Фотография и фотоаппарат
Среди многих удивительных изобретений, сделанных в XIX в., достойное место занимает фотография — искусство, позволившее запечатлевать и на долгие годы сохранять значимые события.
Считается, что предшественником фотоаппарата стала камера-обскура (в переводе с латинского — «темная комната»), светонепроницаемая комната с маленьким отверстием в одной из стенок. Через это отверстие свет попадал внутрь камеры и образовывал на экране перевернутое изображение того, что находится снаружи. Такое устройство давало возможность проецировать на бумагу изображение, которое затем обводилось от руки, чтобы получить точный рисунок объекта.
По некоторым данным, впервые камера-обскура была применена на Ближнем Востоке в X в. для наблюдения за затмением Солнца. Длительное время ее конструкция не изменялась, и лишь в 1568 г. для улучшения качества изображения в отверстие вставили увеличительное стекло (линзу) с большим фокусным расстоянием.
Со временем размеры камер-обскур стали меньше, и в конечном итоге она превратилась в коробку, в одну из стенок которой была встроена линза. Напротив линзы, под углом, устанавливали зеркало, над которым размещали матовый экран. Пользователь камеры (обычно художник) направлял ее на необходимый предмет или пейзаж, накладывал на экран лист бумаги и перерисовывал изображение. Естественно, это был еще не фотоаппарат, а всего лишь небольшой шаг к его изобретению.
Начало положили алхимики
Как ни удивительно, но следующее важное открытие для фотографии сделали средневековые алхимики — искатели философского камня, превращающего любые металлы в золото. Имеются данные, что еще в середине XVI в. один из них (по некоторым сведениям, некий Фабрициус), проводя свои опыты, смешал поваренную соль с раствором азотнокислого серебра и получил молочно-белый осадок, который темнел сильнее или слабее в зависимости от продолжительности освещения его солнечными лучами.
Более достоверные сведения указывают, что в 1727 г. немецкий врач Иоганн Генрих Шульце (1687—1744) проделал ряд опытов с раствором азотнокислого серебра и мелом, смесь которых он освещал солнечными лучами. Именно ему приписывают открытие того факта, что соли серебра чувствительны к свету. Однако, несмотря на то, что ученый даже сделал на основе своего открытия несколько снимков, развивать свою идею он не стал.
Первое негативное изображение
В 1802 г. английский изобретатель Томас Веджвуд (1771 —1805) сделал интересное открытие: когда он положил на бумагу, пропитанную раствором азотнокислого серебра, лист дерева и выставил его на солнечный свет, то через некоторое время покрытая листом часть бумаги осталась светлой, а освещенная часть почернела. Таким образом, он первым получил негативное изображение (темные предметы на нем были светлыми и наоборот). Однако фиксировать (или, как говорят фотографы, закреплять) свои картинки ученый не умел, и поэтому их можно было рассматривать только при свете свечи, так как при попадании солнечных лучей они чернели.
Первые дошедшие до наших дней фотографии
Изобретение первого фотоаппарата и фотографического процесса некоторые специалисты вполне справедливо приписывают французу Жозефу Нисефору Ньепсу (1765—1833). В 1816 г. он сделал из шкатулки и объектива, взятого из микроскопа, пусть еще несовершенный, но все-таки фотоаппарат, с помощью которого смог получить негативное изображение.
В 1826 г. изобретатель покрыл оловянную пластинку битумом, который твердел на солнечном свете, но те его участки, которые были в тени, сохраняли способность растворяться в нефти. После промывки участки, полностью покрытые смолой, представляли освещенные места, а покрытые лишь отчасти — полутени. В этом же году ему удалось запечатлеть вид из окна мастерской. Изображение вышло негативным — получить позитив Ньепс не сумел.
Такой метод фотографирования был далек от совершенства, поскольку требовал около восьми-десяти часов выдержки и даже после этого давал весьма расплывчатые снимки. Тем не менее, ряд исторических фотографий, сделанных Ньепсом, сохранились до наших дней.
Дагеротипы
Первым, кому удалось фотографическим способом получить четкий портрет человеческого лица, стал французский художник и изобретатель Луи Жак Манде Дагер (1787— 1851). Он же является автором дагеротипии — первого практически пригодного фотографического процесса.
