Das Gerät und das Funktionsprinzip der Kamera

2024 Autor: Sierra Becker | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-02-26 04:43

Die Fotografie ist eine der wichtigsten Erfindungen der Geschichte – sie hat die Art und Weise, wie Menschen über die Welt denken, wirklich verändert. Jetzt kann jeder Mensch Bilder von Dingen sehen, die eigentlich weit entfernt sind oder schon lange nicht mehr existieren. Jeden Tag werden Milliarden von Fotos online gepostet und verwandeln Leben in digitale Informationspixel.

Der Aufbau der Kamera

Fotografie ermöglicht es Ihnen, wichtige Momente des Lebens festzuh alten und sie für die kommenden Jahre aufzubewahren. Geräte zum Erstellen von Bildern sind seit langem in Telefone und andere Geräte eingebaut, aber das Funktionsprinzip der Kamera bleibt vielen ein Rätsel. Fotografie ist sowohl eine Wissenschaft als auch eine Kunst, aber die überwiegende Mehrheit ist sich nicht bewusst, was passiert, wenn sie die Kamerataste drücken oder die Kamera-App des Smartphones öffnen. Die erste Kamera, auf deren Aufbau und Prinzip später eingegangen wird, hatte überhaupt keine Knöpfe und ähnelte überhaupt nicht einer Anwendung. Aber sein Gerät ist das Herzstück moderner Gadgets.

Zum Beispiel besteht eine Filmkamera aus drei Hauptelementen: optisch – Objektiv, chemisch – Film und mechanisch – Kameragehäuse. Betrachten wir kurz das Funktionsprinzip der Kamera: Der Film wird rechts in eine Spule geladen und links auf eine weitere Spule gewickelt, wobei er auf dem Weg vor dem Objektiv vorbeiläuft. Es ist ein langer Streifen aus flexiblem Kunststoff, der mit speziellen Chemikalien auf Basis von lichtempfindlichen Silberverbindungen beschichtet ist.

Schwarzweißfilm hat eine Schicht und Farbfilm hat drei: die obere ist empfindlich für blaues Licht, die Mitte ist empfindlich für grün und die untere ist empfindlich für rot. Das Bild wurde aufgrund der chemischen Reaktion von jedem von ihnen erh alten. Damit das Licht den Film nicht verdirbt, ist er in einen langlebigen, lichtbeständigen Kunststoffzylinder eingewickelt, der in die Kamera eingesetzt wird. Doch wie kombiniert es alle Komponenten so, dass sie ein klares, wiedererkennbares Bild aufnehmen? Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, diese Teile zum Laufen zu bringen, aber zuerst müssen Sie das Grundprinzip verstehen, wie eine Kamera funktioniert. Da zum Fotografieren kein Strom benötigt wird, ist eine herkömmliche spiegellose Kamera mit einem Objektiv ein hervorragendes Beispiel für die grundlegenden Prozesse der Fotografie.

Warum Sie ein Objektiv brauchen

Am besten beginnst du kurz mit der Theorie, wie eine Kamera funktioniert. Stellen Sie sich vor, Sie stehen mitten in einem Raum ohne Fenster, Türen oder Licht. An einem solchen Ort ist nichts zu sehen, weil es keine Lichtquelle gibt. Angenommen, Sie nahmen Ihre Taschenlampe heraus und sch alteten sie ein, undder Strahl davon bewegt sich in einer geraden Linie. Wenn dieses Licht auf ein Objekt trifft, prallt es davon ab und trifft auf Ihre Augen, sodass Sie sehen können, was sich im Raum befindet.

Das Funktionsprinzip einer Digitalkamera ähnelt dem Vorgang, mit dem Strahl einer Taschenlampe Objekte aus einem dunklen Raum zu schnappen. Die optische Komponente der Kamera ist das Objektiv. Seine Aufgabe ist es, die vom Motiv zurückkommenden Lichtstrahlen zu reflektieren und umzulenken, sodass sie zusammenkommen und ein Bild bilden, das wie die Szene vor der Linse aussieht. Es ist möglicherweise nicht ganz klar, wie dieser Prozess abläuft und warum gewöhnliches Glas Licht umlenken kann. Die Antwort ist sehr einfach: Wenn sich Licht von einem Medium zum anderen bewegt, ändert es seine Geschwindigkeit.

