Fotoğraf bilimi - Science of photography

Fotoğrafın bilim kullanılmasıdır kimya ve fiziğin tüm yönleriyle fotoğraf . Bu, fotoğraf makinesi, lensleri, fotoğraf makinesinin fiziksel çalışması, elektronik fotoğraf makinesinin iç parçaları ve fotoğrafları düzgün bir şekilde çekmek ve geliştirmek için film geliştirme süreci için geçerlidir.

Optik

karanlık kamera

Bir iğne deliğinden bir kutuya yansıtılan bir ağaç görüntüsü.
Işık, karanlık bir kutuya küçük bir delikten girer ve deliğin karşısındaki duvarda ters bir görüntü oluşturur.

İster dijital ister analog olsun, çoğu fotoğrafçılığın temel teknolojisi camera obscura etkisi ve üç boyutlu bir sahneyi iki boyutlu bir görüntüye dönüştürme yeteneğidir. En temelde, bir camera obscura, bir tarafında çok küçük bir delik bulunan ve dış dünyadan bir görüntüyü karşı tarafa yansıtan karartılmış bir kutudan oluşur. Bu forma genellikle iğne deliği kamerası denir .

Bir lens tarafından desteklendiğinde, keskin ve belirgin bir görüntü oluşturmak için kameradaki deliğin küçük olması gerekmez ve pozlama süresi azaltılabilir, bu da kameraların elde tutulmasına olanak tanır.

Lensler

Bir fotoğraf lensi genellikle , renk sapması , koma , küresel sapma ve diğer sapmaların etkilerini azaltmak için bir araya gelen birkaç lens elemanından oluşur . Basit bir örnek üç elementli Cooke üçlüsüdür , ilk tasarlanmasından sonra bir asırdan fazla bir süredir hala kullanımdadır, ancak günümüzdeki birçok fotoğraf lensi çok daha karmaşıktır.

Daha küçük bir diyafram kullanmak sapmaların çoğunu azaltabilir, ancak tüm sapmaları azaltamaz. Asferik eleman kullanılarak da önemli ölçüde azaltılabilirler , ancak bunların öğütülmesi küresel veya silindirik lenslerden daha karmaşıktır. Bununla birlikte, modern üretim teknikleriyle birlikte, küresel olmayan lenslerin üretiminin ekstra maliyeti düşmektedir ve artık kalıplama yoluyla küçük küresel olmayan lensler üretilebilmekte ve bu da bunların ucuz tüketici kameralarında kullanılmasına olanak tanımaktadır. Fresnel lensler fotoğrafçılıkta yaygın değildir, bazı durumlarda çok düşük ağırlıklarından dolayı kullanılırlar. Yakın zamanda geliştirilen Fiber-bağlı tek merkezli lens, odak düzlemine optik fiber demetleri ile bağlanmış, farklı camların eşmerkezli yarım küre şeklindeki kabuklarından yapılmış kürelerden oluşur. Tek merkezli lensler de kameralarda kullanılmaz çünkü teknoloji Ekim 2013'te Orlando, Florida'daki Frontiers in Optics Konferansında piyasaya sürüldü.

Tüm lens tasarımı, maliyeti hariç tutmadan çok sayıda faktör arasında bir uzlaşmadır. Zoom lensler (yani değişken odak uzaklığına sahip lensler) ek tavizler içerir ve bu nedenle normalde prime lenslerin performansıyla eşleşmez .

Bir kamera merceği, bir nesneyi filme veya dedektöre biraz uzakta yansıtmak için odaklandığında, uzaktaki nesneye göre daha yakın olan nesneler de yaklaşık olarak odaktadır. Neredeyse odakta olan mesafe aralığına alan derinliği denir . Alan derinliği genellikle azalan açıklık çapı ile artar (artan f-sayısı). Alan derinliği dışındaki odaklanmamış bulanıklık, bazen fotoğrafçılıkta sanatsal etki için kullanılır. Bu bulanıklığın öznel görünümü bokeh olarak bilinir .

Kamera merceği hiper odak mesafesine veya ötesine odaklanırsa, alan derinliği genişler ve hiper odak mesafesinin yarısından sonsuza kadar her şeyi kapsar . Bu efekt, " odaksız " veya sabit odaklı kameralar yapmak için kullanılır .

