Livro base - Curso de fotografia/Câmera/Componentes

Partes de uma câmera e como ela funcionaEditar

Como câmeras funcionamEditar

Como mostramos no inicio, câmeras funcionam de uma forma muito simples, a luz transpassa um buraco que limita a quantidade de luz, é projetada em uma câmara escura, e registrada em sensor ou filme. Assim funcionam todas as câmeras até hoje. A diferença se deu no aprimoramento tanto da forma como capturar essa imagem, quanto na qualidade que essa imagem chega.

Como uma SLR ou DSLR funcionam
SLR - DSLR optical diagram 07.gif

Em câmeras SLR digitais ou não, o modelo é o mesmo, o fotógrafo vê a imagem pelo visor óptico, foca, define as configurações, define a velocidade do obturador, a abertura do diafragma e a sensibilidade do sensor, e clica no disparador. O disparador aciona tanto o espelho para subir, quanto o obturador. Quando o espelho sobe, e o obturador remove a primeira cortina da frente do sensor, expondo-o a luz por um determinado tempo, a foto começa a ser registrada, a segunda cortina desce, a foto é registrada, o espelho retorna a posição inicial como a primeira cortina do obturador.

Nas EVFs, o fotógrafo vê a imagem pelo visor eletrônico, foca, define as configurações, define a velocidade do obturador, a abertura do diafragma e a sensibilidade do sensor, e clica no disparador. O disparador aciona somente obturador que desce a primeira cortina bloqueando a luz que chega no sensor, que depois volta a posição inicial expondo novamente o sensor que agora passa a registrar a foto, a segunda cortina cobre o sensor, a foto é registrada, a posição inicial é restaurada com a segunda cortina voltado.

Como controlar a câmeraEditar

Como dissemos, o fotógrafo define a velocidade do obturador, a abertura do diafragma e a sensibilidade do sensor para conseguir controlar a quantidade de luz. Cada um destes está associado a três outras palavras exposição (ou velocidade de disparo), abertura (ou f-stop) e ISO (ou ASA para os mais antigos), respectivamente, a esses três elementos juntos damos o nome de triângulo de exposição. Muitos veem como O Tripé que sustenta a fotografia, não é bem assim, e já vimos lá na introdução que na verdade a tríade é outra, essa é só o braço técnico daqueles três pontos que dissemos ser essencial para uma foto.

Mas não deixa de ser importante, pois agora começamos a falar de como controlar o maquinário da câmera para produzir o material artístico que desejamos.

Para a gente se entender, vamos ter que falar um pouquinho de Valor de exposição (EV), que também é muito chamado de stop, ele é uma medida de quantidade de luz, quando a gente falar que aumenta 1 stop de luz, entenda que estamos falando que entra o dobro de luz, no final desse capítulo a gente fala sobre. Vai ter matemática, é só para justificar, não precisa gravar.

Então vamos lá, a gente vai falar desses componentes de forma separada, a razão é simples, os três controlam a quantidade de luz recebida e registrada de formas diferentes. Vamos mostrar o que ele é, como funciona, como controlar, e por fim, como utilizar para produzir resultados diferentes e aí vai do seu talento e querer, usar para um fim ou outro.

Partes da câmera que controlam a luzEditar

ObturadorEditar

Esse é o mecanismo que vai controlar quanto tempo o sensor ou o filme ficará exposto à luz na sua foto.

O primeiro é o mecanismo mais presentes em todas as câmeras, é um sistema que chamamos de obturador de plano focal, é um sistema mecânico ou eletrônico composto por duas cortinas. A primeira cortina fica por padrão cobrindo a área de captura, quando o disparador é acionado, essa abre e expõe a área de captura, e após determinado tempo, a segunda cortina cobre novamente o sensor, coberto a foto foi registrada, a primeira cortina volta ao estado inicial cobrindo o sensor.

O segundo funciona usando camadas, como folhas, fechando-se ao redor do centro do sensor, por isso é chamado de obturador central, ou obturador de folhas. É um sistema bastante interessante, e funcionam de forma diferente nas câmeras de fólio e em DSLRs. Em câmeras de fólio essas folhas ficam fechadas, quando acionado o disparador as folhas se abrem, depois voltam a se fechar. Nas DSLRs as folhas ficam completamente abertas, quando o disparador é acionado, o espelho se levanta, expondo a área de captura, as folhas se fecham rodando em um intervalo de tempo determinado.