Wie ein Objektiv funktioniert

Licht bewegt sich schneller durch Luft als durch Glas, also wird es durch die Linse verlangsamt. Wenn die Strahlen schräg auftreffen, erreicht ein Teil der Welle die Oberfläche vor dem anderen und wird somit zuerst abgebremst. Wenn Licht in einem Winkel in das Glas eintritt, biegt es sich in eine Richtung und dann wieder, wenn es das Glas verlässt, weil Teile der Lichtwelle auf die Luft treffen und vor anderen beschleunigen.

Eine konvexe Standardlinse hat eine oder beide Seiten des Glases gekrümmt. Das bedeutet, dass die vorbeilaufenden Lichtstrahlen beim Eintritt in Richtung der Mitte der Linse abgelenkt werden. In einer doppelt konvexen Linse, wie z. B. einer Lupe, wird das Licht beim Eintreten und beim Austreten gebeugt. Dies ändert effektiv den Lichtweg von dem Objekt, das mit der Hauptleitung in Beziehung stehtdas Funktionsprinzip der Kamera. Die Lichtquelle strahlt Licht in alle Richtungen ab. Alle Strahlen beginnen an einem Punkt und divergieren dann ständig. Eine Sammellinse nimmt diese Strahlen auf und leitet sie so um, dass sie alle wieder am selben Punkt zusammenlaufen. An dieser Stelle wird das Bild des Subjekts erh alten.

Das Funktionsprinzip der ersten Kamera

Die erste Zelle war ein Raum mit einem kleinen Loch in einer Seitenwand. Licht fiel hindurch und wurde in geraden Linien reflektiert, und das Bild wurde verkehrt herum auf die gegenüberliegende Wand projiziert. Sie wurde Camera Obscura genannt und von Künstlern zum Bemalen von künstlerischen Leinwänden verwendet. Die Erfindung wird Leonardo da Vinci zugeschrieben. Obwohl es solche Geräte schon lange vor dem ersten richtigen Foto gab, wurde die Idee, auf diese Weise ein Bild zu erh alten, erst geboren, als sich jemand entschied, lichtempfindliches Material im hinteren Teil dieses Raums zu platzieren. Das Funktionsprinzip der ersten Kamera war wie folgt: Wenn der Strahl auf das lichtempfindliche Material traf, reagierten die Chemikalien und ätzten das Bild auf der Oberfläche. Da diese Kamera nicht zu viel Licht einfing, dauerte es acht Stunden, um ein Foto aufzunehmen. Das Bild war auch ziemlich verschwommen.

Der Unterschied zwischen Spiegelreflexkameras

Profis bevorzugen oft Spiegelreflexkameras. Es wird angenommen, dass die Bildqualität besser ist, weil der Fotograf nicht das reale Bild des Motivs im Sucher siehtdurch Digitalisierung und Filter verzerrt. Wenn wir kurz das Funktionsprinzip einer Kamera mit Spiegelreflexsucher beschreiben, dann läuft die Bedeutung darauf hinaus, dass der Fotograf in einer solchen Kamera ein reales Bild sieht. Außerdem lassen sich alle Details durch Drehen und Drücken der Knöpfe einstellen. Dies liegt an dem Doppelspiegel - Pentaprisma. Aber im Design der Kamera gibt es noch einen - durchscheinend, der sich vor der Matrix befindet, die auch als Sensor oder Sensor bezeichnet wird. Das Funktionsprinzip des Kameraverschlusses besteht darin, dass beim Drücken einer Taste der Spiegel angehoben und sein Neigungswinkel geändert wird. In diesem Moment trifft ein Lichtstrahl auf den Sensor, woraufhin das Bild verarbeitet und auf dem Bildschirm angezeigt wird.