Sapma

Sapmalar, bir optik sistemin bulanıklaştırma ve çarpıtma özellikleridir . Yüksek kaliteli bir lens daha az miktarda sapma üretecektir.

Küresel sapma , ışınlar bir merceğe çarptığında meydana gelen ışık ışınlarının artan kırılması veya ışınlar merkeze daha yakın olanlarla karşılaştırıldığında, ışınlar bir aynanın kenarına çarptığında meydana gelen ışık ışınlarının yansıması nedeniyle oluşur. Bu, küresel bir merceğin odak uzunluğuna ve merkezinden olan uzaklığa bağlıdır. Çok lensli bir sistem tasarlayarak veya asferik bir lens kullanarak telafi edilir .

Renk sapması farklı olan bir lens kaynaklanır kırılma indeksi farklı için dalga boyları arasında ışık ve optik özelliklerin bağımlılığını rengi . Mavi ışık genellikle kırmızı ışıktan daha fazla bükülür. Büyütmenin renge bağımlılığı gibi daha yüksek dereceli renk sapmaları vardır. Renk sapmaları, renk sapmalarını ortadan kaldırmak için özenle tasarlanmış malzemelerden yapılmış bir mercek kullanılarak telafi edilir.

Kavisli odak yüzeyi, birinci dereceden odağın film veya CCD üzerindeki konuma bağımlılığıdır. Bu, çoklu lens optik tasarımı ile telafi edilebilir, ancak filmin kıvrılması da kullanılmıştır.

Odak

Uzak arka plan odaklanmamışken bu özne keskin odakta

Odaklanma , ışık ışınlarının , mercekten geçtikleri yerden bağımsız olarak görüntü sensörü veya film üzerinde aynı yere ulaşma eğilimidir . Net resimler için odak uzaklığa göre ayarlanır, çünkü farklı bir nesne mesafesindeki ışınlar merceğin farklı kısımlarına farklı açılarla ulaşır. Modern fotoğrafçılıkta odaklama genellikle otomatik olarak gerçekleştirilir.

Otomatik odaklama , modern sistem SLR bir kullanmak sensör kontrastı ölçmek için mirrorbox içinde. Sensörün sinyali, uygulamaya özel bir entegre devre (ASIC) tarafından analiz edilir ve ASIC, lens elemanlarını hareket ettirerek kontrast modelini en üst düzeye çıkarmaya çalışır. Modern kameralardaki ASIC'ler ayrıca hareketi tahmin etmek için özel algoritmalara ve diğer gelişmiş özelliklere sahiptir.

kırınım sınırı

Işık dalgalar olarak yayıldığından , film üzerinde ürettiği desenler , görüntü çözünürlüğünü ışığın dalga boyunun birkaç katı düzeyinde özelliklerle sınırlayan kırınım olarak bilinen dalga fenomenine tabidir . Kırınım, durdurulan lenslerden alınan optik görüntülerin keskinliğini küçük açıklıklara (yüksek f sayıları) sınırlayan ana etkidir, sapmalar ise büyük açıklıklarda (düşük f sayıları) sınırlayıcı etkidir. Kırınım ortadan kaldırılamadığı için, belirli bir çalışma koşulu (diyafram ayarı) için mümkün olan en iyi lens, kalitesi yalnızca kırınım ile sınırlı bir görüntü üreten lenstir. Böyle bir merceğin kırınım sınırlı olduğu söylenir .

CCD veya film üzerindeki kırınım sınırlı optik nokta boyutu, f sayısıyla orantılıdır (yaklaşık olarak f sayısı çarpı ışığın dalga boyunun yaklaşık 0,0005 mm'ye eşittir), bir fotoğraftaki genel ayrıntıyı filmin boyutu veya CCD'nin f-sayısına bölünmesiyle elde edilir. Bir için 35 mm ile kamera f / 11, filmin genişliği boyunca 6,000 çözülüm elemanlarının bu sınır karşılık (36 mm / (11 * 0.0005 mm) 6,500 =.

Kırınımdan kaynaklanan sonlu nokta boyutu, uzaktaki nesneleri ayırt etmek için bir kriter olarak da ifade edilebilir : iki uzak nokta kaynağı, yalnızca açısal ayrımları, açık açıklığın genişliğine bölünen ışığın dalga boyunu aşarsa, film veya sensör üzerinde ayrı görüntüler üretebilir. kamera merceğinden.

