Como funciona: Câmeras fotográficas – Energia Inteligente
14/01/2018 - 05:14
Uma câmera fotográfica é um dispositivo óptico que registra uma única imagem de uma cena em um sensor eletrônico ou filme fotográfico. Nos antigos equipamentos, onde um filme deve ser posto dentro da câmera, o anteparo utilizado é um filme fotossensível capaz de propiciar uma reação química entre os sais do filme e a luz que incide nele. No caso das câmeras digitais, uma das partes do anteparo consiste em um dispositivo eletrônico, conhecido como CCD (Charge-Coupled Device), que converte as intensidades de luz que incidem sobre ele em valores digitais armazenáveis na forma de Bits (pontos) e Bytes (dados). Embora inicialmente fossem projetadas para captar unicamente o espectro visível da luz, com o passar do tempo foram desenvolvidas câmeras que permitem captar outras porções do espectro eletromagnético, a exemplo das câmeras para infravermelho.
A palavra câmera vem de camera obscura, latim para câmera escura, um dispositivo originalmente usado para projetar uma imagem sobre uma superfície plana.Tendo evoluído desse aparato, mesmo os equipamentos modernos mais sofisticados guardam seu princípio fundamental: uma caixa à prova de luz com um orifício em um dos lados. Semelhante ao funcionamento do olho humano, por esse orifício penetram raios de luz e outras porções de espectro eletromagnético que são registrados em um filme fotográfico ou por um sensor de imagem.
A fotografia em si não é uma invenção, mas sim a união de várias descobertas e invenções. A primeira delas foi a câmara escura,em que a sua descoberta é atribuída ao filósofo Aristóteles (384-332 a.C.). Ela permitia visualizar eclipses solares sem prejudicar os olhos, através de um pequeno furo na câmara.
Novas ideias foram sendo adicionadas à câmara escura, como as lentes (para permitir que furos grandes pudessem produzir fotos nítidas) e o diafragma (para variar o tamanho do furo usado juntamente com as lentes). O aperfeiçoamento das câmaras escuras permitia que qualquer imagem fosse refletida perfeitamente num papel, e essa ideia foi muito usada por artistas, mas para fixar as imagens no papel, foi necessária a ajuda da química.
Principalmente por acidente, químicos foram descobrindo como alguns compostos de prata reagem à luz, mas foi Thomas Wedgwood o primeiro a usar o nitrato de prata juntamente com a câmara escura para fixar imagens em couro. A primeira foto de fato foi feita por Joseph Nicéphore Niépce, usando uma placa de estanho com betume branco e a deixando por oito horas numa câmara escura voltada para o quintal de sua casa. O processo foi chamado de 'heliografia', pois usava a luz solar.
Outro químico, Louis Jacques Mandé Daguerre,aperfeiçoou a heliografia,substituindo compostos químicos e descobrindo que o tempo de revelação diminuiria para minutos usando-se vapor de mercúrio e tiossulfato de sódio. Willian Henry Fox-Talbot, cientista inglês, usou o processo de Daguerre para aperfeiçoar suas próprias experiências com a câmara escura – criando os termos 'fotografia', 'negativo' e 'positivo'.
Toda a química envolvida na vida de um fotógrafo começou a ser simplificada com a criação de placas secas com uma espécie de gelatina que já traziam os compostos químicos necessários para uma fotografia. Com a criação do celulóide por Alexander Parkes em 1861, os últimos problemas visíveis nas placas secas (fragilidade e peso) foram resolvidos.
A cada foto, o filme era enrolado num carretel, e no final do processo, o filme era enviado para a fábrica, onde era revelado. O funcionamento do equipamento (Kodak n.1,lançado em 1888) é a descrição exata de como funciona uma câmera fotográfica tradicional. E o slogan "Você aperta o botão e nós fazemos o resto" mostra que a fotografia podia agora ser feita por qualquer pessoa, sem conhecimentos de química.
Evolução das câmeras – os primórdios da fotografia digital
A primeira tentativa de se criar uma câmera digital foi apenas em 1975, por Steven Sasson da Kodak. Usando o novíssimo chip CDD de detecção de imagens, desenvolvido pela Fairchild Semiconductor em 1973, o protótipo pesava mais de 3 quilos, gravava imagens em preto e branco, tinha uma resolução de 0.01 megapixels (10 mil pixels) e precisava de 23 segundos para capturar uma imagem. Obviamente, o dispositivo era apenas um protótipo.
