Digitalt reflekskamera , DSLR ( eng. Digital single-lens reflex camera ) er et digitalt kamera bygget på princippet om et enkelt-lens refleks kamera, der bruges til filmfotografering . Konceptet med et digitalt spejlreflekskamera indebærer et skema med en enkelt linse, da et skema med to linser ikke har fundet bred anvendelse i digital fotografering .
Bestræbelser på at skabe bærbare elektroniske enheder til stillbilledeoptagelse begyndte umiddelbart efter opfindelsen af den ladningskoblede enhed af Willard Boyle og George Smith i 1969 [1] . De første SLR -videokameraer ( eng. Still Video Camera ), såsom Sony Mavica fra 1981 , Canon RC-701 og Nikon Still Video Camera 1, som dukkede op i 1986, var dog ikke digitale , da de var baseret på analog billedoptagelse i et af standarderne farvefjernsyn [2] [3] .
Det første digitale SLR-kamera kan betragtes som et hybrid elektro-optisk kamera designet af Kodak Electronics Division for den amerikanske regering ved hjælp af et Canon New F-1 professionelt kamera [4] [5] . Grundlaget var den sort-hvide M1 CCD skabt af Kodak , hvis opløsning for første gang oversteg 1 megapixel [6] . Det var anbragt i en blok monteret på et aftageligt bagcover af kameraet, hvoraf den eneste kopi blev udgivet i 1988 og blev betjent af militæret. I fremtiden blev der skabt yderligere to lignende taktiske kameraer til forsvarsopgaver [4] .
De resulterende hybrider viste sig at være for omfangsrige og ubelejlige, og næste skridt et år senere var udviklingen af IRIS-projekter for fotojournalister og Hawkeye II til militæret [7] . Begge prototyper var baseret på Nikon F3 SLR , men den sort-hvide IRIS fandt ikke efterspørgsel på nyhedsfotograferingsmarkedet. En del af militærkonsollerne var udstyret med en ny M3-matrix med et Bayer-filter , som blev den første farvematrix med en opløsning på mere end 1 megapixel [6] . Det blev også grundlaget for den første kommercielt succesrige og masseproducerede digitale hybrid Kodak DCS 100 , også samlet omkring Nikon F3 HP-kameraet. En hybrid, udgivet i 1991 , bestod af en CCD digital bagside forbundet med kabel til en ekstern enhed båret på skulderen [6] . Den eksterne blok DSU ( Eng. Digital Storage Unit ) indeholdt en 3,5-tommers harddisk med en kapacitet på 200 megabyte , hvorpå billederne dannet af vedhæftningen til kameraet blev optaget. I dette tilfælde kunne bagsiden frigøres, og kameraet blev igen egnet til filmoptagelse. Enheden var den første, der fokuserede på samarbejde med en computer , og ikke en videooptager , som det var tilfældet i de fleste tidligere udviklinger fra andre producenter [8] .
De anførte hybrider blev skabt af de civile ( Professional Photography Division ) og forsvars- ( Federal Systems Division ) divisioner af Kodak , uanset Nikon, som sammen med NASA udgav den digitale Nikon F4 ESC NASA med en bagside udstyret med en sort-og -hvid matrix på 1 megapixel [6] . Yderligere udviklinger var koncentreret i Fujifilm , Sony og den civile sektor af Kodak, som frigav mere kompakte DCS-serie enheder fra 1994 til 1998, kompatible med Nikon F801, Nikon F90 og Canon EOS-1N kameraer [9] . Alle disse udviklinger blev et mellemtrin før skabelsen af fuldgyldige digitale spejlreflekskameraer i ét stykke. I begyndelsen af 2000'erne havde Canon og Nikon skabt Canon EOS-1D og Nikon D1 professionelle kameraserier baseret på tidligere erfaringer med hybridkameraer. Muligheden for at erstatte filmen med en digital bagside med en matrix forblev kun i mellemformat spejlreflekskameraer designet til studieoptagelse.
Fremkomsten af digitale spejlreflekskameraer i forbrugerkvalitet kan tilskrives slutningen af 2003 , hvor massesalget af Canon EOS 300D begyndte, hvis omkostninger for første gang var under den symbolske grænse på $ 1.000 [10] [11 ] . Alle tidligere prøver, som oprindeligt kostede mellem 5 og 20 tusind dollars, kan kun tilskrives det professionelle segment af markedet. Med starten af salget til offentligheden begyndte digitale SLR-kameraer at udvikle sig hurtigt, hvilket øgede opløsningen af matricer, deres størrelse og databehandlingshastighed. Efterhånden viste kvaliteten af digital fotografering sig at være sammenlignelig med klassisk filmfotografi, og personlige computere blev tilgængelige for massekøberen. Siden midten af 2000'erne har digitalt udstyr næsten fuldstændig erstattet filmmodstykker, primært inden for fotojournalistik, traditionelt fokuseret på en reflekssøger. Inden for amatørfotografering begyndte reflekssøgeren siden begyndelsen af 2010'erne at blive erstattet af spejlløse kameraer med udskiftelige objektiver samt kameratelefoner [12] [13] . Så hvis der i 2012 blev solgt mere end 16 millioner digitale spejlreflekskameraer i verden, var dette tal i 2017 mere end halveret til 7,5 millioner [14] .