Kimyasal süreçler

jelatin gümüş

Dagerreyotipler

Kolodion süreci ve ambrotip

Siyanotipler

Platin ve paladyum süreçleri

sakız bikromat

Sakız bikromat, dikromatların ışık hassasiyetine dayanan 19. yüzyıldan kalma bir fotoğraf baskı işlemidir. Fotoğrafik negatiflerden resimsel görüntüler oluşturma yeteneğine sahiptir. Sakız baskısı geleneksel olarak çok katmanlı bir baskı işlemidir, ancak tek geçişten tatmin edici sonuçlar alınabilir. Sakız baskı için herhangi bir renk kullanılabilir, bu nedenle bu teknik katmanlar halinde kullanılarak doğal renkli fotoğraflar da mümkündür.

C-baskılar ve renkli film

Dijital sensörler

Pratik uygulamalar

karşılıklılık yasası

Pozlama ∝ Diyafram Alanı × Pozlama Süresi × Sahne Parlaklığı

Karşılıklılık yasası, bir pozlama yapmak için ışık yoğunluğunun ve sürenin nasıl değişeceğini açıklar— belirli bir toplam pozlama için enstantane hızı ve diyafram arasındaki ilişkiyi tanımlar . Bu öğelerden herhangi birinde yapılan değişiklikler genellikle "duraklar" olarak bilinen birimlerle ölçülür; bir durak, iki faktöre eşittir.

Filmi açığa çıkaran ışık miktarını yarıya indirmek şu yollarla sağlanabilir:

  1. Açıklığı bir durak kapatma
  2. Deklanşör süresini bir durak azaltma (enstantane hızını artırma)
  3. Sahne aydınlatmasını yarı yarıya azaltmak

Aynı şekilde, filmi açığa çıkaran ışık miktarının iki katına çıkarılması, bu işlemlerden birinin tersi ile gerçekleştirilebilir.

Bir yansıyan ışık ölçerde ölçülen sahnenin parlaklığı da pozlamayı orantılı olarak etkiler. Uygun pozlama için gereken ışık miktarı film hızına bağlıdır ; Bu, duraklarda veya durakların kesirlerinde değiştirilebilir. Bu değişikliklerden herhangi biri ile, diyafram veya örtücü hızı, uygun bir pozlama elde etmek için eşit sayıda durak ile ayarlanabilir.

Işık en kolay şekilde kameranın açıklığı kullanılarak kontrol edilir ( f-duraklarında ölçülür ), ancak deklanşör hızı ayarlanarak da düzenlenebilir . Daha hızlı veya daha yavaş film kullanmak genellikle hızlı bir şekilde yapılabilecek bir şey değildir, en azından rulo film kullanarak. Geniş formatlı kameralar, ayrı film tabakaları kullanır ve her tabaka farklı bir hızda olabilir. Ayrıca, polaroid sırtlı daha büyük formatlı bir kamera kullanıyorsanız, farklı hızlı polaroidler içeren arka kameralar arasında geçiş yapabilirsiniz. Dijital kameralar , pozlama indeksini ayarlayarak simüle ettikleri film hızını kolayca ayarlayabilir ve birçok dijital kamera, poz ölçümlerine yanıt olarak bunu otomatik olarak yapabilir.

Örneğin, f /16'da 1/ 60'lık bir pozla başlayarak , diyafram açıklığı f /4'e açılarak alan derinliği daha sığ hale getirilebilir , pozlamada 4 duraklık bir artış. Telafi etmek için, deklanşör hızının da 4 durak artırılması, yani pozlama süresini 1/1000'e düşürmesi gerekir. Açıklığın kapatılması, kırınım sınırı nedeniyle çözünürlüğü sınırlar .

Karşılıklılık yasası toplam pozlamayı belirtir, ancak bir fotoğraf malzemesinin sabit bir toplam pozlamaya tepkisi, yıldızlı bir gökyüzünün fotoğraflanması gibi çok zayıf ışıkta çok uzun pozlamalar veya çok parlak ışıkta çok kısa pozlamalar için sabit kalmayabilir. güneşi fotoğraflamak gibi. Bu, malzemenin (film, kağıt veya sensör) karşılıklılık hatası olarak bilinir .