В 1839 г. Дагер объявил о своем методе получения фотографического изображения, которое сохранялось на пластинке, покрытой йодидом серебра. Для выдержки было достаточно от 15 до 20 мин, что делало метод хотя и не совсем удобным, но практически возможным для создания фотографических портретов. Их качество было вполне сносным, однако при этом получалось только одно позитивное изображение, которое нельзя было растиражировать. Тем не менее, все выпушенные дагеротипы—аппараты, предназначенные для получения фотографического изображения, несмотря на массивность (вес доходил до 50 кг) и высокую стоимость, нашли своих владельцев.
Первая книга с фотоиллюстрациями
Английский ученый Уильям Генри Фокс Тальбот (1800— 1877) сделал свои первые фотографии в 1835 г., на несколько лет раньше появления первого дагеротипа. Причем его метод был основан на первоначальном получении прозрачного негатива, с помощью которого можно было воспроизвести любое количество позитивных копий, как это делается в современной фотографии. Однако Тальбот обнародовал свое открытие только в 1839 г. (а оформил патент только в 1841 г.), вскоре после того, как это сделал Дагер. Сделай он это сразу же — вероятно, вполне заслуженные лавры изобретателя фотографии достались бы ему. Кстати, сборник работ Тальбота «Зарисовки природы», вышедший в 1846 г., стал первой книгой с фотографиями в качестве иллюстраций.
Массовые фотоаппараты «Кодак»
Большую роль в деле популяризации фотографии сыграл американский изобретатель и филантроп Джордж Истман (1854—1932). Своевременно поняв, что за фотографией будущее и она способна принести коммерческий успех, в 1870 г. он создал аппарат, позволяющий наносить фотографическую эмульсию на стеклянные пластинки, и наладил их сбыт. Впоследствии он создал компанию «Истмэн драй плэйт энд филм». В 1888 г. в производственных помещениях компании был налажен выпуск фотоаппаратов, поступающих в продажу под названием «Кодак».
По одной из версий, появление названия знаменитого ныне брэнда было связано с тем, что затвор аппарата во время фотографирования производил именно такой звук. Существует также мнение, что это слово, начинающееся и заканчивающееся «К» выдумал сам Истман, которому очень нравилась эта буква. Аппарат «Кодак» продавался уже заряженный рулоном пленки, рассчитанной на 100 кадров. После полного использования пленки фотоаппарат возвращался компании, где пленка проявлялась, а вновь заряженный аппарат возвращался клиенту.
Рулонная фотопленка
По некоторым данным, свернутая в рулон фотопленка впервые была изготовлена в 1885 г. для использования в фотоаппаратах «Кодак». Этот тип пленки был предназначен для получения черно-белых фотографий, но с нее печатали и отпечатки с каким-либо одним цветным оттенком.
Обработка черно-белой фотопленки состоит из двух этапов — проявка и фиксирование. Одна из сторон пленки покрыта чувствительной к свету эмульсией, содержащей микрокристаллы соли серебра. В процессе проявления они восстанавливаются до металлического состояния. А на этапе фиксирования из эмульсионного слоя растворяются и вымываются микрокристаллы, на которые не подействовал свет. Таким образом, полученное после обработки негативное изображение на фотопленке образовано частицами металлического серебра.
Три фотографии дали цветное фото
Многие историки считают, что пальму первенства в области цветной фотографии следует отдать шотландскому ученому Джеймсу Кларку Максвеллу (1831 —1879). В 1861 г. он представил цветной фотоснимок вполне приемлемого качества. Фотография была изготовлена методом трехцветной фотографии. Впоследствии такой способ получил название цветоделения. Он был основан на том, что любой оттенок (даже абсолютно белый) можно получить, смешивая в определенных пропорциях всего лишь три цвета: красный, синий и зеленый. Поэтому для получения цветного снимка Максвелл трижды фотографировал объект, каждый раз используя светофильтр красного, зеленого или синего цвета. После того как негативы накладывались один на другой, получалась цветная фотография.
Самая распространенная пленка
Пленка, предназначенная для печати цветных фотографий, заменила пластинки только в 1942 г. Сегодня это самый распространенный тип пленки среди фотолюбителей. Процесс ее обработки значительно сложнее работы с черно-белой фотопленкой и состоит из следующих этапов: цветное проявление, отбеливание и фиксирование. Поэтому обработка такой фотопленки осуществляется в фотолабораториях, на автоматических проявочных машинах.
В ходе цветного проявления вместе с восстановлением до металлического состояния соли серебра в эмульсионных слоях образуются желтый, пурпурный и голубой красители. На этапе отбеливания металлическое серебро снова превращается в хорошо растворимое соединение, которое вымывается из эмульсионного слоя при фиксировании. Так как пленка негативная, то при печати фотографии ее желтый краситель преобразовывается в синий цвет, пурпурный — в зеленый, а голубой — в красный.
