Kamera

Kamera on kuvien tallentamiseen käytettävä laite. Sana itsessään on peräisin latinasta, "camera obscura" – pimeä huone, joka oli varhainen mekanismi kuvien heijastamiseen, jossa koko huone toimi samantapaisesti kuin nykyaikainen kamera, paitsi että kuvaa ei voitu tallentaa.
Historia.
"Camera obscura" oli alun perin pimennetty huone, jonka seinässä oli reikä. Reiästä tuleva valo ja heijasti vastakkaiseen seinään ylösalaisen kuvan ulkopuolisesta maailmasta. Kuvan tarkkuus riippui reiän koosta ja vastakkaisen seinän etäisyydestä reiästä. Tämä optinen ilmiö tunnettiin jo ennen ajanlaskun alkua.
1500-luvulla taiteilijat hyödynsivät ilmiötä apuvälineenä. Heijastus koetettiin tallettaa piirtämällä tai maalaamalla se suoraan heijastuksen vastaanottavalle pinnalle. Kuvasta tuli kirkkaampi ja entistä käyttökelpoisempi, kun 1600-luvulla reiän paikalle keksittiin asentaa lasista hiottu linssi. Camera obscurasta alettiin rakentaa kannettavia versioita, joissa ei enää tarvinnut mennä ”cameran” sisään. Linssien ja peilien avulla kuvaa voitiin tarkentaa, siirtää ja kääntää, niin että se voitiin piirtää läpi suoraan kameralaatikon pinnalla olevalta lasilevyltä. 1700-luvulla camera obscura oli niin kehittynyt, että monet taiteilijat käyttivät sitä säännöllisesti apukeinona näkymien ja henkilöiden ”ikuistamiseen”.
1700-luvun alkupuolella saksalainen tiedemies Johann Heinrich Schulze huomasi kokeita tehdessään, että tietyt hopeayhdisteet muuttuvat valolle altistuessaan. Schulzen havaitsemaa ilmiötä ei kuitenkaan tuolloin osattu ajatuksellisesti yhdistää camera obscuraan. Ensimmäinen, joka kokeili camera obscuran piirtämän kuvan tallentamista Schulzen havaitsemaa ilmiötä hyödyntäen, oli englantilainen kemisti Thomas Wedgwood. Wedgwood sai tallennettua kuvia tekniikalla, mutta kuvia saattoi katsella vain hämärässä, koska päivänvalo tuhosi ne.
Vuonna 1816 ranskalainen keksijä Joseph Nicéphore Niépce ryhtyi tekemään kokeita valoherkillä materiaaleilla ja camera obscuralla. Niépcen ensimmäiset kokeilut epäonnistuivat, koska hänen kuvansa haalistuivat valossa. Vuonna 1826 Niépcen ottama valokuva on säilynyt tähän päivään saakka, ja sitä pidetään maailman ensimmäisenä onnistuneena valokuvana. Niépce otti kuvan ikkunasta Le Grasissa käyttäen camera obscuraa ja öljykäsiteltyä, bitumilla pinnoitettua tinalevyä. Kun levy huuhdeltiin laventeliöljyllä, auringonvalosta kovettunut osa, itse kuva, jäi jäljelle. Kuvan valottaminen kesti kahdeksan tuntia, minkä vuoksi aurinko paistaa kuvassa molemmista suunnista. Niépcen kehittämä menetelmä valokuvan luomiseksi on nimeltään heliografia. Hän kehitti keksintöään taiteilija Louis Daguerren kanssa kuolemaansa 1833 saakka.
Louis Daguerre kehitteli Niépcen tutkimusten pohjalta menetelmän nimeltä dagerrotypia. Daguerren käyttämä valoherkkä hopeapinnoitteinen levy oli aikaisempia materiaaleja nopeampi valottumaan. Dagerrotypiassa kuva kehitetään elohopeahöyryllä ja kiinnitetään suolaliuoksella. Dagerrotypiakuvat ovat kosketusherkkiä, minkä vuoksi ne säilötään yleensä lasikantiseen koteloon, joka on täytetty suojakaasulla hapettumisen estämiseksi. Vaikka Daguerren menetelmä mahdollisti aiempaa nopeammat valotusajat, kuvauskohteen täytyi yhä pysyä liikkumatta useita minuutteja. Ranskan tiedeakatemia osti oikeudet keksintöön ja vapautti sen koko maailman käyttöön. Sopimuksen mukaan Louis Daguerre ja Niépcen poika saivat palkkioikseen valtioneläkkeet. Daguerren keksintö levisi nopeasti ympäri maailmaa, etenkin Manner-Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Japanissa dagerrotyyppejä tuotettiin runsaasti.
Henrik Cajander otti Suomen ensimmäisen dagerrotyypin vuonna 1842 Turussa. 1850-luvulla Suomen kaikissa suurimmissa kaupungeissa toimi ammattivalokuvaajia. Suomessa kansallismaisemat, sekä muotokuvat olivat erityisen suosittu valokuvan aihe 1800-luvulla.
