¿Según qué principio una cámara forma una imagen?
Una cámara es un dispositivo que convierte imágenes luminosas de una escena en señales eléctricas. Su estructura se puede dividir aproximadamente en tres partes: sistema óptico (principalmente lentes), sistema de conversión fotoeléctrica (principalmente tubo de cámara o dispositivo de cámara de estado sólido) y sistema de circuito (principalmente circuito de procesamiento de video).
El componente principal del sistema óptico es la lente óptica, que está compuesta por un sistema de lentes. Este sistema de lentes consta de muchas lentes con diferentes grados de convexidad y concavidad, donde el centro de la lente convexa es más grueso que los bordes, por lo que la luz que pasa a través de los bordes de la lente se refracta más que la luz que pasa por el centro. Cuando el objeto es refractado por la lente del sistema óptico, se forma un "foco" en la superficie de imagen del tubo de la cámara del sistema de conversión fotoeléctrica o del dispositivo de imagen de estado sólido. El elemento fotosensible del sistema de conversión fotoeléctrica convierte la imagen óptica fuera del "foco" en una señal eléctrica cargada. Estas señales eléctricas son débiles y el sistema de circuito debe amplificarlas aún más para formar señales que cumplan con requisitos técnicos específicos y salir de la cámara.
El sistema óptico es equivalente a los ojos de la cámara y está estrechamente relacionado con las habilidades operativas. Se presentará en detalle en los siguientes capítulos de este capítulo. El sistema de conversión fotoeléctrica es el núcleo de la cámara y el tubo de la cámara o dispositivo de cámara de estado sólido es el "corazón" de la cámara. El contenido de esta parte se presentará en el Capítulo 3. Dado que la mayoría de las cámaras domésticas combinan la parte de la cámara y la parte de video en una sola, el principio de funcionamiento de la parte de video se resumirá a continuación.
Cuando el sistema de cámara de la cámara convierte la imagen óptica del objeto en una señal eléctrica correspondiente, se forma una fuente de señal de grabación. El sistema de grabación de video convierte la señal eléctrica emitida por la fuente de señal en una señal magnética a través de un sistema de conversión electromagnética y la graba en la cinta de video. Si se necesita el sistema de reproducción de la cámara para reproducir la señal grabada, se pueden manipular los botones correspondientes para convertir la señal magnética de la cinta de vídeo en una señal eléctrica, que luego se amplifica y se envía a la pantalla del televisor para obtener imágenes.
Desde la perspectiva de la conversión de energía, el principio de funcionamiento de la cámara es un proceso de conversión de luz-electricidad-magnetismo-electricidad-luz.
2. La lente y su principio de imagen
Es la parte más importante de la cámara y se llama ojo humano. La razón por la que el ojo humano puede ver todo en el universo es que puede formar una imagen en la retina confiando en la capacidad física de la lente del ojo para tomar fotografías e imágenes, y depende principalmente de la lente para formarse; la imagen del sujeto y proyectarla en el tubo de la cámara o en estado sólido La superficie de imagen del dispositivo de la cámara. Por tanto, el objetivo es el ojo de la cámara. La claridad de las imágenes de televisión y la riqueza de los niveles de imagen y otras capacidades expresivas están restringidas por la calidad inherente de las lentes ópticas. Las lentes de varias cámaras actualmente disponibles comúnmente en el mercado son lentes recubiertas. El recubrimiento es una capa de película coloreada recubierta sobre la superficie de la lente para reducir la dispersión entre las lentes, reducir el deslumbramiento causado al disparar con luz de fondo, proteger la luz para que no pase suavemente a través de la lente, mejorar la transmitancia de la luz de la lente y hacer Las imágenes capturadas son más claras.
En el proceso de fotografía autodidacta, los fotógrafos primero deben estar familiarizados con los principios de imagen de la lente, incluida la distancia focal, el ángulo de visión, el campo de visión y el campo de imagen.
Distancia focal es la abreviatura de distancia focal. Por ejemplo, si un lado de la lupa mira hacia el sol y el otro lado mira hacia el papel, y la lupa se mueve hacia arriba y hacia abajo a una cierta distancia, el papel se acumulará en un punto brillante y pronto quemará el papel. en un pequeño agujero, por eso se llama "enfoque". La distancia desde el centro de la lente al papel es la distancia focal de la lente. Para una cámara, la distancia focal es equivalente a la distancia desde el "centro" de la lente hasta la superficie de imagen del tubo de la cámara o del dispositivo de imagen de estado sólido.
La distancia focal es uno de los datos importantes que marca el rendimiento de una lente óptica, debido a que el tamaño de la imagen captada por la lente está controlado por la distancia focal. Durante el proceso de disparo de las cámaras de televisión, los fotógrafos suelen cambiar la distancia focal para modelar y componer para crear diversos efectos visuales. Por ejemplo, al disparar al mismo objetivo a la misma distancia, cuanto mayor sea la distancia focal de la lente, más estrecho será el ángulo de visión horizontal de la lente y cuanto menor sea el rango de disparo de la escena, más corta será la distancia focal de la lente; lente, más amplio será el ángulo de visión horizontal de la lente y mayor será el rango de la escena capturada.