De væsentligste fordele ved spejlreflekskameraer sammenlignet med andre typer digitalt udstyr anses for at være muligheden for at bruge udskiftelig optik, som giver det samme billede som på filmmodstykker, og en relativt stor matrix, der giver digitale billeder af høj kvalitet [15] . Forbedringen af elektroniske synsteknologier minimerer den største fordel ved spejlskemaet: tilstedeværelsen af en parallaksefri optisk søger, som giver et billede, der er identisk med det, der opnås i brændplanet .
Den største fordel ved spejlreflekskameraer sammenlignet med spejlløse kameraer er muligheden for at bruge fasedetekteringsautofokus. Dette er den hurtigste og mest præcise teknologi af alle, men det kræver en optisk vej til at lede lys fra linsen til en separat sensor. Dette princip implementeres let i reflekskameraer med enkelt linse ved hjælp af hoved- og hjælpespejlene, men det er forbundet med store vanskeligheder i spejlløse designs, der autofokuserer direkte på billedet dannet af matrixen [16] . Dette bruger en sammenligning af dens kontrast ved forskellige positioner af linsen. For at forbedre fokuseringshastigheden for spejlløse kameraer integrerer nogle producenter fasesensorer direkte i den lysfølsomme matrix, men autofokushastigheden for spejlreflekskameraer er stadig uovertruffen [17] [18] .
Brugen af en variant af et spejlskema med et fast gennemskinneligt spejl gør det muligt at anvende faseprincippet for autofokus i Live View -tilstand , herunder under videooptagelse, men det er nødvendigt at omhyggeligt opretholde renheden af den ekstra optiske overflade, som i modsætning til matrixen ikke er beskyttet selv af en lukker mod støv og forurening [19] . Derudover reducerer tilstedeværelsen af et gennemsigtigt spejl blændeforholdet i hele systemet og reducerer lysstyrken af billedet i søgeren. Ifølge denne ordning blev der bygget en serie af Sony Alpha SLT -kameraer .
I 2015 introducerede Sony en række teknologier, der tillader spejlløse enheder at implementere hurtig hybrid autofokus ved hjælp af en række specielle mikrolinser og dedikerede pixels på en måde, der ligner fasedetekteringsautofokus [20] [21] .
Lysfølsomme matricer installeret i digitale spejlreflekskameraer er meget større end sensorerne på kompaktkameraer med hensyn til fysiske dimensioner [22] [23] . En stor ramme tillader brugen af elementære fotodioder af øget størrelse med det samme antal af dem, hvilket bestemmer opløsningen . Som et resultat øges billedkvaliteten: støj reduceres ved de samme lysfølsomhedsværdier , og det dynamiske område udvides [24] . Sensoren på et typisk DSLR-spejlreflekskamera til forbrugere er APS-C (22×15 mm), men der er en tendens til at øge sensoren til fuld ramme ( Canon EOS 6D , Sony A99 ) [25] .
Matricer af professionelle kameraer er noget større - APS-H- format ( Canon EOS-1D series ), men kan nå størrelsen af en "klassisk" lille-format ramme på 24 × 36 mm ( Canon EOS 5D Mark III , Canon EOS-1D X Mark II , Nikon D5 ) og endda overgå det ( Leica S2 , Mamiya 645D eller Hasselblad HxD- serien), hvilket giver dig mulighed for at opnå fremragende farvegengivelse og signal-til-støj-forhold . Matrixstørrelsen for kompakte digitalkameraer overstiger som regel ikke 7,2 × 5,3 mm (1/1,8 ″-format) og er for det meste 4,5 × 3,4 mm (1/3,2 ″-format), hvilket giver et areal 56,5 gange mindre end en "fuld" ramme i lille format (henholdsvis 864 og 15,3 kvadratmillimeter) [26] . Sådanne matricer kan kun give et acceptabelt støjniveau og billedkvalitet ved minimale ISO-værdier og skarp belysning.
