PHOTOGRAPHER VS PHYSICIST

3/23/2016

Photo by Todd McLellan  (Disassembled Pentax Camera)


This post will be a bit different from the other photography posts. When I bought my camera I wanted to understand the physics behind making a photo. I studied optics int the last semester and now I have a class called medical imaging where we learn about the basics of imaging. Thanks to these to subjects I can explain the work of the camera. So let's start it. I hope you will enjoy this post even if you are not an expert in physics. (I will talk about my camera, the Nikon D3300 but all these things are hold true of other cameras.) 
A mostani bejegyzés egy picit eltérő lesz a korábbi fotós posztoktól. Mikor megvettem a fényképezőmet szerettem volna megérteni a fotózás fizikáját is. Múlt félévben tanultam optikát idén pedig van egy orvosi képalkotásról szóló tárgyam ahol a képelkotás alapjairól tanulunk. Ezeknek a tárgyaknak köszönhetően el tudom magyarázni a fényképező működését. Kezdjünk is neki! Remélem azok is élvezni fogják ezt a bejegyzést akik nem profik a fizikában. (A saját fényképezőmről, egy Nikon D3300-ról fogok beszélni, de minden amit elmondok érvényes más gépekre is.)




Let's follow the path of the light! The camera sees what we do, the reflected light. The light goes through the lenses and then reaches the light-perceptive detector. The process of the imaging is really interesting. The object-lens is removable in brigde cameras and in DSLR cameras. You can use different lenses for different kind of themes. What is the importance of the object-lens? The light reaches the detector whether there are lenses or not, so the image would appear, doesn't it? Let's see these three images I took with different object-lenses. 
Kövessük a fény útját! A fényképező gyakorlatilag azt látja amit mi, vagyis a tárgyakról visszaverődő fényt. A fény keresztülhalad egy lencserendszeren majd leképeződik egy fényérzékeny detektorra. Már maga a leképezés is nagyon érdekes. A bridge gépeken és a tükörreflexes gépeken cserélhető objektív van. Attól függően, hogy mit akarunk fotózni ezt szabadon lehet cserélgetni. Mi a szerepe az objektívnek? Hiszen a fény így is úgy is a detektorra jut, ami végülis a képrögzítés lényege. Nézzünk meg három képet amiket különböző objektívvel készítettem.


The first picture was taken without object-lens. The second time I replaced the object-lens with a paper with a small hole on it. The third one was took with my 15-88 mm object-lens. As you can see there is a big difference between the pictures. What is the explanation of this?
Az első képet objektív nélkül rögzítettem. A következő képet úgy készítettem, hogy az obejktívet lecseréltem egy középen átfúrt kartonpapírra. A harmadikat pedig a géphez járó 18-55 mm-es objektívvel. A különbség jól látható a képeken de mi a jelenség magyarázata?


The main part of the imaging is that one point of the object should project to one point of the detector. According to your school studies this is an easy task. You might think that only one ray  starts from one point of the object. (If you imagine that an object is visible from every side and angle you will find out that one exact point of the objects is a source of a million of rays.) If you take a picture without an object-lens millions of rays reaches one point (or pixel) of the detector. So the information that one ray contains will be mixed with millions of others and the image would be unrecognizable. If yo put a paper with a small hole on it you will get a camera obscura, a hundreds year old invention. The small hole only let rays through from a specific direction so the point-to-point projection is came true. The lenses try to do the same but they costs thousands time more than a piece of paper.
A képalkotás csakis úgy valósulhat meg ha a tárgy egyetlen pontja képeződik le a detektor egy pontjára. Az iskolában tanított kép alapján ez egyszerű, hiszen pár sugarat berajzolva az a hamis kép alakulhat ki bennünk, hogy a tárgy egyetlen pontjáról egyetlen fénysugár indul el. (Ha belegondolunk akkor ez nonszensz hiszem egy asztalra tett vázát én éppúgy látok mint a mellettem ülő. Vagyis a váza egyetlen pontjáról végtelen sok sugár indul el a tér minden irányába.) Ha objektív nélkül fényképezünk akkor a detektor egyetlen pontjára (pixelére) a látómező minden pontjáról érkezik fény. A detektor egyes pontjain aztán ez a rengeteg fénysugár, és az általuk horodozott információ kiátlagolódik a fényképen pedig csak egyetlen világos pacát látunk. Ha a detektor elé a középen lyukas kartonpapírt helyezzük, akkor az évszázadok óta ismert camera obscurát kapjuk. A kis lyukon keresztül csak a tárgyról jól meghatározott irányban jövő sugarak jutnak el a detektorig, vagyis megvalósul a pontból pontba való leképezés. A lencserendszer ugyanezt próbálja megvalósítani csak nem 10 hanem 100 000 Ft értékben.


