Hoe werkt een D-SLR?

Je staat klaar met je camera in de hand en het onderwerp in het vizier. Je drukt de ontspanknop half in zodat deze scherp gaat stellen en klikt daarna door. Klik, klak en de foto wordt weggeschreven naar het geheugenkaartje, waarna je hem kunt bekijken op het lcd-scherm. Maar wat gebeurt er eigenlijk allemaal IN de camera tijdens het fotograferen, van klik tot digitale foto?

Techniek

Voordat we stapsgewijs door de verschillende processen – van klik tot foto – lopen, nemen we eerst eens een kijkje in de camera. Hierboven zie je de voornaamste componenten die stuk voor stuk onmisbaar zijn voor een digitale spiegelreflexcamera. Je ziet bijvoorbeeld de spiegel (waarvan alleen de linkerzijde te zien is) met daaronder een kleiner spiegeltje (de sub-mirror). Doordat de hoofdspiegel gedeeltelijk licht doorlaat weerkaatst het licht dat binnenkomt via de lens op een kleiner spiegeltje richting de AF array (met de autofocuspunten) en autofocus sensor die onderin de camera zitten. Verder zie je de sensor, met daarboven een plaatje van het vibrerende mechanisme dat stofdeeltjes van de sensor schudt (die op een plakrandje worden opgevangen). Daar weer boven is de sluiterconstructie te zien, die bestaat uit een aantal lamellen die open en dicht gaan in de maat van de sluitertijd. Bij veelvuldig gebruik (van vele tienduizenden foto’s) is dit het eerste onderdeel dat defect gaat (maar wel te repareren is door een nieuwe sluiter te laten plaatsen). Helemaal onderaan zie je een printplaatje met een aantal chips. Dit is het kloppende hart van de camera, met onder andere de beeldprocessor (die nullen en enen omzet naar een plaatje in ofwel jpeg- or raw-formaat).

(beeld: Canon)

1e fase: klaar voor de start!

Voordat de camera in actie komt, begint het voorbereidende werk. Je richt de camera, zoomt in op het gewenste punt en bepaalt de compositie. Via de zoeker kijk je rechtstreeks door de lens. Dit kan doordat het beeld vanaf de spiegel naar het prismahuis reflecteert en daar uiteindelijk via twee andere spiegels bij het oog uitkomt. Daarna druk je ontspanknop half in. Zodra dit doet begint de camera met scherpstellen wordt de sluitertijd en het diafragma gekozen (op basis van lichtmeting). De camera kies het juist scherpstelpunt (of het punt dat door de fotograaf is ingesteld) en stelt acuut scherp.

Scherpstellen

Een spiegelreflex doet dat in vergelijking met compactcamera’s razendsnel. Dat is te danken aan de spiegelconstructie. De hoofdspiegel laat namelijk voor een deel licht door, wat op een klein spiegeltje er onder valt (de sub-mirror). Dit spiegeltje reflecteert het beeld naar autofocussensoren onderin de camera. Dankzij deze speciale sensoren kan een spiegelreflex razendsnel scherpstellen. Bij compactcamera’s (en in live-view modus) gebeurt het scherpstellen op basis van het beeld dat de sensor opvangt, met behulp van contrastdetectie (waarbij de scherpstelling bepaald wordt op basis van contrasten). Dat werkt een stuk langzamer.

2e fase: ontspanknop indrukken

Zodra je de ontspanknop helemaal indrukt komt de camera pas echt in actie. Het beeld dat op dat moment door de zoeker te zien is, wordt opgevangen door de sensor. Om dat mogelijk te maken klapt de spiegel omhoog, die tussen de lens en de sensor inzit. Vervolgens schuiven de lamellen van de sluiter voor de sensor weg en ‘ kijkt’  de laatstgenoemde dan recht door de lens.

Via de lamellen, die zich openen en sluiten, wordt de juiste belichting (sluitertijd) geregeld. (beeld: Canon)

 

Lamellen in de lens

Ook de lamellen van de lens treden op dat moment in werking. Terwijl de lamellen voor de sensor ervoor zorgen dat de sluitertijd exact gehaald wordt, bepalen die in de lens de lensopening en dus de scherptediepte. Stel dat je een F2.8 lens gebruikt en op F2.8 fotografeert dan doen de lamellen niets en fotografeer je met de volle lensopening (het meest lichtsterk). Gebruik je F4, F5.6 of meer, dan schuiven de lamellen in elkaar verkleinen ze de lensopening. Ze vormen een gaatje dat steeds kleiner wordt naarmate de diafragmawaarde toeneemt (zie voorbeeldfoto’s). Een kleinere lensopening leidt tot een grotere scherptediepte. Het scherptegebied wordt dan dus groter, wat handig is als je alles scherp wilt hebben (zoals bij een productfoto of landschap). Wil je juist beperkte scherptediepte (zoals bij een portret met sfeervol licht), dan is een grote lensopening gewenst.

