مشخصات اصلی یک دوربین دیجیتال

اما راه دوم این است که مستقیماً نور بازتابش شده از موضوع را دریافت کرده و مقدار ارزش پیکسلی آن‌ها را بلافاصله و بدون هیچ واسطه‌ای ذخیره کنید و یا به زبان ساده‌تر از یک دوربین دیجیتال استفاده کنید.
اما اصلی‌ترین تفاوت کار بین دوربین‌های دیجیتالی و آنالوگ در همین نکته نهفته است. مثل تمام دوربین‌های آنالوگ قدیمی، دوربین‌های دیجیتالی نیز دارای تعدادی لنز‌ هستند که می‌توانند نور دریافتی از سوژه را به منظور ایجاد یک تصویر متمرکز کنند. اما به جای این‌که نور متمرکز شده روی یک قطعه نگاتیو حساس به نور متمرکز گردد، روی قطعه‌ای نیمه هادی تابیده می‌شود که قابلیت ضبط الکترونیکی نور را داراست. در مرحله‌ بعدی کامپیوتر با تفکیک اطلاعات الکترونیکی دریافتی از این پروسه به داده‌های دیجیتالی، تصاویر را با فرمت‌های گوناگون ذخیره می‌کند. همه‌ قابلیت‌های هیجان‌انگیز دوربین‌های دیجیتالی از همین قابلیت عملکرد مستقیم ناشی می‌شود.
حالا‌ می‌خواهیم ببینیم دوربین‌ها دقیقا چه کاری انجام می‌دهند.  

دوربینی بدون فیلم
تفاوت کلیدی بین یک دوربین دیجیتال و یک دوربین نگاتیوی آنالوگ این است که دوربین‌های دیجیتالی فیلم ندارند و در عوض سنسوری دارند که می‌تواند تابش نور را به بار الکتریکی تبدیل کند. سنسورهای دیجیتالی اغلب دارای ابعاد بسیار کوچکتری نسبت به نگاتیو‌های 35میلی‌مترهستند. البته اندازه‌های بزرگ‌تری هم ساخته شده‌اند. مثلا‌ً در دوربین CANON EOS -1Ds نوعی حسگر به کار رفته است که42 x 63 mm  می‌باشد و وضوحی برابر1/11مگاپیکسل دارد.

سنسور تصویری به کار رفته در اغلب دوربین‌های دیجیتالی موجود از نوع ‌Charge Coupled Device)CCD) می‌باشد. البته برخی دوربین‌های ساده‌تر از نوع دوم سنسور‌ها یعنی تکنولوژی Complementary Metal Oxide Semiconductor)CMOS) نیز استفاده می‌کنند. علیرغم بهبود‌هایی که در سنسور‌های CMOS حاصل شده و احتمالاً می‌تواند در آینده بیشتر مورد استقبال عموم قرار گیرد اما بعید به نظر می‌رسد بتواند به طور کلی در دوربین‌های حرفه‌ای‌تر جانشین سنسور‌های CCD شود. در طول این مقاله ما بیشتر روی فناوری CCD تمرکز می‌کنیم. البته برای سادگی کار می‌توانید هر دوی آن‌ها را یکسان فرض کنید. زیرا این دو، از نظر ماهیت عملا یکسان هستند تنها از لحاظ استفاده از نور دریافتی متفاوت از یکدیگر عمل می‌کنند. بنابراین بیشتر چیزهایی که درباره ‌CCD‌ها یاد می‌گیریم قابل تعمیم به CMOS‌ها نیز هستند.

سنسور‌های نوری مجموعه‌ای متشکل از هزاران ردیف بسیار کوچک از دیود‌های حساس به نور هستند که می‌توانند فوتون‌های نور را به بار الکتریکی تبدیل کنند. این دیود‌های یک‌سویه را Photosite می‌نامند. هر فوتوسایت به تابش نور حساس است و مسلماً هرچه نور تابیده‌ شده بر آن شدت بیشتری داشته باشد، بار الکتریکی بیشتری در آن انباشته خواهد شد.
در حسگر‌های CCD این بار الکتریکی انباشته شده در هر فوتوسایت به صورت تک به تک و ردیف به ردیف خوانده می‌شود و اصولاً تشخیص مقدار یک بار الکتریکی وابسته به مکان آن در میان دیگر فوتوسایت‌ها می‌باشد. ضمن این‌که قبل از آن‌که سنسور نوری بتواند آماده‌ عکسبرداری شود لازم است که تمام اطلاعات مربوط به عکس قبلی از روی آن به طور کامل خوانده و حذف شود. اما در سنسور‌های CMOS، هر یک از عناصر حساس به نور دارای یک آدرس طولی و عرضی مشخص است و می‌تواند به طور منفرد توسط محور‌های X و Y آدرس‌دهی و خوانده شود. مطلب کمی پیچیده شد؟ بهتر است کمی بیشتر درباره‌ آن بحث کنیم.  

