Come funziona una fotocamera

Tutto il processo di come funziona una fotocamera e di come nascono le fotografie.

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Come funziona una fotocamera

Vi siete mai chiesti che cos’è una macchina fotografica e come funziona una fotocamera ? Come funziona quel delicato macchinario quando scatti una fotografia? Non sei il solo a chiedertelo tranquillo.

Per potertelo spiegare nella maniera più semplice e precisa in assoluto ho tradotto un’articolo trovato in rete, precisamente su ExpertPhotography, scritto da uno dei più grandi fotografi del mondo ed è stato tradotto qui sotto.

Le telecamere si sono evolute molto nell’ultimo mezzo secolo e mezzo. La fotografia è cambiata drasticamente. Le moderne fotocamere di oggi sono il risultato di innumerevoli anni di sviluppo, ma i principi di base rimangono gli stessi.

Quindi, come funziona una fotocamera? Ecco la nostra guida

Qual è il ruolo della luce?

Se vogliamo capire come funziona una fotocamera, dobbiamo sapere come funziona la luce . La fotografia non esisterebbe senza la nostra comprensione della luce.

Senza immergerci ulteriormente in territori selvaggi della fisica, chiariamo le basi: La luce viaggia su una retta via. Non ci vogliono curve (almeno praticamente per noi fotografi). Viene riflesso e assorbito.

Per i nostri occhi e per le macchine fotografiche, la luce è un’onda. Ha praticamente le stesse proprietà del suono: varia in lunghezza d’onda, frequenza e ampiezza. Differisce nel livello di energia.

Il compito del fotografo è quello di raccogliere e catturare la luce nel proprio gusto e nella propria forma.

Concetto di base delle telecamere

A parte le primissime fotocamere a foro stenopeico (che non hanno vetro), le due parti principali delle fotocamere sono l’ obiettivo e il rilevatore di luce.

L’obiettivo della fotocamera raccoglie la luce e la proietta su una superficie del rivelatore di luce – pellicola o sensore digitale.

Quindi, attraverso vari modi di elaborazione, ottieni l’immagine finale che è modellata secondo i tuoi gusti e le impostazioni che hai settato.

La fotografia è tutto ciò che accade tra questi passaggi – e anche prima.

E tu, il fotografo , hai il controllo su di esso.

L’obiettivo

L’obiettivo è il primo momento d’incontro della luce con la fotocamera.

La luce passa attraverso l’obiettivo. Attraverso diverse formule ottiche, crea il modo in cui l’immagine viene proiettata. È uno dei più potenti strumenti di espressione, quindi è fondamentale capire come funziona.

Struttura ottica

L’obiettivo della tua fotocamera non è in realtà un obiettivo. È composto da numerosi obiettivi singoli e gruppi di obiettivi, i famosi elementi.

La struttura è il risultato di meticolosa progettazione. Esistono alcune formule standard, come 50mm f / 1.8 o f / 1.4. Alcuni obiettivi per fotocamere avanzate ed estreme hanno formule che non erano possibili fino a pochi anni fa. La formula ottica di un obiettivo determina l’ immagine che può proiettare su un sensore.

Come funziona una fotocamera

Lunghezza focale

In termini semplici, la lunghezza focale definisce la quantità di zoom . Una lunghezza focale inferiore offre un angolo di visione più ampio. Una lunghezza focale più alta – “più lunga” – dà un ritaglio più stretto della scena.

In termini tecnici, la lunghezza focale è la distanza tra il punto di convergenza dell’obiettivo e il sensore o la pellicola.

È praticamente impossibile progettare una lente con il suo punto di convergenza prima dell’elemento frontale, ma può esserlo dietro. Ciò significa che i teleobiettivi devono essere effettivamente più lunghi  (ad eccezione degli obiettivi a specchio). Tuttavia, gli obiettivi grandangolari possono essere sorprendentemente lunghi.