«Позитивная» пленка
Кроме цветной негативной пленки существует также обращаемая фотопленка (ее еще называют слайдовой), предназначенная для получения реального(позитивного) изображения непосредственно на пленке. Она была разработана специалистами европейской международной компании «Агфа» несколько раньше цветной негативной пленки — в 1935 г. Процесс обработки «позитивного» материала состоит из черно-белого проявления, засветки, отбеливания и фиксирования. На первой стадии восстанавливаются до металлического состояния соли серебра и получается обычное негативное черно-белое изображение. В ходе следующей операции «засвечивают» неэкспонированные участки, которые и будут проявлены и зафиксированы на остальных этапах цветного проявления, которые аналогичны используемым в процессе обработки негативной цветной фотопленки.
Микрофильмы
В 20-х гг. XX в. были созданы фотоаппараты, способные хранить на микропленке в уменьшенном виде большое число страниц текста. Рулон такой пленки с информацией назвали микрофильмом. Вначале их применяли только для копирования банковских чеков. Широкое распространение микрофильмы получили в 60-х гг. XX в., когда их стали использовать для хранения документов в библиотеках и архивах. По просьбе клиента катушку с нужным микрофильмом заряжали в специальный просмотровый аппарат с большим увеличением и высоким разрешением, который выводил увеличенную информацию на экран. Кроме того, такие аппараты были оснащены устройствами для поиска нужной страницы.
Современный дизайн
К середине XX в. фотокамера (фотоаппарат) приобрела конструкцию, которая с небольшими изменениями используется и в наши дни. Все современные фотокамеры устроены приблизительно одинаково и имеют светонепроницаемый корпус с системой линз (объективом), через которую проходит свет и формирует изображение на поверхности светочувствительной пленки. Для точного наведения аппарата на снимаемый объект служит видоискатель. В зеркальных фотокамерах и для видоискателя, и для съемки используют одну и ту же систему линз, и поэтому пользователь видит в видоискателе именно то изображение, которое впоследствии получится на снимке.
Количество света, попадающего внутрь аппарата, регулируется затвором. Для обеспечения резкости изображения объекта в зависимости от расстояния до линзы служит фокусирующий механизм. В современных моделях фотоаппаратов затвор и фокусирующий механизм могут управляться как вручную, так и автоматически (автофокус, автоэкспозиция, встроенная электронная вспышка).
Получение объемного изображения
При стереофотосъемке делают сразу два снимка с близко расположенных точек. При просмотре этих фотографий на специальном устройстве (стереоскопе) возникает эффект трехмерного изображения.
Первый в мире фотоаппарат, предназначенный для стереоскопической съемки, построил в 1875 г. русский изобретатель Дмитрий Петрович Езучевский (1835—1898). Его фотокамера была снабжена выдвижной объективной частью и рассчитана на 12 фотопластин. В том же году Езучевский получил патент на эту камеру, а в 1878 г. она была удостоена бронзовой медали на Всемирной Парижской выставке.
В камере Езуческого обе фотографии снимались одновременно двумя одинаковыми объективами, расположенными на расстоянии, равном расстоянию между глазами. При просмотре с помощью стереоскопа каждый глаз видел только одну из двух фотографий, что создавало иллюзию глубины изображения.
Самый быстрый и простой аппарат
Фотосъемка является весьма трудоемким и утомительным занятием. Вначале необходимо зарядить в фотоаппарат пленку, затем отснять ее, извлечь, проявить, отпечатать снимки на фотобумаге, причем многие операции приходится делать в полной темноте.
Для облегчения труда непрофессиональных фотографов в 1947 г. американский изобретатель Эдвин Герберт Ленд (1909—1991) создал фотоаппарат «Полароид», предназначенный для получения «моментальных» снимков в течение нескольких десятков секунд. В таком аппарате вместо стандартной фотопленки используются специальная фотобумага и фотохимикаты для обработки снимков. Находящийся в контакте с бумагой отснятый фотоснимок пропускается через два ролика. При этом химикаты, попадая на пленку и бумагу, проявляют негативное изображение на пленке и позитивное — на бумаге. Негатив отделяется от фотографии.
В усовершенствованном «Полароиде» негатив, фотобумага и фотохимикаты для их обработки запечатаны внутри пластикового конверта. После выполнения снимка конверт выталкивается из аппарата и через несколько десятков секунд на фотобумаге появляется цветное изображение.
