دوربین دیجیتال
مخترع دوربین دیجیتال استیون سسون می‌باشد که در زمان اختراع این دستگاه کارمند شرکت ایستمن کداک بود و بدین ترتیب اولین دوربین دیجیتالی تاریخ، توسط این شرکت ثبت گردید. اکنون در سه قطع دوربین (دوربین قطع کوچک، دوربین قطع متوسط و دوربین قطع بزرگ) تکنولوژی دیجیتال تحولاتی ایجاد کرده به عنوان نمونه ساخت پشتی دیجیتال برای دوربین قطع متوسط که با آداپتور قابل نصب بر روی دوربین قطع بزرگ نیز می‌باشد.
در دوربین دیجیتال، تصویربرداری بر روی فیلم صورت نمی‌گیرد بلکه توسط یک حسگر حساس (دستگاه جفت‌کنندهٔ بار (CCD) یا نیم‌رسانای اکسید فلزی مکمل (CMOS)) انجام می‌پذیرد.
عملکرد
از لحاظ عملکرد کلی، دوربینهای دیجیتال بسیار شبیه به دوربینهای عکاسی دارای فیلم یا غیر دیجیتال می‌باشند. این دوربینها همانند دوربینهای معمولی دارای یک منظره یاب، لنز برای کانونی کردن تصویر بر روی یک وسیله حساس به نور، وسیله‌ای برای نگهداری و انتقال چند تصویر گرفته شده در دوربین و یک جعبه در بر گیرنده تمام این تجهیزات می‌باشد. در یک دوربین معمولی فیلم حساس به نور تصویر را ذخیره می‌سازد و بعد از عملیات شیمیایی برای نگهداری تصویر از آن استفاده می‌شود. در حالی که در دوربین دیجیتال این کار با استفاده از ترکیبی از فناوری پیشرفته سنسور (حسگر) تصویر و ذخیره در حافظه انجام می‌گیرد و اجازه می‌دهد که تصاویر در شکل دیجیتال ذخیره شوند و به سرعت بدون نیاز به عملیات خاصی (نظیر عملیات شیمیایی بر روی فیلم) در دسترس باشند.
گرچه اصول کلی این دوربینها شبیه به دوربینهای فیلمی هستند، نحوه کار داخل این دوربینها کاملاً متفاوت است. در این دوربینها تصویر توسط یک سنسور CCD یا یک CMOS گرفته می‌شود. CCD بصورت ردیفها و ستونهایی از سنسورهای نقطه‌ای نور هستند که هر چه تعداد این نقاط بیشتر و فشرده تر باشد، تصویر دارای دقت بالاتری است) هر سنسور نور را به ولتاژی متناسب با درخشندگی نور تبدیل کرده و آن را به بخش تبدیل سیگنالهای آنالوگ به دیجیتال ADC می‌فرستد که در آنجا نوسانات دریافتی از CCD به کدهای مجزای باینری (عددهای مبنای دو بصورت صفر و یک) تبدیل می‌شود. خروجی دیجیتال از ADC به یک پردازنده سیگنالهای دیجیتال DSP فرستاده می‌شود که کنتراست و جزئیات تصویر در آن تنظیم می‌شود و قبل از فرستادن تصویر به حافظه برای ذخیره تصویر، اطلاعات را به یک فایل فشرده تبدیل می‌کند. هر چه نور درخشنده‌تر باشد، ولتاژ بالاتری تولید شده و در نتیجه پیکسل‌های رایانه‌ای روشن‌تری ایجاد می‌شود. هر چه تعداد این سنسورها که به‌صورت نقطه هستند بیشتر باشد، وضوح تصویر به دست آمده بیشتر است و جزئیات بیشتری از تصویر گرفته می‌شود.
تمام این پروسه، پروسه‌ای هماهنگ با محیط زیست است. سنسورهای CCD یا CMOS در تمام مدت عمر دوربین در جای خود ثابت بوده و بدون نیاز به تعویض کار می‌کنند. ضمناً به علت عدم وجود قطعات متحرک عمر دوربین بسیار بیشتر می‌شود. سنسور CCD از میلیون‌ها سنسور نوری تشکیل شده است و حساسیت به نور آن از سنسورهای CMOS بهتر است. در عوض در سنسور CMOS مصرف انرژی کمتر بوده و مشکل Over Exposure کمتر بوجود می‌آید. دوربینهای دیجیتال در بطن کار، از دوربینهای آنالوگ پیروی می‌کنند، با این تفاوت که در این دوربینها، همان‌طور که از اسمشان نیز برداشت می‌شود، کنترل بخش‌های مختلف از جمله فوکوسر و … به صورت دیجیتالی انجام شده یا در صفحه حساس این دوربینها، سی سی دی و سی ماس، جایگزین فیلم‌های قدیمی شده است.
