دورربین عکاسی چطور کار می‌کند

به گزارش گروه دانش و فناوری اقتصاد ۱۰۰ و به نقل از دیجی کالامگ،اگر تصمیم به درک سازوکار دوربین داشته باشیم اول از همه باید بدانیم که نور چگونه کار می‌کند، چراکه بدون درکی از نور، عکاسی هم وجود نخواهد داشت. در این بخش بدون اینکه بخواهیم در دنیای وحشی فیزیک زیادی غرق شویم، اصول اولیه‌ی نور را برای شما روشن کنیم.

همانطور که می‌دانید، نور در مسیر مستقیم حرکت می‌کند و می‌تواند منعکس یا جذب شود. برای چشم انسان و دوربین عکاسی، نور یک موج تلقی می‌شود و این ویژگی تقریباً مشابه با امواج صوتی به نظر می‌آید، با این تفاوت که از نظر طول موج، فرکانس، دامنه و سطح انرژی با یکدیگر متفاوت هستند. در همین راستا وظیفه‌ی یک عکاس جمع‌آوری و گرفتن نور به سلیقه و شکل مدنظر خود است.

جدا از اولین دوربین‌های عکاسی جهان که شیشه نداشتند، دو بخش اصلی این وسیله شامل لنز و آشکارساز نور است. به طور کلی لنز دوربین نور را جمع‌آوری می‌کند و آن را روی سطح آشکارساز نور که معمولا فیلم عکاسی یا حسگر دیجیتالی است، پخش می‌کند. سپس، از طریق روش‌های مختلف پردازش، تصویر نهایی خود را به دست خواهید آورد که با توجه به سلیقه‌ی شما شکل گرفته است. درواقع عمل عکاسی تمام آن چیزی است که در بین این مراحل و حتی قبل از آن اتفاق می‌افتد و شما به عنوان عکاس، باید بر آن کنترل داشته باشید.

لنز دوربین اولین قسمتی از این وسیله است که برخورد با نور را تجربه می‌کند. نور از لنز عبور می‌کند و از طریق فرمول‌های نوری مختلف، نحوه‌ی نمایش تصویر را می‌سازد. جالب است بدانید که لنز دوربین شما در واقع یک تک لنز نیست، بلکه این وسیله از چندین عدسی مختلف به شکل گروهی ساخته شده است! به طور کلی سازه‌ی حاضر، حاصل طراحی و آزمایش‌های مداوم و دقیقی است که با فرمول‌های اپتیکی استانداردی مانند ۵۰mm f/1.8 یا f/1.4 برای مدل‌های متنوع لنز تنظیم شده‌ است. جالب است بدانید که برخی از لنزهای دوربین پیشرفته از فرمول‌هایی پیروی می‌کنند که تا همین اواخر امکان طراحی آن‌ها وجود نداشت.

اما اهمیت این فرمول‌ها در چیست؟ به طور کلی فرمول نوری در یک لنز، تصویری را که می‌تواند روی یک حسگر پخش کند، را تعیین می‌کند.

به زبان ساده، فاصله‌ی کانونی مشخصه‌ای است که میزان بزرگنمایی را مشخص می‌کند. فاصله کانونی کمتر زاویه دید وسیع‌تری را نمایش می‌دهد در حالی که فاصله‌ی کانونی بیشتر برش باریک‌تری از صحنه را ارائه می‌کند. در اصطلاح فنی، فاصله‌ی کانونی فاصله بین نقطه‌ی همگرایی لنز با سنسور یا فیلم است.

به لحاظ علمی طراحی لنزی با نقطه‌ی همگرایی‌ای قبل از بخش جلویی دستگاه عملا غیرممکن است، اما این نقطه می‌تواند در پشت آن قرار گیرد. این بدان معناست که لنزهای تله فوتو « telephoto lenses» (به استثنای لنزهای آینه‌ای) باید بلندتر باشند.

با این حال، لنزهایی با زاویه‌ی باز (همان مدل‌هایی که در عکاسی حیات‌وحش معمولا می‌بینید) می‌توانند به طرز شگفت‌آوری از نظر طول بلند باشند. لنزهای مخصوص زوم می‌توانند نقطه‌ی همگرایی خود را به جلو و عقب تغییر دهند. لنزهای پرایم نقطه‌ی ثابتی دارند و عناصر فقط برای فوکوس کردن حرکت می‌کنند.