Deze foto’s tonen de werking van de lamellen in een lens.

Links de lens op volle opening (F2.8), midden op F5.6 en rechts op F22 (minimale lensopening).

De sensor wordt blootgesteld aan het licht (oftewel belicht) met een sluitertijd die van te voren (door de camera of fotograaf) is bepaald. Zodra de spiegel opgeklapt is, regelen de lamellen van de sluiter dat de exacte sluitertijd gehaald wordt – meestal variërend van enkele seconden tot 1/8000e seconde. In een fractie van een seconde klapt de spiegel dus open en weer dicht, gaan de lamellen open en wordt de sensor belicht. Op het moment dat de spiegel opgeklapt is, is er door de zoeker niets meer te zien. Maar bij normale sluitertijden heb je daar amper last van.

Meerdere beelden per seconde

Omdat een camera dit zo razendsnel kan, is het mogelijk om meerdere foto’s per seconde vast te leggen. Het exacte aantal varieert per cameramodel, van 2 tot en met 10. Hoe meer beelden per seconde, des te meer er van de sluiter en de spiegel gevraagd wordt. Camera’s die vijf beelden per seconde of meer kunnen vastleggen, gebruiken doorgaans duurdere componenten met een langere levensduur (b.v. 150.000 opnamen of meer).

3e fase: van nullen en enen naar beeld

Op het moment dat de sensor licht heeft opgevangen, start het meest technische proces. Een sensor is opgebouwd uit miljoenen lichtgevoelige diodes, die samen de pixels vormen. Deze diodes vangen licht op. De meeste camera’s werken volgens de zogenaamde Bayer-methode (RGB). Er zijn 25 procent diodes die rood opvangen, 25 procent blauw en 50 procent groen. Op basis van interpolatie worden de tussenliggende pixels berekend (een factor drie meer) en zo ontstaat een compleet plaatje, opgebouwd uit miljoenen kleuren. In een artikel artikel zullen we uitgebreider uitleggen hoe een sensor precies werkt.

De opbouw van een RGB-foto (beeld: Wikipedia)

Buffer

De nullen en enen worden eerst tijdelijk opgeslagen in het buffergeheugen. Dit zijn supersnelle (en ook zeer kostbare) flashchips van circa 32 tot en met 512 MB. Dit buffergeheugen garandeert dat je een bepaald aantal foto’s achter elkaar kunt maken zoals door de fabrikant aangegeven (zoals bijvoorbeeld 22 JPEG’s of 8 RAW’s). Pas als de buffer vol zit, zal de camera op een lager tempo doorgaan met foto’s schieten. Je kunt pas weer op volle snelheid fotograferen wanneer een deel van de foto’s is weggeschreven op een geheugenkaart. Maar daar zit nog één stadium voor.

De foto die in de buffer terecht komt is nog helemaal ruw. Dat wil zeggen dat er nog geen enkele bewerking of compressie aan te pas is gekomen. Sterker nog, er is nog niet eens sprake van een bepaald bestandsformaat. De foto is compleet ongecomprimeerd en neemt daardoor relatief veel ruimte is beslag. Een gemiddelde 10 megapixel-foto mag dan circa 5 MB groot zijn (jpeg), ongecomprimeerd neemt hij circa 17 MB ruimte in beslag. Ter vergelijking: voor een raw-bestand wordt lossless compressie gebruikt (waarbij dus sprake is van compressie, maar zonder kwaliteitsverlies – zoals een ZIP-bestand), waardoor het totaal op ongeveer 10 MB zal uitkomen. Reken voor raw grofweg een MB per megapixel (wat mede afhankelijk is van de concrete beeldinformatie), Een 21 megapixel-foto wordt gemiddeld 25 MB (raw) of 7 MB (jpeg).

Het ruwe bestand moet door de camera gecomprimeerd worden, wat een taak is van de beeldprocessor. Maar nog voor de compressie (op basis van ofwel raw of jpeg) wordt toegepast worden er bepaalde bewerkingen uitgevoerd. Denk dan aan het verkleinen van de foto (indien een lagere resolutie is gekozen), evenals het toepassen van verscherping en kleurverzadiging. Ook moderne instellingen als een hoger dynamisch bereik (zoals Nikon’s D-Lightning of Canon’s ‘Lichte tonen prioriteit’) en een bepaalde kleurstelling (zoals zwart-wit of sepia) worden in dit stadium verwerkt. Daarna is de foto klaar om te worden weggeschreven.