La gama de paisajes que la lente de una cámara puede cubrir generalmente se expresa en términos de ángulo, lo que se denomina ángulo de visión de la lente. El área incluida en la imagen visible formada por un objeto a través de la lente en el plano focal es el campo de visión de la lente. Sin embargo, la nitidez y el brillo de la imagen presentada en el campo de visión son diferentes en el centro y los bordes. Las imágenes dentro y cerca del centro son claras y brillantes. La imagen alrededor de los bordes es menos nítida y mucho más oscura. Esta parte del borde de la imagen no está disponible para la captura de la cámara. Por eso, al diseñar lentes de cámaras, solo se utiliza el campo de visión. Cabe señalar que el tamaño de la fotografía final tomada por la cámara no depende completamente del tamaño del campo de imagen de la lente. Es decir, el tamaño de imagen de la lente debe ser consistente con el tamaño óptimo de la superficie de imagen del tubo de la cámara o del dispositivo de imagen de estado sólido.
Cuando se determina el tamaño de imagen de la lente de la cámara, para una lente con una distancia focal fija, tiene un campo de visión fijo, y el campo de visión se usa a menudo para expresar el tamaño del campo. de vista. La regla es que cuanto más corta sea la distancia focal, mayor será el ángulo y el campo de visión. Por lo tanto, las lentes de distancia focal corta también se denominan lentes gran angular.
3. Principio de profundidad de campo de la lente
Cuando la lente enfoca un determinado punto del sujeto, el objeto en ese punto se puede visualizar claramente en la pantalla del televisor. El paisaje dentro de un cierto rango antes y después de este punto también se puede registrar con mayor claridad. En otras palabras, existe un cierto límite en el alcance claro de la escena capturada por la lente. Este rango de profundidad del objeto que se puede registrar "claramente" delante del tubo de la cámara es la profundidad de campo. Cuando la lente apunta al sujeto, el rango claro frente al sujeto se llama profundidad de campo de primer plano, y el rango claro detrás del sujeto se llama profundidad de campo posterior.
La profundidad de campo de primer plano y la profundidad de campo de fondo juntas, es decir, la profundidad de toda la imagen de televisión desde el punto claro más cercano hasta el punto claro más lejano, se denomina profundidad panorámica. En términos generales, la profundidad de campo se refiere a la profundidad panorámica.
En algunas imágenes, el frente del sujeto está claro y la parte posterior está borrosa; en algunas imágenes, la parte posterior del sujeto está clara y el frente está borroso, en algunas imágenes, solo el sujeto está claro; y la parte delantera y trasera están borrosas. Estos fenómenos son causados por las características de profundidad de campo de la lente. Se puede decir que el principio de profundidad de campo juega un papel extremadamente importante en el disparo con cámara. La comprensión y aplicación correctas de la profundidad de campo le ayudarán a tomar fotografías satisfactorias. Hay tres factores principales que determinan la profundidad de campo:
Apertura: cuando la distancia focal de la lente es la misma y la distancia de disparo es la misma, cuanto menor es la apertura, mayor es el rango de profundidad de campo. . Cuanto mayor sea la apertura, menor será el rango de profundidad de campo. Esto se debe a que cuanto menor es la apertura, más delgado es el haz de luz que ingresa a la lente, más obvio es el efecto paraxial y menor es el ángulo en el que converge la luz. De esta manera, la luz convergente frente al plano de imagen dejará un punto más pequeño en el plano de imagen, dando una claridad aceptable a escenas que originalmente no eran claras a una distancia de la lente.
Distancia focal Cuando el coeficiente de apertura y la distancia de disparo son iguales, cuanto más corta sea la distancia focal del objetivo, mayor será la profundidad de campo. Cuanto más enfoca la lente, menor es el rango de profundidad de campo. Esto se debe a que el área focal (profundidad de enfoque) formada por una lente de distancia focal corta es mucho más estrecha que la de una lente de distancia focal larga, por lo que entrarán más puntos de luz en el área de nitidez aceptable.
Cuando la distancia focal y el coeficiente de apertura de la lente son iguales, cuanto mayor sea la distancia del objeto, mayor será la profundidad de campo. Cuanto más cerca esté el objeto, menor será el rango de profundidad de campo. Esto se debe a que los objetos alejados de la lente se pueden enfocar nítidamente con sólo un ligero ajuste, y los objetos delante y detrás quedan perfectamente enfocados. Esto permitirá que entren más puntos de luz en la zona de nitidez aceptable, por lo que la profundidad de campo aumentará. Por el contrario, al enfocar una escena cercana al objetivo, la distancia entre los puntos de enfoque delantero y trasero aumenta, es decir, el rango de profundidad de enfoque aumenta, por lo que el número de puntos que entran en el área de nitidez aceptable disminuye y la profundidad de el campo disminuye. Por esta razón, la profundidad de primer plano de una toma siempre es menor que la profundidad de campo detrás de ella.