Почти полстолетия «Полароид» считался идеальным способом надолго сохранить на фотоснимке то мгновение, когда он был сделан. В наши дни, после появления цифровых фотоаппаратов, делающих снимки также быстро, но гораздо качественнее, эта технология уже считается устаревшей.
Отличное качество цифрового изображения
Первую цифровую фотокамеру, предназначенную для широкого использования, в 1981 г выпустила японская фирма «Сони». Попытка оказалась не совсем удачной, и следующая цифровая камера появилась только в 1990 г. Она была разработана специалистами компании «Кодак» и имела объектив с постоянным фокусным расстоянием. Эта камера могла вместить на встроенную память от 8 до 32 изображений (кадров) в зависимости от выбранного разрешения. После заполнения памяти кадры можно было перенести на персональный компьютер.
Цифровые камеры длительное время оставались дорогими игрушками. Настоящий успех пришел к ним после появления на рынке модели «Касио QV 10», выпущенной этой знаменитой японской фирмой в 1995 г., хотя по современным меркам этот аппарат имел весьма скромные параметры — разрешение 0,3 мегапикселей (Мп), что позволяло получать снимки с разрешением всего 640 х 480. Уже через несколько лет камеры проскочили рубеж в 1 млн пикселей и вскоре дошли до оптимальных 3 млн пикселей. Такое разрешение позволяет печатать с допустимым качеством фотографии формата А5 и с большим запасом перекрывает площадь самого распространенного формата 10 х 15 см. Впрочем, на этом производители цифровых аппаратов не остановились, и в наши дни аппарат с разрешением, превышающим 10 Мп, уже не является редкостью.
Безграничные возможности
Цифровые фотокамеры по сравнению с традиционными пленочными имеют ряд преимуществ. Главный из них—отсутствие пленки. Запись ведется на карты памяти и легко переносится (удаляется) с них, что делает «электронную пленку» практически безграничной. Пользователь цифровой камеры освобожден от длительных и кропотливых процессов, связанных с обработкой отснятых фотоматериалов. Кроме того, они оснащены жидкокристаллическим экраном, позволяющим мгновенно посмотреть и оценить качество отснятого материала и при необходимости переснять его.
Полученные фотографии представляют собой компьютерный файл, который можно передать посредством электронной почты, посмотреть на мониторе компьютера или экране телевизора, распечатать на принтере. При этом с помощью специальных компьютерных программ можно легко исправить все «недоработки» — обрезать или повернуть изображение, удалить пятна, скорректировать цвет, контрастность, яркость и т.п.
Квадратные пиксели
Принцип работы цифровой камеры основан на преобразовании изображения в цифровую форму с помощью специальной матрицы, состоящей из ПЗС-элементов (CCD—charged couple devices — прибор с зарядовой связью). Один такой элемент и есть пиксель, название которого произошло от сокращения английских слов «picture element» — «элемент изображения». Пиксель можно увидеть, если очень сильно увеличить цифровую фотографию — она распадется на отдельные одноцветные квадратики.
Когда ПЗС-элемент освещен, он проводит или вырабатывает электрический ток. В цветном фотоаппарате ПЗС-элементы настроены на реагирование нескольких определенных цветов — красного, зеленого и синего.
При сжатии может пострадать качество
Как и оцифрованные звуковые фрагменты, цифровые изображения также можно сжимать и тем самым уменьшать занимаемое ими место на карте памяти камеры или жестком диске компьютера. Правда, при этом не стоит забывать, что по-настоящему качественные фотографии получаются только при распечатке несжатых исходных изображений. Однако, как считают производители любительских камер, можно пользоваться и сжатыми файлами, дающими вполне достойное качество. В таких камерах пользователю предлагается на выбор несколько режимов качества съемки (отличное, хорошее, плохое и очень плохое).
Существуют два типа сжатия изображения — без потери информации и с допустимыми потерями. Сжимать без потерь позволяет специальный алгоритм, при использовании которого кодируется информация, поступающая не от каждого отдельного пикселя, а отслеживается их расположение. Например, если фрагмент неба состоит из нескольких тысяч одинаковых пикселей голубого цвета, то в файл запишутся только координаты области и цвет. При сжатии с потерями изображение упрощается, например, за счет ликвидации полутонов при переходе одного цвета в другой (считается, что при необходимости человеческий глаз самостоятельно «дорисует» их).