Samanaikaisesti Daguerren kanssa omaa valokuvauksen tekniikkaa kehitteli brittiläinen William Henry Fox Talbot. Merkittävin uutuus tekniikassa oli se, että se tuotti sävyjen suhteen käänteisen kuvan eli negatiivikuvan, josta voitiin vedostaa lopullisia positiivikuvia, kalotyyppejä. 1850-luvulla Frederick Scott Archer kehitteli eteenpäin Talbotin tekniikkaa. Archerin negatiivi oli paperin sijaan lasia, jonka päälle valettiin valoherkkää emulsiota. Lasi mahdollisti entistä tarkempien kuvien ottamisen. Lasilevyä käyttävistä valokuvaustekniikoista tuli pian dagerrotypiaa suositumpia. Vuonna 1872 esitellyt kuivalevyt helpottivat entisestään kuvausprosessia. Lasilevyille otettiin kuvia yleisesti toiseen maailmansotaan asti, vaikka markkinoille tuli pian uusi keksintö, valoherkkä filmi.
Vuonna 1888 Kodak toi markkinoille rullafilmin ja sille sopivan kameran nimellä "Kodak no.1". Varsinainen markkinamenestyjä oli Kodakin lapsille tarkoitettu Kodak Brownie-laatikkokamera. Kamerassa ei ollut säätöjä ja filmin taustalla oli suojapaperi, jonka vuoksi filmi voitiin vaihtaa valossa.
Kameran rakenne ja toiminta.
Jokainen kamera on periaatteessa "camera obscura" eli pimeä huone. Kamera on valotiivis kotelo, jonka seinämässä on objektiivin ja sulkimen peittämä aukko. Kuvatessa valo pääsee sisään ja vastapäiselle seinämälle piirtyy kuva kuvauksen kohteesta. Jotta kuva onnistuisi, valonherkän materiaalin tai kuvakennon pitää valottua oikein. Valotusta säädellään suljinajalla, objektiivin himmentimellä ("aukolla") ja valonherkän materiaalin tai kennon herkkyysasetuksella. Aiemmin valokuvaajan piti manuaalisesti laskea oikea aukko-aika-arvo herkkyyden mukaan. Nykyään valotusta säädellään mikroprosessorilla.
Etsin.
Etsin on kamerassa oleva pieni aukko jota vasten silmä pannaan kuvan rajaamista ja kameran suuntaamista varten. Etsin voi olla muusta optiikasta erillinen optinen tähtäin tai se voi näyttää kuvaa joka tulee varsinaisen kuvausoptiikan läpi. Useissa digitaalisissa kameroissa (ks. peilittömät järjestelmäkamerat) on elektroninen etsin, jonka kuva muodostetaan sähköisesti kameran kennon tuottaman kuvan pohjalta.
Suljin.
"Suljin" on mekaaninen osa, joka säätelee valon pääsyä filmille tai valoherkälle kennolle. Ensimmäisissä kameroissa sulkimen virkaa hoiti objektiivinsuojus, jonka valokuvaaja otti käsin pois valotuksen alussa ja laittoi takaisin valotuksen lopussa. Nykyisissä kameroissa on joko keskussuljin tai verhosuljin. 
Keskussulkimessa on metallilevyjä objektiivin himmennintasossa (eli linssien välissä). Sulkimen auetessa nämä siirtyvät valon edestä pois. Yleensä suljin koostuu joukosta lamelleja, jotka siirtyvät säteittäisesti ulospäin optisesta akselista. Keskussulkimen lyhin valotusaika on tyypillisesti 1/500 s ja suurin etu muihin suljintyyppeihin se, että salamatäsmäys toimii kaikilla valotusajoilla. Studiokamerat on tästä syystä varustettu lähes aina keskussulkimella. Keskussuljin on rakennettava jokaiseen objektiiviin erikseen, mikä tietysti aiheuttaa kustannuksia.
Verhosulkimessa valotuksen määrää filmi- tai kuvastason edessä kulkeva rako. Rako muodostetaan kahden verhon väliin (verho voi olla metallia tai kangasta). Raon suuruutta muuttamalla voidaan valotusaikaa säätää. Yleensä verhon liikkumisnopeus on vakio. Pitkät ajat muodostetaan siirtämällä ensimmäinen verho auki, odottamalla tarvittava aika ja lopettamalla valotus siirtämällä toinen verho kuvastason eteen. Jos verhon liikkumisnopeus kuvatason editse on 1/100 s, niin valotusaika 1/125 s muodostetaan avaamalla verho 80 %:n leveydeltä. Valotusaika 1/1000 s muodostetaan avaamalla verho 10 %:n leveydeltä eli kinofilmillä raon suuruus on 3,6 mm, jos verho liikkuu vaakasuuntaan, ja 2,4 mm, jos verho liikkuu pystysuuntaan. Pystysuuntaan liike on lyhyempi kuin vaakasuuntaan, joten verhon kulkuaika voidaan tehdä vaakasuuntaa lyhyemmäksi. Lyhyin salamatäsmäysaika on verhon liikeaika kuvaksen ohi, koska salaman leimahdushetkellä sulkimen on oltava kokonaan auki.