Das Funktionsprinzip einer Spiegelreflexkamera hängt mit der Blende zusammen, die sich allmählich öffnet, um die Strahlen durchzulassen. Es besteht aus Blütenblättern, deren Position den Durchmesser des zentralen Kreises und die durchgelassene Lichtmenge bestimmt. Der Strahl trifft auf die Linsen und dann auf den Spiegel, die Mattscheibe und das Pentaprisma, wo das Bild umgedreht wird, und dann weiter zum Sucher. Hier sieht der Fotograf das eigentliche Bild. Das Funktionsprinzip einer spiegellosen Kamera unterscheidet sich dadurch, dass sie keinen solchen Sucher hat. Oft wird es durch eine Bildschirm- oder elektronische Version ersetzt. Der Phasenautofokus ist auch nur bei Spiegelreflexkameras verfügbar. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass das Licht beim Drücken des Auslösers sofort auf die Kameramatrix trifft.

Objekt fokussieren

Die Bildqualität ändert sich je nach Lichteinfalldurch das Kameraobjektiv. Sie hängt mit dem Winkel zusammen, in dem der Lichtstrahl in ihn eintritt, und mit seiner Struktur. Dieser Weg hängt von zwei Hauptfaktoren ab. Der erste ist der Winkel, in dem der Lichtstrahl in die Linse eintritt. Der zweite ist die Struktur der Linse. Der Lichteintrittswinkel ändert sich, wenn sich das Objekt näher oder weiter von ihm entfernt. Strahlen, die in einem spitzeren Winkel eintreten, treten in einem stumpferen Winkel aus und umgekehrt. Das Kameraobjektiv fängt alle reflektierten Lichtstrahlen ein und verwendet Glas, um sie auf einen einzigen Punkt umzulenken, wodurch ein scharfes Bild entsteht. Der gesamte "Biegewinkel" an jedem gegebenen Punkt bleibt konstant.

Wenn das Licht unscharf ist, sieht das Bild verschwommen oder unscharf aus. Im Wesentlichen erhöht das Biegen einer Linse den Abstand zwischen verschiedenen Punkten darauf. Strahlen von einem näheren Punkt konvergieren weiter von der Linse entfernt als von einem weiter entfernten. Das heißt, das reale Bild eines näheren Objekts wird weiter von der Linse entfernt gebildet als von einem weiter entfernten. Der gesamte "Bogenwinkel" wird durch die Struktur der Linse bestimmt. Das Kameraobjektiv dreht sich zum Fokussieren, indem es sich näher oder weiter weg von der Oberfläche des Films oder Sensors bewegt. Eine Linse mit einer runderen Form hat einen schärferen Krümmungswinkel. Dadurch verlängert sich die Zeitspanne, in der sich ein Teil der Lichtwelle schneller bewegt als der andere Teil, sodass das Licht eine schärfere Kurve macht. Dadurch wird das scharfgestellte Realbild weiter vom Objektiv entfernt erzeugt, wenn das Objektiv eine flachere Oberfläche hat.

GrößeObjektiv und Fotogröße

Mit zunehmendem Abstand zwischen Objektiv und realem Bild dehnen sich die Lichtstrahlen zu einem größeren Bild aus. Eine flache Linse projiziert ein großes Bild, aber der Film wird nur in der Mitte des Bildes belichtet. Im Wesentlichen ist das Objektiv in der Mitte des Rahmens zentriert und vergrößert einen kleinen Bereich vor dem Betrachter. Wenn sich die Vorderseite des Glases vom Kamerasensor wegbewegt, kommen Objekte näher. Die Brennweite ist ein Maß für den Abstand zwischen dem Punkt, an dem Lichtstrahlen zuerst auf das Objektiv treffen, und dem Punkt, an dem sie den Sensor der Kamera erreichen. Bei professionellen Kameras können Sie verschiedene Objektive mit unterschiedlichen Vergrößerungen installieren. Der Vergrößerungsgrad wird durch die Brennweite beschrieben. Bei Kameras ist sie definiert als der Abstand zwischen dem Objektiv und dem realen Bild eines weit entfernten Objekts.

