Fotografický aparát

Fotografický aparát (iné názvy: fotografický prístroj, hovorovo fotoaparát, fotokamera, zriedkavo kamera, fotografická kamera, fotograf) je opticko-mechanické zariadenie slúžiace na vytváranie fotografií pomocou svetla. 
Základom fotoaparátu je uzavretá svetlotesná komora s otvorom vybaveným šošovkami, ktorý sa nazýva objektív. V momente, keď je stlačená spúšť, uzávierka sa na určitý čas otvorí a umožní svetlu vniknúť do vnútra komory. V jej vnútri sa vždy nachádza určitý druh svetlocitlivej záznamovej vrstvy (film, polovodičové snímacie prvky), na ktorú dopadajúce svetlo kreslí obraz. Miesto, kam dopadá toto svetlo sa nazýva matnica.

Uzávierka

Dôležitým prvkom fotoaparátu je uzávierka, ktorej hlavnou úlohou je brániť dopadu svetla na citlivú vrstvu vo chvíli, keď sa nefotografuje. Dĺžka otvorenia uzávierky pri expozícii má tiež vplyv na snímku. Čím dlhšie je uzávierka otvorená (tento interval sa nazýva expozičný čas), tým viac svetla dopadne na citlivú vrstvu. Súčasne ale dlhší čas expozície spôsobuje pohybovú neostrosť, ktorá vyzerá ako rozmazanie objektov v smere ich zdanlivého pohybu voči fotoaparátu. Krátky expozičný čas naopak dokáže zachytiť i veľmi rýchle deje alebo iba jeden krátky okamih. Za najdlhší expozičný čas umožňujúci odfotografovať nepohnuté snímky z ruky sa považuje recipročná hodnota ohniskovej vzdialenosti použitého objektívu. Pri bežnom objektíve s ohniskom 50 mm je tento čas 1/50 sekundy, no tento čas je už kritický, pretože pri ňom môže dôjsť k viditeľnej neostrosti i v dôsledku nepatrného pohybu fotografa.

Clona a ohnisková vzdialenosť

Otvor pre vstup svetla do tmavej komory fotoaparátu je v dnes bežne vyrábaných fotoaparátoch vybavený irisovou clonou, umožňujúcou meniť jeho priemer a tým ovplyvňovať množstvo vnikajúceho svetla. Následkom týchto zmien je možné manipulovať s výslednou svetlosťou fotografovanej scény.
Medzi dôležité parametre fotoaparátov patrí tiež ohnisková vzdialenosť a svetelnosť. Od ohniskovej vzdialenosti závisí, aký veľký sa z určitej vzdialenosti premietne výsledný obraz na matnicu, a teda aj to aký veľký bude na výslednej fotografii. Svetelnosť objektívu informuje o množstve svetla, ktoré je prepustené na matnicu pri plnom otvorení clony.

Expozícia

Základný princíp fotoaparátu, ktorý ho odlišuje od camery obscury je, že obraz je určitým spôsobom zaznamenaný. Presné množstvo svetla, ktoré je potrebné na zachytenie obrazu je závislé od veľkosti otvoru clony a expozičného času. Aby bol výsledný obraz optimálne osvetlený, je potrebné presné množstvo svetla. Čím je viac clona uzavretá, tým cez otvor preniká menej svetla a svetlocitlivú vrstvu je následne potrebné osvetľovať dlhšie. Naopak zväčšenie tohto otvoru skracuje potrebný čas osvetlenia. Súčasné fotoaparáty buď vyhodnocujú mieru osvetlenia a sami nastavujú optimálnu hodnotu parametrov clony a expozičného času, alebo majú pevnú clonu a korigujú iba čas expozície. Zariadenie, ktoré meria a vyhodnocuje množstvo svetla na fotografovanej scéne sa nazýva expozimeter. Moderné fotoaparáty majú expozimeter zväčša priamo zabudovaný vo vnútri.
Teoreticky je výsledný obraz závislý od vhodnej kombinácie veľkosti clony a expozičného času. To znamená, že tento výsledok má byť konštantný za akýchkoľvek svetelných podmienok, ak je vzhľadom na množstvo dopadajúceho svetla zvolený správny expozičný čas. To však platí v širokom rozmedzí expozičných časov iba pri čiernobielej fotografii. Pri svetlocitlivom materiáli, ktorý reaguje na široké spektrum farieb, spôsobuje dlhá expozícia farebný posun. To je do určitej miery možné kompenzovať použitím vhodných fotografických filtrov alebo vhodného fotografického materiálu. Pri digitálnej fotografii je možné farebný posun dodatočne ošetriť pomocou softvéru.