A comercialização das câmeras digitais começou apenas em 1986, com a Canon RC-701. O preço absurdo da época (cerca de US$ 20 mil) e a baixa qualidade das imagens geradas,em comparação com câmeras tradicionais,restringiram o público alvo dos produtos. Vários modelos de câmeras eletrônicas foram lançados nos anos seguintes, mas duas merecem destaque: a Canon RC-250 Xapshot, cujo kit completo custava US$ 1.500 foi a primeira com preço acessível ao consumidor médio. Já a Nikon QV-1000C, com venda de apenas algumas centenas de unidades, era voltada para profissionais, e foi a primeira câmera eletrônica cuja qualidade de imagem era igual às câmeras tradicionais.
Canon RC-250 Xapshot
Evolução das câmeras – a chegada das verdadeiras câmeras digitais
Kodak DCS-100 no corpo de uma Nikon
Nos anos seguintes, vários modelos de câmeras digitais foram lançados,trazendo inovações facilmente vistas hoje em dia,como a Fuji DS-200F em 1993 (primeira com memória flash embutida), a Apple Quick Take 100 em 1994 (primeira câmera digital colorida com preço inferior a US$ 1000), a Nikon Zoom 7000 QD em 1994 (primeira com função de estabilização de imagens), a Casio QV-10 em 1995 (primeira câmera com visor de cristal líquido) e a Ricoh RDC-1 em 1995 (primeira que permita gravar fotos e vídeos).
Nikon Zoom 7000 QD
Evolução das câmeras – Megapixels para todos!
Todas as câmeras digitais mostradas até agora apresentam baixa resolução de imagens. A resolução é baseada no sensor CCD (ou CMOS) usado no equipamento para converter os fótons (unidade básica da luz) em imagem. De forma básica, o sensor é formado por milhões de 'alvos' que contam a quantidade recebida de fótons – isto significa que, quanto maior a quantidade de 'alvos', maior a resolução da foto, pois mais fótons foram percebidos.
– 0.01 MP: resolução de 320 x 240 pixels
– 0.3 MP: resolução de 640 x 480 pixels
– 1.3 MP: resolução de 1280 x 1024 pixels e ideal para fotos de até 10 x 15 cms
– 2.0 MP: resolução de 1600 x 1200 pixels e ideal para fotos de até 13 x 18 cms
– 3.0 MP: resolução de 2048 x 1536 pixels e ideal para fotos de até 15 x 21 cms
– 4.0 MP: resolução de 2272 x 1704 pixels e ideal para fotos de até 20 x 25 cms
– 5.0 MP: resolução de 2560 x 1920 pixels e ideal para fotos de até 24 x 30 cms
– 6.0 MP: resolução de 2816 x 2112 pixels e ideal para fotos de até 28 x 35 cms
– 7.0 MP: resolução de 3072 x 2304 pixels
– 8.0 MP: resolução de 3264 x 2448 pixels
A partir de 1997, as câmeras digitais domésticas começavam a apresentar resoluções superiores a 1.0MP, e as câmeras profissionais evoluíam a passos
largos. Exemplo: a Nikon D1, de 1999, apresentava resolução de 2.74 MP, custava menos de US$ 6 mil e era a primeira do gênero feita por apenas um fabricante.
Hoje, percebemos que a maioria das câmeras domésticas apresenta resolução até mesmo superior às necessidades dos usuários, os telefones celulares com câmeras têm resolução comparável com câmeras digitais de 'berço' (como o Nokia N96) e até mesmo câmeras com recursos profissionais para consumidores domésticos desafiam filmadoras (como a Nikon D90, com 12.2 MP e a primeira a gravar vídeos em HDTV).
Recentemente aos smartphones estão substituindo câmeras fotográficas, permitindo inclusive tirar fotos profissionais. A Nokia 808 PureView tira fotos de até 43MP e as novas câmeras 3D estão invadindo o mercado.
Nokia 808 PureView com câmera com 43MP
Câmera da Fuji que tira fotos em 3D
Numa câmera fotográfica comum, temos um sistemas de lentes, um obturador e um filme colocado num compartimento à prova de luz, conforme mostra a figura 1.