دریافت و ثبت تصویر در دوربینهای دیجیتال
صفحه‌های حساس در دوربینهای دیجیتال حرفه‌ای، ccd یا cmos است که مختصراً به بررسی آن می‌پردازیم. حسگرهای نوری از هزاران ردیف المان نیمه‌هادی بسیار کوچک و حساس به نور تشکیل شده‌اند که می‌توانند ذرات یا فوتون‌های نور را به بار الکتریکی تبدیل کنند. حال هر چه شدت نور ورودی بیشتر یا کمتر باشد، الکتریسیته ایجاد شده متعاقباً دست‌خوش تغییر می‌شود. جنس این صفحه‌ها اغلب از عناصری از جمله سیلیسیم و ژرمانیوم است. به طور نمونه شرکت کانن در دوربینهای SLR خود تاکنون تنها از سنسورهای CMOS استفاده کرده است، در حالی که شرکت نیکون از هر دو نوع سنسور بهره می‌گیرد. بطور کلی تفاوت کیفی زیادی بین این دو نوع سنسور وجود ندارد اما حسگرهای CMOS کم مصرف تر بوده و در شرایط کم نور و با نوردهی‌های طولانی عملکرد بهتری دارند. ضمناً از نظر فنی امکان تولید سنسورهای CCD در ابعاد فول فریم (۲۴×۳۶میلیمتر) موجود نیست.
مزیت‌های دوربینهای دیجیتال
- مخابره: شاید مهم‌ترین و اصلی‌ترین دلیل تولید دوربین دیجیتال را بتوان مخابره نامید چرا که تولید آن پس از درخواست موسسات تحقیقات فضایی از تولیدکنندگان تجهیزات عکاسی برای تصویری قابل مخابره جهت تحقیقات فضایی شکل گرفت
- هزینهٔ کمتر: به لحاظ اینکه در هر دوره عکاسی دیگر احتیاج به خرید، ظهور و چاپ فیلم نیست.
- مقدار خطای کمتر: به علت پیش نمایش بهتر عکس و نشان دادن عکس در همان زمان می‌توان در صورت مشاهدهٔ خطایی فاحش عکس را مجدادا ثبت کرد در صورتی که در عکاسی آنالوگ پس از مرحلهٔ ظهور می‌توان چنین تشخیصی داد که معمولاً دیر است
- مقدار ریسک پایین: از بین رفتن یا افت کیفیت شدید فیلم به علت زمان، حرارت، و نور دیدگی، خطای ظهور، چاپ، تاریخ فیلم و… طبیعتاً حذف شده و جای خود را از لحاظ ریسک تنها به خطاهای الکترونیکی بسیار ناچیز می‌دهد.
- نگهداری بهتر: امکان آرشیو میلیون‌ها عکس در یک فضای بسیار کم با ماندگاری بسیار طولانی‌تر
- عکس‌برداری متوالی:در دوربینهای آنالوگ به طور معمول بیشترین تعداد عکس برداری متوالی بیشتر از ۳۶ عدد (به لحاظ تعداد کاست) نمی‌شد به غیر از مواردی خاص که گاهی تا ۳۶۰ عدد اضافه می‌شد (با حجمی مزاحم) ولی با زحمتی چندین برابر برای تعویض فیلم! در صورتی که در دوربینهای جدید دیجیتال با فشار دادن دکمه شاتر می‌توان بیش از هزاران عکس را بدون توقف در یک کارت حافظه بسیار کوچک جا داد.
- گستره پویایی بیشتر از فیلم منفی
 |
 |
 |
 |
قسمتهای مختلف دوربین
چشمی یا منظره یاب
خیلی از دوربینهای کمپکت دیجیتال و آنالوگ دارای پنجره کوچکی هستند که فرد عکاس می تواند با دیدن از میان آن کادر و اجزا درون آن ، عکس خود را مشخص نماید. این پنجره کوچک که به چشمی یا منظره یاب دوربین معروف است معمولا” در کنار لنز قرار دارد. چیزی که به عنوان تصویر از درون چشمی دوربین مشاهده می کنید ، تصویری تقریبی از نظر کادر یا عکس نهایی است. اختلاف در تصویر چشمی و تصویر نهایی به خطای پارالکس معروف است.
زمانیکه مسئله کادر دقیق سوژه مهم باشد، مثل عکاسی کلوزآپ، صفحه LCD دوربین دیجیتال کمک بزرگی در این مسئله است ، چرا که گیرنده نوری دقیقا” آن چیزی را که می بینید، عکس خواهد گرفت.