Citlivosť, rozlišovacia schopnosť a šum

Jedným z technických predpokladov dobrej fotografie je správna expozícia. Tá je v praxi podmienená správnym nastavením clony a expozičného času, ktoré však musia zodpovedať citlivosti svetlocitlivej vrstvy, na ktorú sa fotografuje. Citlivosť je vo všeobecnosti nepriamo úmerná expozícii, teda čím je citlivosť fotografického materiálu väčšia, tým menší čas a väčšiu clonu je potrebné použiť. Citlivý fotografický materiál je potrebný pre fotografovanie za zlých svetelných podmienok a najmä v noci. Citlivosť sa vyjadruje v štandardizovaných jednotkách, zväčša stupňoch, ktoré rastú logaritmicky. Medzi najčastejšie používané jednotky vyjadrujúce mieru citlivosti fotografického materiálu patrila československá stupnica ČSN, ktorá bola zhodná s DIN. Alebo sovietska GOST zhodná s medzinárodnou ASA, ktorá je dnes známa ako štandard ISO.
Rozlišovacia schopnosť fotografického materiálu, je schopnosť zachytiť čo najmenšie podrobnosti a detaily za optimálnych podmienok. Kým v ére počítačov a digitálnej fotografie sa zvykne označovať počtom pixelov, čiže najmenších obrazových bodov, pri klasickej fotografii vyjadruje množstvo čiar viditeľných na 1 mm² diapozitívu alebo negatívu pomocou mikroskopu. 
Zatiaľ čo sa zrnitosť pri klasickej fotografii bežne prejavovala iba pri veľkých zväčšeninách alebo nekvalitnom fotografickom materiáli, moderná digitálna fotografia s kremíkovými snímacími senzormi CCD, CMOS či Foveon X3 je podstatne menej dokonalá. Táto nedokonalosť sa prejavuje ako elektronický šum – drobné odchýlky nameraných hodnôt v jednotlivých snímacích prvkoch oproti skutočnosti. Šum rastie so zníženou mierou osvetlenia. Má naň však vplyv nielen rastúca teplota snímacích elementov, ale aj ich fyzická veľkosť. Vyššia teplota ovplyvňuje štruktúru kremíkových snímacích elementov a tým aj nimi namerané hodnoty, takže s rastúcou teplotou sa chyby tvoriace šum vyskytujú častejšie. Fyzická veľkosť jednotlivých najmenších snímacích prvkov polovodičových svetlocitlivých snímačov má vplyv na celkový šum pri prepočítavaní ich signálu a utváraní celkového obrazu. Preto snímacie čipy, ktorých „pixely“ sú fyzicky väčšie podávajú menej zašumený obraz ako snímacie čipy, ktorých elementy sú menšie. Súčasný vývoj digitálnych fotoaparátov speje k zmenšovaniu snímacích elementov, ktoré podávajú obraz s vyššou mierou digitálneho šumu, ale na druhej strane sú zdokonaľované aj algoritmy na jeho odstránenie.

Dynamický rozsah

Každá fotografovaná scéna má svoje najtmavšie a najjasnejšie miesto. Ak rozdiel jasu ktorýchkoľvek dvoch rôzne jasných bodov nazývame kontrast, potom rozdiel jasu najjasnejšieho a najtmavšieho bodu na scéne sa nazýva dynamický rozsah. Fotoaparát však nemožno pri nastavovaní správnej expozície scény, ktorá zahŕňa jasne osvetlené i tmavé miesta nastaviť tak, aby exponoval správne tmavé i jasné miesta. V takom prípade je dôležitá schopnosť svetlocitlivej vrstvy zaznamenať čo najväčší dynamický rozsah v čo najväčšej miere. V tom zatiaľ stále vedú pred digitálnymi aparátmi klasické fotoaparáty.

