De werking van digitale camera’s

Als je aan een fotograaf vraagt welke fotobewerkingssoftware, cameramodellen en soorten lenzen hij gebruikt, zal hij daar hoogstwaarschijnlijk snel en duidelijk een antwoord op kunnen geven. Als je diezelfde fotograaf dan zou vragen of hij weet wat er precies gebeurt in de camera bij het nemen van een foto, zal het antwoord wellicht iets minder uitgebreid zijn. Dit artikel zal antwoord geven op de minder gestelde, maar daarom niet minder belangrijke, vragen zoals waarom er verschillende soorten cameralenzen bestaan en wat een beeldsensor allemaal doet om de traditionele filmrol te kunnen vervangen.

De absolute basis

In feite doen een analoge en digitale camera hetzelfde, namelijk een beeld vastleggen. Ze doen dit gewoon elk op hun eigen manier. Het verschil tussen deze twee zit in de vorm waarin het beeld wordt vastgelegd. Een filmcamera maakt gebruik van, zoals de naam al doet vermoeden, film om het beeld op vast te leggen. Deze film moet achteraf weliswaar nog een heel proces doorlopen vooraleer er sprake is van een foto. Waar de analoge camera film gebruikt, heeft de digitale camera fotosensors waarop het beeld terechtkomt. Elk van deze sensors verstuurt hierna elektrische stroom die omgezet wordt in een specifiek gegevenspatroon, oftewel het fotobestand. Dit is weliswaar een relatief eenvoudige manier om te omschrijven hoe digitale camera’s foto’s kunnen maken. Vandaar dat het nu tijd is om dit korte stappenplan verder uit te diepen, zodat je aan het einde van de rit een ware cameraexpert bent.

Fysica voor dummy’s

Om te weten hoe een camera een beeld vastlegt, moeten we eerst even terug naar de les fysica over licht. Alle voorwerpen die wij zien (en die de camera ziet), reageren op afzonderlijke lichtpartikels in de lucht, de fotonen. Deze fotonen weerkaatsen op voorwerpen en veranderen hierbij hun frequentie naargelang de kleur van het object. Vervolgens reizen ze verder door de lucht en kunnen ze waargenomen worden. Als deze fotonen door een kleine opening gaan, creëren ze een beeld van wat er zich achter de opening bevindt. Camera’s manipuleren dit proces in feite om een beeld te kunnen vastleggen. Zo zorgt de lens van de camera ervoor dat deze fotonen een helder beeld kunnen vormen. Wanneer je vervolgens op de knop duwt (of op het scherm tikt) om een foto te nemen, gaat de sluiter aan de kant waardoor er licht op de film/sensoren valt. Wat de camera vervolgens doet om het beeld te vormen, kan je verderop lezen.

De analoge camera

De werking van de digitale en de analoge camera is op bepaalde vlakken quasi hetzelfde. Daarom is het handig om eerst kort te kijken hoe een analoge camera foto’s maakt. Het meest essentiële deel van een analoge camera is hoogstwaarschijnlijk de film. Zonder de film kan je namelijk geen foto’s nemen. De film is een lange spoel van flexibel plastic met een speciale laag lichtgevoelige chemicaliën en zit altijd verpakt in een stevige, lichtbestendige plastic cilinder. Wanneer je een foto wilt nemen, moet je op de knop duwen waarmee de sluiter van de camera opengaat. Bij het opengaan van de sluiter, wordt een opening vooraan de camera (het diafragma) geopend, waardoor licht de camera kan binnengaan door de lens (verderop volgt meer informatie over cameralenzen). Dit licht veroorzaakt vervolgens chemische reacties op de film, die ervoor zorgen dat de foto wordt “opgeslagen”. Het proces is hier nog lang niet afgelopen, aangezien het beeld op dat moment slechts vastgelegd is op film en nog geen echte foto is. De film moet namelijk nog ontwikkeld worden. In de beginperiode van de analoge fotografie gebeurde dit nog handmatig in een verduisterde kamer, maar later werden er ook machines ontworpen die dit proces makkelijker en sneller maakten. Een ontwikkelmachine opent eerst de filmcontainer, haalt de film eruit en dompelt deze onder in bepaalde chemicaliën die de foto’s laten verschijnen. Op dit moment zijn de foto’s nog negatieven – hierbij zijn de kleuren van de foto’s omgekeerd ten opzichte van de echte kleuren van het vastgelegde beeld – die de machine gebruikt om de echte foto’s te kunnen printen. Zoals je kan zien, gaat analoge fotografie gepaard met een intensief proces om tot de uiteindelijke foto te komen. De digitalisering van dit proces was dan ook meer dan welkom, aangezien je nu meteen kan zien wat je hebt gefotografeerd.

Wist je dat…

Kodak de eerste digitale camera heeft ontworpen in 1975?

de eerste consumentgerichte digitale camera’s dateren van 1994 en verkocht werden door Apple en Kodak?

Sony in 1998 meer dan 700 000 camcorders heeft verkocht waarmee je beperkt door kleren kon zien?