Lens central shutter.gif

As lâminas vão se fecham desse jeito formando uma estrelinha, quando toda fechada a foto é registrada, o espelho e as lâminas voltam para a posição inicial. Ele pode ser bem simples, utilizando uma única lamina, como nos casos das câmeras compactas, ou bem complexos, com muitas partes móveis, como várias folhas, impactando diretamente no valor e sendo utilizado principalmente não nas no corpo das câmeras, mas sim nas lentes das câmeras de médio formato e grande formato. A vantagem do sistema central são sincronizações melhores com sistemas de flash, vibração menor, consumir menos energia; assim, só impacta em fotógrafos que precisam de precisão absoluta, em câmeras que o sensor registra essas diferenças, por isso seu uso em médio formato e grande formato. Normalmente as câmeras DSLRs que aceitam lentes com esse sistema, também possuem sistema de plano focal, por ser mais rápido e também por ficar incorporado ao corpo, permitindo lentes que não têm o obturador integrado.

Falamos de certo tempo determinado em que a luz passa, esse tempo determinado é o que chamamos de tempo de exposição, normalmente reduzido a exposição.

Exposição

Exposição é um tempo que a câmera deixa entrar luz para que consigamos registrar a foto. É o tempo em que a primeira cortina abaixa e a segunda entra, expondo o sensor.

Quanto mais tempo temos, mais luz entra. Medimos esse tempo em segundos, câmeras atuais tendem a variar entre 30s a 1/8000s (ou 0.000125 s), como normalmente o tempo que utilizamos para fotografar tende a ser uma fração de segundo, é muito comum usarmos frações, 1/8000s por exemplo, como medida de exposição. Assim, temos que lembrar que quanto maior o número de baixo: 1/número de baixo, menor o tempo que estamos falando. Visualmente:

Exposure time.gif

Daqui tiramos que se a foto estiver muito clara, podemos diminuir o tempo de exposição. Se estiver muito escura podemos aumentar o tempo de exposição. Aqui não tem segredo, se dobrar o tempo, dobra a quantidade de luz, ou seja, aumenta em um stop de luz, assim de 1/60s para 1/30s aumentamos um stop de luz, se formos de 2s para 1s, diminuímos um stop de luz. Uma peculiaridade é que nas câmeras não vem bem assim, vem mais assim:

BULB 30" 15" 8" 4" 2" 1" 1/4 1/8 1/15 1/30 1/60 1/125 1/250 1/500

Algumas nem assim, veem assim:

B 30" 15" 8" 4" 2" 1" 4 8 15 30 60 125 250 500

Bom, a primeira coisa, " é uma representação de segundos, então 1" é 1 segundo, 0"5 é 0,5 segundos, ou meio segundo. No segundo caso o que eles fizeram foram utilizar o numerais de baixo da frações para representar o tempo de exposição, simplificando a apresentação. E Bulb, ou B, é um modo que deixa o obturador aberto enquanto o disparador estiver acionado, o termo Bulb vem de um antigo gatilho a ar, bulb em inglês, é bulbo, air bulb é o nome desse gatilho, em português bulbo pneumático, e funciona apertando a bombinha, enquanto ela estiver comprimida, o obturador está aberto, quando solta, a foto é tirada.

Bulb shutter release on camera.jpg

E pela lógica, 1/120 iria para 1/60, é só um arredondamento, assim como 1/15 para 1/8. Ai você pegou a sua câmera, olhou os números, olhou para cá, olhou os números, e não batem... Usamos uma simplificação didática, as câmeras de hoje normalmente trabalham com 1/3 de um stop para aumentar o controle, assim entre os números que já mostramos há 2 números entre eles:

1/4 1/5 1/6 1/8 1/10 1/13 1/15 1/20 1/25 1/30

Então, precisando de mais luz, você vai trabalhar com tempos menores 1/30s 1/15s, precisando escurecer 1/125s 1/500s. Só que não é tão simples assim, quando estamos falando de um objeto parado, como o prédio, aí tudo bem, usamos o quanto tempo quisermos, mas quando não é só de objetos estáticos que vive o mundo, não é mesmo?