Dejiny

Prvé základy fotografie možno hľadať už v dielach Aristotela, ktorý okolo roku 350 pred Kr. opísal princíp camery obscury. Po ňom sa optickými princípmi ako aj ich praktickým použitím zaoberal v 11. storočí napríklad Abu Ali Alhazen či v 15. storočí Leonardo da Vinci. Veľký krok k prvým fotografiám boli tiež optické pokusy Isaaca Newtona a zistenia G.B. Beccaria, ktorý roku 1757 objavil citlivosť chloridu strieborného na svetlo.
Jozef Nicéphore Niépce so svojim bratom Claudiom, v roku 1793 boli prví, kto skombinovali použitie optického zariadenia – camery obscury a látok citlivých na svetlo. V roku 1816 spolu skonštruovali prvý jednoduchý fotoaparát so šošovkou a pokúšali sa o prvé fotografie. Medzitým vypracoval T.V. Grotthuss teóriu chemických reakcií na svetlo. Nicéphore Niépce 16. septembra 1824 vytvoril prvú fotografiu. O dva roky neskôr sa mu už podarilo vytvoriť stálejšiu fotografiu na bázi cínovej doštičky pokrytej vrstvou asfaltu. Tomuto procesu v tej dobe vravel heliografia. V ďalších rokoch Niépce uzavrel dohodu o spolupráci s ďalším priekopníkom fotografie Louisom Daguerreom. Daguerre v roku 1835 objavil spôsob ako možno vyvolať obraz zachytený na postriebrenej doštičke pomocou ortuťových pár. O ďalšie dva roky sa Daguerreovi podarilo tento obraz ustáliť pomocou roztoku kuchynskej soli, to bol záverečný objav, ktorý konečne umožnil vtedajšiu fotografiu prezentovať verejne. Trvalo však ešte ďalšie dva roky zdokonaľovania a poznávania, kým Doguerre a Niépceho syn svoj objav zverejnili. Citlivosť dosiek s jodidom strieborným už bola taká veľká, že bolo možné používať expozičný čas 1/70 sekundy, ten za bežných svetelných podmienok umožňuje fotografovanie aj pomalšie sa pohybujúcich predmetov. Tieto procesy však boli stále nedokonalé, obrazy boli zrkadlovo otočené, nedali sa rozmnožovať a boli náchylné na poškriabanie. Prvé fotografické prístroje sa skladali z dvoch do seba zapadajúcich debničiek, v ktorých bol pevne vmontovaný objektív. Prvý Dogguerrov objektív bol vyrobený v parížskej dielni Giroux. Iné fotoaparáty, ako napr. de Seguirov mali objektív a matnicu spojenú pomocou koženého skladacieho mechu. V tej istej dobe doplnil Charles Cehevalier k fotografickému prístroju systém šošoviek, ktorý odstraňoval farebnú chybu – tzv. achromatický objektív. Podobne ako Niépce a Grotthuss sa problematikou v tej istej dobe zaoberal nezávisle od nich William Henry Fox Talbot, ten v roku 1839 prišiel na spôsob ako získané obrázky rozmnožovať procesom negatív – pozitív. Tabot však zatiaľ zhotovoval negatívy na papier, ktorý neskôr napustil parafínom aby sa stal priehľadným. Až tento papier potom presvietil aby získal pozitívny obraz, to však spôsobovalo, že na výslednej fotografii zostala viditeľná aj štruktúra papiera negatívu, čím sa znižovala ostrosť fotografií. Tento proces sa stal známy ako talbotypia. V tomto období sa slovenský vedec pôsobiaci v Budapešti a Viedni Jozef Maximilián Pecval zaoberal optickými vlastnosťami rôznych druhov skiel a vytvoril prvý vysokosvetelný objektív s ohniskovou vzdialenosťou 149 mm a svetelnosťou 1:3.5. Tento objektív neskôr začala s úspechom predávať firma Voigtländer.
V roku 1847 Niepceho vnuk Claude Felix Abel Niépce zdokonalil talbototypiu, tak že namiesto papierového podkladu pre negatív používal sklenenú dosku, na ktorej bolo nanesené vaječné bielko s jodidom draselným. Vývojkou bola kyselina galová. Podobný proces vynašiel i Angličan F.S. Archer v roku 1857. V tej istej dobe objavil škótsky fyzik James Clerk Maxwell, že každú farbu možno získať z troch základných farieb – červenej, zelenej a modrej. Cez takto sfarbené filtre zhotovil tri diapozitívy, ktoré premietol súčasne na bielu plochu do jedného obrazu a získal tak farebný obraz.
