Устройство цифрового фотоаппарата

Большая часть цифровых фотоаппаратов внешне очень сильно напоминает пленочные фотокамеры. Особенно заметно это у зеркальных фотоаппаратов, которые независимо от типа светочувствительного элемента имеют оптический зеркальный видоискатель (за редкими исключениями), сменную оптику и, как следствие, характерный внешний вид. При этом, однако, внутренне строение цифрового фотоаппарата кардинально отличается от строения фотоаппарата пленочного.

Как же устроен цифровой фотоаппарат?

Основным отличием цифрового фотоаппарата от пленочного является то, что в качестве светочувствительного элемента в нем используется не пленка, а так называемая матрица, - светочувствительный сенсор. Сенсор преобразует свет в электрический сигнал, который затем обрабатывается графической системой на основе микропроцессора и записывается на карту памяти либо на встроенное постоянное запоминающее устройство. Таким образом, устройство цифрового фотоаппарата предусматривает наличие следующих элементов:

Сенсор (матрица)

Матрица или сенсор – это полупроводниковая пластина, на которой расположены фотоэлементы. Фотоэлементов много - устройство цифровых фотоаппаратов самого высокого класса (так называемые среднеформатные цифровые камеры) предполагает наличие сенсора с 40 и даже 60 миллионами отдельных фотоэлементов.

На рынке представлены сенсоры самых разных типов, однако в подавляющем большинстве цифровых фотоаппаратов используется ПЗС (прибор с зарядовой связью) и КМОП-сенсоры (комплементарный металл-оксид-полупроводник). Подробно об этих типах рассказано в соответствующих статьях: здесь мы отметим лишь, что ПЗС-сенсор обеспечивает более точную передачу цвета, но и больший уровень цифровых шумов, а КМОП отличается низким уровнем шумов, однако его цвета многим фотографам представляются не совсем естественными. Кроме того, КМОП матрицы в среднем дороже. К моменту написания этой статьи (март 2011 года) КМОП-матрицы однозначно доминировали на рынке зеркальных цифровых фотоаппаратов и постепенно вытесняли ПЗС с рынка компактных фотокамер.

Объектив

Принципиальных отличие между объективами пленочных и цифровых фотоаппаратов нет. В некоторых цифровых камерах со сменной оптикой вполне могут использоваться объективы, которые стояли на пленочных камерах. В качестве примера можно привести объектив с байонетом F от Nikon. Все объективы с байонетом F (стандарт байонета F был принят компанией Nikon в 1959 году) устанавливаются на все цифровые зеркальные фотоаппараты Nikon вплоть до Nikon D7000, выпущенного осенью 2010 года. То же самое касается и советских объективов с байонетом Н (Калейнар 5Н, Гелиос-81Н).

Затвор

В пленочном фотоаппарате затвор открывает и закрывает шторки, которые ограничивают воздействие света на пленку. В компактных цифровых фотоаппаратах затвора нет: его роль выполняет электронное автоматическое устройство. В зеркальных цифровых фотоаппаратах, а также в некоторых беззеркальных есть и электронное устройство, и механический затвор. Синхронная работа двух затворов позволяет обеспечить короткие выдержки и избежать появления ореола вокруг контрастных изображений. Подробно о затворах рассказано в статье «Затворы цифровых фотоаппаратов».

Видоискатель

Видоискатель, это устройство для визирования – то есть для предварительной оценки кадра. В зеркальных фотоаппаратах почти всегда используется так называемый оптический видоискатель, который представляет собой комплекс, состоящий из зеркал и пентапризмы (пентазеркала). Основная задача системы – передать изображение от зеркала в окошко видоискателя.

Оптический видоискатель показывает изображение том виде, в котором оно существует в натуре, между тем как матрица и процессора могут фиксировать совсем иное (с учетом настроек фотоаппарата) Увидеть реальный кадр обладатель цифрового зеркального фотоаппарата сможет только на экране после того, как кадр сделан, либо при помощи режима Live View. В пленочной технике для этого приходилось не только сделать кадр, но и отработать, а затем извлечь и проявить всю пленку.

Многие компактные и некоторые зеркальные цифровые фотоаппараты оборудованы электронным видоискателем. Электронный видоискатель снимает изображение с матрицы и показывает его таким, как видит его фотоаппарат с учетом настроек, ГРИП и других эффектов.

В недорогих компактных цифровых фотоаппаратах видоискателя попросту нет, а визирование осуществляется по экрану дисплея при помощи режима Live View. Режим «LiveView» позволяет увидеть на экране фотоаппарат изображение в том виде, в котором оно зафиксируется в файле (с учетом погрешностей). Сегодня такой режим есть не только у компактных фотоаппаратов лишенных оптического видоискателя, но и у зеркальных камер.

Микропроцессор

Микропроцессор имел место и в некоторых пленочных камерах, однако в цифровых фотоаппаратах он является одним из важнейших элементов. Процессор управляет работой затвора, матрицы, оптики, выбором настроек, записью отснятого материала на носитель и другими процессами, происходящими в камере при подготовке к съемке, собственно съемке и просмотре отснятого материала. Скорость работы фотоаппарата во многом зависит от производительности микропроцессора. В этой связи в некоторых дорогих зеркальных цифровых фотоаппаратах используется сразу два процессора, которые проводят многие операции параллельно. Для примера – скорость серийной съемки однопроцессорного зеркального цифрового фотоаппарата Canon EOS 550D составляет порядка 3,7 кадров в секунду, а скорость серийной съемки двухпроцессорного Canon EOS 7D - порядка 8 кадров в секунду.

Накопитель

Созданные при помощи цифрового фотоаппарата изображения и видеоролики необходимо куда-то записывать. В подавляющем большинстве фотоаппаратов для этой цели используют карты памяти типов SD, CompactFlash и т.п. (подробнее о картах памяти в статье «Карты памяти»). Некоторые фотоаппараты имеют также встроенную память небольшого объема. Обычно ее хватает для хранения нескольких (до 10) кадров. В старых цифровых фотоаппаратах в качестве накопителей использовали дискеты, мини-диски и даже аудиокассеты с пленкой.

Внешние интерфейсы

Цифровые фотоаппараты могут подключаться к ПК, телевизорам и другим устройствам при помощи внешних интерфейсов. Наиболее распространенным является USB интерфейс; в современных камерах также используется HDMI подключение. Некоторые, очень немногие фотоаппараты имеют и беспроводные интерфейсы подключения к внешним устройствам.

Следует отметить, что интерфейсы могут использоваться не только для передачи информации, но и для подзарядки аккумуляторов. Впрочем, такая возможность есть далеко не у всех камер – у некоторых подключение и работа с внешними устройствами наоборот являются одной из самых энергозатратных процедур.