CMOS در مقابل CCD  
دقیقا از مرحله‌ای که فوتون‌های نور توسط فوتوسایت‌ها به الکترون تبدیل می‌شوند، تفاوت بین دو نوع حسگر اصلی آشکار می‌شود. مسلماً مرحله‌ بعدی عبارت است از خواندن مقادیر بار انباشته شده در هر سلول و تشخیص یکسل رنگی مربوط به آن. در سنسور‌های CCD بار الکتریکی شارژ شده از یک گوشه‌ سنسور خوانده شده و ردیف به ردیف جلو می‌رود و به طور همزمان یک مبدل آنالوگ به دیجیتال متناوب با تمام مقادیر دریافتی از پیکسل‌ها را به مقادیر دیجیتالی تبدیل می‌کند. اما CMOSها دارای چندین ترانزیستور مختلف در سر راه داده‌ها هستند که با تقویت و جابه‌جا کردن بار‌های الکتریکی توسط سیم‌های متصل به آن‌ها، مقادیر را جداگانه و تک به تک به پردازشگر ارسال می‌کنند. هرچند که انعطاف‌پذیری این شیوه به مراتب بالاتر از روش سطر به سطر است و می‌تواند برای کاربرد‌هایی مثل فوکوس خودکار و اندازه‌گیری نور مفید واقع شود. اما عملا سیگنال دریافتی ازCCDها شفاف‌تر می‌باشد. CCDها برای ایجاد قابلیت ارسال بار بدون اعوجاج و تحریف، از یک پروسه‌ صنعتی خاص استفاده می‌کنند و این پروسه روشی را ارایه می‌دهد که موجب خلق تصاویری بسیار شفاف می‌شود. اصلی‌ترین تفاوت‌های بین سنسورهای CMOS و CCD را می‌توان به این شکل فهرست کرد:‌

? سنسور‌های CCD  همانطور که در بالا گفته شد تصاویری با کیفیت بالاتر و اختلال کمتری به‌وجود می‌آورند. اما به طور تجربی ثابت شده که سنسور‌های CMOS  برای ایجاد نویز و اختلال بسیار مستعد‌ترند.

? از آنجا که هر پیکسل در سنسور‌های CMOS  دارای چندین ترانزیستور مرتبط است که در کنار آن‌ها قرار می‌گیرد، حساسیت این سنسور‌ها به نور پایین‌تر می‌آید. چرا که بسیاری از فوتون‌های نور به جای این‌که با سطح دیودهای نوری برخورد کنند با این ترانزیستورها برخورد کرده و به هدر می‌روند.

? سنسور‌های CCD  به مصرف توان بالا معروفند. این سنسور‌ها در مقایسه با سنسورهای CMOS تقریبا 100 مرتبه بیشتر از باتری استفاده می‌کنند.
CCD ها به علت تولید بالاتر، بسیار بیشتر ازCMOS  ها مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته‌اند و مسلما روش‌های تولید اقتصادی‌تر و با کیفیت‌تری برای آن‌ها ابداع شده است. به همین دلیل می‌توان مشاهده کرد که اغلب دوربین‌های با کیفیت و مارک‌های معتبر جهان از این سنسور بهره می‌برند.

? از آن‌جا که تقویت کننده سیگنال‌های نوری در CMOS  بلافاصله بعد از هر فوتوسایت قرار دارد بنابراین این نوع حسگر‌ها می‌توانند تصاویر را دو برابر سریع‌تر نسبت بهCCD ها انتقال دهند.
براساس گفته‌های بالا متوجه می‌شوید کهCCD ‌ها بیشترین استفاده را در دوربین‌هایی دارند که بیشتر بر کیفیت بالاتر تصویر، مقدار بیشتر پیکسل‌های تصویر و حساسیت به نور بالا‌تر تأکید دارند. اما در عوض سنسور‌هایCMOS  دارای قیمت کمتر هستند و بیشتر در دوربین‌هایی به کار می‌روند که از نظر اقتصادی به صرفه بوده و دارای منبع انرژی محدودتری می‌باشند.

وضوح (Resolation)
 مقدار جرییاتی که هر دوربین می‌تواند روی یک تصویر ضبط کند، رزولوشن (وضوح) نامیده می‌شود و توسط واحد پیکسل اندازه‌گیری می‌شود. هرچه وضوح دوربین شما بالاتر باشد مقدار جزییاتی بیشتری را می‌توانید در تصویر خود بگنجانید و هرچه مقدار این جزییات در تصویر بیشتر باشد می‌توانید در هنگام چاپ اندازه آن را بزرگتر کنید بدون آن‌که تصویر شما محو یا دندانه‌‌دندانه شود. انواع وضوح‌های دوربین‌ها این‌گونه است:

256x256 پیکسل: این اندازه وضوح روی دوربین‌های بسیار ارزان قیمت دیده می‌شود و بسیار ناچیز تر از آن است که برای چاپ مورد استفاده قرار گیرد. وضوح نمایشگر برخی از گوشی‌های موبایل در همین حد است و می‌توان از تصاویری با این خصوصیت برای نمایش در آن‌ها استفاده کرد. این وضوح کلاً دربردارنده‌ 65هزار پیکسل است.

640x640 پیکسل: این ابعاد حداقل اندازه وضوح در دوربین‌های واقعی است و بهترین اندازه برای تصاویری است که می‌خواهید آن‌ها را روی وب قرار داده و یا از طریق اینترنت برای کسی ایمیل کنید. این مقدار وضوح دربردارنده‌ 307000 پیکسل می‌باشد.

1216x912 پیکسل: اگر تصمیم دارید تصاویرتان را در ابعاد معمولی عکس‌های نگاتیوی چاپ کنید این وضوح بهترین انتخاب است. چرا که اولین نوع وضوح از رده مگاپیکسل محسوب می‌شود و حدودا دارای 000/109/1 پیکسل می‌باشد.