Lyhyintä valotusaikaa rajoittaa se, kuinka kapeaksi verhojen väli voidaan tehdä säilyttämällä kuitenkin tarpeellinen tarkkuus. Tyypillisesti verhosulkimen lyhyin valotusaika on 1/4000 s, mutta markkinoilla on nopeamminkin toimivia sulkimia.
Verhosulkimen suurin etu on, että kuvataso voidaan peittää objektiivin vaihdon ajaksi. Tästä syystä verhosuljin on lähes kaikissa pienkoon järjestelmäkameroissa. Verhosulkimen suurin haitta on se, että lyhyin salamatäsmäysaika on luokkaa 1/250 s tai pidempi.
Kuvaa otettaessa suljin aukeaa kuvaajan tai kameran automatiikan määräämäksi ajaksi ja kokoisena. Kun himmentimen aukko säätelee filmin saamaa valon määrää valotuksen aikana, niin suljinaika säätelee aikaa jona valo pääsee filmille. Esimerkiksi pimeissä olosuhteissa sulkimen nopeuden pitäisi olla hitaampi tai aukon suurempi, jotta filmi kykenisi tallentamaan tilanteen vähäisen valon.
Objektiivi.
Kameran objektiivi piirtää kuvan halutun kokoisena ja terävänä valoherkälle pinnalle (filmi tai valokenno). Nykyaikaisissa kameroissa kiinteäpolttovälinen objektiivi on usein korvattu vaihtuvapolttovälisellä zoom-objektiivilla, jolla polttoväli ja kohteen kuvautuminen voidaan säätää sopivaksi liikkumatta lähemmäs kohdetta tai kohteesta poispäin.
Objektiivi koostuu yleensä useiden linssien muodostamista linssiryhmistä. Linssiryhmään kuuluu sekä kuperia että koveria linssejä, ja erilaisten linssien tarkoituksena on kumota toistensa kuvaan aiheuttamia virheitä. Koska eri värit eli valon eri aallonpituudet tarkentuvat hieman eri tasolle, tarvitaan ryhmä linssejä, joiden avulla eri aallonpituudet saadaan tarkentumaan samalle tasolle (polttotasolle). Muuten tuloksena olisi epäterävä kuva, jossa eri värit eivät osuisi samalle kohdalle.
Järjestelmäkameroihin on saatavilla paljon erilaisia objektiiveja eri polttoväleillä ja valovoimakkuuksilla varustettuna. Objektiivi voi olla myös zoom-objektiivi, jolloin polttoväliä pystyy säätämään kuvauskohteen mukaan. Niin sanotuissa hybridikameroissa eli puolijärjestelmäkameroissa on yleensä melko pitkällä polttovälillä varustettu kiinteä objektiivi. Kompaktikameroiden polttoväli on huomattavasti lyhyempi.
Normaaliobjektiivin polttoväli vastaa suunnilleen filmiruudun tai kennon lävistäjän mittaa. Esimerkiksi 35 mm kinofilmikamerassa normaaliobjektiivin polttoväli on noin 50 mm. Tätä pienemmällä polttovälillä varustettuja objektiiveja kutsutaan laajakulmaobjektiiveiksi ja suuremmalla polttovälillä varustettuja objektiiveja teleobjektiiveiksi. Laajakulmaobjektiivia käytetään kuvattaessa laajoja näkymiä tai esimerkiksi ahtaissa sisätiloissa. Kauko-objektiivi saadaan lähikuvia kaukana sijaitsevista kohteista.
Himmennin.
"Himmennin" on objektiivin yhteyteen rakennettu, läpimitaltaan yleensä säädettävä aukko, jonka kautta valon on kuljettava. Himmentimen aukon kokoa muuttamalla voidaan säätää filmille tai kuvakennolle pääsevän valon määrää. Himmentimen aukon suhteellinen koko vaikuttaa myös syvyysterävyyteen niin, että pienemmällä aukolla saavutetaan suurempi syvyysterävyysalue.
Himmentimen aukon koko ilmaistaan yleensä suhdelukuna, joka ilmaisee aukon halkaisijan suhteessa objektiivin polttoväliin. Esimerkiksi himmentimen arvolla 2.8 aukon halkaisija on 1/2,8 polttovälistä. Aukon todellisen läpimitan kasvaessa sen numeroarvo siis pienenee: aukko 2 päästää lävitseen enemmän valoa kuin aukko 16.
Erilaisia kameroita.
Analogiset kamerat tallentavat valon valokuvafilmille. Video- ja digitaalikamerat käyttävät elektroniikkaa, yleensä CCD-kennoa, kaappaamaan kuvia, jotka voidaan myöhemmin siirtää esimerkiksi tietokoneelle.
Kameroita, jotka tallentavat useita kuvia sarjana, kutsutaan elokuvakameroiksi, yksittäisille kuville suunniteltuja kutsutaan still-kameroiksi. Näiden kategorioiden rajat kuitenkin hämärtyvät, kun tavallisilla kameroilla otettuja otoksia käytetään liikkeen kuvaamiseen erikoistehostetyössä. Nykyaikaiset digitaalikamerat pystyvät usein tekemään pienen vaihdoksen yksittäiskuva- ja elokuvatilojen välillä.