Quando apontamos a câmera para a imagem a ser registarada e apertamos o disparador, por um instante o obturador abre deixando a imagem focalizada projetar sobre o filme.
Esse filme (negativo) é recoberto por sais de prata que são sensíveis à luz. Assim, os pontos de claros e escuros(e as cores) vaõ sensibilizar os grãos correspondentes fazendo-os mudar de características químicas.
Quando esse filme é revelado, colocado numa substância química apropriada, a tonalidade que cada grão assume depende da quantidade de luz que ele recebe no momento do registro da imagem. Temos então a formação do negativo da imgagem, conforme mostra a figura 2.
A partir desse negativo pode-se então obter a foto final por um processamento que a imprime em papel especial. Trata-se de um processo não muito simples, mas bastante eficiente permitindo o registro de imagens, uma definição será tanto maior quanto mais fina for a granulação do filme.
Para os registro de imagens na forma digital temos um processo totalmente diferente que não envolve negativos, substâncias químicas ou a necessidade de revelação. Vejamos como isso funciona.
A ideia básica de uma câmera fotográfica digital é captar a imagem com um sensor especial e transformar cada ponto desta imagem em bits que são então registrados numa memória. Descarregando essa memória num computador, podemos reproduzir cada foto na tela do monitor de vídeo, armazená-la ou ainda imprimi-la através da impressora.
Na figura 3 temos então o diagrama de blocos típico de uma câmera digital a partir de onde passamos a explicar seu princípio de funcionamento
O elemento mais importante da câmera é o sensor CCD (Charge Coupled Device) que é o "olho" capaz de registrar de forma digital as imagens focalizadas por uma lente. Esse dispositivo, mostrado na figura 4, consiste numa pequena pastilha de silício contendo centenas de milhares de células individuais que nada mais são do que diodos ou transistores sensíveis à luz.
Este sensor funciona com um sistema de varredura que lê p nível de luz que incide em cada elemento da matriz de sensores, enviando então uma sequência de valores digitais correspondentes para a memória.
Para cada ponto de imagem temos três sensores, que "medem" a intensidade da luz de cada cor básica que corresponde aquele pixel. Lembramos que o "pixel" ou "picuter element", é a unidade de imagem ou o ponto de imagem. Quanto mais pixels tiver o sensor e, portanto, a câmera fotográfica, mais nítida será a imagem obtida.
As câmeras comuns existentes no mercado possuem definições a partir de 1,2 Megapixels, mas as melhores são aquelas que possuem definições de 3 Megapixels, pois as imagens podem ser ampliadas bastante sem a perda de definição.
O processo de digitalização a partir do sinal do CCD passa por um conversor A/D ou analógico para digital. O que ocorre é que o sinal na saída de cada célula do CCD é analógico e tanto o registro como o processamento da imagem devem ser feitos na forma digital.
O processamento da imagem é controlado por um microcontrolador que agrega as diversas funções possíveis como, por exemplo, o tamanho, a aproximação (zoom), tempo de exposição, etc. Os comandos para essas funções vêm das teclas externas.
O processador digital também alimente um LCD ou tela de cristal líquido que projeta a imagem que está sendo focalizada e depois a imagem que está sendo reproduzida, conforme mostra a figura 5.
Esse mostrador ou tela de cristal líquido é importante, pois nos permite ver imediatamente a imagem que foi registrada. Se ela não nos agradar podemos deletá-la da memória e bater a foto novamente. Esta é uma das grandes vantagens das câmeras comuns.
As imagens registradas são arquivadas numa memória. As câmeras comuns já vêm com uma memória de pequena capacidade, normalmente 8Mbytes o que é suficiente para armazenar algumas dezenas de fotos.
O espaço ocupado na memória por uma foto depende basicamente da definição com que a programamos e também do seu tamanho. As câmeras comuns possuem a oçpão de se registrar maior número de fotos escolhendo uma menor definição e um menor tamanho.
Assim, uma foto em média definição com uma máquina de 3,3 Mpixels e tamanho de 1024 x 768 ocupa algo entre 50 k e 100 kbytes da memória. Por outro lado, juma imagem em alta definição com 2048 x 1536 pixels ocupa mais de 1 Mbytes de imagem.