Windflower-05237-nevit.JPG

E quando esses objetos começam a se mexer, temos que ajustar a exposição também ao movimento. Coisas que se movem muito rapidamente exigem que você utilize uma exposição menor, com isso, muitas vezes temos problemas em registrar movimento muito velozes, pois para pararmos o momento precisamos de um tempo de exposição muito pequeno, e assim a foto sairá muito escura, para isso não ocorrer, temos que mexer em outras partes do triângulo de exposição para compensar essa perda de luz.

Isso é claro, se a nossa intenção é parar o movimento, nem sempre é o que queremos:

Dülmen, Viktorkirmes auf dem Overbergplatz -- 2014 -- 3765.jpg
Usando a exposição

Vamos lembrar de novo, não há certos e errados em arte, não há uma exposição correta, existe a melhor para o que você deseja fazer. Podemos usá-la para criar inúmeros efeitos, como parar um momento:

Water drop impact on a water-surface - (1).jpg
Exp Glühlampe Org.jpg

Ou, mostrar o movimento:

UK Ironman 2015 competitor - cycling.JPG
A5 with Frankfurt airport on the horizon - Autobahn A5 mit Flughafen Frankfurt am Horizont - 02.jpg

Mostrar força:

A storm at Pors-Loubous.jpg
Fire breathing 2 Luc Viatour.jpg

Tranquilidade:

Elakala Waterfalls Swirling Pool Mossy Rocks.jpg
Purekkari neemel.jpg

E também podemos pintar:

Light Painting 1 - Booyeembara Park.jpg
Starry night in Langtang National Park.jpg

Tudo isso, são escolhas que temos, cada efeito é realizado de forma diferente, e depende muito mais do que queremos registrar do que questões de quantidade de luz presente no momento da fotografia. Muitas vezes a primeira escolha que temos que fazer no triângulo é a exposição, exatamente por todas essas diferenças que temos, com diferentes velocidades. E por um motivo mais técnico, a câmera na mão tem um limite que conseguimos segurar sem que o tremer da mão não influencie na foto:

Adventuress - view into the galley.jpg

Assim, se tiver tendo dificuldades para registrar sem borrões (se a intenção não for esta), provavelmente terá que diminuir o tempo de exposição, ou apoiar a câmera em uma superfície fixa em relação ao objeto fotografado, como um tripé. A gente explica mais ou menos o quão pequena a exposição tem que ter na seção de lentes e de tripés, pois tem relação com eles.


DiafragmaEditar

Já viu nossos olhos reagindo a luz?

Eye dilate.gif

O diafragma funciona exatamente da mesma forma, quando precisamos que entre menos luz, fechamos o diafragma, e quando precisamos de mais luz, abrimos e deixamos a luz entrar. Lembra aquele buraco que faziam nas primeiras câmeras escuras? Então, diafragma é esse buraco, mas ajustável:

Camera with iris, 1820-1830 - Musée Nicéphore Niépce - DSC06028.JPG

Agora a quantidade de luz que atravessa a parede da câmera tem certo controle, e diferente do obturador, não é com o tempo que ajustamos a luz. É claro, temos as lente neste buraco e o diafragma fica interno a estas, não sendo mais uma característica da câmera, e sim das lentes que utilizamos. Hoje basicamente temos um tipo de diafragma, mas olhe estes que foram descontinuados:

3 Diaph type.svg
Dallmeyer waterhouse.jpg

Nesses sistemas eram colocados manualmente pelo fotógrafo os elementos entre as lentes, assim ele escolhia as paletas para aquela foto, tendo lentes de aberturas fixas. Muitos celulares e algumas câmeras compactas usam uma única abertura, limitando o como podemos controlar a luz, ou optam por fazer o controle por via eletrônica. Mas nas EVFs e DSLRs ainda utilizamos um sistema mecânico, composto por lâminas que chamamos de diafragmas íris:

Iris Diaphragm.gif

Esses são elementos que ajustamos antes de disparar e não se mexe durante a foto, diferente do obturador. O tamanho da área do diafragma, bem como quantidade de lâminas, são características das lentes e há algumas com mais de 10 lâminas:

Schneider150mm.jpg

Mas o mais comum é haver menos lâminas por uma questão de custo. A área relativa que ela permite entrar luz, e a maior quantidade de lâminas impacta severamente no valor da lente.