Unterschiede zwischen Objektiven

Eine höhere Anzahl an Brennweiten weist auf eine größere Bildvergrößerung hin. Unterschiedliche Objektive eignen sich für unterschiedliche Situationen. Wenn Sie ein Gebirge fotografieren, können Sie ein Objektiv mit besonders großer Brennweite verwenden. Sie ermöglichen es Ihnen, sich auf bestimmte Elemente in der Ferne zu konzentrieren. Wenn Sie ein Porträt aus nächster Nähe aufnehmen müssen, reicht ein Weitwinkelobjektiv aus. Es hat eine viel kürzere Brennweite, wodurch die Szene vor dem Fotografen komprimiert wird.

Chromatische Aberration

Ein Kameraobjektiv besteht eigentlich aus mehreren Linsen, die zu einem Block zusammengefasst sind. Eine Sammellinse bilden kannreales Bild auf Film, aber es wird durch eine Reihe von Aberrationen verzerrt. Einer der wichtigsten Verzerrungsfaktoren ist, dass sich verschiedene Farben des Spektrums unterschiedlich krümmen, wenn sie sich durch das Objektiv bewegen. Diese chromatische Aberration erzeugt im Wesentlichen ein Bild, bei dem die Töne nicht richtig ausgerichtet sind. Kameras kompensieren dies, indem sie mehrere Objektive aus unterschiedlichen Materialien verwenden. Jedes Objektiv verarbeitet Farben anders, und wenn sie auf eine bestimmte Weise kombiniert werden, werden die Farben neu angeordnet. Ein Zoomobjektiv hat die Fähigkeit, verschiedene Elemente des Objektivs hin und her zu bewegen. Indem Sie den Abstand zwischen einzelnen Linsen ändern, können Sie die Vergrößerungsstärke der Linse als Ganzes anpassen.

Film- und Bildsensoren

Das Gerät und das Funktionsprinzip der Kamera sind auch mit der Aufzeichnung von Informationen auf den Medien verbunden. Historisch gesehen waren Fotografen auch eine Art Chemiker. Der Film besteht aus lichtempfindlichen Materialien. Wenn diese Materialien vom Licht einer Linse getroffen werden, erfassen sie die Form von Objekten und Details, z. B. wie viel Licht von ihnen ausgeht. In einer Dunkelkammer wurde der Film entwickelt und einer Reihe chemischer Bäder unterzogen, um ein Bild zu erzeugen. Das Funktionsprinzip einer Kamera mit Sensor unterscheidet sich etwas von der Funktionsweise einer Filmkamera. Obwohl die Objektive, Methoden und Begriffe gleich sind, sieht der Sensor einer Digitalkamera eher wie ein Solarpanel als wie ein Filmstreifen aus. Jeder Sensor ist in Millionen von roten, grünen und blauen Pixeln oder Megapixeln unterteilt. Wenn Licht auf ein Pixel trifft, wandelt es ein Sensor in Energie um, und ein in die Kamera eingebauter Computer liest aus, wie viel Energie es istwird produziert.

Warum Megapixel wichtig sind

Der Sensor einer Kamera misst, wie viel Energie jedes Pixel hat, und ermöglicht es ihm, zu bestimmen, welche Bereiche eines Bildes hell und dunkel sind. Und da jedes Pixel einen Farbwert hat, kann der Computer der Kamera die Farben in der Szene beurteilen, indem er sich ansieht, welche anderen Pixel in der Nähe registriert sind. Durch das Zusammenführen von Informationen aus allen Pixeln ist der Computer in der Lage, die Formen und Farben des fotografierten Objekts anzunähern. Wenn jeder Pixel Lichtinformationen sammelt, können Kamerasensoren mit mehr Megapixeln mehr Details erfassen.

