4.4 Fotografický přístroj

Nejjednodušším uspořádáním fotoaparátu je camera obscura, krabice, v níž není žádný otvor, kterým by mohlo dovnitř dopadnout světlo, kromě malé kruhové clony (viz obr. 10.15). Fotografický film je umístěn na stěně, která leží proti cloně. Paprsky vycházejí z jednotlivých bodů předmětu (scény) ve všech směrech, jen jejich malá část prochází clonou a dopadá na film. Díky malým rozměrům clony je z geometrie zřejmé, že do určitého bodu obrazu dopadají paprsky vycházející přibližně z jediného bodu předmětu. Každému bodu scény tak odpovídá kroužek v rovině filmu. Velikost tohoto kroužku je dána rozměrem clony: pro příliš velký poloměr clony se jednotlivé kroužky překrývají, obraz se jeví rozmazaný, pro velmi malou clonku se začíná projevovat difrakce a obraz je opět nejasný.Uvedený typ přístroje má velkou výhodu v tom, že neužívá žádného zobrazovacího prvku (čočka, zrcadlo), proto se nemusí ostřit - všechny body jsou ostré, není proto omezena hloubka ostrosti, o níž budeme mluvit dále v tomto odstavci. Ovšem clonou projde málo světla a je nutné používat při fotografování dlouhé expoziční časy.

Obr. 10.15 Camera obscura

To je hlavní důvod, proč fotografický přístroj má objektiv, tvořený spojnou zobrazovací soustavou, v nejjednodušším případě spojnou čočkou. Fotoaparáty používané v současné době ovšem používají složitější kvalitní objektivy. Mezi čočkami objektivu bývá také umístěna apertura, kterou se mění množství světla dopadající na film. Používá se zpravidla irisová clona, která je kalibrována v clonových číslech, která odpovídají vždy dvojnásobné změně osvitu, expozice H, která se zavádí jako

(10.137)

kde O je osvětlení filmu a t doba expozice. Množství světla, které projde aperturou je úměrné druhé mocnině jejího průměru. Chceme-li nyní postupně půlit expozici při konstantní době osvitu, musíme postupně zmenšovat průměr apertury faktorem F. Dostaneme tak postupně

Faktor zmenšení expozice	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512
Clonové číslo F	1	1.4	2.0	2.8	4	5.6	8	11	16	22

Podobně se rychlosti závěrky ve zlomcích sekundy liší obvykle postupně faktorem 2, tj. 1/500, 1/250, 1/125, 1/60, ... Rozlišení ve fotoaparátu je zpravidla omezeno zrnitostí emulse. Je-li například velikost zrn filmu , může oko rozlišit dva body, pokud je vzdálenost jejich obrazů alespoň dvojnásobek vzdálenosti zrn, tedy přibližně . Rozlišení se ve fotografickém kontextu udává v počtu rozlišitelných čar na milimetr, tedy v tomto případě činí přibližně 100 čar/mm. Nejběžnější filmy mají rozlišení 50 - 100 čar/mm, pro záznam hologramů se užívají fotografické desky s rozlišením až 2000 - 3000 čar/mm. V nyní rychle se rozvíjejících digitálních fotoaparátech je obraz zaznamenáván maticí křemíkových detektorů. Každý z detektorů zaznamenává část obrazu, která se nazývá prvek obrazu, neboli pixel (z anglického picture element). Rozlišení je pak dáno hustotou pixelů.

Pokud je fotografický aparát zaostřen na určitou vzdálenost s₀_,vytvoří se obraz v rovině filmu ve vzdálenosti s₀`. Bližší, resp. vzdálenější předměty se zobrazí před, resp. za rovinou filmu. To ovšem znamená, že obraz bodů těchto předmětů se na film zobrazí rozostřeně, jako kroužek místo bodu. Pokud je ovšem průměr kroužku menší než rozlišení filmu, rozostření nehraje roli. Rozdíl vzdáleností mezi nejvzdálenějšími a nejbližšími předměty, pro něž je při určitém zaostření zobrazení přijatelné, se nazývá hloubkou ostrosti. Je-li přijatelné takové rozostření, při němž je v rovině filmu průměr kroužku d, znamená to, že obraz odpovídající hranicím hloubky ostrosti může být posunut o +/- x, viz obr. 10.16. Poloze obrazu ( ) odpovídají polohy předmětu s₁, resp. s₂. Příslušné dvojice předmětových a obrazových vzdáleností jsou spojeny čočkovou rovnicí (Gaussův zobrazovací vztah):