Dnes už sú digitálne fotografie úplnou samozrejmosťou. Ale bolo to tak vždy? Čo sa deje na pozadí šošovky a čomu vďačíme, že digitálne fotky fungujú?
Natrafili sme na super knihu. Volá sa Raňajky s Einsteinom a napísal ju Chad Orzel, profesor na Union College v New Yorku. Je autorom troch predošlých kníh, v ktorých vysvetľuje bežným ľuďom vedu a najmä fyziku. Nie je to hocijaký týpek, venuje sa vedeckému mysleniu v každodennom živote. Píše blogy o vede na vlastnej webovej stránke scienceblogs.com a nesmierne nás inšpiruje, s akou ľahkosťou vie podať aj zložité veci.
Digitálne fotografie
Dostupnosť digitálnej fotografie sa dosiahla najmä masívnym rozšírením kamier v mobilných telefónoch. Má to revolučný dosah na náš každodenný život. Dnes je bežné, že existujú firmy, ktoré sa zaoberajú uskladňovaním fotiek, albumov a ich spracovaním. Okrem bežného fotenia vznikol aj kult selfie a to sa rozšírilo ešte viac do celého sveta. Ľahká dostupnosť foťákov a kamier zapríčinila obrovské interakcie medzi verejnosťou a autorom fotky. Dnes všetko zachytíme foťákom a ani sa nezamyslíme, ako to celé funguje.
Vedecký základ
Senzor telefónu, ktorý používate na fotenie zvierat, ľudí, jedla či prírody a postujete ich na sociálnych sieťach, je založený na kvantovej mechanike a časticovej povahe svetla. Preto je naozaj vtipné, že objav podstaty tejto úžasnej technológie bol v skutočnosti len vedľajším produktom experimentu, ktorý dokazoval vlnovú povahu svetla. Toto má na svedomí nemecký fyzik Heinrich Herz, ktorý sa teóriou vlnenia detailne zaoberal. Pre Herza nemal objav fotoelektrického javu žiaden väčší význam. Bola to len zaujímavosť, ktorou sa chcel zaoberať popri tom, ako demonštroval vlnovú povahu svetla.
Náhodný objav
Herzov náhodný objav fotoelektrického javu pritiahol pozornosť mnohých fyzikov, ktorí skúmali frekvenciu svetla a dvojitú povahu svetla. Myšlienka fotónov je príliš bizarná. V skutočnosti je však kľúčová pre takmer všetky technológie, ktoré premieňajú svetlo na elektrický signál.
Každý pixel v senzoroch digitálneho fotoaparátu pozostáva z maličkých materiálov, ktoré sú vystavené svetlu. Keď sa uzávierka fotoaparátu otvorí, aby sme mohli niečo odfotiť, všetky častice v danom pixeli sa zozbierajú a vytvoria napätie, ktoré dopadne cez svetlo na druhý pixel. Vyprodukuje sa obraz.
Senzory farieb sú vyrobené zo siete červených, zelených a modrých filtrov umiestnenej na radoch pixelov, pričom každý pixel zachytáva svetlo jedinej farby. Konečný obrázok vzniká tak, že napätie z pixelov rôznych farieb sa skombninuje. Digitálne kamery môžu zachytávať len 3 farby, tento spôsob sa veľmi podobá na to, ako naše oko spracúva to, čo vidí a určuje mu farbu.
Ako pracuje oko
Keď fotón dpadne na bunku v sietnici , spustí sa chemická reakcia. Vyšle sa signál do mozgu, ktorý ho informuje, že táto konkrétna bunka zachytila svetlo. Najcitlivejšie sú na vlnovú dĺžku modrá, zelená a červená. Mozog odvodzuje farbu podľa aktivity týchto buniek a to nasledovne:
- Červené svetlo spúšťa receptory najdlhších vlnových dĺžok
- Modré najkratších
- Zelené svetlo spúšťa všetky tri receptory.
Televízia a monitory používajú zmes týchto troch farieb. Miešajú sa a dávajú nám predstavu o tom, že vidíme bohatú škálu rôznych farieb. Vidíme však len 3. Ide o milisekundy, kedy oko zachytáva tieto informácie.
Proces svetla
Hoci na proces zachytávania svetla a farieb je potrebný len 1 fotón, senzor digitálneho fotoaparátu nie je citlivý len na 1 jediný fotón. Proces, ktorý umožňuje fungovanie komerčných digitálnych foťákov a kamier, má teda definitívne kvantový charakter. Tento proces môžeme pochopiť len vďaka Heinrichovi Herzovi a Albertovi Einsteinovi, ktorý v roku 1905 prišiel s radikálnou teóriou, že svetlo je predsa len častica.