Gli obiettivi zoom cambiano il loro punto facendo avanti e indietro. Gli obiettivi “Prime” sono fissi e gli elementi si muovono solo per la messa a fuoco.

Come funziona la luce nella fotografia

Apertura

Il diametro dell’obiettivo determina la massima quantità di luce che può passare.

Nella maggior parte degli obiettivi, c’è un’iride . L’iride viene utilizzata per restringere il diametro. Funziona come la pupilla nei tuoi occhi : più è stretta, meno luce lascia entrare.

Inoltre, con l’iride più stretta arriva una profondità di campo più profonda e una minore separazione dello sfondo .

Come funziona l'apertura del diaframma

Il valore di apertura è dato sotto forma di F-stop. L’F-stop è un rapporto. Puoi calcolarlo dividendo la lunghezza focale per il diametro dell’obiettivo (sull’iride).

Ad esempio, l’ F-stop di un obiettivo da 50 mm con un diametro di apertura di 25 mm è f / 2.

Naturalmente, quando si esegue lo zoom, la lunghezza focale cambia. Negli obiettivi con un valore di apertura minimo costante , ad esempio 24-70 mm f / 2.8, l’apertura si apre gradualmente man mano che si ingrandisce. In questo modo il rapporto rimane invariato.

Come funziona lo zoom

Messa a fuoco

Come i tuoi occhi, un obiettivo fotografico vede il mondo sui piani focali . Questi piani sono paralleli all’elemento frontale dell’obiettivo della fotocamera e (nella maggior parte dei casi) al sensore. Le eccezioni sono gli obiettivi tilt-shift ed estremamente grandangolari.

Per mettere a fuoco un determinato piano, un elemento dell’obiettivo deve muoversi all’interno dell’obiettivo. È possibile controllare questo elemento con l’ autofocus o manualmente ruotando la ghiera di messa a fuoco.

C’è una gamma di messa a fuoco di cui è capace ogni obiettivo. Più si avvicina l’elemento di messa a fuoco al sensore, più si concentra.

Ad eccezione degli obiettivi macro, la maggior parte passa alla messa a fuoco all’infinito. L’infinito è il piano oltre il quale praticamente tutto  è perfettamente a fuoco. Fisicamente è possibile andare oltre, ma non ha senso poiché, dopo ciò, l’immagine diventa di nuovo sfocata.

Quando si scatta in primo piano , l’elemento di messa a fuoco si allontana dal sensore. Quindi, è possibile rendere qualsiasi obiettivo non macro capace di macro aggiungendo tubi di prolunga tra il corpo e l’obiettivo.

Di solito, l’anello di messa a fuoco è fisicamente collegato al meccanismo di messa a fuoco all’interno dell’obiettivo. In tal caso, la messa a fuoco manuale ti dà il controllo diretto. In alcuni obiettivi, esiste solo il controllo elettronico.

Ciò accade in obiettivi pesanti (come Canon 85mm f / 1.2 II ). Nelle costruzioni minuscole, dove un normale anello di messa a fuoco sarebbe comunque impraticabile (come l’ obiettivo Canon 40mm f / 2.8 pancake), viene spesso utilizzato.

Stabilizzazione

In alcuni obiettivi moderni, troverai un elemento che stabilizza attivamente il movimento della fotocamera. Questa parte è di solito un blocco strutturalmente distinto nella parte posteriore con una lente.

Con l’aiuto di un giroscopio, misura e contrasta la stretta di mano e altri movimenti.

La denominazione dei sistemi di stabilizzazione differisce da marchio a marchio. Canon chiama IS (stabilizzatore d’immagine), Nikon ha VR ( riduzione delle vibrazioni ), Sony ha OSS (SteadyShot ottico) e così via. 

Peso ed ergonomia

Le dimensioni e il peso degli obiettivi dipendono da numerosi fattori.

