Como funciona uma câmera digital?

Com os avanços nos patamares tecnológicos, as câmeras digitais se tornaram cada vez mais revolucionárias, trazendo uma ampla gama de funcionalidades.

Por | @marciobohrer Tecnologia

As câmeras digitais, um grande passo da tecnologia no ramo de fotografia, vêm, cada vez mais, recebendo toques e funcionalidades super tecnológicas e sofisticadas, possibilitando ao usuário a obtenção de imagens em alta resolução e de formatos variados. Desde as primeiras câmeras disponibilizadas à comercialização, estas sofreram, com o passar do tempo, um processo de disseminação e consequente demanda por produtos melhores e com maior portabilidade.

A origem da fotografia digital ocorreu sob medidas militares, a fim de efetuar pesquisas na segunda guerra mundial. As pesquisas espaciais norte-americanas foram responsáveis pelo desenvolvimento da fotografia digital; a sonda Mariner fez as primeiras imagens de Marte. As empresas precisavam criar um componente capaz de captar as imagens e transformá-las em fotografias para armazenar em algum disco. Foi então que a Bell Labs, em 1969, desenvolveu o primeiro CCD (Charged-Coupled Device) - o popular sensor que temos nas câmeras até hoje.

As primeiras câmeras digitais comerciais surgiram na década de 70, com imagens de 0,01 megapixels. Foi a japonesa Sony que revolucionou o mundo com o lançamento comercial das câmeras digitais em 1981 com a Mavica, este espaço no tempo ocorreu devido ao elevado custo na época, o que não viabilizava sua produção por parte da empresa. Mesmo sendo um protótipo, este trazia como grande diferencial a não utilização de filmes para fotografar, onde as imagens, de baixa qualidade por sinal, eram captadas por um sistema de CCD e armazenadas num disquete para depois serem vistas na tela do computador. Contudo, apesar de seu alto valor, pouca capacidade de armazenamento e baixa qualidade nas imagens, estas câmeras foram ganhando público e, com o lançamento de outras marcas, foram se tornando mais acessíveis. Nós já falamos aqui sobre como funcionam as câmeras analógicas.

Funcionamento

Como as demais câmeras convencionais, as digitais possuem uma variedade de lentes, que servem para conduzir a luz para o sensor. Porém, ao invés de utilizar um filme fotográfico, faz-se uso de um aparelho semicondutor, que é utilizado como forma de registrar a luz eletricamente com uma gradação em volts. O sensor converte a luz em elétrons de cada célula na imagem. A partir daí, o processo divide-se de acordo com o tipo de sensor que o aparelho possui, CCD ou CMOS.

  • Nos aparelhos com CCD, o restante do processo ocorre quando é transportada a carga do chip e lê-se em um canto da matriz. Conversores analógicos para digitais (conversor A/D), por exemplo, modificam o valor de cada pixel em um valor digital, convertendo os mesmos para a medição binária;
  • No caso de dispositivos com CMOS, estes usam inúmeros transitores alocados em cada pixel, utilizada para amplificar e mover a carga, usando fios tradicionais. Os usuários deste sensor digital não necessita de conversor A/D.

Uma das suas grandes revoluções foram suas telas de visualização, onde as fotos podem ser vistas imediatamente ao serem tiradas; e com o passar do tempo, estas telas foram se tornando mais precisas, até chegar a conhecida tela de cristal líquido que temos hoje. As novas câmeras também permitem uma conexão melhorada ao computador, podendo enviar e compartilhar as imagens. Como se não bastasse, um dos pontos que fez com que as câmeras digitais ganhassem tamanha proporção é o seu método de armazenamento das imagens; partindo de um disquete, a um aparelho interno e agora se apresenta com dispositivos removíveis, como cartões de memória.

Como funciona uma câmera digital?

Componentes

Corpo da câmera: Local onde se encontram os componentes da câmera, sensor, obturador, visor, e etc. Na maioria das lojas o corpo da câmera é vendido em separado das lentes, mas também é possível encontrar kit com câmera e lentes. O valor varia de modelo para modelo e também com a lente existente no kit.

Objetivas: As objetivas são conjuntos de lentes (convergentes e divergentes) que direcionam os raios de luz dos pontos abertos para um ponto central e também direcionam a luz de um ponto central para o ângulo aberto, respectivamente. Estas lentes estão dentro de uma objetiva. Nas SLR é na objetiva que o fotógrafo pode ajustar a distância focal, o enquadramento e o foco da imagem a ser fotografada. Existem diversas opções de objetivas, distinguidas pela distância focal (14mm, 35mm, 50mm, 85mm. etc)

Como funciona uma câmera digital?