1600x1200 پیکسل: تصاویری با این مشخصات به عنوان تصاویر وضوح بالا محسوب می‌شوند و می‌توانند بدون هیچ مشکلی تا ابعاد 30x40 سانتی‌متر که بالاترین اندازه پیشنهادی عکاسان برای چاپ نگاتیوهای دوربین‌های 35  میلی‌متری می‌باشد چاپ شوند. این مقدار وضوح  دربردارنده‌ حدودا دومیلیون پیکسل رنگی می‌باشد و برای استفاده‌ خانگی بسیار مناسب است. هرچند که تا به امروز دوربین‌هایی تا وضوح 14میلیون پیکسل نیز ساخته شده است اما پیشنهاد مناسب برای کسانی که درباره‌ دوربینی مناسب برای کاربردهای خانگی سؤال می کنند یک دوربین دومگاپیکسلی می‌باشد. شما که نتیجه‌ای بهتر از نتیجه‌ دوربین‌های نگاتیوی معمولی احتیاج ندارید؟

وضوح مناسب برای وب و ایمیل‌
اگر تنها تصمیم دارید تصاویری برای صفحه وب خانگی یا وبلاگ خودتان تهیه کنید و یا عکس‌های یادگاری برای دوستانتان بفرستید استفاده از وضوح 640x480 مناسب است. ضمن آن‌که مزیت‌های دیگری نیز دارد که عبارتند از:‌

? صفحه‌ی وب یا وبلاگ شما به دلیل حجم کم این تصاویر زودتر نمایش داده می‌شود.
? حافظه‌ محدود دوربین‌ها (در انواع معمولی بدون فلاش کارت 8 تا 16 مگابایت) امکان ذخیره‌ تعداد عکس بیشتری را به شما می‌دهد. شاید تا وقتی با دوربینتان به یک مسافرت چند روزه نروید ارزش این مزیت را متوجه نشوید!
? زمان انتقال این تصاویر به کامپیوتر بسیار کمتر خواهد شد. مخصوصا اگر از کابل‌های ارتباطی COM یا ارتباط مادون قرمز به جای پورت‌های USB  استفاده می کنید.
? تصاویر گرفته شده حجم کمتری را روی کامپیوترتان اشغال می‌کنند (هرچند که امروزه برای بیشتر کاربران این مسأله موضوع مهمی نیست).
از طرفی اگر تصمیم دارید تصاویرتان را چاپ کنید قطعاً به دوربینی با وضوح بالا احتیاج خواهید داشت. پس بهتر است که درباره‌ چاپ بیشتر صحبت کنیم.

وضوح مناسب برای چاپ
فناوری‌های متنوعی در صنعت چاپ و چاپگرها وجود دارد. ما در این‌جا درباره‌ تکنولوژی چاپگر‌های Inkjet یا جوهرافشان صحبت می‌کنیم. شرکت‌های سازنده‌ چاپگر‌ها در بیشتر موارد کیفیت چاپگر خود را براساس وضوح چاپ نقاط در واحد اینچ مربع (dpi) تبلیغ می کنند. اما وضوح‌های همسان لزوماً با هم برابر نیستند! زیرا یک پرینتر ممکن است مقدار قطرات جوهر بیشتری را برای نقطه‌ مورد نظر استفاده کند.
به عنوان مثال چاپگرهای ساخت شرکت (HP (Hewlett Packard که از فناوری PhotoREt lll استفاده می‌کنند می‌توانند برای ساختن یک رنگ از ترکیب 29 قطره‌ جوهر به ازای هر نقطه استفاده کنند یعنی نهایتاً امکان ساخت 3500 رنگ را دارند. اگرچه این عدد ممکن است به نظر بسیار زیاد باشد اما فراموش نکنید که بسیاری از دوربین‌ها می‌توانند 8/16 میلیون رنگ را به ازای هر نقطه ذخیره کنند! مسلماً این تعداد رنگ برای ساخت دقیق هر پیکسل رنگی کافی نیست و چاپگر‌ها مجبورند ترکیبی از رنگ‌ها را به گونه‌ای ایجاد کنند که وقتی از یک فاصله به آن‌ها نگاه می کنیم پیکسل‌ها یکسان به نظر بیایند.

در بسیاری از موارد سؤال می‌شود که چه چاپگری برای چاپ عکس‌های خانوادگی‌ مناسب است؟ می‌توانیم با یک حساب سر انگشتی مقدار دقیق بالاترین کیفیت چاپگر‌ مورد نظرمان را به‌دست آوریم. به عنوان مثال پرینتر خانگی من دارای وضوح 1200dpi می‌باشد و بالاترین وضوح چاپ مناسب آن 300 پیکسل در اینچ مربع است. بدین معنی که با یک تصویر 1200x900 من می‌توانم یک تصویر 3x4 اینچی( تقریبا اندازه معمول در ایران که 9x12 سانتیمتر است) را چاپ کنم. البته در عمل وضوح کمتر از این هم قابل قبول به نظر می‌رسد. شما خودتان هم می‌توانید این مقایسه را انجام دهید. اما فراموش نکنید که برای به دست آوردن کیفیتی قابل مقایسه با کیفیت فیلم‌های نگاتیوی قدیمی تقریبا به وضوحی بین 150 تا 200 پیکسل به ازای هر اینچ مربع احتیاج دارید.
شرکت کداک در سایت اینترنتی خود حداقل وضوح پیشنهادی برای چاپ تصاویر در اندازه‌های مختلف رامطابق جدول 1 ارایه کرده است.
البته جدول 1 به هیچ وجه نفی کننده استفاده از دوربین‌های قوی‌تر برای عکسبرداری عمومی نیست. مسلم است که در صورتی که تمام شرایط یکسان باشد، کیفیت چاپ یک عکس 5x7 اینچی با وضوح 6/1 بهتر از چاپ همین عکس با وضوح 8/0 است.