A medida dessa área relativa de luz chamamos de abertura

Abertura

Vamos começar aos poucos, abertura é o tamanho do buraco que entra luz na câmera. Melhorando, abertura é o tamanho de uma área que nos mostra o quanto o diafragma está restringindo a luz que chega. Normalmente trabalhamos com abertura relativa, pois a luz se comporta de forma diferente quando ela atravessa uma lente de pequeno ou de grande tamanho, assim, devemos levar isso em conta pra que tenhamos uma mesma medida de quantidade de luz entrando na câmera, mesmo com diferentes lentes.

O resultado dessa fração é dada por uma medida que chamamos de f-stop, quanto menor o f-stop, maior a área, logo mais luz:

Lenses with different apetures.jpg
Aperture diagram.svg

Se olhar bem, parece uma medida estranha, ... isso se dá porquê para cada valor deste temos exatamente a diferença de um stop de luz, na verdade esses números são simplificações desta conta:

...

Assim, de 1,0 para 1,4, temos um stop, veja a tabela abaixo, todos números abaixo têm a diferença de um stop de luz:

2.0 2.8 4.0 5.6 8 11 16 22 32

Assim como vimos na abertura, as escalas que temos nas câmeras trabalham com 1/3 de um stop:

2 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4 4.5 5.0 5.6 6.3 7.1 8 9 10 11 13 14 16 18 20 22 25 29 32

Lembra que falamos da abertura máxima de uma lente? Então, aqui vemos que essa escala em algumas lentes rápidas poderiam ir até mais para a esquerda; assim essa escala é variável, e depende das lentes, quanto mais rápida, mais números a esquerda aparecerão. Um exemplo, a lente Canon EF 50mm f/1.2L USM, vai de f/1.2 até o f/16, assim se colocarmos essa lente, aparecerá nas nossas câmeras a escala:

1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4 4.5 5.0 5.6 6.3 7.1 8 9 10 11 13 14 16

Então, se quisermos mais luz, a gente aumenta a abertura, se a gente quiser menos luz, a gente diminui a abertura.Mas não é somente isso que a abertura controla...


Animais têm diferentes capacidades de distinguirem formas com os olhos, nos humanos não é diferente, a essa nossa capacidade damos o nome de acuidade visual, e você provavelmente já passou por um teste de acuidade:

Snellen chart.svg

Ele mostra o quanto os seus olhos conseguem distinguir dois pontos, em certa distância. Deixamos pequeno para virem que depois da faixa verde, começa a dar aquela sensação de "ei, está embaçado", ou seja, não está nítido. A qualidade de ser nítido é exatamente distinguir com clareza dois ou mais elementos, e está associada a dois conceitos, o de acuidade visual e de resolução. Resolução é um pouco mais complexo, mas é o quanto uma imagem consegue mostrar os detalhes em determinado tamanho. Vou tentar clarear a ideia:

Todas as imagens acima são círculos:

Cy 01.png Cy 02.png Cy 03.png Cy 04.png Cy 05.png Cy 06.png Cy 07.png

Pode contar, ambos têm 7, como as primeiras imagens têm menos resolução, perdermos o poder de fazemos ampliações, por conter menos informações, assim fica mais complicado ver detalhes:


Mona Lisa-restored.jpg


Já que nossos olhos distingue melhor quando a imagem está em um bom tamanho:

Mona Lisa-restored.jpg

Aqui a gente consegue ver o véu, o detalhe bordado do vestido,..., na primeira imagem de baixa resolução nenhum desses detalhes podem ser vistos.

