Ciência da fotografia
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Óptica
Câmera obscura
A tecnologia fundamental da maioria das fotografias, digital ou analógica, é o efeito obscura da câmera e sua capacidade de transformar uma cena tridimensional em uma imagem bidimensional. No seu mais básico, uma câmera obscura consiste em uma caixa escura, com um buraco muito pequeno em um lado, que projeta uma imagem do mundo exterior para o lado oposto. Este formulário é frequentemente referido como uma câmera pinhole.
Quando auxiliado por uma lente, o orifício na câmera não precisa ser minúsculo para criar uma imagem nítida e distinta, e o tempo de exposição pode ser diminuído, o que permite que as câmeras sejam de mão.
Lentes
Uma lente fotográfica é geralmente composta por vários elementos da lente, que se combinam para reduzir os efeitos da aberração cromática, coma, aberração esférica e outras aberrações. Um exemplo simples é o trigêmeo Cooke de três elementos, ainda em uso mais de um século depois de ter sido projetado pela primeira vez, mas muitas lentes fotográficas atuais são muito mais complexas.
Usar uma abertura menor pode reduzir a maioria, mas não todas as aberrações. Eles também podem ser reduzidos dramaticamente usando um elemento asférico, mas estes são mais complexos para moer do que as lentes esféricas ou cilíndricas. No entanto, com as técnicas modernas de fabricação, o custo extra da fabricação de lentes asféricas está diminuindo, e pequenas lentes asféricas agora podem ser feitas moldando, permitindo seu uso em câmeras de consumo baratas. As lentes Fresnel não são comuns na fotografia são usadas em alguns casos devido ao seu peso muito baixo. A lente monocêntrica acoplada à fibra recentemente consiste em esferas construídas de conchas hemisféricas concêntricas de diferentes óculos amarrados ao plano focal por feixes de fibras ópticas. As lentes monocêntricas também não são usadas nas câmeras porque a tecnologia acabou de estrear em outubro de 2013 na conferência de Frontiers in Optics em Orlando, Flórida.
Todo o design da lente é um compromisso entre inúmeros fatores, não excluindo o custo. As lentes de zoom (ou seja, lentes de distância focal variável) envolvem compromissos adicionais e, portanto, normalmente não correspondem ao desempenho das lentes primárias.
Quando uma lente de câmera é focada para projetar um objeto a alguma distância do filme ou detector, os objetos que estão mais próximos, em relação ao objeto distante, também estão aproximadamente em foco. A gama de distâncias que estão quase em foco é chamada de profundidade de campo. A profundidade de campo geralmente aumenta com a diminuição do diâmetro da abertura (aumento do número F). O borrão sem foco fora da profundidade de campo às vezes é usado para efeito artístico na fotografia. A aparência subjetiva desse desfoque é conhecida como bokeh.
Se a lente da câmera estiver focada na sua distância hiperfocal, a profundidade do campo se tornará grande, cobrindo tudo, desde metade da distância hiperfocal até o infinito. Esse efeito é usado para tornar as câmeras "focais livres" ou de foco fixo.
AberrationAs aberrações são as propriedades desfoques e distorcidas de um sistema óptico. Uma lente de alta qualidade produzirá uma quantidade menor de aberrações.
A aberração esférica ocorre devido ao aumento da refração de raios de luz que ocorre quando os raios atingem uma lente, ou um reflexo dos raios de luz que ocorre quando os raios atingem um espelho próximo à sua borda em comparação com aqueles que atingem mais perto do centro. Isso depende da distância focal de uma lente esférica e da distância do seu centro. É compensado projetando um sistema de várias lentes ou usando uma lente asférica.
A aberração cromática é causada por uma lente com um índice de refração diferente para diferentes comprimentos de onda da luz e a dependência das propriedades ópticas da cor. A luz azul geralmente dobra mais do que a luz vermelha. Existem aberrações cromáticas de ordem superior, como a dependência da ampliação da cor. A aberração cromática é compensada usando uma lente feita de materiais cuidadosamente projetados para cancelar as aberrações cromáticas.
A superfície focal curva é a dependência do foco de primeira ordem na posição no filme ou no CCD. Isso pode ser compensado com um design óptico de múltiplas lentes, mas também foi usado curvando o filme.
Foco
O foco é a tendência para que os raios de luz atinjam o mesmo lugar no sensor ou filme de imagem, independentemente de onde passam pela lente. Para imagens claras, o foco é ajustado para a distância, porque a uma distância de objeto diferente os raios atingem diferentes partes da lente com ângulos diferentes. Na fotografia moderna, o foco geralmente é realizado automaticamente.