Hareket bulanıklığı

Hareket bulanıklığı , pozlama sırasında fotoğraf makinesi veya konu hareket ettiğinde ortaya çıkar. Bu, hareketli nesnede veya resmin tamamında (kameranın sallanması durumunda) belirgin çizgili bir görünüme neden olur.

Konuyu takip ederken arka planın hareket bulanıklığı

Hareket bulanıklığı, akan suda olduğu gibi hız veya hareket hissi yaratmak için sanatsal olarak kullanılabilir. Buna bir örnek , kameranın araba gibi genellikle hızlı hareket eden konuyu takip etmesi için hareket ettirildiği " kaydırma " tekniğidir . Doğru yapıldığında, bu net bir öznenin görüntüsünü verecektir, ancak arka planda hareket hissi veren hareket bulanıklığı olacaktır. Hareketin düzgün ve doğru hızda olması gerektiğinden bu, ustalaşması daha zor olan fotoğraf tekniklerinden biridir. Fotoğraf makinesine yaklaşan veya uzaklaşan bir konu, odaklama zorluklarına neden olabilir.

Hafif yollar

Işık izleri, hareket bulanıklığının kullanıldığı başka bir fotoğraf efektidir. Geceleri yolların uzun pozlama fotoğraflarında görünen ışık çizgilerinin fotoğrafları, bu etkinin bir örneğidir. Buna maruz kalma sırasında yol boyunca hareket eden arabalar neden olur. Aynı prensip, yıldız izi fotoğrafları oluşturmak için de kullanılır.

Genel olarak hareket bulanıklığı kaçınılması gereken bir şeydir ve bu birkaç farklı şekilde yapılabilir. En basit yol, deklanşör süresini sınırlamaktır, böylece deklanşör açıkken görüntünün çok az hareketi olur. Daha uzun odak uzunluklarında , kamera gövdesinin aynı hareketi görüntünün daha fazla hareket etmesine neden olur, bu nedenle daha kısa bir deklanşör süresi gerekir. Yaygın olarak belirtilen bir başparmak kuralı, saniye cinsinden deklanşör hızının , merceğin milimetre cinsinden 35 mm eşdeğer odak uzunluğunun karşılıklı olması gerektiğidir . Örneğin, 50 mm lens minimum 1/50 sn hızda ve 300 mm lens 1/300 saniye hızında kullanılmalıdır. Bu, düşük ışık senaryolarında kullanıldığında zorluklara neden olabilir, çünkü pozlama da deklanşör süresiyle azalır.

Yüksek hızlı fotoğrafçılık , hızlı hareket eden nesnelerin bulanıklaşmasını önlemek için çok kısa pozlar kullanır

Konu hareketinden kaynaklanan hareket bulanıklığı genellikle daha hızlı bir deklanşör hızı kullanılarak önlenebilir. Tam deklanşör hızı, konunun hareket ettiği hıza bağlı olacaktır. Örneğin, bir helikopterin rotorlarını "dondurmak" için çok yüksek bir deklanşör hızı gerekecekken, bir koşucuyu dondurmak için daha düşük bir deklanşör hızı yeterli olacaktır.

Kamera sarsıntısından kaynaklanan hareket bulanıklığını önlemek için bir tripod kullanılabilir. Bu, pozlama sırasında kamerayı sabitleyecektir. Yaklaşık 1/15 saniyeden uzun pozlama süreleri için bir tripod önerilir. Tripod kullanımıyla bağlantılı olarak kameranın hareketsiz kalmasını sağlayan ek teknikler de vardır. Bunlar , deklanşöre doğrudan basıldığında normalde meydana gelen hareketi önlemek için deklanşörü etkinleştirmek için kablolu serbest bırakma veya kızılötesi uzaktan kumanda anahtarı gibi bir uzaktan çalıştırıcının kullanımını kullanabilir . Bir "otomatik zamanlayıcı"nın (belirli bir zaman aralığından sonra deklanşörü otomatik olarak tetikleyen bir zaman ayarlı serbest bırakma mekanizması) kullanılması da aynı amaca hizmet edebilir. Çoğu modern tek lensli refleks fotoğraf makinesi (SLR), aynanın yukarı dönmesiyle oluşan küçük miktardaki sarsıntıyı ortadan kaldıran bir ayna kilitleme özelliğine sahiptir.