Aus diesem Grund werben Hersteller oft mit Megapixel-Kameras, indem sie eine kurze Erklärung zur Funktionsweise der Kamera hinzufügen. Obwohl dies bis zu einem gewissen Grad zutrifft, ist die Sensorgröße ebenfalls wichtig. Größere Sensoren sammeln mehr Licht, wodurch Sie bei schlechten Lichtverhältnissen eine bessere Bildqualität erzielen. Viele Megapixel in einen kleinen Sensor zu packen, verschlechtert die Bildqualität, weil die einzelnen Pixel zu klein sind. Das Standardobjektiv des 50-mm-Objektivs lässt nicht viel hinein- oder herauszoomen, was es ideal für Motive macht, die nicht zu nah oder zu weit entfernt sind.

So funktioniert Polaroid

Ein tragbares Fotostudio, das fast augenblicklich Bilder aufnimmt, war lange Zeit ein Traum. Bis es eine ungewöhnliche Kamera gab, mit der man nicht wochenlang auf Ausdrucke warten mussBilder. Edwin Land schuf die erste Polaroid-Kamera. Er hatte eine Idee für Sofortbildfotografie und bat Kodak um Finanzierung. Aber die Firma hielt es für einen Scherz und lachte ihn nur aus. Edwin Land ging nach Hause und begann, an anderen Projekten zu arbeiten, um Geld zu sammeln. Er erfand das Polaroid-Objektiv und erfand dann sein berühmtes tragbares Fotostudio.

Das Funktionsprinzip der Polaroid-Kamera ähnelt dem Funktionsmechanismus einer herkömmlichen Filmkamera, in deren Inneren sich eine Kunststoffbasis befand, die mit lichtempfindlichen Silberverbindungspartikeln beschichtet war. Jeder Rohling für ein Foto hat die gleichen lichtempfindlichen Schichten, die sich auf einer Plastikfolie befinden. Sie enth alten alle notwendigen Chemikalien zum Entwickeln eines Fotos. Unter jeder farbigen Schicht befindet sich eine weitere mit einem Farbstoff. Insgesamt befinden sich mehr als 10 verschiedene Schichten auf der Karte, darunter eine undurchsichtige Basisschicht, die ein Rohling für eine chemische Reaktion ist. Die Komponente, die den Prozess startet, ist ein Reagenz, eine Mischung aus Desaktivatoren, Alkali, Weißpigment und anderen Elementen. Es befindet sich in einer Schicht direkt über den lichtempfindlichen Schichten und direkt unter der Bildebene.

Das Funktionsprinzip der Polaroid-Kamera besteht darin, dass vor der Aufnahme das gesamte Reagenzmaterial in Form einer Kugel am Rand der Kunststofffolie gesammelt wird, entfernt vom lichtempfindlichen Material. Nach dem Drücken des Knopfes verlässt der Rand der Folie die Kammer durch ein Rollenpaar, das das Reagenzmaterial in der Mitte verteiltrahmen. Wenn das Reagens zwischen der Bildschicht und den lichtempfindlichen Schichten verteilt wird, reagiert es mit anderen chemischen Elementen. Das undurchsichtige Material verhindert, dass Licht in die darunter liegenden Schichten eindringt, sodass der Film vor der Entwicklung nicht vollständig belichtet wird.

Chemikalien bewegen sich durch die Schichten und verwandeln die freiliegenden Partikel jeder Schicht in metallisches Silber. Die Chemikalien lösen dann den Entwicklerfarbstoff auf, sodass er beginnt, in die Bildschicht einzusickern. Die Bereiche aus metallischem Silber in jeder Schicht, die dem Licht ausgesetzt waren, fangen die Farbstoffe ein, sodass sie sich nicht mehr nach oben bewegen. Nur Farben von unbelichteten Ebenen werden auf die Bildebene verschoben. Licht, das von dem weißen Pigment in dem Reagenz reflektiert wird, geht durch diese farbigen Schichten. Die Säureschicht im Film reagiert mit dem Alkali und den Deaktivatoren im Reagenz, was zu einer allmählichen Entwicklung des Bildes führt. Es braucht Licht, um sich vollständig zu entwickeln, und normalerweise zieht der Fotograf die Karte heraus und sieht die letzte Chemie, die bei der Entwicklung des Films beteiligt ist.