De cameralens

In feite bestaat er niet zoiets als “de cameralens” aangezien deze bestaat uit verschillende lenzen, die er samen voor zorgen dat je een scherp beeld verkrijgt. De belangrijkste functie van de cameralens is de lichtstralen samen te brengen op de beeldsensor, die later nog aan bod komt. Op het eerste gezicht klinkt dit eenvoudig, maar er zit heel wat wetenschap verscholen achter het ontwerp van een cameralens. De reden dat een cameralens uit verschillende lenzen bestaat, is dat een enkele lens een vervormd beeld zou opleveren. Zo zou je met een enkele convergentielens wel een foto kunnen nemen, maar zou deze vervormd zijn door een aantal afwijkingen die voortkomen uit de natuurlijke eigenschappen van licht. Een voorbeeld van deze afwijkingen is dat de kleuren van het licht op een andere manier afbuigen wanneer deze door een lens bewegen, waardoor er met een enkele lens een foto geproduceerd wordt waarvan de kleuren niet overeenkomen met de werkelijkheid. De grootste uitdaging is dat je geen lens wilt die op één plaats scherp is, aangezien een goede foto scherp is over het gehele oppervlak. Een lens van goede kwaliteit is bijgevolg essentieel voor de scherpheid van je foto’s. Daarnaast kan je cameralenzen indelen in drie grote categorieën op basis van de brandpuntsafstand: groothoeklenzen, normale lenzen, telelenzen. Deze brandpuntsafstand verwijst naar het punt waar de lichtstralen elkaar kruisen en dit bepaalt welk deel van het beeld op de beeldsensor terecht zal komen. Hoe deze afstand invloed heeft op de foto, kan eenvoudig uitgelegd worden aan de hand van de verschillende soorten cameralenzen.

• Een normale lens zorgt voor een brandpuntsafstand waarbij het beeld op de foto overeenkomt met het natuurlijke beeld dat je zelf kan zien. Deze lenzen hebben altijd een brandpuntsafstand van 50mm.
• Een groothoeklens heeft over het algemeen een brandpuntsafstand die kleiner is dan 28mm en wordt meestal gebruikt om voorwerpen of personen van dichtbij te fotograferen. Met dit soort lens lijkt alles wat verder weg is kleiner en alles wat dichtbij is groter.
• Een telelens doet net het omgekeerde van een groothoeklens en heeft een brandpuntsafstand van minstens 100mm. Met deze lens kan je namelijk met gemak scherpe close-upfoto’s nemen van objecten die zich op een grote afstand van je bevinden. Natuurfotografen maken vaak gebruik van dit soort lenzen om, bijvoorbeeld, vanop een afstand toch een scherpe, beeldvullende foto te maken van een vos of vogel.

Bovenstaande voorbeelden zijn telkens lenzen met een vaste brandpuntsafstand en staan ook wel bekend als primelezen. De tegenhangers hiervan zijn de zoomlenzen, waarvan je de brandpuntsafstand kan aanpassen of, zoals je waarschijnlijk vaker hoort, kan in- en uitzoomen. Het nadeel van zoomlenzen is dat deze iets duurder zijn en vaak foto’s van lagere kwaliteit produceren.

Wist je dat…

Edwin Land de eerste polaroidcamera heeft uitgevonden in 1947?

dezelfde Edwin Land de kleurenpolaroidcamera heeft uitgevonden in 1963?

de vijf meest populaire camera’s van de Flickr-community allemaal iPhones zijn?

De beeldsensor: het hart van de digitale camera

In de voorgaande delen is de befaamde beeldsensor reeds enkele keren vermeld. Dit is namelijk het stukje technologie dat de digitalisering van fotografie mogelijk heeft gemaakt. De beeldsensor is de gedigitaliseerde versie van de film in analoge camera’s. Deze chip vangt het licht op en zet dit om in de uiteindelijke foto. De kwaliteit van de camera (en de foto’s die je ermee neemt) is ook in grote mate afhankelijk van deze beeldsensor. Wat deze sensoren precies doen om van het invallende licht een digitale foto te maken, wordt hier uitgelegd. Net zoals bij de cameralenzen bestaan er ook verschillende soorten beeldsensoren, waarvan de CCD- en CMOS-sensor de meest voorkomende zijn. Alle beeldsensoren in een camera zijn ten eerste lichtgevoelig en bestaan uit kleine lichtgevoelige elementen die verbonden zijn door elektronische schakelaars. Het aantal lichtgevoelige elementen in de beeldsensor komt daarnaast overeen met het aantal pixels waaruit je foto zal bestaan (1 lichtgevoelig element = 1 pixel). Ze bepalen dus de kwaliteit van de foto’s: hoe meer lichtgevoelige elementen er in de beeldsensor zitten, hoe hoger het aantal (mega)pixels en hoe hoger de kwaliteit. Wanneer er licht via de lens op de beeldsensor komt, reageren de lichtgevoelige elementen erop door een elektrische lading te produceren. De verschillende lichtgevoelige elementen zullen elk ook maar op één bepaalde soort van invallend licht reageren. Om kleurenfoto’s te kunnen nemen, moet er echter nog een kleurenfilter over de beeldsensor geplaats worden. Deze staat beter bekend als de Bayerfilter en zorgt ervoor dat de lichtgevoelige elementen niet alleen elk op een specifieke lichtsterkte reageren, maar ook op een specifieke kleur van licht. De elektrische ladingen geproduceerd door die reacties worden vervolgens doorgestuurd naar een analoog-digitaalomzetter (AD-converter) die deze informatie digitaliseert. Deze digitale informatie is tot slot het uiteindelijke fotobestand dat je kan zien op de camera en kan overzetten naar je computer.

Wist je dat…

de Engelse term “Spray and Pray” verwijst naar het nemen van talloze foto’s zonder ernaar te kijken in de hoop dat een ervan goed zal zijn?

het woord camera afstamt van het Latijnse “camera obscura”, wat donkere kamer betekent?