Samtidig gør små matricer det muligt at designe mere kompakt og lettere optik med et stort blændeforhold . Således er forstørrelsen og blændeforholdet for zoomobjektiver på kompaktkameraer normalt uopnåelige for optik designet til en lille format matrix eller en filmramme. Teleobjektiver , designet til små billedstørrelser, er også meget mindre og hurtigere end deres modstykker i stort format. Denne fordel ved miniaturematricer bruges i digitalkameraer med pseudo-spejl , normalt udstyret med en ikke-aftagelig kompakt " superzoom " med høj forstørrelse, der dækker en betydelig del af rækkevidden af brændvidder, der bruges i hverdagens optagelsespraksis [27] . Disse kameraer, som er billigere end spejlreflekskameraer, fylder en betydelig del af markedet for amatørfotograferingsudstyr og fortrænger de mere vanskelige at håndtere DSLR'er. Derudover eliminerer det ikke-aftagelige objektivdesign indtrængen af støv og snavs på overfladen af sensoren, hvilket er uundgåeligt i spejlreflekskameraer med udskiftelige objektiver.
På trods af vigtigheden af de fysiske egenskaber ved store matricer, betragtes arten af billedet skabt af linser fra småformatkameraer som en mere væsentlig fordel ved SLR- udstyr . Fotolinser har relativt store brændvidder sammenlignet med optikken i videokameraer og kompaktkameraer. Som følge heraf er dybden af det skarpt afbildede rum i det resulterende billede ved de samme synsfeltvinkler og relative blænder meget mindre end i miniatureformater, hvilket gør det muligt at bruge traditionelle professionelle fotograferingsteknikker til at understrege rummets dybde og adskille hovedmotivet fra baggrunden.
En anden vigtig omstændighed anses for at være en fundamentalt højere kvalitet af det optiske billede , som direkte afhænger af den fysiske størrelse af rammen på grund af diffraktionsbegrænsningen af ethvert optisk system [24] [28] . Med andre ord, som i filmfotografering, er kvalitet direkte relateret til billedstørrelse, uanset opløsningen af sensoren. Af disse grunde kan maksimale detaljer i moderne digital fotografering kun opnås med mellemformat digital bagside eller full-frame spejlreflekskameraer.
Samtidig brød fremkomsten af en ny klasse af spejlløse kameraer i slutningen af 2000'erne monopolet for DSLR'er på store sensorer [29] [30] . Nogle typer af sådanne kameraer er udstyret med Micro 4:3 og APS-C sensorer , og kort efter dem kom "Sony A7", med en full-frame sensor [16] .
Den grundlæggende forskel mellem digitale spejlreflekskameraer og andre typer digitale kameraer er reflekssøgeren , som betragtes som den mest avancerede af alle optiske og har sådanne fordele som det fuldstændige fravær af parallakse , evnen til visuelt at vurdere dybdeskarpheden og nøjagtig sammenfald af rammegrænserne med synsfeltet for eventuelle udskiftelige objektiver, inklusive antallet af zoom [31] . Derudover er dette den eneste type optiske sigte, der er egnet til at optage gennem optiske enheder, makrofotografering og brug af speciel optik, herunder shift-objektiver [32] . I modsætning til afstandsmålerkameraer afhænger nøjagtigheden af manuel og automatisk fokusering med en reflekssøger ikke af objektivets brændvidde [ 33] [34] . Sammenlignet med kompakte digitale kameraer tilbyder DSLR'er hurtigere ydeevne og bedre kontrol over billedet, synligt uden elektronisk konvertering, med alle de optiske nuancer.
Ulemperne ved reflekssøgeren omfatter dens omfang og kompleksitet, hvilket især er bemærkelsesværdigt i sammenligning med de nyeste spejlløse kameraer [30] . Derudover gør tilstedeværelsen af et bevægeligt spejl det vanskeligt at designe kortfokusoptik på grund af behovet for at forlænge det bagerste segment . Retrofokusdesignet af vidvinkelobjektiver til spejlreflekskameraer anses for at være mindre perfekt end det symmetriske design, der bruges i alle andre typer udstyr. Spejlets hurtige bevægelse umiddelbart før optagelse fører til vibrationer, der er uacceptable i eksponeringsøjeblikket [34] . Kompleksiteten af fokuseringsvejen og tilstedeværelsen af yderligere optiske elementer med høj præcision, såsom en pentaprisme og en fokuseringsskærm , fører til en stigning i prisen på hele strukturen [30] . Det indbyrdes arrangement af elementerne i søgeren og autofokusmodulet kræver finjustering , som bestemmer rigtigheden af manuel og automatisk fokusering. En anden ulempe ved spejlsøgeren er begrænsningen af den maksimale frekvens for kontinuerlig optagelse på grund af spejlets inerti og dets drev [17] .