The iris in front of the lenses contorls the amount of incoming light. If you think about the camera obscura the ideal would be to create a point like hole with close iris. If you close the iris to tight it only lets a little light through so the image will be a bit dark but with sharp details. if you open the iris something really interesting happens to the image. In school you learnt that a (convex)lens focuses the light to one specific point. Well that's not true. The biggest the area of the lens (or the biggest the lens is) the less the focusing is exact. So if you open the iris some parts of the image will be blear. The images taken with wide opened iris are really artistic. 
A lencséhez tartozik a blende is, ami a bejutó fény mennyiségét szabályozza. Ha visszagondolunk a camera obsucra elvére akkor az ideális eset az ha a blende minél szűkebbre van zárva, vagyis minél inkább hasonlít egy pontszerű lyukra. Ekkor természetesen a detektorra jutó fény is kevesebb, ám a kép minden részlete éles lesz.  Ha a blendét nagyra nyitjuk akkor egy érdekes jelenséget figyelhetünk meg. A suliban tanultakkal ellentétben nincs olyan hogy egy (gyűjtő)lencse tökéletesen egy pontba fókuszálja a fényt. Minél nagyobb a lencse (vagy minél nagyobb a felülete amin keresztül a fény át tud haladni) a fókuszálás annál kevésbé pontos. Vagyis a lencserendszer után a detektoron csak a téma egy adott része fog élesen, fókuszáltan megjelenni, a többi rész elmosódik. Az ilyen nyitott blendével készült képek különösen művészinek hatnak.


Then the light reaches the mirror in front if the detector, which has two functions. First, it protects the detector from constant and strong light. Second, it leads the light to the ocular so you will see exactly  what the camera sees. The digital cameras transfer the light to electric signal than shows up in the screen right after transferring it back to light. In this case the quality of the image (contrast, color etc.) depends on the electronics.
A fény ezután eljut a detektort fedő tükörig, aminek két funkciója van. Először is védi a detektort ami nem viseli jól ha állandó fényhatásnak van kitéve. Másodszor pedig az objektíven keresztülhaladó képet felvetíti az okulárba így a fotós pontosan azt látja amit a fényképezőgép. A digitális gépeknél a fényképezőgépbe bejutott fényt először digitális jellé alakítják majd a képernyőn újra előállítják a képet. Ilyenkor az elektronika szabja meg mennyire látunk valósághű képet.


The sensitivity of the detector is revealed with the ISO number. In the beginning of the history of photography the ISO number told how sensitive the plate is and now it tells how sensitive the detector is. In natural light, in sunshine the ISO number should be as small as possible because there is enough light to create a good picture. If the ISO number is too high the detector will overflow and some parts of the picture will burn and the noise of the image will increase.
A detektor érzékenyéségét az ISO számmal szokás jellemezni. Régen ez a szám azt mutatta, hogy a fényképezőlemez mennyire érzékeny a fényre, ma pedig azt, hogy a detektor milyen fényintenzitásra van kalibrálva. Természetes fényben, napsütésben az ISO értéket érdemes alacsonyra venni hiszen ekkor kis érzékenység mellett is elég fény jut a detektorra. Ha túl nagy ISO-t állítunk be akkor a detektor méréshatárán kívülre kerülünk,a  fénykép egyes részei beégnek, másrészt a kép zajossága is megnövekedik.


I hope you enjoyed this post!
Remélem tetszett a bejegyzés!
Follow my blog with Bloglovin

You Might Also Like

0 comments