Cy 01.pngCy 02.pngCy 03.pngCy 04.pngCy 05.pngCy 06.pngCy 07.png


Claude Monet The Studio Boat.jpg

Nesse primeiro tamanho esse Monet está tão nítido que lembra até uma foto, ou uma obra de outra escola, ao invés de impressionista, naturalista:

Henri BIVA, ca 1905-06, Matin à Villeneuve, Salon 1906 postcard - original painting, oil on canvas, 151.1 x 125.1 cm, private collection.jpeg
Henri Biva, A Lily Pond, 91.4 x 73.7 cm (36 x 29 in), private collection.jpg

Ambas obras são de Henri Biva, e a escola faz com que a retratação do local seja muito semelhante ao "real", a escola de Monet usa pinceladas livres, e assim quando aumentamos o tamanho nossos olhos passam a não mais ver a imagem tão nítida, e consegue distinguir as pinceladas:

Claude Monet The Studio Boat.jpg


Claude Monet The Studio Boat.jpg

Uma escola descendente do impressionismo, o pontilhismo usa esse recurso ainda de forma mais vigorosa:

Lemmen2.jpg
Lemmen2.jpg
Lemmen2.jpg

Esse efeito de vermos de forma praticamente nítida quando a imagem está "longe" ou "pequena", se dá pela acuidade visual, ou seja, o quanto os seus olhos conseguem distinguir dois pontos.

E as duas escolas citadas, pontilhismo e naturalismo, utilizam essa falta de capacidade humana de distinguir pontos em certa distância ou com certo tamanho para criar as imagens. A fotografia também! A fotografia é praticamente um pontilhismo em níveis ridículos, veremos mais abaixo como a gente transforma luz em arte, mas saibam que tanto na fotografia digital, como na analógica, usamos pontos pequenos para criarmos nossas imagens.

Agora, por que toda essa volta falando de nitidez se estamos falando de efeitos abertura?

Por dois motivos, abertura é o principal fator que controla a nitidez da imagem! Além disso, dois efeitos opostos se explicam pelo que foi trazido.


Profundidade de campo

, a abertura também controla outra parte importante, que é a profundidade de campo:

Dof blocks f1 4.jpg Dof blocks f4 0.jpg Dof blocks f22.jpg
f/1.4 f/4.0 f/22

A profundidade de campo é a distância entre a parte em foco e a parte mais distante em desfoque.

Isso se dá pelos círculos de confusão.

Área de captura - (sensor eletrônico e filme fotográfico)Editar

No inicio a capacidade de registro era bastante limitada, as fotos tinham uma certa validade, e para aumentar o sua duração era normal emoldurar para evitar o contato com o ar:

Heliograph on zinc, 1825, by Nicéphore Niépce - Paysage avec figures - Musée Nicéphore Niépce - DSC06035.JPG

Foto de 1825 por Nicéphore Niépce

Vieram depois disso os filmes fotográficos que começaram a padronizar as câmeras, já que agora esses tinham determinado tamanho, e as câmeras começaram a se moldar entorno deles, tanto que dividimos as câmeras no capítulo anterior usando esse critério.

A fotografia em cores só passou a ser mais popular que as monocromáticas nos anos 1970, até esse momento, fotos em preto e branco eram mais populares. As primeiras aparições de fotografia colorida são de 1860. as primeiras boas em 1890s.

Tartan Ribbon.jpg

Foto feita por James Clerk Maxwell em 1861

Ainda hoje há um mercado de nicho para fotografia de filmes, e eles ainda são utilizados em grande formatos, como dissemos no capítulo passado, mas vamos para o como funciona um filme 135, primeiro sua estrutura:

Photographic Film 135.svg

Um filme fotográfico tem várias camadas diferentes com diferentes funcionalidades.

  • 1 - é a base do filme, normalmente feito de 0.025 mm plástico (poliéster) serve para dar uma estrutura pro filme, simplesmente pra facilitar a manipulação deste, ela é uma camada transparente que não altera em nada a fotografia e é bem mais grossa que todas as outras camadas juntas.
  • 2 - é uma subcamada da base criada para que as próximas camadas consigam se fixar na camada 1.
  • 3,4,5,6 - camadas de emulsão, essas são as camadas sensíveis a luz, onde a informação é gerada. A luz bate em cada uma dessas camadas e é absorvida conforme o comprimento de onda dela. Só uma breve explicação sobre luz, a luz visível funciona como um sistema dual entre ondas e partículas, dependendo da frequência das ondas, nós, seres humanos, entendemos essas certas frequências como certas cores. No caso do filme, cada camada vai pegando certo tamanho da onda. O que captura essas ondas são os cristais de halogeneto de prata que ficam suspensos na emulsão dessa camada. E olhe só, essas camadas são feitas de gelatina, sim, a mesma que a gente come, tá, tem uma pequena diferença da de comer, pois ela passa por outros tratamentos para deixar mais pura, ou seja, mais transparente e sem outros agentes biológicos. Lembrando que gelatina tem origem animal...
  • 7 - Filtro de radiação ultravioleta. Nós não vemos essa radiação, mas ela é captada pelos halogenetos de prata, assim para não ter interferência nas fotografias, colocou-se um filtro que impedir que esses raios cheguem nas camadas de emulsão.
  • 8 - é outra camada de gelatina, com um grau de dureza um pouco maior que as outras, que tem a função de proteger o filme.
  • 9 - é apenas uma representação da luz visível, que na verdade seria branca, pois contém todas as cores.
  • 1* - voltando lá para o 1, atrás dele, há uma fina camada que absorve a luz e impede que ela bata na 1 e volte para as camadas de emulsão.
Como ele capta a imagem