4e fase: wegschrijven

Na alle bewerkingen door de beeldprocessor is de foto klaar om te worden weggeschreven op de geheugenkaart. De snelheid van het wegschrijven is grotendeel afhankelijk van de geheugenkaart. Hoe sneller het kaartje, des te sneller de buffer ook weer leeg is (waardoor je dus weer eerder verder kunt fotograferen). Maar of het ook loont om het allersnelste kaartje te kopen, is voor een sterk deel afhankelijk van je camera. Geen enkele camera haalt de maximale schrijfsnelheid (zoals 30 MB/s voor SD 150x en 50 MB/s voor CF 333x). Een snel kaartje leidt wel tot snellere schrijfsnelheden dan een langzame, maar of het verschil in prijs daar ook tegenop weegt is sterk afhankelijk van het model (en of deze bijvoorbeeld ook ondersteuning biedt voor UDMA CompactFlash).

5e fase: terugkijken

De laatste fase is het meest concreet. De foto is dan weggeschreven en je ziet deze verschijnen op het lcd-scherm. Je kunt controleren of de compositie naar wens is en inzoomen om te kijken of de scherpte en scherptediepte klopt. Let ook op het histogram. Niet geheel tevreden? Dan kun je de foto natuurlijk gewoon verwijderen en een nieuwe maken. Het hele proces begint dan weer van voren af aan.

(beeld: Canon)

Basiskennis: Witbalans

De meest gebruikte standen zijn:

  • Automatische witbalans
  • Daglicht (zonnig)
  • Daglicht (bewolkt)
  • Gloeilamp (tungsten)
  • TL-licht
  • Flitslicht
  • Handmatig (grijskaart)
  • Kelvin (kleurtemperatuur in graden Kelvin)

Dat het menselijk oog anders werkt dan een digitale camera blijkt al snel als foto’s te groen, blauw of geel uit de camera komen. Witbalans is het toverwoord en is op iedere camera in te stellen. Maar wat is witbalans nu precies en hoe kun je er het beste mee omgaan?

Lichtbronnen stralen verschillende kleuren uit. Zo is het licht van een gloeilamp geel en dat van een tl-lamp blauwgroenig. Ook het licht van de zon is gedurende de dag anders van kleur, variërend blauw bij bewolking, tot oranje bij zonsondergang. Het menselijk oog kan prima overweg met deze verschillende kleurtemperaturen, maar een camera is daar niet zo goed in. De automatische witbalans functioneert bij daglicht meestal nog wel redelijk goed, maar met kunstlicht heeft een digitale camera vaak moeite. Dat komt doordat de camera op zoek gaat naar iets wits, als referentie voor de juiste kleurtemperatuur. Is er niets wits, of is dit verkleurd door kunstlicht dan raakt de automatische witbalans de kluts kwijt. Het gevolg is een kleurzweem over de foto’s, waardoor ze ofwel te koel of te warm overkomen. Je kunt een kleurzweem voorkomen door van te voren de juiste witbalans te kiezen. Je bent zelf beter in staat om in te schatten wat voor lichtbronnen er in de ruimte waar je fotografeert aanwezig zijn en kunt dit vervolgens doorgeven aan de camera.

De linkerfoto is gemaakt in de automatische stand. De camera herkent de gloeilamp niet en produceert een oranje foto (die lastig te corrigeren is). De rechterfoto is gemaakt met de handmatig ingestelde correcte witbalans (gloeilamp).

Je kunt hier dus uit opmaken dat de camera de kleurtemperatuur corrigeert als je de witbalans instelt. Fotografeer je binnenshuis met het licht van een gloeilamp, dan houdt de camera er rekening mee dat er geen wit referentievlak is en neemt in plaats daarvan iets geels. In de praktijk wordt de kleurtemperatuur dan koeler (lees: blauwer) vastgelegd, om het warme licht van de gloeilamp te compenseren. Hoewel het voor de beeldkwaliteit optimaal is om de camera goed te hebben ingesteld, kun je een verkeerde witbalans achteraf nog redelijk herstellen met beeldbewerkingssoftware. Wil je warmere kleuren, dan verminder je het blauw en verhoog je de kleuren rood en geel. Is het beeld juist te warm, dan doe je het omgekeerde. In Photoshop Elements doe je dat via het menu Verbeteren, Kleur aanpassen, Kleurvariaties en in Paint Shop Pro via het menu Kleuren en dan Aanpassen, Rood-Geel-Blauw. Als je fotografeert in het RAW-formaat hoef je je niet echt druk over te maken, want dan kun je de witbalans zonder enig probleem ook achteraf instellen.

De linkerfoto oogt koel door de blauwe tint. Een incorrecte witbalans is de oorzaak. Met de witbalans op ‘zonnig’ worden de kleuren correct weergegeven.

Een nachtopname met kunstlicht kan complex zijn wanneer er verschillende lichtbronnen gebruikt worden (in dit geval geel en wit licht). Als de foto in het raw-formaat is gemaakt, kan dit probleem achteraf eenvoudig opgelost worden door de kleurtemperatuur te wijziging in beeldbewerkingssoftware.