تشخیص رنگ‌ها
متاسفانه باید بگویم که تمام فوتوسایت‌ها کوررنگی دارند!  دانستیم که فوتوسایت‌ها مراکزی هستند که با جذب نور، بارالکتریکی تولید می‌کنند. اما این مراکز قدرت تشخیص رنگ‌ها را ندارند و تنها می‌توانند میزان شدت نور تابیده شده را گزارش کنند. بسیاری از حسگرها این مشکل را توسط فیلترهای رنگی حل کرده‌اند. هنگامی که رنگ‌ها ضبط و ذخیره می‌شوند، می‌توان از آن‌ها برای ترکیب و به دست آوردن رنگ‌های دیگر طیف نورکه شما معمولا روی صفحه‌ی مانیتور می‌بینید استفاده کرد. اما این کار چگونه انجام می‌شود؟
چندین راه برای ضبط سه رنگ اصلی تشکیل‌دهنده‌ طیف نوری در دوربین‌های دیجیتالی وجود دارد. دوربین‌هایی که بالاترین کیفیت را دارند، از سه حسگر جداگانه استفاده می‌کنند که هر یک دارای یک فیلتر رنگی جداگانه بر روی خودش است. نور توسط یک تقسیم‌کننده نور(Beam Splitter) که درون دوربین تعبیه شده به حسگر‌های مختلف فرستاده می‌شود. فرض کنید که یک لوله‌ آب داریم که در انتهای آن یک سه راهی وجود دارد و می‌تواند آب ورودی را به مقادیر مساوی تقسیم کرده و از هر یک از سه انشعاب خود بیرون بفرستد. بنابراین هر حسگر تصویری مشابه حسگر دیگر را دریافت می‌کند. اما از آن‌جا که رنگ فیلتر‌های روی هر حسگر متفاوت است، هر حسگر تنها به یکی از رنگ‌های اصلی واکنش نشان می‌دهد.
مزیت استفاده از این سیستم این است که هر فوتوسایت حسگر می‌تواند هرکدام از سه رنگ تابیده شده را دریافت و ضبط کند. متأسفانه دوربین‌هایی که از این روش استفاده می کنند نه تنها حجم بیشتری دارند بلکه بسیار گران نیز هستند.

راه دیگر استفاده از تعدادی فیلتر چرخان با سه رنگ قرمز و آبی و سبز در مقابل تنها یک حسگر است. این فیلتر هربار که می‌چرخد روی یکی از رنگ‌ها قرار می‌گیرد و دوربین می‌تواند نور تابیده شده از میان آن فیلتر را ضبط کند. هنگامی که هرسه نور تابیده شد، تصاویر حاصل از این سه فیلتر رنگی با هم ترکیب شده و تصور کامل حاصل می‌گردد. هرچند که در این روش هر پیکسل از ترکیب هر سه رنگ حاصل می‌شود اما عملاً نتیجه عکسبرداری از تصاویر چندان واقعی به نظر نمی‌رسد. چرا که ممکن است تصویر دقیقا همان چیزی نباشد که در عکس قبلی با یک فیلتر دیگر ذخیره شده بود. بنابراین چنین دوربین‌های برای عکسبرداری از تصاویر با سرعت حرکت زیاد مثلا‌ً مسابقات اتومبیل‌رانی اصلا‌ً مناسب نیستند.

روش دیگری که در دوربین‌ها استفاده می‌شود روش Interpolation (درون یابی) است.(درون یابی در لغت به معنای محاسبه مقادیر واسط بین دو نقطه است.) این روش یکی از عملی ترین و اقتصادی‌ترین روش‌های جدا کردن سه رنگ اصلی از یک عکس منفرد است. برای این کار روی هر یک از فوتوسایت‌ها به طور جداگانه یک فیلتر رنگی قرار می‌گیرد و در حقیقت حسگر نوری را به یک دسته پیکسل‌های رنگی قرمز و آبی و سبز مبدل می کند. با این کار می‌توان به سادگی با اطلاعات به دست آمده از میانگین مقدار رنگ پیکسل‌های همجوار به تخمین دقیقی از رنگ‌های هر موقعیت مکانی دست یافت. پروسه‌ یافتن مقدار تخمینی رنگ‌های بین دو نقطه‌ رنگی را درون‌یابی می‌نامند. (درباره‌ این روش بیشتر توضیح خواهیم داد . فعلا برای سادگی کار هر یک از فوتوسایت‌ها را به صورت یک پیکسل رنگی قرمز ، آبی یا سبز در نظر بگیرید که با ترتیب خاصی در کنار هم قرار گرفته‌اند).

فیلتر بایر (Bayer Filter)
الگوی معمول فیلتری که در قسمت تشخیص رنگ درباره آن صحبت کردیم الگویی به نام فیلتر بایر است. این الگو روش چیدمان فیلتر‌های رنگی را در حسگر‌های نوری‌ که به روش درونیابی عمل می‌کنند توجیه می کند. در این الگو روش چیدمان رنگ‌ها به صورت یک در میان قرمز و سبز و در جهت عمود بر آن به صورت یک در میان آبی و سبز می‌باشد. احتمالا می‌پرسید چرا رنگ سبز در هر دو ردیف قرار می‌گیرد؟ در این فیلتر رنگ سبز به دقیقاً  دوبرابر هر رنگ ( و برابر با مقدار هر دورنگ) می‌باشد. زیرا چشم انسان نسبت به این سه رنگ اصلی حساسیت یکسانی ندارد و ضروری است که اطلاعات رنگی ذخیره شده نسبت به رنگ سبز بیشتر از دو رنگ دیگر باشد. با این کار درک چشم ما از تصویر ضبط شده، تصویری طبیعی‌تر خواهد بود.
مزیت این روش این است که تنها به یک حسگر نوری احتیاج دارد و ذخیره‌ اطلاعات رنگی (قرمز، سبز و آبی) در یک لحظه ‌و به صورت همزمان اتفاق می‌افتد. این مطلب بدین‌معنی است که می‌توان دوربین‌هایی بسیار ارزان و کم حجم و کارآمد تهیه کرد که در بسیاری از موقعیت‌های مکانی کاربرد داشته باشند. خروجی فایل RAW از یک حسگر با فیلتر بایر یک تصویر شطرنجی از رنگ‌های قرمز و آبی و سبز با شدت‌های مختلف می‌باشد که برای ایجاد تصویر به مرحله‌ Interpolation می‌رود.