Evidentemente, existe a possibilidade de se registrar um número muito maior de fotos do que a obtida com a capacidade original de uma câmera se acrescentarmos memória. A maioria das câmeras tem a opção de se usar um cartão adicional de memória.
Hoje em dia uma câmera em um celular é quase um recurso obrigatório, e os recursos oferecidos são cada vez mais inovadores. A maioria delas oferecem uma imagem de na faixa dos 12 megapixels, mas algumas já chegam a incríveis 41 megapixels. É uma câmera prática principalmente para registrar momentos, já que está sempre à mão.
Graças aos avanços nestas câmeras, esta geração já possui modelos com tecnologia bem próxima à das câmeras bridge, porém sua variabilidade é enorme dentro do mercado.
Exemplo: Motorola Moto Z2, com o Moto Snap Hasselblad;
Estas câmeras já foram muito populares. São leves e finas, seu custo é bem acessível e sua
lente é interna, varia entre 8 e 12 megapixels. A maioria não possui zoom óptico, apenas digital. São câmeras de bolso que possuem recursos automáticos, ou seja, a câmera faz todo o ajuste medindo a luz que incide na imagem, é só clicar.
Possuem também recursos manuais como o ISO, o zoom, o flash, além de alguns modos de disparo pré-ajustados. Hoje são facilmente substituídas por smartphones de nível intermediário no mercado.
Tem corpo semelhante da ultracompacta, exceto pelo fato de possuir lente externa e ,da mesma forma, já foram muito populares. Possuem também zoom óptico e algumas até chegam a possuir o modo Manual. A quantidade de megapixels destas câmeras é muito variável.
São leves e pequenas, fáceis de transportar, e seu preço também não é tão alto. O sensor ainda é pequeno, embora seja maior do que o das câmeras de celular. Assim como as ultracompactas, elas não possuem visor ocular. Hoje também são facilmente substituídas por smartphones de nível intermediário no mercado.
Compacta Avançada/ Intermediária / Bridge
Estas câmeras também são conhecidas como Super Zoom ou Ultra Zoom, exatamente por possuírem um zoom de alcance bem maior do que o das câmeras compactas. O corpo já é um pouco mais robusto, lembrando o porte das DSLR, mas os recursos e o tamanho do sensor são muito semelhantes aos das câmeras compactas. Não são câmeras semiprofissionais, embora sejam chamadas assim por algumas pessoas, pois não dão ao fotógrafo o controle total dos ajustes (modo manual) e também possuem um sensor inferior.
Também é chamada de Bridge, palavra em inglês que significa ponte, e tem como vantagem o zoom óptico, que pode ir de 20x a 50x, alcançando distâncias muito grandes. É interessante para fazer fotografia da natureza, do céu, ou de outras cenas que não permitem muito a aproximação do fotógrafo.
Algumas possuem também controle manual total, permitindo ao fotógrafo fazer todos os ajustes existentes em uma câmera mais avançada, e até o uso de flash externo. Contudo, a maioria ainda não permite a troca de lentes.
Câmeras de corpo bem mais robusto, visor ocular e LCD, lentes intercambiáveis, controle manual, opção de uso do flash externo e sensores relativamente grandes. Dá ao fotógrafo muito mais autonomia e opções, além de permitir uma foto com muito maior qualidade na resolução. Requerem algum conhecimento técnico para o uso e seu preço é bem mais alto do que as anteriores, embora muito menor do que o das câmeras profissionais.
Pode ser também chamada de DSLR, SLR Digital ou Reflex Digital. Esta sigla vem do inglês e significa "Digital Single Lens Reflex", devido a sua característica principal: reflexo do que a lente capta, visto através do visor.
Geralmente vem com uma lente que permite fotos variadas, mas como já disse, é possível comprar outras lentes trocar segundo a necessidade. Para saber que lente comprar, é necessário um pouco de experiência do fotógrafo e o conhecimento dos diversos tipos de lentes existentes no mercado.
Seu sensor possui tamanho mais de 13x maior do que o das compactas, produzindo fotos com pixels maiores, mais cores e menos ruído. Permite controlar exposição, iso, velocidade, zoom, abertura, flash, foco, etc, além de oferecer recursos interessantes para diversificar a foto.