شما می توانید منطقه فوکوس را با نشانه گرفتن دوربین به طرف سوژه طوری انجام دهید که مستطیل منطقه فوکوس در نقطه ای از عکس واقع شود که می خواهید فوکوس را روی آن انجام دهید. تکمه شاتر را مقدار کمی به پایین فشار دهید ، دوربین در این حالت فاصله تا سوژه را اندازه می گیرد و لنز را فوکوس می کند. در حالتیکه تکمه شاتر کماکان تا نیمه به پایین فشار داده شده است، کادرعکس خود را هم انتخاب می کنید.
صفحه LCD
در یک دوربین تک لنزی انعکاسی تصویری که درون چشمی آن مشاهده می شود، از درون لنز و یک سری آینه عبور می کند تا به پنجره چشمی در پشت دوربین می رسد. از این رو چشمی این گونه دوربینها ، کادر عکس را دقیقا” نشان داده و بعضی مواقع هم اطلاعات دیگر ، مثل سرعت شاتر و دیافراگم را در آن می توان مشاهده کرد.
شاتر
اندازه سرعت بر حسب ثانیه یا کسری از ثانیه بیان می شود. این اندازه معمولا” همراه با درجه باز بودن دیافراگم بیان می شود تا مقدار مشخص نوری که گیرنده نوری باید دریافت کند را مشخص کند. اما از این اندازه برای تاثیر حرکت در عکس هم استفاده می شود.
برای سرعتهای شاتر طولانی تر از ثانیه و جهت احتراز از لرزش دست، باید از سه پایه و یا سایر وسایل ثابت نگهداشتن دوربین استفاده کنید. حتی اگر همه کارها به طور اتوماتیک در دوربین شما انجام می شود، باز هم بهتر است که قبل از گرفتن عکس کنترلی در مورد سرعت شاتر بکنید تا بدانید که عکس شما با چه سرعتی گرفته می شود.
دیافراگم
اندازه دیافراگم بازتر (رقمهای کوچک تر) همچنین باعث می شود تا عمق میدان عکس کاهش پیدا کند. این بدین معنی است که تصویر فقط در محدوده کمی به صورت واضح دیده خواهد شد و قبل و بعد از این منطقه، تصویر سوژه تار خواهد بود. عمق میدان کمتر را می توان در موارد مشخصی به کار برد ، مثلا” زمانی که عکس شخصی را می خواهیم از پس زمینه متحرک آن جدا کنیم.
لنز
در لنز نرمال، فاصله کانونی برابر اندازه قطر کادر نگاتیو است. دوربین دیجیتال دارای گیرنده نوری یا سنسوری است که اندازه آن خیلی کوچکتر از قطع یک فیلم است. از این رو لنز نرمال در دوربین دیجیتال کوچکتر از لنز نرمال در دوربینهای سنتی قطع کوچک است. فاصله کانونی لنز، معمولا” در دوربینهای دیجیتال معادل فاصله کانونی لنزهای دوربینهای قطع کوچک در نظر گرفته می شود.
زوم دیجیتال : دوربینهای دیجیتال دارای هر دو نوع زوم اپتیک و دیجیتال هستند. زوم دیجیتال به معنی این است که دوربین به طریق الکترونیکی و دیجیتالی یک تصویر را بزرگ می کند. اما در این حالت عکس نمی تواند دارای اطلاعاتی بیشتر از آن چیزی که زوم اپتیک عرضه می کند ، باشد. از این رو کیفیت زوم دیجیتال بسیار پایین تر از زوم معادل اپتیک است. جهت بزرگ کردن یک عکس می توانید از یک نرم افزار تصویری ، بعد از برداشتن عکس استفاده کنید.
فلاش
کاهش خطر قرمزی چشم: فلاش ها معمولا” روی یک دوربین کوچک در کنار لنز قرار گرفته اند. اگر کسی که عکس او گرفته می شود، مستقیما” به دوربین نگاه کند، نور فلاش منعکس شده از برخورد به سرخرگهای شبکیه چشم باعث قرمز شدن چشم فرد در عکس خواهد شد که پدیده چشم قرمز مشهور است. برای مقابله با بروز این پدیده ، فلاش می تواند قبل از گرفتن عکس، نوری از خود بیرون بدهد ، در این هنگام به دلیل نور بیشتر، مردمک چشم خود را جمع می کند و سپس فلاش زده می شود. از این رو یک فاصله و وقفه ای بین هنگامیکه شاتر فشارداده می شود و زمانیکه عکس گرفته می شود، بوجود می آید. در این فاصله ، ممکن است مدل عکاسی شما خسته شود و قیافه دیگری به خود بگیرد که در عکس ظاهر شود.