اگر با دقت نگاهی به این الگوی جداسازی رنگ‌ها بیندازید احتمالا شگفت‌زده خواهید شد که چگونه از این رنگ‌های اصلی شطرنجی که به صورت چهار رنگ (دو رنگ سبز و یک قرمز و یک آبی) دریافت می‌شوند، رنگ های حقیقی تصاویر با هاله‌هایی از تغییرات رنگ طبیعی به‌دست می‌آید؟ جواب مسأله در این‌جاست که دوربین‌های دیجیتالی از یک الگوریتم تبدیل به نام Demosaicing Algorithms استفاده می‌کنند که می‌تواند این رنگ‌های شطرنجی (یا موزاییکی) جدا از هم را به یک پیکسل رنگی برابر با رنگ حقیقی مبدل کند.  در واقع هر یک از این رنگ‌های جداگانه در حقیقت بیش از یک‌بار در بازسازی رنگ‌ها مورد استفاده قرار می گیرند و هر پیکسل رنگی با میانگین گرفتن از میزان شدت و نوع رنگ احاطه‌کننده‌اش، ساخته می‌شود.
دوربین‌های مختلف از راه‌های گوناگون دیگری نیز برای به‌دست آوردن میزان شدت و نوع رنگ‌های دریافتی استفاده می‌کنند. به عنوان مثال یکی از شرکت‌های معتبر سازنده دوربین و لنز به نامFoevon ، حسگری ابداع کرده است که از هر سه فیلتر آبی، سبز و قرمز بر روی تمام سطح حسگر خود استفاده کرده است. ممکن است تعجب کنید که چطور یک حسگر می‌تواند هر سه نور رنگی اصلی را که به سطح آن تابیده می‌شود محاسبه کند. در صورتی‌که همان‌طور که گفتیم فوتوسایت‌کور رنگی دارند. تکنولوژی پیشرفته‌ این دوربین که X3 technology نامیده می‌شود از روش خلاقانه‌ قرار دادن سه تشخیص‌دهنده نور در داخل سیلیکون حسگر استفاده می‌کند و هنگامی که نورهای آبی، سبز و قرمز به سطح آن تابیده می‌شوند، از آن ‌جایی که هر یک از آن‌ها دارای قدرت نفوذ مشخصی به داخل سیلیکون حسگر هستند، می‌توانند میزان  شدت نور را برای هر یک از این سه رنگ تابیده شده بر سطح فوتوسایت تعیین کنند.
تکنولوژی دیگری که توسط شرکت سونی ابداع شده از یک رنگ Cyan (سبز آبی) به جای یک ردیف از رنگ‌های سبز استفاده می‌کند و یا در برخی دوربین‌ها به جای رنگ‌های (قرمز، سبز، آبی) از چهار رنگ سبزآبی، زرد، سبز و قرمزآبی استفاده می‌شود. اما در هر حال امروزه در اکثر دوربین‌های موجود در بازار از دوربین‌های تک حسگره با فیلتر‌های بایر استفاده می‌شود.  

تاریخ درج : 24/5/1385   ساعت : 13:31      کد : 1385411002611                 ماخذ : ماهنامه شبکه

دیجیتالی کردن اطلاعات
 تا این‌جا آموختیم که حسگر چیست و نور تابیده شده به سطح آن چگونه به بار‌های الکتریکی با شدت‌های مختلف تبدیل می‌شود. اما این بار‌های الکتریکی که توسط حسگر‌ها تولید می‌شوند نمی‌توانند به عنوان علائم دیجیتال مورد استفاده کامپیوتر قرار بگیرند. به منظور دیجیتالی کردن اطلاعات، این سیگنال‌ها باید از میان یک مبدل دیجیتال به آنالوگ (ADC: Analog to Digital Convertor)  عبور کنند. در حقیقت عملیات دورن‌یابی نیز پس از همین تبدیل شروع می‌شود.
برای ساده شدن بحث، تصور کنید که هر کدام از فوتوسایت‌هایی که درباره‌ آن صحبت کردیم یک سطل آب هستند و فوتون‌های نور را به صورت قطرات بارانی فرض کنید که به داخل آن‌ها ریخته می‌شوند. همینطور که دانه‌های باران به داخل سطل ریخته می‌شوند، سطل از آب پر می‌شود (در حقیقت از بار الکتریکی انباشته می‌شود). از آنجا که مقدار بارش باران به داخل هر یک از این سطل‌ها یکسان نیست، بعضی از آن‌ها پر می‌شوند و بعضی دیگر هم نیمه پر و یا خالی می‌مانند. حالا سطل‌هایی داریم که دارای مقادیر مختلفی از آب (یا بار الکتریکی) هستند (که بستگی به روشن‌تر بودن یا تاریک‌تر بودن نور تابیده شده دارد). سپس ACD یا مبدل آنالوگ به دیجیتال، مقدار آب انباشته شده در هر سطل را اندازه‌گیری کرده و اطلاعات به دست آمده را در مبنای باینری یا دو دوئی که مبنای مورد استفاده کامپیوتر است، گزارش می‌کند. در قسمت بعدی این مقاله، به مسائل مربوط به دیدن تصاویر، ویرایش، لنزها و راهنمای خرید دوربین خواهیم پرداخت.