قطر لنز تعیین‌کننده‌ی حداکثر مقدار نوری است که می‌تواند از آن عبور کند. در بیشتر لنزها بخشی به نام عنبیه وجود دارد که برای باریک کردن قطر لنز استفاده می‌شود. این بخش درست مانند مردمک چشم انسان عمل می‌کند به این معنی که هر چه باریکتر شود، نور کمتری وارد چشم یا لنز می‌شود. همچنین، با وجود عنبیه‌ی تنگ‌تر، عمق میدان عمیق‌تر و جدایی پس‌زمینه کمتری حاصل می‌شود.

مقدار نسبت دیافراگم به صورت F-stop نمایش داده می‌شود که می‌توان آن را با تقسیم فاصله‌ی کانونی بر قطر لنز (در عنبیه) محاسبه کرد. به عنوان مثال، F-stop یک لنز ۵۰ میلی‌متری با قطر دیافراگم ۲۵ میلی‌متر، f/2 است.

شاترهای الکترونیکی محصولی از عصر دوربین‌های دیجیتال هستند که برای خواندن سریع و پیوسته‌ی تصویر استفاده می‌شوند. شاتر الکترونیکی رولینگ تقریباً در هر دوربین دیجیتالی یافت می‌شود و با جمع‌آوری داده‌ها از سنسور (معمولاً ردیف‌هایی از پیکسل‌ها) این عملیات را انجام می‌دهد. با استفاده از این نوع شاترها عکاسی بی‌صدا و با سرعت شاتر بسیار پایین، در برخی موارد تا ۱/۳۲۰۰۰ ثانیه فراهم می‌شود. نکته‌ی منفی این است که در این شرایط سوژه‌هایی که به سرعت حرکت می‌کنند به دلیل خواندن ناهمزمان داده‌ها، دچار اعوجاج می‌شوند.

به طور کلی سنسورهای دیجیتال از پیکسل‌ها تشکیل شده‌اند و پیکسل‌ها هم از سلول‌های خورشیدی کوچکی ساخته شده‌اند که نور را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. اکثر دوربین‌های دیجیتال دارای یک سنسور استاندارد تک لایه CMOS یا CCD هستند. CMOS یک فناوری جدیدتر است که امکان بازخوانی پیکسل‌های جداگانه را با مصرف کم انرژی فراهم می‌کند. جالب است بدانید که پیکسل‌ها در آرایشی به نام موزاییک بایر «Bayer mosaic» با استفاده از فیلترهای رنگی چیده می‌شوند. موزاییک بایر از بلوک‌های چهار پیکسلی یعنی دو سبز، یکی قرمز و دیگری آبی تشکیل شده‌اند. از آنجایی که هر پیکسل فقط به رنگ خود حساس است، نتیجه نهایی تصویری با نقاط قرمز، سبز و آبی به شکل پراکنده است.

به زبان بسیار ساده، ISO یکی از تنظیمات دوربین است که باعث روشن یا تاریک شدن عکس‌های شما می‌شود. وقتی شما با دوربین خود مقدار ISO را تنظیم می‌کنید، بسته به دوربین شما و مقدار دقیق ISO، اتفاقات مختلفی ممکن است در دستگاه رخ دهد. دوربین‌های دارای سنسور CMOS (در اکثر دوربین‌های دیجیتال) دارای یک تقویت‌کننده‌ی کوچک برای هر پیکسل هستند، بنابراین پس از اینکه فریم در معرض نور قرار گرفت، طبق ISO تنظیم شده در دوربین، پیکسل‌ها به سطح بالاتری تقویت می‌شوند. بنابراین این مساله به شما کمک می‌کند تا در محیط‌های کم‌نور عکاسی کنید.

پس از بازخوانی اطلاعات از سنسور دوربین دیجیتال و عبور از تقویت کننده‌ها، داده‌ها به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌شوند. این وظیفه مبدل آنالوگ به دیجیتال است. اکثر دوربین‌های مدرن داده‌ها را به داده‌های دیجیتال ۱۶ بیت تبدیل می‌کنند اما تنها از ۱۴ بیت آن استفاده می‌کنند. درواقع آن ۲ بیت اضافی انعطاف‌پذیری بیشتری را در پس از تولید و فیلتر کردن اطلاعات فراهم می‌کند.

۱۴ بیت به این معنی است که برای هر پیکسل ۱۶.۳۸۴ مقدار ممکن وجود دارد، این گستردگی مقدار برای پیکسل‌ها عاملی برای ایجاد طیف رنگی وسیع و ارائه‌ی توناژ رنگ بالا در دوربین‌های دیجیتال مدرن است. پس از این مرحله داده‌های پیکسلی به بخش پردازشگر تصویر می‌روند و اگر خروجی jpg را انتخاب کنید، پردازنده چندین الگوریتم، فیلتر و عملیات فشرده‌سازی را روی داده‌ها انجام می‌دهد تا آنچه می‌خواهید به دست شما برسد.