Depois que o obturador expõe o filme à luz, os cristais de halogeneto prata, esses absorvem os lumens, ou seja, absorvem a luz e criam uma imagem "latente", uma imagem que fica escondida, no meio do filme e que não dá pra ver a olho nu.

Quanto mais luz o filme receber, mais cristais são atingidos, assim, mais lumens são captados, assim, áreas da imagem que têm mais cristais atingidos ficam registradas como mais claras, e conseguímos assim criar as imagens desejadas. Entretanto, se houver pouca luz, poucos cristais seriam atingidos e talvez a imagem nem se forme. Para contornar isso podemos aumentar o tamanho dos cristais. Esse tamanho dos cristais e quanto lumens eles conseguem captar foram padronizado pela ISO (International Organization for Standardization - em português Organização Internacional para Padronização ou Normalização), assim todos os filmes com certa densidade e raio dos cristais recebeu um número, 100, 200.. quanto maior o número, maior a capacidade do filme de captar luz. Esse padrão foi adotado internacionalmente depois de um certo tempo, e hoje, em fotografia, associamos ISO com essa quantidade de lumens absorvidos pela área de captura.

Só que até o momento a imagem está invisível ao olho humano, então temos de ir para câmara/quarto escura, ou laboratório, como preferir, e revelar o filme. A revelação do filme é um processo químico, que deve ocorrer em um local onde a luz não entra em contato com o filme, pois ainda os cristais reagem as luzes. Assim, em um quarto escuro (normalmente utilizamos uma luz fraca vermelha que não afeta o filme) fazemos com que os cristais passem a ser prata metálica mesmo, e não mais halogeneto, com isso a gente cria o nosso filme revelado:

Dx-film-edge-barcode.jpg
Slide frames.jpg

Percebe que o primeiro rolo é bem diferente do segundo? Há dois tipos de filmes, os negativos e os positivos, conhecidos como diapositivo, transparência ou slides. O primeiro é o mais comum, e fora bem mais amplamente difundido, pois tem uma certa tolerância maior a erros, o segundo é mais preciso e mais nítido.

Os filmes negativos são os que formam a imagem, como o nome diz, com as cores negativas, ou inversas as reais. Ou seja, se for preto, ele registra branco, se for azul registra amarelo, a gente fala de cores complementares mais para frente, e ficará mais claro.

Naquele diagrama anterior, para os filmes negativos ele tem uma pequena diferença, na verdade cada camada de cor é divida em outras três camadas, isso vem para garantir que cada cor capte mais stops de luz, ou seja, que consiga capturar mais cores, luzes e sombras da cena. Assim a camada de emulsão do filme parece algo assim:
Photographic film emulsion layers.jpg
Também vale salientar que a camada 3 captura os vermelhos, a 4 os verdes, a 5 os amarelos, e o 6 os azuis. E sim, a cor é oposta do que ela captura...

O restante de como a gente transforma isso em uma imagem impressa a gente fala mais para frente.


Sensor

Bem vindo a era digital! Bom, sensores digitais são os que estão presentes em todas as câmeras que criam diretamente arquivos digitais em vez de passarem por uma película fotossensível (gente que chique essa frase). O sensor é um dispositivo eletrônico que captura os lumens, processa e transforma em uma informação que computadores entendem.

