Экспозиционная автоматика

Цель лекции - рассказать об устройстве автоматического экспонометра цифрового фотоаппарата и о задействованных алгоритмах при выборе экспозиционных параметров.

Цифровой фотоаппарат - высокоточное электронное устройство, управляемое встроенным компьютером. В принципе, то же самое можно сказать о любом современном зеркальном пленочном фотоаппарате, но с одним существенным отличием. Электроника пленочного фотоаппарата выполняет вспомогательные функции, а сама камера остается оптико-механическим устройством. Цифровой же фотоаппарат лишен значительной части привычных механических узлов. В нем нет пленки, которую приходится транспортировать мимо кадрового окна, затвор имеет миниатюрные размеры, а потому его детали обладают пониженной инерцией, механизм изменения относительного отверстия объектива часто совмещен с центральным затвором.

Рекламируя новую модель, производители с гордостью сообщают, что в камере установлен новый, более мощный микропроцессор. От быстродействия центрального микропроцессора камеры напрямую зависит быстродействие самого фотоаппарата. Процессор выполняет функции аналого-цифрового преобразователя АЦП, переводящего аналоговые сигналы ячеек сенсора в программный код, работает в системе автоматической фокусировки, установки экспозиционных параметров, управляет контроллером флэш-памяти, встроенной вспышкой и выполняет множество дополнительных функций, например, записи и оцифровки видео и звука. Микропроцессор - основа встроенного в камеру специализированного компьютера, который работает под управлением записанной в микросхему ПЗУ программы. Чем совершенней процессор, тем он быстрей выполняет управляющую программу, и тем сложней и функциональней может быть сама программа. Следует учитывать, что такие операции, как перевод изображения из одного формата в другой и аппаратная интерполяция (увеличение) разрешения, задачи ресурсоемкие и достаточно сложные. Даже мощному персональному компьютеру на базе новейшего микропроцессора Pentium требуется определенное время для изменения разрешения изображения в графическом редакторе Adobe Photoshop (программная интерполяция). Поэтому совершенство и вычислительная мощь компьютера цифрового фотоаппарата вызывает уважение.

К слову - при работе с миниатюрными цифровыми камерами очень часто можно заметить, что корпус камеры ощутимо нагревается. К примеру, в фотоаппаратах Canon Digital IXUS область нагрева находится с правой стороны, рядом со спусковой кнопкой. Этот нагрев и выдает работу микропроцессора, который при интенсивном обмене информацией с буферной памятью камеры и при выполнении вычислительных функций выделяет большое количество тепла. С практической точки зрения нагрев камеры ничем не опасен и не должен вызывать какой-либо настороженности. Просто любопытный факт из "жизни цифровиков"…

Важнейшая вспомогательная функция, возложенные на компьютер цифрового фотоаппарата - установка экспозиционных параметров. Посмотрим, как устроен автоматический экспонометр цифрового фотоаппарата.

Из практики пленочной фотографии мы знаем, что стандартный ряд выдержек затвора выглядит, как - 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/15, 1/30, 1/60, 1/125, 1/250, 1/500, 1/1000, и выражается в долях секунды. То есть выдержка 1 - это 1 секунда, а выдержка 1/1000 - это тысячная доля секунды. Между собой величины ступеней длительности выдержки отличаются ровно вдвое. То есть при выдержке 1/125 количество света на поверхность сенсора попадет ровно в два раза больше, чем при выдержке 1/250, а при выдержке 1/60 - вдвое больше, чем при выдержке 1/125. При этом можно заметить некоторое округление - речь идет не о выдержке 1/120, а именно об 1/125. Дело здесь в общепринятом стандарте, а погрешность столько невелика, что ею пренебрегают.

Рис. 8.1. Диск установки выдержки пленочного фотоаппарата

Вспомним, что стандартный ряд значений диафрагмы построен по тому же алгоритму - каждое последующее значение отличается от предыдущего тем, что уменьшает пропускание света через объектив вдвое. К примеру, при диафрагме 4 света через объектив проходит вдвое больше, чем при диафрагме 5,6 (а площадь светового сечения объектива при этом уменьшается в 1,41 раза, поэтому значения диафрагмы отличаются друг от друга не вдвое, а именно в 1,41 раза). А при диафрагме 8 - вдвое больше, чем при диафрагме 11.

Рис. 8.2. Шкала установки диафрагмы

Поскольку затвор и диафрагма работают совместно, можно выстроить ряд парных значений выдержки и диафрагмы, при которых количество света, попадающего на поверхность сенсора, будет равным. Например, 1/30 - 16, 1/60 - 11, 1/125 - 8, 1/250 - 5,6, 1/500 - 4, 1/1000 - 2,8. Все пары, которые называются экспозиционными или экспопарами, в этом ряду равнозначны. То есть при установке любого значения выдержки и соответствующего ему значения диафрагмы экспозиция сенсора будет верной. Если же один из параметров сдвинуть на ступень в меньшую или большую сторону, то сенсор будет либо недоэкспонирован, либо переэкспонирован.