Samtidig har den elektroniske søger i spejlløse digitale kameraer de samme fordele som reflekskameraet, der viser fremtidens billede på flydende krystaldisplay . De traditionelle ulemper ved en sådan søger - overophedning af fotomatrixen med billedforringelse, lav opløsning af skærmen og dens mulige eksponering for stærkt lys - blev overvundet i begyndelsen af 2010'erne på grund af de stærkt forbedrede egenskaber ved fotomatrixer, TFT-skærme og deres reduktion i omkostningerne. Og brugen af en elektronisk søger af okulartypen forhindrer flare og bringer skydeteknologien tættere på det traditionelle "spejl". Forsinkelsen af det elektroniske billede, mærkbar på de første modeller af kompakt udstyr, er blevet reduceret til næsten nul med en stigning i processorhastigheden [14] . Samtidig er lukkerforsinkelsen for moderne spejlløse kameraer sammenlignelig med spejlreflekskameraer, hvor denne parameter også overstiger ydeevnen for afstandsmåler- og skalakameraer på grund af tilstedeværelsen af et bevægeligt spejl. En sådan fordel ved den optiske søger som energiuafhængighed er sekundær i digitale enheder, men det reducerer strømforbruget betydeligt, især i standbytilstand.
Brugen af en elektronisk søger i digitale SLR-kameraer af klassisk design er umulig på grund af det faktum, at den lysfølsomme matrix under synet er lukket af en lukker og et spejl, der sikrer driften af det optiske syn. I januar 2006 introducerede Olympus E-330 spejlreflekskameraet , som for første gang implementerede muligheden for at beskære et billede, der ikke er opnået fra en ekstra matrix placeret i søgerens optiske vej, men fra den primære [35] . For at gøre dette skiftes kameraet til en tilstand, der har fået handelsnavnet "Live View". I denne tilstand udføres synet med spejlet oppe og lukkeren åben på samme måde som i alle andre typer digitalt udstyr. Den optiske søger virker ikke i dette tilfælde, fordi den er dækket af et hævet spejl [* 1] . Lige før optagelsen lukker lukkeren og tager derefter en eller flere eksponeringer, afhængigt af den indstillede fremføringstilstand. Spejlet forbliver oppe, indtil Live View-tilstanden deaktiveres.
Tilstedeværelsen af denne tilstand giver dig mulighed for at øge bekvemmeligheden ved observation, herunder ved hjælp af et roterende display, og gør SLR-kameraet velegnet til videooptagelse. Derudover bliver endnu en fordel ved den elektroniske søger tilgængelig: fjernvisning på computerskærmen [36] . De mest moderne modeller kan vise et billede på skærmen af en ekstern smartphone forbundet via trådløse protokoller [37] . Men når tilstanden er slået til, stiger strømforbruget og matrixopvarmningen kraftigt, og de fleste af fordelene ved en optisk søger frem for en elektronisk søger går tabt, primært faseautofokus. I de første enheder, for eksempel Canon EOS 5D Mark II , var det slet ikke muligt, da autofokustilstanden var slået til, for når spejlet blev hævet, nåede lyset ikke sensoren. I efterfølgende modeller blev denne ulempe elimineret ved brug af kontrastautofokus, men dens hastighed er meget lavere end fase 1, som fungerer i standardoptagetilstande. Derudover er standard TTL-eksponeringsmåleren ude af drift på grund af det faktum, at dens sensor er blokeret af et hævet spejl. I dette tilfælde aktiveres alternativ måling direkte af matrixen. I øjeblikket (2018) betragtes tilstedeværelsen af "Live View"-teknologi som obligatorisk ikke kun i spejludstyr af forbrugerkvalitet, men også i professionelt udstyr [38] .
Evnen til at bruge udskiftelige linser uden begrænsninger, tilgængeligheden af makrofotografering såvel som specielle typer optagelser gennem optiske instrumenter såsom et mikroskop , teleskop eller endoskop er de vigtigste faktorer, der bidrager til populariteten af digitale enkeltlinse-reflekskameraer, der er egnede til enhver applikation [34] .
Da designet af de fleste digitale spejlreflekskameraer er baseret på filmprototyper, bruges de samme objektiver og objektivmonteringsstandarder, idet der tages højde for beskæringsfaktoren på grund af sensorens lille størrelse . For at kompensere for den konventionelle "forlængelse" af brændvidden har hovedproducenterne udviklet nye standarder, der er kompatible med de tidligere: for eksempel lancerede Canon en ny serie af kameraer og objektiver af EF-S- standarden , baseret på Canon EF film . Den nye montering accepterer gammel standardoptik uden begrænsninger, men bagudkompatibiliteten er begrænset, især for kortkastoptik på grund af dens forkortede bagsektion [39] . Nikon DX - standarden er arrangeret på lignende måde , med undtagelse af det bagerste segment, som forblev uændret [40] . Derudover kan nye objektiver indeholde avancerede elektroniske kredsløb ( elektromagnetisk springende membran , optisk stabilisator osv.), som ikke fungerer med ældre kameraer. De fleste af disse optikker har et reduceret linsesynsfelt , designet til en lille sensor, og montering af dem på et full-frame kamera resulterer i vignettering i hjørnerne af rammen.