Temos pelo menos cinco tipos de objetivas: as grande-angulares, lentes normais, teleobjetivas, zoom e macros. As grande-angulares, como próprio nome já diz, possuem um ângulo de visão maior que o normal, no caso das populares fish-eye, este ângulo pode chegar aos 180°. As lentes zoom variam, geralmente, de acordo com a marca: 18-105mm ou 24-70mm, 70-200mm, etc.

Como funciona uma câmera digital?
Objetiva fish-eye

Diafragma: um conjunto de lâminas finas - localizada dentro da objetiva - que estão sobrepostas que se abrem e se fecham de acordo com o ajuste do fotógrafo. O diafragma segue uma escala de abertura (f1, f1.4, f2, f2.8, f4, f5.6, f8, f11, f16, f22, f32, f45, f64). Cada ponto de abertura representa a uma certa quantidade de luz que vai passar pelo diafragma para chegar ao obturador e posteriormente ao sensor. Quanto maior o número da escala, mais fechado estará o diafragma e, consequentemente, menos luz vai passar pelo orifício. 

Como funciona uma câmera digital?

Além da quantidade de luz, o diafragma é responsável por determinar a profundidade de campo da imagem, ou seja, a quantidade de elementos focalizados atrás do elemento principal em foco. As famosas fotos "desfocadas" são produzidas com diafragma mais aberto, quanto mais aberto (F1.4) mais desfocado estarão os elementos que não estão focalizados. 

Como funciona uma câmera digital?

Obturador: O obturador é metaforicamente comparado à uma cortina de teatro, que abre a fecha de acordo a velocidade determinada pelo fotógrafo ou pelo modo de disparo automático estabelecido para o momento. O obturador trabalha em conjunto com o diafragma em relação à quantidade de luz que vai adentrar e ser captada pelo sensor. Mesmo que o diafragma esteja aberto, se o obturador não o estiver, o sensor não recebe luz. 

Esta ferramente pode permanecer aberto por tempo indeterminado se o fotógrafo utilizar o modo Bulb (quando a abertura do obturador é determinada manualmente) ou em tempos pré-definidos que variam de 30 segundos até 1/4000s (uma fração de 1 segundo dividido em quatro mil partes!). Quanto mais rápida é esta abertura, menos luz será captada pelo sensor.

Apesar de comparada à uma cortina de teatro, o obturador se abre na orientação vertical. Veja este vídeo demonstrativo:

Sensor: O sensor faz o trabalho do filme das câmeras analógicas (entenda como funciona uma câmera analógica aqui). Nas câmeras digitais o sensor trata-se de um circuito elétrico responsável por registrar pontos (pixels) que somados vão se tornar a imagem que vemos no visor. Para captar cada pixel o sensor trabalha em conjunto com o obturador e o diafragma.

Visor: O visor é a parte da câmera responsável por mostrar ao fotógrafo tudo aquilo que as lentes estão captando. É ali que o fotógrafo pode basear-se a fim de equilibrar a quantidade de luz e velocidade do obturador ou abertura do diafragma. Todas as câmeras possuem um visor, mas nem todas utilizam o recurso de forma primária para enquadrar e fotografar. As câmeras amadoras utilizam, primariamente, o LCD para enquadrar.

 LCD: O visor, geralmente de LDC, possui tamanhos variados (2 ~ 4 polegadas). É nele que o usuário da câmera poderá visualizar a imagem captada e, em alguns modelos amadores, fotografar utilizando o visor como visualizador da imagem a ser fotografada. 

Veja como é realizado o processo de funcionando de uma câmera com sensor CCD:

  • Ao apontar a câmera para o local desejado e com as devidas modificações de zoom e foco, deve-se pressionar levemente o botão para liberação do obturador;
  • A mesma irá focalizar imagem de forma automática, fazendo uma leitura da luz disponível no local;
  • A câmera ajusta a velocidade e abertura do obturador para uma exposição ideal;
  • Pressiona-se por completo o botão de liberação do obturador;
  • O dispositivo irá reiniciar o CCD e expô-lo à luz, onde será acumulado uma carga elétrica para que o obturador se feche;
  • O conversor A/D entra em ação, medindo a carga e criando um sinal digital para representar os valores de carga em cada pixel;
  • Neste momento um processador interpola os dados provenientes dos diversos pixels para a criação da cor natural;
  • O processador pode realizar um nível pré-estabelecido de compactações destes dados;
  • Por fim, as informações resultantes são armazenadas em algum dispositivo, cartão de memória flash, por exemplo.

Como podemos perceber, os avanços em fotografia e câmeras digitais estão longe de acabar. Feiras são realizadas anualmente, demonstrações de produtos e novas tecnologias de edição e melhoramentos para fotógrafos simpatizantes. Devido a sua crescente acessibilidade, praticidade e qualidade, as câmeras digitais ganharam um grande público de adoradores e amantes por tecnologia.

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