4. El objetivo zoom y su principio. Los objetivos de las cámaras se pueden dividir en objetivos estándar, teleobjetivos y gran angular. Tomando como ejemplo una cámara de 16 mm, la distancia focal de su lente estándar es de 25 mm. La razón por la que esta distancia focal se determina como la distancia focal de una lente estándar es principalmente porque esta distancia focal es similar al ángulo de visión horizontal normal del ojo humano (24 grados). Al disparar con una lente estándar, las relaciones espaciales y de perspectiva del sujeto son las mismas que las que el fotógrafo ve en el visor. Los objetivos con una distancia focal superior a 50 mm se denominan teleobjetivos y los objetivos con una distancia focal inferior a 16 mm se denominan objetivos gran angular. Los estándares para la clasificación de lentes de cámaras son básicamente los mismos que los de las cámaras de 16 mm. Sin embargo, la mayoría de las cámaras de televisión domésticas actualmente solo usan una lente de zoom, es decir, un sistema de lentes puede lograr una conversión continua de una "lente gran angular" a una "lente estándar" o incluso a un "teleobjetivo", lo que brinda una gran comodidad para la operación de tiro.
Una de las principales características de los teleobjetivos es que pueden cambiar la distancia focal dentro de un rango determinado sin cambiar la posición del plano de imagen, lo que los convierte en los objetivos más utilizados en las cámaras domésticas.
Un objetivo zoom se compone de muchas lentes individuales. El más simple es un espejo combinado compuesto por dos lentes convexas. Ahora sea x la distancia entre las dos lentes. Con la práctica, podemos saber que siempre que cambie la distancia entre las dos lentes convexas, se puede cambiar la distancia focal de la lente combinada. Este es el principio más básico de una lente con zoom. Sin embargo, la desventaja de la lente combinada anterior es que cuando cambia la distancia de X, no solo cambia la distancia focal, sino también la posición del plano de imagen. Para mantener la posición del plano de imagen sin cambios, es necesario agregar y mover juntos varios juegos de lentes con regularidad. Por lo tanto, el objetivo zoom de la cámara debe tener al menos tres grupos de objetivos combinados, a saber, el grupo de enfoque, el grupo de zoom y el grupo de compensación del plano de la imagen. Si la distancia de la imagen es demasiado larga y el brillo de la superficie de la imagen es incorrecto y es necesario acortar la distancia de la imagen, se agregará un conjunto de lentes combinados, llamado grupo de lentes objetivo. La Fig. 5 es un diagrama estructural de una lente de zoom.
Cuando un objetivo zoom hace zoom, el ángulo de visión cambia, pero la posición de enfoque y la apertura de apertura siguen siendo las mismas. Por lo general, el factor de enfoque de una lente se refiere a la relación entre la distancia focal más larga y la distancia focal más corta de una lente con zoom. En algunas cámaras populares actuales, el rango de zoom de la lente de zoom es generalmente de 10 a 90 (mm), por lo que su múltiplo es de aproximadamente 6 a 8 veces. Algunas cámaras de transmisión tienen lentes con zoom de aproximadamente 14-15x. Además, algunas máquinas están equipadas con un multiplicador de zoom, que duplica la distancia focal del objetivo en función de la distancia focal más larga, ampliando así el rango de teleobjetivo del objetivo. Sin embargo, este dispositivo de zoom puede afectar la calidad de la imagen, así que utilícelo con precaución.
En la fotografía real, cuando la lente de zoom cambia gradualmente del extremo gran angular al extremo teleobjetivo, el efecto visual de la imagen parece ser que la cámara se acerca cada vez más a la escena. es la llamada "lente de empuje". El efecto opuesto al cambio es "tirar de la lente". Hay dos métodos de control para cambiar el zoom de la lente de la cámara, uno es el zoom eléctrico y el otro es el zoom manual. El zoom eléctrico se controla mediante una palanca eléctrica de vaivén (T push-W pull). La fuerza ejercida por la mano sobre la palanca de vaivén puede cambiar la velocidad del movimiento de la lente. La característica del zoom eléctrico es que la lente cambia uniformemente durante el proceso de empujar y tirar. El zoom manual se logra tirando del anillo de zoom directamente con la mano. El zoom manual se utiliza generalmente cuando es necesario empujar y tirar de la lente rápidamente.
El funcionamiento de un objetivo zoom es difícil, y los principiantes lo encontrarán aún más difícil, porque los factores que afectan la claridad del enfoque, como la distancia focal del objetivo, la apertura, la profundidad de campo y la La distancia entre el sujeto y la cámara puede cambiar al mismo tiempo.
Para resolver este problema de manera efectiva, los principiantes pueden comprender este punto al disparar, es decir, primero enfocar el sujeto con la distancia focal más larga de la lente con zoom y luego volver a la distancia focal requerida al disparar, para garantizar que el tema es claro.