فوتوسایت‌ها و پیکسل‌ها
در قسمت قبلی که در مورد وضوح و تعداد پیکسل‌ها صحبت می‌کردیم، احتمالا متوجه شده‌اید که تعداد پیکسل‌ها و بیشترین مقدار وضوح، آن‌چنان که باید باهم هماهنگ نیستند. به عنوان مثال یک دوربین که به ادعای سازنده‌اش دارای 1/2 مگاپیکسل است، چطور فقط می‌تواند تصویری با وضوح 1200 1600x ایجاد کند؟ بگذارید مقدار دقیق را محاسبه کنیم :

یک تصویر با وضوح 1200 1600x (که با دوربین گرفته‌ایم) باید دارای 1600 در 1200 پیکسل یعنی دارای 000/920/1 پیکسل باشد. اما "1/2 مگاپیکسل" به این معنی است که تصویر ما باید 000/100/2 پیکسل داشته باشد. این مسئله نه یک حقه‌ دیجیتالی است و نه یک اشتباه محاسباتی از سوی سازنده‌ دوربین. این یک اختلاف کاملا حقیقی بین دو عدد است. وقتی سازنده‌ا‌ی ادعا می‌کند که دوربینش 1/2 مگاپیکسل است یعنی روی CCD خود 000/100/2 عدد فوتوسایت تعبیه کرده است. پس چطور ممکن است بعضی از این فوتوسایت‌ها برای ایجاد تصویر مورد استفاده قرار نگرفته باشند؟ فراموش نکنید که CCD یک وسیله‌ آنالوگ است و مجبور است برای ایجاد بار الکتریکی، از فوتون‌های انباشته شده در فوتوسایت‌ها برای ارسال بار الکتریکی به مبدل آنالوگ به دیجیتال استفاده کند. حتما می‌دانیدکه دلیل اینکه ما بعضی اجسام را سیاه می‌بینیم این است که هیچ نوری از سطح آنها به چشم ما باز تابیده نمی‌شود. در حقیقت هیچ فوتون نوری از آنها به چشم ما تابیده نمی‌شود. درست حدس زدید. بعضی از فوتوسایت‌ها اصلا از بار الکتریکی پر نمی‌شوند و مقدار نور محاسبه شده برای این پیکسل‌ها از میانگین پیکسل‌های همجوار (حتی اگر ضعیف هم باشند از پیکسل‌های دورتر) محاسبه می‌شوند. پیکسل‌های مرده یا همان پیکسل‌هایی که مورد استفاده قرار نگرفته‌اند در حقیقت همان فوتوسایت‌هایی هستند که هیچ نوری دریافت نمی‌کنند و عکس را خراب می‌کنند. باید بپذیریم که محیط اطراف ما دارای رنگ سیاه نیز هست!

حافظه‌ها
بسیاری از دوربین‌هایی که امروزه در فروشگا‌ه‌ها می‌بینید، دارای یک نمایشگر LCD هستند که به شما امکان می‌دهندبلافاصله پس از عکسبرداری، تصویر گرفته شده را مشاهده کنید. این قابلیت یکی از پیشرفت‌های بسیار مهم در صنعت عکاسی است. این قابلیت به قدری جالب است که بسیاری از عکاسان آنالوگ را واداشت علیرغم وابستگی زیادی که به دوربین‌ها و روش‌های قدیمی عکاسی داشتند، به عکاسی دیجیتال رو بیاورند.
البته مشاهده‌ تصاویر گرفته شده که با همکاری ACD و ریزپردازنده‌ موجود در داخل دوربین بر روی نمایشگر دوربین امکان پذیر می‌شود، پایان داستان نیست. بسیاری از ما دوست داریم تصاویرمان را تا مدت‌ها روی دستگاه کامپیوترمان حفظ کنیم و یا آنها را چاپ کرده و در داخل آلبوم‌های عکس‌ نگهداری کنیم. راه‌های مختلفی برای نگهداری از تصاویر در داخل دوربین و یا انتقال آنها به کامپیوتر وجود دارد.
امروزه تمام دوربین‌های دیجیتالی موجود در بازار دارای حافظه‌هایی هستند که برای ذخیره‌ موقت تصویر در داخل دوربین تعبیه شده‌اند. شما می‌توانید تا زمانی که این حافظه که حجم محدودی هم دارد کاملا پر نشده، باخیال راحت عکسبرداری کنید. دوربین شما تمام عکس‌ها را روی آن ذخیره می‌کند. اما هنگامی که این حافظه پر می‌شود باید برای آن فکری کرد.  

یک راه این است که به‌وسیله‌ یکی از ابزار‌های اتصال‌دهنده ارائه شده همراه دوربین‌تان، عکس‌های گرفته شده را به کامپیوتر یا یک حافظه بزرگتر ( مثل حافظه‌های PDA ساخت شرکت Nikon) انتقال دهید. پورت‌های USB ،Parallel ،SCSI ، Serial و یا حتی درگاه‌های مادون قرمز (Infrared) نیز که در اکثر گوشی‌های موبایل جدید تعبیه شده، می‌توانند به سادگی عکس‌های شما را منتقل کنند. اما همه این‌ها در صورتی میسر است که شما به کامپیوترتان دسترسی داشته باشید. فرض کنید در طول یک سفر حافظه دوربین‌تان پر شود. برای چنین موقعیت‌هایی باید از وسایل ذخیره ‌سازی  جانبی کمک بگیرید.
خیلی از دوربین‌های ارزان قیمت تنها می‌توانند از حافظه داخلی خود استفاده کنند. این حافظه همان‌طور که گفتیم بسیار زود پر می‌شود و معمولا بیشتر از 8 یا 16 مگابایت نیست. اما حافظه‌های جانبی در انواع مختلفی یافت می‌شوند که عبارتند از:

کارت‌های SmartMedia: کارت‌هایی شبیه به همان حافظه‌های Flash Memory هستند که ابعاد کوچکی دارند.
کارت‌های CompactFlash: شبیه به کارت‌های SmartMedia اما کمی بزرگ‌تر هستند.
Memory Stick: یک نوع حافظه‌ شبیه به کارت‌های Flash Memory که مخصوص محصولات شرکت سونی می‌باشد.
فلاپی دیسک: بعضی از دوربین‌ها می‌توانند که مستقیما از فلاپی دیسک به عنوان حافظه استفاده کنند.
کارت PCMCIA: تعدادی از دوربین‌های حرفه‌ای جدید، به علت حجم بالای تصاویری که ذخیره می‌کنند از کارت‌هایPCMCIA استفاده می‌نمایند که بسیار گران‌قیمت هستند استفاده نمایند.
CD یا DVD قابل رایت: تعدادی از دوربین‌های جدید نیز از CD یا DVD برای ذخیره تصاویر استفاده می کنند.
هیچ‌کدام از این کارت‌ها را نمی‌توان به جای دیگری به کار برد و معمولا دوربین‌های دیجیتال از یک یا دو نمونه از این حافظه‌ها استفاده می‌کنند.
اگر از چندین کارت حافظه مربوط به دوربین‌های مختلف استفاده می کنید و نمی‌توانید همه آنها را توسط کابل‌های مخصوص خود به کامپیوترتان متصل کنید، بهتر است از دستگاه‌های کارت‌خوان استفاده کنید. این دستگاه‌ها که در بازار ایران با نام Ram Reader شناخته می‌شوند، دارای یک رابط USB هستند که می‌توانید با قرار دادن کارت‌های حافظه در داخل آن محتویات آنها را انتقال دهید.(من به تازگی یکی از آنها را که اسلات‌های جداگانه‌ای برای تمام کارت‌های حافظه دارد به قیمت 14 هزار تومان خریداری کرده‌ام).

کنترل نور
کنترل مقدار نور تابیده شده به سطح حسگر بسیار مهم است. اگر دوباره به مثال سطل‌ها و قطرات آب برگردیم، می‌توانیم حدس بزنیم که چرا نور بسیار شدید و یا نور بسیار کم برای کار عکاسی مناسب نیست. سطل کاملا خالی و یا کاملا پر نمی‌تواند هیچ‌گونه اطلاعاتی را برای کار ذخیره کند و تمام اطلاعات مربوط به میزان شدت نور حذف می‌شود. حتی اگر فرض کنیم یکی از فوتوسایت‌ها احتمالا با نور بیشتری نسبت به دیگری مواجه شده است، اما چون هر دو سطل کاملا پر و مساوی هستند نمی‌توانیم مقدار میان آن دو را به دست آوریم. در دوربین دو قطعه به نام‌های شاتر و دیافراگم می‌توانند میزان تابش نور را  کنترل کنند.
مقدار مربوط به دیافراگم عبارت است از مقدار باز شدن دهانه‌ دوربین به منظور تابش نور از درون لنز‌ها. دیافراگم دقیقا بعد از لنز‌ها قرار گرفته است. نور بازتابیده از یک جسم ممکن است بسیار شدید باشد و ممکن است برای بازسازی تصویر به چنین نور شدیدی احتیاج نباشد. در چنین موقعیتی شما به اندازه دیافراگم کوچک‌تر احتیاج دارید. برعکسِ این اتفاق در روز‌های بارانی و ابری می‌افتد که به علت نور کم محیط، نور کافی برای ایجاد تصویر وجود ندارد و دهانه دیافراگم دوربین بازتر خواهد شد.
سرعت شاتر نیز مقدار زمان باز ماندن دیافراگم  را کنترل می کند. هر چه زمان بیشتری دیافراگم را باز نگه داریم، نور بیشتر به سطح فوتوسایت‌ها تابیده می‌شود. این قطعه در دوربین‌های آنالوگ به طور مکانیکی عمل می‌کند. چرا که با هر بار شارژ شدن، فنر شاتر تنها یک‌بار می تواند عمل کند (صدا و لرزش خفیفی که در هنگام گرفتن عکس با این دوربین‌ها حس می‌شود مربوط به عملکرد همین قطعه است). اما در دوربین‌های دیجیتالی به علت اینکه عمل دریافت نور با برقرار شدن اتصال بین صفحه‌ حسگر و مبدل آنالوگ به دیجیتال انجام می‌شود، عملا احتیاجی به شاتر مکانیکی نیست. در  ضمن توانایی بسیار زیاد دوربین های دیجیتالی نسبت به دوربین‌های آنالوگ در گرفتن تصاویر سریع پی‌در‌پی به همین قابلیت وابسته است. (البته بعضی دوربین‌های دیجیتالی SLR از هر دو نوع شاتر استفاده می‌کنند.)
بسیاری از دوربین‌های دیجیتال ارزان قیمت مقدار این دو گزینه را به طور خودکار تنظیم می‌کنند و در اکثر مواقع بهترین حالت (از دید حسگر نوری دوربین) را انتخاب می‌کنند. اما دوربین‌های پیشرفته‌تر قابلیت‌های بیشتری را برای تغییر سرعت و شدت نوردهی در اختیار قرار می‌دهند که مورد استفاده عکاسان حرفه‌ای است. بعضی از سازندگان دوربین‌های دیجیتالی حتی پا را از این هم فراتر گذاشته‌اند و برای جلب توجه حرفه‌ای‌ها، با استفاده از یک لرزاننده و بلندگوی بسیار کوچک در داخل دوربین صدا و لرزش خفیف حاصل از شاتر را در این دوربین‌ها بازسازی کرده‌اند! ممکن است تصور کنید چرا هنگامی که دوربین، به طور اتوماتیک بسیاری از تنظیمات را انجام می‌دهد باید دوربین گرانتری با قابلیت تنظیم دستی تهیه کنید. فراموش نکنید که بهترین حالت از دید حسگر دوربین حالت بهینه در بین حالت‌های مورد انتخاب (و نه لزوما بهترین حالت ممکن) می‌باشد.