Ccd-sensor.jpg

Agora abandonamos os pedacinhos de vaca e prata e substituímos os cristais por fotossensores! Esses foto sensores transformam a luz em corrente elétrica, que depois é convertida em informação computacional. Hoje há dois tipos de sensores, CCD e CMOS. respectivamente charge-coupled device (dispositivo de carga acoplada) e complimentary metal oxide semiconductor (semicondutor de metal-óxido complementar). CCD foi criado em 1969 e em 1975 o Kodak criou a primeira câmera com o sensor!! Sim, desde 1975 temos sensores digitais capazes de produzir imagens, como a Kodak era fabricante de filmes fotográficos, o projeto não fora continuado tão cedo...

As primeiras câmeras sérias digitais, pareciam criadas pelo doutor Frankenstein:

Pois eram basicamente uma SLRs com alguma geringonça pra trocar o filme pelo sensor CCD. Vários tipos de mídias foram utilizadas para gravar essas imagens geradas, desde disquetes, até micro CDs.

E como funcionam

Ambos sensores quando são expostos à luz, captam a energia desta a transforma em uma pequena corrente elétrica, áreas com mais luz, criam uma corrente maior, com esse contraste conseguimos criar a foto. Para criarem fotos coloridas eles não fizeram (ou conseguiram, tá a Sigma em teoria tem um, mas está mais para lenda até agora) reproduzir o que o filme faz, que é criar uma camada para cada cor, ao invés disso criaram padrões de cores para captarem luzes:

Bayer pattern on sensor.svg

Você pode imaginar que não está presente em todo o sensor, é capaz de captores de luz vermelha não estarem presentes em todos os lugares que a luz vermelha bater... Essa é uma das razões para o ruído digital, mas foi o modo que encontraram para captar fótons em frequências diferentes e transformá-los em corrente elétrica. Porém essa corrente é muito pequena, e para ser registrada é necessário um amplificador seja utilizado, e aqui que fica a diferença entre CCD e CMOS.

O sensor CCD é criado com uma camada de fotossensores, a camada abaixo é utilizada para transmitir os dados e normalmente, há um amplificador ao lado da placa. Assim que as correntes são geradas, imagine um sistema de fila única, em que a primeira coluna descarrega as correntes no amplificador, assim que fica "vazia" a segunda fileira passa as informações para a primeira, e assim por diante até todas as fileiras descarregarem as correntes para o amplificador.

O sensor CMOS não funciona assim, nele os amplificadores ficam já juntos aos sensores. Ou seja, microssensores ficam embutidos já nos sensores, e a informação já é passada em forma de eletricidade.

Imagine agora a situação que falamos anterior que a luz vermelha às vezes não encontra o receptor vermelho, então, agora além dos receptores, ainda tem que haver um espaço para acomodar os amplificadores, com isso CMOS tem muito mais ruído que CCD. Além disso, como o CCD teve um investimento muito maior em tempo de desenvolvimento o seu padrão de ruído já foi muito estudado e muito das questões foram reduzidas. Com menos espaço entre os sensores o CCD também entrega imagens de maior qualidade, e com mais intervalo dinâmico (ou ainda encontramos na literatura em português alcance dinâmico/latitude de exposição, em inglês dynamic range, a gente já já explica isso), e como registra tudo de uma vez, não tem diferenças entre o que um ampliador cria pra outro, já que só tem um grande, isso também evita diferenças entre o tempo de registro de uma área do sensor para outra, impedindo coisas como essa hélice:

Jamtlands Flyg EC120B Colibri.JPG

E é claro que então o sensor mais utilizado hoje em dia é o ... CMOS ... isso mesmo, CMOS mesmo com essa desvantagens tem uma vantagem que pesa muito em seu favor, o custo. O custo de produção do CMOS e do que é necessário para instalar na câmera, ou seja, complexidade do sistema, faz com que ele fique ridiculamente mais barato, podendo haver diferenças de mais de 10x o valor entre uma câmera CCD a uma CMOS. Além disso, o CCD tende a esquentar mais, sendo necessário sistemas de refrigeração mais importantes, somado a complexidade e a necessidade de um amplificador maior, o resultado são câmeras de maior volume. Pra piorar, com o sistema mais complexo o CCD chega a gastar quase 100 vezes mais energia que o CMOS, e hoje o CMOS já trabalha melhor com pouca luz em comparação ao CCD. Assim, câmeras com CCD ficam restritas a algumas médio formato (lembra que elas são utilizadas em ambiente controlado):