O sistema de foco automático nos SLRs modernos usa um sensor na caixa de espelho para medir o contraste. O sinal do sensor é analisado por um circuito integrado específico do aplicativo (ASIC) e o ASIC tenta maximizar o padrão de contraste movendo os elementos da lente. Os ASICs nas câmeras modernas também possuem algoritmos especiais para prever movimento e outros recursos avançados.
Limite de difração
Como a luz se propaga como ondas, os padrões que ele produz no filme estão sujeitos ao fenômeno das ondas conhecido como difração, o que limita a resolução da imagem a características da ordem de várias vezes o comprimento de onda da luz. A difração é o principal efeito que limita a nitidez das imagens ópticas de lentes que são interrompidas a pequenas aberturas (altos números F), enquanto as aberrações são o efeito limitante em grandes aberturas (baixos numbers F). Como a difração não pode ser eliminada, a melhor lente possível para uma determinada condição operacional (configuração de abertura) é aquela que produz uma imagem cuja qualidade é limitada apenas por difração. Diz -se que essa lente é limitada por difração.
O tamanho do ponto óptico limitado por difração no CCD ou no filme é proporcional ao número F (aproximadamente igual ao número F vezes o comprimento de onda da luz, que fica perto de 0,0005 mm), tornando os detalhes gerais em uma fotografia proporcional ao Tamanho do filme, ou CCD dividido pelo número F. Para uma câmera de 35 mm com f / 11, esse limite corresponde a cerca de 6.000 elementos de resolução na largura do filme (36 mm / (11 * 0,0005 mm) = 6.500.
O tamanho do ponto finito causado pela difração também pode ser expresso como um critério para distinguir objetos distantes: duas fontes pontuais distantes podem produzir apenas imagens separadas no filme ou sensor se sua separação angular exceder o comprimento de onda da luz dividida pela largura da abertura aberta da lente da câmera.
Processos químicos
Gelatina prata
O processo de prata de gelatina é o processo químico mais comumente usado na fotografia em preto e branco e é o processo químico fundamental para a fotografia de cores analógicas modernas. Como tal, filmes e artigos de impressão disponíveis para fotografia analógica raramente dependem de qualquer outro processo químico para gravar uma imagem.
Daguerreótipos
Daguerreotype (/dəˈˈɛər(i.)əˌtaɪp, -(i.) Oʊ-/ (ouça); francês: Daguerréotype) foi o primeiro processo fotográfico disponível ao público; Foi amplamente utilizado nas décadas de 1840 e 1850. "Daguerreotype" também se refere a uma imagem criada através desse processo.
Processo de colódio e o ambrótipo
O processo de colódio é um processo fotográfico precoce. O processo de colódio, principalmente sinônimo do "processo de placa úmida de colódio", exige que o material fotográfico seja revestido, sensibilizado, exposto e desenvolvido dentro de cerca de quinze minutos, necessitando de uma sala escura portátil para uso no campo. A colódio é normalmente usada em sua forma úmida, mas também pode ser usada em forma seca, ao custo de um tempo de exposição muito aumentado. Este último tornou a forma seca inadequada para o trabalho usual de retratos da maioria dos fotógrafos profissionais do século XIX. O uso da forma seca foi, portanto, principalmente confinado à fotografia de paisagem e outras aplicações especiais, onde os tempos de exposição de minutos eram toleráveis.
Cianótipos
O cianótipo é um processo de impressão fotográfico que produz uma impressão blue ciano. Os engenheiros usaram o processo até o século XX como um processo simples e de baixo custo para produzir cópias de desenhos, denominados projetos. O processo usa dois produtos químicos: citrato férrico de amônio e ferricianeto de potássio.
Processos de platina e paládio
As impressões de platina, também chamadas de platinótipos, são impressões fotográficas feitas por um processo de impressão monocromática envolvendo platina.
Bicromato de goma
O bicromato da gengiva é um processo de impressão fotográfico do século XIX com base na sensibilidade da luz dos dicromates. É capaz de renderizar imagens pintorais de negativos fotográficos. A impressão de gengiva é tradicionalmente um processo de impressão em várias camadas, mas os resultados satisfatórios podem ser obtidos a partir de um único passe. Qualquer cor pode ser usada para impressão de goma, portanto, as fotografias de cores naturais também são possíveis usando essa técnica em camadas.
Prints C e filme colorido
Uma impressão cromogênica, também conhecida como impressão C ou do tipo C, uma impressão de halogeneto de prata ou uma impressão de um acoplador de corante, é uma impressão fotográfica feita de uma cor negativa, transparência ou imagem digital e desenvolvida usando um processo cromogênico. Eles são compostos por três camadas de gelatina, cada uma contendo uma emulsão de halogeneto de prata, que é usado como material sensível à luz e um acoplador de corante diferente de cor subtrativa que juntos, quando desenvolvida, formam uma imagem colorida.