Soorten flashgeheugen

SD, SDHC, SDXC

Er zijn drie SD-versies die allemaal ‘SD-kaartjes’  worden genoemd, maar wat betreft specificaties verschillend zijn – met name door een capaciteitslimiet:

SD                  16 MB – 2 GB

SDHC             4 – 32 GB

SDXC             64 – 2048 GB (2 TB)

Hoewel SD kaarten onderling compatibel zijn, zijn er wel verschillen. Eén van de verschillen is de capaciteit. Het oorspronkelijke SD-geheugen was gelimiteerd tot een opslag van 2 GB aan data. Dat leek lange tijd voldoende, tot de grens in zicht kwam. Toen kwam er een vervolgspecificatie genaamd SDHC die de grens oprekte tot 32 GB. Toen ook die grens werd bereikt, verscheen SDXC dat capaciteiten van 64 GB tot en met 2 TB biedt. De nieuwe generatie kaarten zijn zogenaamd ‘terugwaards compatibel’. Nieuwe camera’s die geschikt zijn voor SDXC kunnen ook oude kaartjes slikken. Andersom is dat echter niet het geval. Het kan dus zijn dat je camera bijvoorbeeld geen SDXC ondersteunt (en dus maximaal 32 GB capaciteit aan kan).

SD video- en snelheidsaanduiding

Een ander verschil tussen geheugenkaartjes is de schrijfsnelheid van het geheugen. De snelheid van een kaartje bepaalt hoe lang het duurt voordat de foto’s vanuit de buffer van de camera op de kaart worden weggeschreven. Hoe sneller dit gebeurt, hoe sneller de buffer weer leeg is hoe meer foto’s je snel achter elkaar kunt maken. Dit is van groot belang wanneer je bezig bent met actiefotografie waarbij je met drie beelden per seconde (of sneller) foto’s maakt. Ook telt snelheid zwaar wanneer je in raw fotografeert, omdat de bestandsomvang hiervan een stuk groter is. Er zijn momenteel twee verschillende manieren om de snelheid aan te geven. Eén daarvan is de zogenoemde klasse (aangegeven als ‘class’). Deze vermeldt de minimale snelheid, uitgedruk in MB. Class 10 betekent dus een schrijfsnelheid van 10 MB per seconde. Een nieuwe snelheidsaanduiding is de hoofdletter ‘I’ op een kaartje. Deze letter geeft aan dat het kaartje compatibel is met de zogenoemde UHS-I standaard, welke snelheden kan behalen tot en met 104 MB per seconde. Dat is ruim vier keer zo snel als de voorgaande generatie SD-kaarten (die niet verder kwamen dan 25 MB/s). Ietwat verwarrend is een logo met een 1 (wat er lijkt op een I), welke aan moet geven dat een kaartje snel genoeg is voor het opnemen van HD-video. Er zijn dus drie mogelijkheden: kaartjes met alleen een I, alleen een 1 of zowel een I als een 1. De nieuwe aanduidingen kunnen zowel voor SDHC- als SDXC-kaarten gebruikt worden.

CompactFlash

CompactFlash (CF) zag in 1994 het levenslicht en was de eerste echte flashgeheugenkaart voor gebruik in consumentenelektronica. Dit type kaart is nog steeds populair, maar sinds de komst van ultracompacte camera’s wordt steeds vaker gebruikgemaakt van fysiek kleiner geheugen, zoals SD. CompactFlash wordt momenteel vooral nog gebruik in (semi-)professionele spiegelreflexcamera’s. De kaarten zijn robuust, kunnen tegen een stootje en zijn niet priegelig klein. Daarnaast is de capaciteit van CF-kaarten het grootst (meer dan 100 GB) in vergelijking met andere standaarden en is de schrijf- en leessnelheid bijzonder hoog (UDMA 600x, oftewel circa 100 MB per seconde). Daarmee is de limiet van de schrijfsnelheid al bijna gehaald. Er wordt gewerkt aan snellere kaarten, maar tegelijkertijd staat er ook al een opvolger klaar; CFast.

CFast

Een nieuw type geheugenkaart dat is aangekondigd door de CompactFlash Association heet CFast. Dit moet de opvolger van CompactFlash-geheugen worden. De nieuwe standaard gebruikt een Serial-ATA-interface, die ook door moderne harde schijven gebruikt wordt. De nieuwe standaard maakt beduidend hogere lees- en schrijfsnelheden mogelijk: tot wel 375 MB per seconde (CompactFlash-kaarten halen momenteel maximaal 100 MB/s). Op het moment van schrijven zijn er nog geen camera’s die gebruikmaken van de nieuwe standaard, maar een aantal fabrikanten (waaronder Transcend en Pretec) hebben al wel de beschikbaarheid va kaartjes aangekondigd.