Di solito, un’apertura più veloce significa obiettivi più grandi. L’ampio intervallo di zoom comporta anche obiettivi più lunghi quando ingranditi, ma spesso sono retrattili.

Inoltre, maggiore è la dimensione del sensore prevista, più grande deve essere l’obiettivo.

La stabilizzazione ha anche un peso maggiore.

Molto spesso, i produttori progettano i loro obiettivi per fornire un ottimo equilibrio con le loro fotocamere. Ma in alcuni casi, questo non è possibile. I teleobiettivi veloci e i super teleobiettivi (come il Canon 200mm f / 2 ) e gli obiettivi ultra grandangolari veloci (come il 14mm f / 1.8 di Sigma ) devono avere enormi elementi frontali, quindi possono sembrare sbilanciati.

Collegamento al corpo della fotocamera

In questo senso, ci sono due tipi di obiettivi per fotocamere: intercambiabili e fissi al corpo.

Gli obiettivi fissi si trovano principalmente nelle fotocamere compatte e bridge di livello consumer . Alcuni marchi, ad esempio Leica, stanno realizzando fotocamere con obiettivo fisso di alto livello.

Non ci sono molte opzioni con obiettivi fissi: ottieni quello che ottieni.

Tuttavia, su DSLR (Reflex digitale a obiettivo singolo) e MILC (Mirrorless Interchangeable Lens Camera), è possibile cambiare gli obiettivi della fotocamera indipendentemente dai corpi della fotocamera.

Per collegare i loro obiettivi ai loro corpi macchina, ogni produttore (o alleanza) di macchina fotografica ha montaggi standard dell’obiettivo .

Oltre a mantenere gli obiettivi sicuri e costanti, ogni innesto ha anche un protocollo elettronico. Ciò è necessario per fornire energia per l’autofocus e la stabilizzazione. I collegamenti dati trasferiscono anche diaframma, distanza di messa a fuoco, zoom e informazioni generali sull’obiettivo.

I tipi di montaggio della fotocamera più importanti includono Canon EF / EF-S (DSLR), EF-M (mirrorless con sensore ritagliato) e RF (mirrorless full-frame), nonché F (DSLR) e Z (mirrorless) di Nikon, A (DSLR) ed E (mirrorless) di Sony e molto altro.

Macchine fotografiche

Dopo aver attraversato l’obiettivo, la luce arriva alla fotocamera, dove viene rilevata da un sensore o una pellicola.

Mirino

Tutte le DSLR e molte fotocamere mirrorless hanno mirini . Può essere ottico o elettronico.

In una fotocamera digitale DSLR con il mirino ottico , una volta che la luce arriva dall’obiettivo, rimbalza su uno specchio semipermeabile. La maggior parte della luce quindi si riflette su un pentaprisma e poi sul mirino.

Parte della luce si riflette verso il basso attraverso uno specchio secondario nel sensore di messa a fuoco automatica.

In una fotocamera mirrorless, non esiste una connessione ottica tra l’obiettivo e l’occhio. La luce va sempre direttamente sul sensore.

Dal sensore, la vista dal vivo viene trasmessa digitalmente al mirino elettronico (EVF) o allo schermo posteriore.

L’otturatore

L’otturatore è il meccanismo che consente alla luce di entrare nella pellicola o nel sensore per un determinato periodo di tempo (la velocità dell’otturatore ).

Prima dell’età della fotocamera digitale, l’unica opzione era un otturatore meccanico . Muovono fisicamente un ostacolo nella via della luce.

La tapparella meccanica, che si trova nella maggior parte delle fotocamere, ha due tende. Quando si preme il pulsante di scatto, la prima tendina fa scorrere verso l’alto e fa entrare la luce sul sensore della fotocamera. Quindi, dopo il tempo impostato della velocità dell’otturatore, la seconda tendina si chiude. Il sensore è nuovamente bloccato.