Sensores digitais
Um sensor de imagem ou imager é um sensor que detecta e transmite informações usadas para criar uma imagem. Faz isso convertendo a atenuação variável das ondas de luz (à medida que passam ou refletem objetos) em sinais, pequenas rajadas de corrente que transmitem as informações. As ondas podem ser leves ou outra radiação eletromagnética. Os sensores de imagem são usados em dispositivos de imagem eletrônica de tipos analógicos e digitais, que incluem câmeras digitais, módulos de câmera, telefones de câmera, dispositivos ópticos de mouse, [1] [2] [3] equipamentos de imagem médica, equipamentos de visão noturna, como imagens térmicas dispositivos, radar, sonar e outros. À medida que a tecnologia muda, a imagem eletrônica e digital tende a substituir imagens químicas e analógicas.
Aplicações práticas
Lei da reciprocidade
A lei da reciprocidade descreve como a intensidade da luz e a duração são negociados para fazer uma exposição - define a relação entre velocidade do obturador e abertura, para uma determinada exposição total. Alterações em qualquer um desses elementos são frequentemente medidas em unidades conhecidas como "paradas"; Uma parada é igual a um fator de dois.
Pela metade a quantidade de luz que expondo o filme pode ser alcançada por:
Closing the aperture by one stopDecreasing the shutter time (increasing the shutter speed) by one stopCutting the scene lighting by halfDa mesma forma, dobrar a quantidade de luz que expondo o filme pode ser alcançada pelo oposto de uma dessas operações.
A luminância da cena, medida em um medidor de luz refletido, também afeta a exposição proporcionalmente. A quantidade de luz necessária para a exposição adequada depende da velocidade do filme; que podem variar em paradas ou frações de paradas. Com uma dessas alterações, a velocidade de abertura ou obturador pode ser ajustada por um número igual de paradas para chegar a uma exposição adequada.
A luz é mais facilmente controlada através do uso da abertura da câmera (medida em Stops F), mas também pode ser regulamentada ajustando a velocidade do obturador. Usar filme mais rápido ou mais lento geralmente não é algo que pode ser feito rapidamente, pelo menos usando o filme de roll. Câmeras de grande formato usam folhas individuais de filme e cada folha pode ser uma velocidade diferente. Além disso, se você estiver usando uma câmera de formato maior com uma parte traseira do Polaroid, poderá alternar entre costas contendo diferentes polaroids de velocidade. As câmeras digitais podem ajustar facilmente a velocidade do filme que estão simulando ajustando o índice de exposição, e muitas câmeras digitais podem fazê -lo automaticamente em resposta às medições de exposição.
Por exemplo, começando com uma exposição de 1/60 em f/16, a profundidade do campo pode ser feita mais rasa, abrindo a abertura para f/4, um aumento na exposição de 4 paradas. Para compensar, a velocidade do obturador precisaria ser aumentada também em 4 paradas, ou seja, ajustar o tempo de exposição para 1/1000. O fechamento da abertura limita a resolução devido ao limite de difração.
A lei de reciprocidade especifica a exposição total, mas a resposta de um material fotográfico a uma exposição total constante pode não permanecer constante por exposições muito longas sob luz muito fraca, como fotografar um céu estrelado, ou exposições muito curtas sob luz muito brilhante, como como como fotografar o sol. Isso é conhecido como falha de reciprocidade do material (filme, papel ou sensor).
Motion Blur
O borrão de movimento é causado quando a câmera ou o sujeito se move durante a exposição. Isso causa uma aparência distintiva de entrega ao objeto em movimento ou a figura inteira (no caso da câmera Shake).
O Blur de movimento pode ser usado artisticamente para criar a sensação de velocidade ou movimento, como na água corrente. Um exemplo disso é a técnica de "Panning", onde a câmera é movida para que segue o assunto, que geralmente é em movimento rápido, como um carro. Feito corretamente, isso dará uma imagem de um assunto claro, mas o fundo terá um borrão de movimento, dando a sensação de movimento. Esta é uma das técnicas fotográficas mais difíceis de dominar, pois o movimento deve ser suave e na velocidade correta. Um assunto que se aproxima ou mais longe da câmera pode causar ainda mais dificuldades de foco.
As trilhas leves são outro efeito fotográfico em que o movimento do movimento é usado. Fotografias das linhas de luz visíveis em longas fotos de estradas à noite são um exemplo do efeito. Isso é causado pelos carros que se movem ao longo da estrada durante a exposição. O mesmo princípio é usado para criar fotografias Star Trail.