Leica Store SF (15037112502).jpg

Embora até elas mesmo tenham começado a adotar sensores CMOS, já que alguns desses problemas listados na CMOS têm diminuído, com o avanço da nanotecnologia, os amplificadores têm ocupado menos espaço, e os fotosensores também tiveram seu tamanho reduzido e com isso conseguem ocupar mais do espaço da placa com sensores, acho que assim fica fácil entender:

Circles packed in square 11.svgCircles packed in square 20.svg

Percebe que se aumentarmos muito o tamanho das partículas, começa a ter muito mais áreas amarelas? Então, hoje tem se caminhado para desenvolvimento de um maior volume de sensores, e esse número de sensores conhecemos como "MegaPixels". Lembre agora dos tamanhos das áreas de captura que dissemos lá no capítulo anterior:

Sensor sizes overlaid clean version.svg

Ter 50 Mpx em uma câmera médio formato é muito, muito diferente de ter 50 Mpx em celular 2/3 ''. Não tem milagre, vai ter perda de qualidade no celular, só imaginar o quão pequeno seria o tamanho desses sensores, hoje ainda não temos tecnologia para fazer isso bem, a qualidade da luz que chega nesses sensores é muito ruim, assim muito menos informação consegue se registrar com a tecnologia atual. Então deve haver um balanço entre quantidade de MegaPixels e o tamanho dos sensores.

Os sensores, assim como os filmes, têm um ISO base, muitos utilizam como base o ISO 100, e alguns ISO 64. Isso é, cada fotossensor tem a sua sensibilidade ideal, e já que não podemos ter um sensor para cada ISO, como temos nos filmes, eles mudam essa sensibilidade ideal eletronicamente. Muitos professores de fotografia utilizam um balde para ilustrar os fotossensores, então vamos fazer o mesmo:

Empty bucket.svg Half full bucket.svg Full bucket.svg Overloaded bucket.svg

Imagine os baldes como baldes receptores de luz, o primeiro balde não tem luz nenhuma, por isso o que veríamos seria preto, o segundo a gente preencheu até a metade, assim, seria algo como um cinza, o terceiro tem muita luz, está com luz até a tampa, seria completamente branco. E o que acontece se jogarmos mais luz que o balde suporta? A luz simplesmente não é registrada, continua sendo branco absoluto, mas perdemos qualquer luz que chegar além da capacidade de captação do sensor naquela configuração, o quarto baldinho.

Se estivermos em uma situação de baixa luz, podemos definir eletronicamente que o balde não vai até o fundo, e sim que a partir de agora o fundo é na metade, assim:

Half bucket restricted.svg Half full bucket restricted.svg Half full bucket restricted full loaded.svg Half full bucket restricted overloaded.svg

Agora com a metade da luz, conseguimos encher o balde, isso seria o equivalente de trocar o ISO 100 do filme para um filme de ISO 200. Claro que não seria cinza, pois nossos sensores não são para preto e branco, seria vermelho, verde ou azul, para se formar cinza temos que todos os sensores em igual quantidade de luz.

O problema com isso, é que o sensor fica mais sensível, e todas aquelas questões levantadas quanto ao ruído ficam bem piores, tem umas interferências eletrônicas também que começam a pesar bastante, e como consequência a qualidade da imagem cai:

Image noise in low light sample (Canon 100D) at ISO 200 (detail).jpg Image noise in low light sample (Canon 100D) at ISO 6400 (detail).jpg Image noise in low light sample (Canon 100D) at ISO 12800 (detail).jpg

Vale ressaltar que tudo foi feito para o ruído apareça, e mesmo assim a primeira e a segunda imagem, mesmo com aumento da sensibilidade 5 vezes não é tão perceptível se olharmos com certa distância:

Image noise in low light sample (Canon 100D) at ISO 200.jpg Image noise in low light sample (Canon 100D) at ISO 6400.jpg Image noise in low light sample (Canon 100D) at ISO 12800.jpg

Então, se vir o chupa-cabra brigando de espada com o ET Bilu de noite, no mato, sem lua, aumente a sensibilidade até o talo e consiga a foto.

Tamanho do sensor