптическая система, заключенная в специальную оправу, обращенная к объекту съемки и образующая его оптическое изображение. Фотографический объектив предназначен для получения светового изображения объекта съемки на светочувствительном материале. От свойств объектива в значительной степени зависит характер и качество фотографического изображения. Объективы бывают постоянно-встроенными в корпус камеры или сменными. Объективы, в зависимости от отношения фокусного расстояния к диагонали кадра, принято подразделять на нормальные, широкоугольные и телеобъективы.

Объективы с переменным фокусным расстоянием (зум-объективы) позволяют получать изображения разного масштаба при неизменном съемочном расстоянии. Отношение наибольшего фокусного расстояния к наименьшему называют кратностью объектива. Так, объективы с переменным фокусным расстоянием от 35 до 105 мм называют объективами с 3х-кратным изменением фокусного расстояния (3-х-кратным зумом).

Диафрагма (от греческого diaphragma) – устройство, с помощью которого ограничивается пучок лучей, проходящих через объектив, для уменьшения освещенности фотоматериала в момент экспонирования и изменения глубины резко изображаемого пространства. Этот механизм реализован в виде лепестковой диафрагмы, перемещение пластин которой обеспечивает непрерывное изменение диаметра отверстия. Величину диафрагмы можно устанавливать вручную или автоматически с помощью специальных устройств. В объективах современных фотокамер настройка диафрагмы выполняется с электронной панели управления на корпусе камеры.

Механизм ирисовой диафрагмы состоит из ряда перекрывающихся пластин

Фотографический затвор. Цифровые фотоаппараты могут обладать как механическим затвором так и электронным.

Электронные фотографические затворы представляют собой не отдельное устройство, а принцип дозирования экспозиции цифровой матрицей. Выдержка определяется временем между обнулением матрицы и моментом считывания с нее информации. Применение электронного затвора позволяет достичь более коротких выдержек без использования дорогостоящих высокоскоростных механических затворов. Есть модели фотоаппаратов, в которых используется комбинация механического и электронного затвора. В таких камерах механический затвор используется при длительных выдержках, а электронный – при коротких.

Видоискатель. В настоящее время многие цифровые камеры имеют оптический или электронный видоискатель (электронная система имитирующая видоискатель зеркальной фотокамеры) для быстрой компоновки кадра и жидкокристаллический дисплей, выполняющий несколько функций, для более точного построения композиции, и просмотра результата съемки. Недостатком жидкокристаллического дисплея является невозможность его использования при высокой освещенности, так как в таких условиях информация на дисплее становиться не различима, и как следствие невозможность осуществить кадрирование. На ЖК дисплей в зависимости от режима работы фотокамеры может выводиться также информация об экспозиционных параметрах и др. С помощью ЖК дисплея мы получаем доступ к меню управления настройками камеры.

Матрица (светочувствительная матрица) – специализированная аналоговая или цифро-аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных элементов (фотосенсоров), выстроенных в ряды и строки. Матрица предназначена для преобразования, спроецированного на неё оптического изображения в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных (при наличии АЦП непосредственно в составе матрицы). При проецировании изображения на матрицу, в каждом ее фотосенсоре накапливается электрический заряд, пропорциональный яркости приходящегося на него элемента изображения. Матрица является основным элементом цифровых фотоаппаратов и видеокамер. Применяется в планшетных и проекционных сканерах.

Матрица цифрового фотоаппарата

Оптический стабилизатор изображения.

Основная причина смазанных изображений – перемещением камеры в момент съемки, особенно при использовании телеобъективов. Влияние данного эффекта зависит от размера изображения (размера матрицы цифровой камеры). Чем меньше геометрический размер матрицы, тем более выражен эффект смазывания изображения, вызванный перемещением фотокамеры, так как печать фотографий потребует в случае меньшего размера изображения большего увеличения.

В результате перемещения фотокамеры в процессе экспонирования, лучи света от объекта отклоняются относительно оптической оси объектива, приводя к смазыванию изображения. Обычно, установив выдержку затвора не более чем величина, обратно пропорциональная фокусному расстоянию объектива (например, 1/300 с для объектива с фокусным расстоянием 300 мм), можно предотвратить смазывание изображения, вызванное перемещением камеры. Однако в условиях недостаточного освещения или при использовании низкой светочувствительности фотоматериала возникает необходимость использования более длительной выдержки, что приводит к смазыванию изображений при съемке с рук. Для разрешения этой проблемы разработаны различные системы стабилизации изображения.

Оперативная память необходима для временного хранения данных в процессе обработки их микропроцессором;

Карта памяти– твердотельный полупроводниковый элемент работу, которого можно представить как матрицу из горизонтальных и вертикальных линий, где в каждом пересечении храниться 1 бит информации. Для хранения цифровых данных в фотокамерах применяются съемные носители информации – карты памяти различных форматов.

Цифровая технология фотографирования

Что же происходит, когда мы нажимаем кнопку спуска затвора? А происходит следующее:

1. При съемке в автоматическом режиме объектив самостоятельно фокусируется на предмете.

2. Затем механический или оптический стабилизатор изображение делает свое дело, а именно – стабилизирует изображение.

3. Опять же при съемке в авто-режиме, камера сама подбирает параметры: выдержку, диафрагму, ISO, а также баланс белого.

4. После чего зеркало поднимается.

5. А затвор открывается.

6. Свет, который проходит через объектив, формирует изображение на матрице, которое потом считывается процессором и сохраняется в карту.

7. Затвор закрыт.

8. Зеркало опущено.

В цифровых фотоаппаратах используется фотографический объектив, но вместо проецирования изображения на пленку, свет попадает на фотосенсоры матрицы цифрового фотоаппарата. Вычислительный блок фотоаппарата анализирует полученную информацию и определяет необходимые значения экспозиционных параметров (светочувствительность, выдержку, диафрагму), контролирует фокусировку, определяет баланс белого, необходимость применения фотовспышки и т.д.

Затем матрица фиксирует изображение и передает его на блок АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который преобразует аналоговые электрические сигналы пропорциональные яркости каждой точки изображения в цифровой код. Микропроцессор фотокамеры производит обработку полученных данных по специальным алгоритмам (зависящим от конкретной модели фотоаппарата) и сохраняет их в файл, который можно увидеть на дисплее камеры и оперативно оценить результат съемки (визуально с контролем гистограммы). Файл изображения записывается на встроенный или внешний электронный носитель информации. Далее изображение может быть выведено на печать или телевизор, а также перенесено на компьютер для дальнейшей обработки.

Цифровая технология фотографирования

Цифровой фотопроцесс

1. Подведение итогов занятия: Обмен мнениями: выполнена ли цель учебного занятия? Что нового узнали на занятии? Что было сложно для понимания? Учащиеся показывают друг другу выполненные работы, педагог и учащиеся оценивают свои работы и работы учащихся группы с точки зрения полученных знаний и применения их в практической работе с фотоаппаратом (смартфоном).

Приложение 1