Film greni çözünürlüğü

ISO400 negatif filmde güçlü gren, ISO1600'e itildi.

Siyah-beyaz filmin "parlak" ve "donuk" tarafları vardır. Donuk taraf, bir dizi gümüş halojenür kristalini süspanse eden bir jelatin olan emülsiyondur . Bu kristaller, filmin ışığa maruz kalmaya ne kadar duyarlı olduğunu ve baskının ne kadar ince veya grenli görüneceğini belirleyen gümüş tanecikler içerir. Daha büyük taneler, daha hızlı maruz kalma, ancak daha grenli bir görünüm anlamına gelir; daha küçük taneler daha ince görünür ancak etkinleştirmek için daha fazla maruz kalır. Filmin grenliliği, ISO faktörü ile temsil edilir ; genellikle 10 veya 100'ün katıdır. Daha düşük sayılar daha ince tanecik üretir ancak daha yavaş film üretir ve bunun tersi de geçerlidir.

Gürültüye katkı (tahıl)

Kuantum verimi

Işık parçacıklar halinde gelir ve bir ışık parçacığının ( foton ) enerjisi , ışık çarpı Planck sabitinin frekansıdır . Herhangi bir fotoğraf yönteminin temel özelliği, ışığı fotoğraf plakası veya elektronik dedektörü üzerinde nasıl topladığıdır .

CCD'ler ve diğer fotodiyotlar

Fotodiyotlar , çok az yük taşıyıcıya sahip içsel bir katmanın elektrik akımlarının akmasını önlediği, geri taraflı yarı iletken diyotlardır. Malzemeye bağlı olarak fotonlar, bir elektronu üst tam banttan en düşük boş banda yükseltmek için yeterli enerjiye sahiptir . Elektron ve "delik" veya olduğu yerde boş alan, daha sonra elektrik alanında hareket etmekte ve ölçülebilen akımı taşımakta serbesttir. Taşıyıcı çiftler üreten gelen fotonların oranı büyük ölçüde yarı iletken malzemeye bağlıdır.

Fotoçoğaltıcı tüpler

Fotoçoğaltıcı tüpler, bir dizi elektrottan daha fazla elektronu serbest bırakmak için fotoelektronları hızlandırarak ışığı yükselten vakumlu fototüplerdir . En hassas ışık dedektörleri arasındadırlar ancak fotoğrafçılık için pek uygun değildirler.

takma

Aliasing optik ve kimyasal işlemede ortaya çıkabilir, ancak dijital işlemede daha yaygındır ve daha kolay anlaşılır. Optik veya dijital bir görüntü, çözünürlüğü için çok düşük bir hızda örneklendiğinde veya yeniden örneklendiğinde ortaya çıkar. Bazı dijital kameralar ve tarayıcılar , görüntüyü örnekleme hızına uyacak şekilde kasıtlı olarak bulanıklaştırarak örtüşmeyi azaltmak için kenar yumuşatma filtrelerine sahiptir. Farklı boyutlarda baskılar yapmak için kullanılan film geliştirme ekipmanında, takma ad vererek daha küçük boyutlu baskıların grenliliğini artırmak için kullanılan yaygın bir uygulamadır.

Örnekleme hızında temsil edilemeyecek kadar küçük olan gerçek nesnenin ayrıntıları ve tanecikler gibi hem gürültülerin bastırılması genellikle arzu edilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ "Fotoğraf Bilimi" . fotoğrafçılık.com . Arşivlenmiş orijinal Feb 13, 2008 tarihinde . 2007-05-21 alındı .
  2. ^ Kirkpatrick, Larry D.; Francis, Gregory E. (2007). "Işık". Fizik: Bir Dünya Görüşü (6 ed.). Belmont, Kaliforniya: Thomson Brooks/Cole. P. 339. ISBN 978-0-495-01088-3.
  3. ^ https://www.nikonusa.com/en/learn-and-explore/a/ideas-and-inspiration/phase-fresnel-from-wildlife-photography-to-portraiture.html
  4. ^ http://pietrzyk.us/ieee-spectrum-shows-off-new-lens-technology-2/
  5. ^ "TrekLens – JoBurg Skyline ve Light Trails Fotoğrafı" . treklens.com . Erişim tarihi: 4 Nisan 2010 .