از آنجایی که اکثر نرم افزار های تصحیح عکس دارای ابزارهایی برای تصحیح قرمزی چشم هستند، پس فلاشهای تاخیری شاید دارای امتیاز منفی بیشتری باشند و مشکلات بیشتری تولید کنند.
نحوه ی عملکرد دوربین دیجیتال
نقشه انفجاری یک دوربین دیجیتال را در شکل زیر مشاهده می کنید:
نقاط نشان داده شده بر روی شکل فوق عبارتند از:
1- محل رسیدن نور از جسم مورد نظر به دوربین
2- فیلترهای نصب شده بر روی دوربین برای افزایش کیفیت عکس و همچنین محافظت از لنز دوربین
3- سیستم فکوس خودکار برای جلوگیری از گرفتن عکس های تار
4- سنسور دوربین که از میلیون ها پیکسل تشکیل می شود. هر یک از این پیکسل ها میزان روشنی و رنگ نور رسیده شده به آن را اندازه گیری می نماید
5- مدارهای الکترونیکی دوربین که خروجی سنسور را به تصویر دیجیتال تبدیل می نمایند
6- صفحه نمایش دوربین که به ما این امکان را می دهد تا عکس ها را بتوانیم بلافاصله بعد از گرفته شدن مشاهده و بررسی نماییم
7- کارت حافظه دوربین برای ثبت عکس ها بر روی آن
دوربین های دیجیتال اطلاعات هر منظره را به جای این که به صورت تغییر شیمیایی بر روی فیلم های عکاسی ثبت نماید، به صورت اعداد در حافظه دوربین ذخیره می کند و لذا دیگر نیاز به ظاهر کردن و چاپ کردن ندارند و می توان آن ها را بلافاصله پس از گرفته شدن مشاهده نموده و یا حذف نمود.
برخلاف عکس های چاپ شده، کیفیت عکس های دیجیتال با گذشت زمان پایین نمی آید و لذا شما قادر خواهید بود عکس های خود را برای سال های سال نگه دارید.
دوربین های دیجیتال از لنز برای فکوس نمودن تصویر بر روی حسگر خود (به جای فیلم در دوربین های قدیمی) استفاده می کنند.
اطلاعات این بارها به مدارهای الکترونیکی دوربین وارد می شود و در آن جا پس از اندازه گیری شدن به مقادیر دیجیتال تبدیل می گردد. پردازنده کامپیوتری دوربین سپس این مقادیر دیجیتال را پردازش نموده و آن ها را به صورت عکس بر روی کارت حافظه ذخیره می نماید. عکس های ذخیره شده سپس قابل انتقال به کامپیوترهای دیگر و یا چاپ شدن را دارا خواهند بود. بالا رفتن سرعت عکاسی با دوربین های دیجیتالی، انقلابی در صنعت عکاسی ایجاد نموده است.
نحوه کار حسگر دوربین های دیجیتالی:
در این بخش نحوه عملکرد حسگرهای دوربین های دیجیتالی را کمی بیشتر توضیح می دهیم. به شکل زیر دقت نمایید:
در شکل فوق، در مرحله اول شاتر دوربین در هنگام عکاسی باز می شود و اجازه می دهد تا نور به حسگر دوربین برسد.
در مرحله دوم، نور به حسگر می رسد. حسگر دوربین، شبکه ای از پیکسل ها می باشد که هر یک از آن ها مقدار نوری که به او می رسد را اندازه گیری می کند. نور رسیده به هر پیکسل ترکیبی از سه رنگ قرمز، آبی و سبز می باشد.
هر پیکسل دارای فیلترهای سبز، آبی و قرمز می باشند و هر یک از این فیلترها می توانند مانن آن چه در مرحله 3 مشاهده می شود، میزان روشنایی رنگ مربوط به خود را در نوری که به آن ها رسیده اندازه گیری نمایند.
اطلاعات به دست آمده از کلیه پیکسل ها سپس به صورت دیجیتال و در نهایت به صورت عکس درخواهند آمد.اولین دوربین دیجیتال مدل در سال 1976 توسط کداک ساخته شده ولی تا سال 1994 که اپل دوربین دیجیتال QT100 خود را عرضه نمود، به صورت همگانی درنیامد.
دوربین دیجیتال چیست؟ قسمت 1
دوربین دیجیتال چیست؟ قسمت 2
دوربین دیجیتال چیست؟ قسمت 3