Významným pokrokom pre fotografiu bolo použitie bromidu strieborného – na svetlo najcitlivejšej soli, s ktorým začal v roku 1871 Richard Leach Maddox. K tomuto objavu sa pripojili aj ďalšie, keď Hermann Wilhelm Vogel a viacerí ďalší vedci objavili nové organické farbivá, s pomocou ktorých sa podarilo zvýšiť farebnú citlivosť fotografického materiálu. V roku 1866 založil v meste Jena Friedrich otto Schott sklárne na výrobu optického skla. V tom istom meste už 20 rokov sídlila dielňa Carla Zeissa na výrobu objektívov. V 80. rokoch vzniklo mnoho dôležitých objavov, bola to jednak štrbinová uzávierka, ktorú v rovnakej dobe vynašli S.A. Jurkovskij a O. Anschütz ako aj elastický celuloidový materiál, ktorý si dal patentovať Hannibal Goodwin a neskôr sa začal používať ako podklad pre citlivý negatívny materiál. Ako prvá s ním prišla na trh americká firma Estman Kodak, tá roku 1888 prišla s celuloidovým filmom navinutým na cievke vo fotoaparáte, ktorý mohol na 1 film urobiť 100 snímok. Čoskoro sa začal veľký rozvoj nielen týchto nových fotografických materiálov, ktorý priniesol zlepšovanie ich vlastností, ale umožnil aj vznik kinematografie, keď v roku 1896 bratia Auguste a Louis Lumière patentovali prístroj na zachytávanie pohyblivého obrazu. Vo fotografickej chémii malo veľký význam dielo rakúskeho profesora J.M. Edera, ktorý vo Viedni založil aj odbornú školu.
Tesne pred prvou svetovou vojnou prišiel nemecký mechanik Oskar Barnack s prvým prístrojom malého formátu, ktorý začala vyrábať roku 1913 firma Leitz pod názvom Leica (Leitz Camera), išlo o prvé fotoaparáty používajúce neskôr veľmi rozšírený 35 mm film. V tomto období priekopník farebnej fotografie S.M. Prokudin-Gorskij na základe dávnejších Maxwellovych pokusov vytvoril vlastný fotoaparát, ktorý umožňoval vytvárať farebné snímky.
Koncom 20. rokov firma Franke & Heidecke priniesla na trh dvojoké zrkadlovky stredného formátu. Objavili sa tiež nové kvalitné objektívy Doppel-Plasmat, Ernostar, Kino-Plasmat, ale hlavne Sonnar a Tessar firmy Zeiss a Elmar firmy Leitz.
V roku 1935 nastal prelom vo farebnej fotografii, keď firma Kodak uviedla na trh prvý inverzný farebný film Kodachrome a o rok neskôr ďalší označený Agfacolor. Rozvoj farebného filmu sa však naplno začal až po druhej svetovej vojne.
V 70. rokoch prišla firma Polaroid s fotoaparátom pre okamžitú fotografiu Polaroid SX-70, ktorý vytvorené snímky sám vyvolával na špeciálny papier so svetlocitlivým materiálom, ustaľovačom aj vývojkou.
V druhej polovici 20. storočia začal vývoj digitálnej fotografie, najprv hlavne na vedecké účely. Prvý digitálny fotoaparát vyrobil Steven Sasson pracovník firmy Eastman Kodak. Prvú snímku aparát vyhotovil v decembri 1975. Prístroj používal svetlocitlivý snímač CCD vyvinutý firmou Fairchild Semiconductor v roku 1973. Rozlíšenie čiernobieleho obrazu bolo 0,1 megapixela. S digitálnym záznamom svetla laborovali v nasledujúcom období viaceré veľké firmy ako Sony, či Canon.
Prvým použiteľným digitálnym fotoaparátom bol Fuji DS-1P z roku 1988, ktorý zaznamenaný obraz nahrával na 16 MB pamäť, ktorá musela byť neustále napájaná elektrickým napätím. Stále sa však jednalo o veľmi drahé a komplikované prístroje. Vývoj digitálnych fotoaparátov v tej dobe urýchlil vznik štandardov JPEG a MPEG. V roku 1991 prišiel Kodak na trh s prvou digitálnou zrkadlovkou Kodak DCS-100. Mala rozlíšenie 1,3 megapixela a len samotný senzor stál v tej dobe 13 000 amerických dolárov.
Prvý digitálny fotoaparát vybavený LCD displejom na zadnej strane, pre prezeranie vyhotovených snímok bol Casio QV-10 z roku 1995. Prvý aparát, ktorý používal polovodičovú pamäť CompactFlash bol o rok starší Kodak DC-25. Výhoda digitálnej fotografie, najmä pre amatérov bola evidentná. Nebolo potrebné vyvolávať celý film, fotograf si mohol prezrieť záber ihneď po odfotení na displeji, nepodarené snímky vymazať prípadne okamžite zopakovať.
V roku 1996 sa na trhu objavila technológia Advanced Photo System (APS). Nový systém mal zjednodušiť a vylepšiť klasickú analógovú fotografiu, no vo vzrastajúcej konkurencii čoraz lepších digitálnych fotoaparátov neobstál.
V roku 2000 americká firma Foveon Inc. predstavila novinku CMOS senzor Foveon X3, ktorý je podstatne dokonalejší ako ostatné dovtedy používané snímače. Dodnes bol tento však snímač použitý hlavne v digitálnych zrkadlovkách firmy Sigma.
V roku 2002 firma Contax prišla na trh s prvým full frame digitálnym fotoaparátom Contax N Digital, ktorý mal snímač široký 35 mm.