Geralmente, o Motion Blur é algo que deve ser evitado, e isso pode ser feito de várias maneiras diferentes. A maneira mais simples é limitar o tempo do obturador, para que haja muito pouco movimento da imagem durante o tempo que o obturador está aberto. Em distâncias focais mais longas, o mesmo movimento do corpo da câmera causará mais movimento da imagem; portanto, é necessário um tempo mais curto do obturador. Uma regra geral comumente citada é que a velocidade do obturador em segundos deve ser sobre o recíproco da distância focal equivalente de 35 mm da lente em milímetros. Por exemplo, uma lente de 50 mm deve ser usada a uma velocidade mínima de 1/50 s e uma lente de 300 mm a 1/300 de segundo. Isso pode causar dificuldades quando usado em cenários de pouca luz, pois a exposição também diminui com o tempo do obturador.
O movimento do movimento devido ao movimento do sujeito geralmente pode ser evitado usando uma velocidade mais rápida do obturador. A velocidade exata do obturador dependerá da velocidade na qual o sujeito está se movendo. Por exemplo, será necessária uma velocidade muito rápida do obturador para "congelar" os rotores de um helicóptero, enquanto uma velocidade mais lenta do obturador será suficiente para congelar um corredor.
Um tripé pode ser usado para evitar o desfoque do movimento devido ao tremor da câmera. Isso estabilizará a câmera durante a exposição. Um tripé é recomendado para os tempos de exposição mais de 1/15 segundos. Existem técnicas adicionais que, em conjunto com o uso de um tripé, garantem que a câmera permaneça muito imóvel. Isso pode empregar o uso de um atuador remoto, como liberação de cabo ou interruptor remoto infravermelho para ativar o obturador, de modo a evitar o movimento normalmente causado quando o botão de liberação do obturador é pressionado diretamente. O uso de um "timer self" (um mecanismo de liberação cronometrado que viaja automaticamente a liberação do obturador após um intervalo de tempo) pode servir ao mesmo objetivo. A maioria da câmera reflexa de lente única moderna (SLR) possui um recurso de bloqueio de espelho que elimina a pequena quantidade de shake produzido pelo espelho que se eleva.
Resolução de grãos de filme
O filme em preto e branco tem um lado "brilhante" e um lado "maçante". O lado opaco é a emulsão, uma gelatina que suspende uma variedade de cristais de halogeneto de prata. Esses cristais contêm grãos de prata que determinam o quão sensível o filme é para a exposição à luz e quão fino ou granulado a impressão negativa ficará. Grãos maiores significam exposição mais rápida, mas uma aparência mais granulada; Os grãos menores têm mais aparência, mas tome mais exposição para ativar. A granulação do filme é representada por seu fator ISO; geralmente um múltiplo de 10 ou 100. Números mais baixos produzem grãos mais finos, mas mais lentos, e vice -versa.
Contribuição para o ruído (grão)
Eficiência quântica
A luz vem em partículas e a energia de uma partícula de luz (o fóton) é a frequência da constante do Light Times Planck. Uma propriedade fundamental de qualquer método fotográfico é como ele coleta a luz em sua placa fotográfica ou detector eletrônico.
CCDs e outros fotodiodos
Os fotodiodos são diodos semicondutores com influência traseira, na qual uma camada intrínseca com muito poucos portadores de carga impede que as correntes elétricas fluam. Dependendo do material, os fótons têm energia suficiente para elevar um elétron da banda completa superior para a banda mais vazia mais baixa. O elétron e o "orifício", ou o espaço vazio onde estava, estão livres para se mover no campo elétrico e transportar corrente, que pode ser medido. A fração de fótons incidentes que produzem pares de transportadores depende em grande parte do material semicondutor.
Tubos fotomultiplicadores
Os tubos fotomultiplicadores são fototubos a vácuo que amplificam a luz, acelerando os fotoelétrons para derrubar mais elétrons livres de uma série de eletrodos. Eles estão entre os detectores de luz mais sensíveis, mas não são adequados para a fotografia.
Aliasing
O aliasing pode ocorrer no processamento óptico e químico, mas é mais comum e facilmente compreendido no processamento digital. Ocorre sempre que uma imagem óptica ou digital é amostrada ou re-amostrada a uma taxa muito baixa para sua resolução. Algumas câmeras e scanners digitais têm filtros anti-aliasing para reduzir o alias, embaçando intencionalmente a imagem para corresponder à taxa de amostragem. É comum o desenvolvimento de equipamentos de desenvolvimento de filmes usados para fazer impressões de tamanhos diferentes para aumentar a granulação das impressões de tamanho menor por alias.
Geralmente, é desejável suprimir ruídos como grãos e detalhes do objeto real que são pequenos demais para serem representados na taxa de amostragem.