São bem mais rápidas que as anteriores, dão a possibilidade de fotografar no formato RAW, permitem o uso de flash externo. Dentre os tipos de DSLR, as de entrada são as que possuem os preços mais acessíveis, sendo ideais para quem deseja se aprofundar no mundo da fotografia.
Exemplo: Nikon D3100
Como o próprio nome já diz, são quase profissionais, mas ainda inferiores. Tem todos os recursos e características das câmeras de entrada, porém diferem no tamanho do sensor, que é algo muito importante, já que por ser maior irá interferir diretamente na qualidade da foto, além de trazerem alguns recursos a mais.
Permitem vários pontos de foco, valores de ISO bem maiores, um controle bem mais fácil da velocidade e da abertura, além de modos de disparo diferenciados. O material com o qual é feita é altamente resistente e são bem mais caras do que as DSLR de entrada.
Podem ser usadas para cobertura de eventos, casamentos, festas, shows, etc, permitindo um resultado muito bom. Produzem fotos com muito menos ruído.
A visualização da foto no visor também é melhorada devido à tela LCD e ao sistema de reflexo com prismas ser mais sofisticado do que os espelhos utilizados nas câmeras de entrada.
Possui também uma bateria mais duradoura, o recurso de disparos contínuos e o uso de acessórios externos como microfones, disparadores remotos, GPS, etc. Podem ser usadas também para filmagem, produzindo ótimas imagens.
O seu preço é bem maior do que o das câmeras de entrada, e é indicada para quem quer avançar um pouco e trabalhar com fotografia, precisando, por isso, de uma câmera com maiores recursos.
Exemplo: Nikon D7000
Certamente não precisamos nos esforçar para entender que estas câmeras são as melhores. A qualidade da imagem é cada vez maior a medida que são lançados novos modelos, possuem sensores Full Frame (os maiores disponíveis hoje) e são bem caras. Indicadas, obviamente, para profissionais que vivem de fotografia. São feitas com os materiais mais resistentes a diversos fatores como quedas, sujeira, temperatura, água, etc.
Podem ser utilizadas para fazer as fotografias mais inusitadas, como fotografar as geleiras da Antártida ou os animais selvagens. Obviamente, o que faz o profissional não é só o equipamento, mas a experiência, o estudo, a equipe de trabalho, enfim, diversos fatores.
Seu corpo é bem mais robusto do que as demais e suas baterias proporcionam muito mais tempo de trabalho. Possuem elevadíssimos valores de ISO, chegando a 102.400, produzindo fotos com quase nenhum ruído. Velocidade muito alta, permitindo captar momentos de ação rápida, dentre outras vantagens. Pode pesar até mais de 1kg sem a lente, exigindo do fotógrafo, com certeza, outros acessórios como cases, tripés, etc, que facilitarão o seu trabalho.
Agora que já sabemos a história, os tipos e como funciona uma câmera fotográfica, iremos mostrar, alguns fatos e curiosidades que poucas pessoas sabem:
Você sabe qual é a origem da palavra Fotografia?Do grego phosgraphein, que significa literalmente "marcar a luz", phos ou photo, que significa "luz", e graphein, que quer dizer "marcar"ou "desenhar". O significado literal "desenhar a luz" é proveniente do processo de uma fotografia, explicado anteriormente.
Uma das coisas mais comum que acontece em fotografias, porém ninguém sabe explicar, é o fato dos olhos ficarem vermelhos. Isso acontece, pois em ambiente com baixa iluminação, as pupilas ficam dilatadas, facilitando a entrada de luminosidade, dessa forma, quando o flash é disparado, a luz entra em nossos olhos e os vasos sanguíneos são refletidos, daí vem a cor vermelha.
Dia 19 de agosto comemora-se o surgimento da fotografia. Vale lembrar que 1839 é conhecido como o ano da fotografia, devido a evolução fotográfica que aconteceu nesse ano.
Agora para fechar, você sabe qual foi a maior empresa de equipamentos fotográficos do mundo? A Kodak foi a maior empresa da área, foi fundada em 1888 pelo George Eastman, inventor do filme fotográfico, no mesmo ano lançou a câmera Kodak, tornando a fotografia acessível a população em geral. Porém A Kodak acabou falindo em 2012, devido ao grande avanço das câmeras digitais.