Uno degli svantaggi delle tapparelle è che non è possibile utilizzare un flash standard al di sotto di una determinata velocità dell’otturatore. Questo di solito è circa 1 / 200th di secondo. Al di sotto di ciò, non stanno esponendo l’intero fotogramma contemporaneamente.

C’è una finestra tra le tende che viaggiano da una parte all’altra.

A sua volta, un flash è istantaneo, quindi se si scende al di sotto di quella velocità, verrà illuminata solo una banda del fotogramma. È possibile evitare questo problema utilizzando la sincronizzazione ad alta velocità.

Le tendine elettroniche  sono un prodotto dell’era delle fotocamere digitali . Sono utilizzati per la lettura rapida e continua delle immagini.

Un otturatore elettronico a rotazione si trova in quasi tutte le fotocamere digitali. Funziona raccogliendo i dati dal sensore in blocchi (di solito, righe di pixel), procedendo verso il basso.

Ciò consente riprese silenziose e tempi di posa molto bassi, in alcuni casi 1/32000 di secondo. Il rovescio della medaglia è che i soggetti in rapido movimento appaiono distorti a causa della lettura asincrona.

La vista dal vivo e la registrazione video utilizzano entrambe le persiane elettroniche nelle telecamere di livello consumer.

In alcune fotocamere avanzate, troverai un otturatore elettronico globale . Legge simultaneamente i dati dell’intero frame, risolvendo il problema della distorsione delle bande . Viene utilizzato principalmente per la registrazione video professionale.

Sensore

I sensori digitali sono composti da  pixel . I pixel sono minuscole celle solari che convertono la luce in elettricità.

La maggior parte delle fotocamere digitali è dotata di un sensore CMOS o CCD a singolo strato standard. CMOS è una tecnologia più recente che consente la lettura dei singoli pixel e un basso consumo energetico.

I pixel sono disposti in una disposizione chiamata mosaico Bayer usando filtri colorati. Il mosaico Bayer è costituito da blocchi di quattro pixel, due verdi, uno rosso e uno blu.

Poiché ogni pixel è sensibile solo al proprio colore, il risultato finale è un’immagine con punti rossi, verdi e blu sparsi.

Per ottenere toni graduali e una fotografia fluida, il processore o il software di editing dovranno eseguire il debayering.

Sensibilità ISO

Quando tu (o la tua fotocamera) impostate il valore ISO , possono accadere più cose a seconda della fotocamera e del valore ISO esatto.

Le fotocamere con sensori CMOS (la maggior parte delle fotocamere digitali) hanno un minuscolo amplificatore per ogni singolo pixel. Dopo che il fotogramma è stato esposto, amplifica i pixel a un livello superiore, secondo ISO.

Fino a un certo valore, generalmente ISO 1600, questa è l’unica amplificazione.

Oltre a ciò, ISO è un tag digitale incorporato nel file non elaborato o un’amplificazione digitale per i file jpg.

Conversione ed elaborazione digitale

Dopo aver letto il sensore della fotocamera digitale e aver attraversato l’amplificatore, i dati vengono convertiti in dati digitali. Questo è il compito del convertitore da analogico a digitale .

La maggior parte delle fotocamere moderne converte in 16 bit ma ne utilizza solo 14 bit. I 2 bit extra consentono una maggiore flessibilità nella post-produzione e nel filtraggio .

14 bit significa che per ogni pixel ci sono 16.384 valori possibili. Ciò si traduce in un’immensa gamma cromatica e tonale nelle moderne fotocamere digitali.

I dati pixel quindi procedono al  processore di immagini . Il processore esegue diversi algoritmi, filtri, debayering e compressi se si sceglie l’output jpg.

L’immagine finale viene quindi scritta sulla tua carta.

Questo articolo è stato liberamente tradotto da ExpertPhotography e penso che sia la migliore spiegazione che possa esistere al mondo di che cos’è e come funziona una macchina fotografica.

FONTEExpert Photography
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