در دوربین‌های دیجیتالی 4 نوع مختلف لنز به‌کار برده می‌شود:
? ‌لنز‌های زوم ثابت و فوکوس ثابت: این نوع لنز‌ها دارای فوکوس و زوم ثابت هستند و معمولا در دوربین‌های ارزان قیمت کاربرد دارند. بسیاری از گوشی‌های موبایل و دوربین‌های ساده وب‌کم از این لنزهای ثابت استفاده می کنند.
? ‌لنز‌های زوم اپتیکال با فوکوس اتوماتیک: این لنز‌ها شبیه همان لنز‌هایی هستند که در دوربین‌های ویدئویی معمولی استفاده می‌شوند. می‌توانید به مقدار محدودی از قابلیت تله و واید‌کردن استفاده کنید. اما در بیشتر مواقع امکان زوم کردن دستی را به شما نمی‌دهند.
? ‌لنز‌های زوم دیجیتالی: در این روش دوربین شما (و نه لنز) پیکسل‌های مرکز عکس را گرفته و به طریق درون‌یابی از همان پیکسل‌های گرفته شده، یک تصویر بزرگ‌تر به اندازه‌ تصویر اصلی می‌سازد. بسته به وضوح تصویر و نوع حسگر، این عمل ممکن است به از بین رفتن کیفیت و یا شطرنجی شدن تصویر منجر شود. این نوع زوم دقیقا مثل این است که شما یک عکس را بگیرید و قسمتی از آن را ببرید و سپس تکه‌ بریده شده‌ تصویر را چند برابر بزرگ کنید.
? ‌لنز‌های قابل تعویض: اگر با دوربین های 35میلی‌متری حرفه‌ای‌تر کار کرده باشید، با مفهوم لنز‌های قابل تعویض آشنا هستید. این لنز‌ها می‌توانند بر روی دوربین قرار بگیرند و به‌وسیله شکست نور (همانند لنز های نوری دیگر) تصویر بزرگ‌تر و یا کوچک‌تری را به دوربین منتقل کنند. 

از آنجایی‌که بسیاری از کاربران با دوربین‌های آنالوگ 35 میلی‌متری  کار کرده‌اند و با مقیاس‌های لنز‌های مربوط به آنها آشنا هستند، اکثر سازندگان دوربین‌های دیجیتالی فاصله‌های کانونی لنز‌های دوربین‌های خود را در مقیاس‌های قابل مقایسه با دوربین‌های آنالوگ بیان می‌کنند. این اطلاعات در هنگام تهیه دوربین‌ بسیار مهم  هستند و شما می‌توانید به راحتی از عادی و یا تله‌واید بودن لنز دوربین‌تان اطمینان حاصل کنید. در جدول یک ش

فاصله‌ کانونی 

تصاویر زاویه‌ باز، چشم‌انداز‌های طبیعی،ساختمان‌های بزرگ،جمعیت‌ زیادی
 از مردم

 اجسام دورتر و کوچک‌تر به نظر می‌رسند.

 35 میلیمتر

5.4 میلیمتر

عکس‌های عادی از آدم‌ها و اجسام

اجسام همان‌گونه که ازچشم شما دیده می‌شوند، به نظر می‌آیند 

 50 میلیمتر

 7.7 میلیمتر

تصاویر نمای نزدیک

اجسام بزرگ‌تر و نزدیک‌تر به نظرمی‌آیند

 105 میلیمتر

 16.2 میلیمتر

لنز‌ها و فاصله‌های کانونی
وظیفه‌ لنز دوربین این است که نور‌های بازتابیده موجود را گرفته، آنها را متمرکز کرده و روی سطح حساس به نور بتاباند. بسیاری از دوربین‌های دیجیتال از روش فوکوس خودکار استفاده می کنند که روش بسیار جالبی برای تنظیم است.
اما تفاوت اساسی بین لنز‌های دوربین‌های دیجیتالی و دوربین‌های آنالوگ در فاصله‌ کانونی آن‌ها است. هنگامی که خطوط موازی نور از میان عدسی لنز دوربین می‌گذرند، شکست نور به سمت محور لنز موجب متمرکزشدن این پرتو‌ها در یک نقطه می‌شود که آن را نقطه‌ی کانونی می‌نامند. (احتمالا اولین کاری که کودکان با یک عدسی انجام می‌دهند به‌دست آوردن همین نقطه‌ کانونی است). در حقیقت فاصله‌ کانونی، فاصله همین نقطه تا مرکز عدسی است. در دوربین‌های عکاسی فاصله‌ کانونی عبارت است از فاصله‌ بین مرکز لنز دوربین و سطح حساس به نور که می‌تواند یک نگاتیو یا یک حسگر سیلیکونی باشد. در قسمت اول مقاله آموختیم که سطح حساس به نور در دوربین‌های آنالوگ بسیار بزرگ‌تر از سطح حسگر CCD در دوربین‌های دیجیتال است. پس برای اینکه بتوانیم یک تصویر را روی یک سطح کوچک‌تر بتابانیم می‌بایست فاصله‌ کانونی دوربین را متناسب با آن کاهش دهیم.
همچنین فاصله‌ کانونی به عنوان حیاتی‌ترین بخش اطلاعات در مورد تخمین میزان بزرگ‌نمایی تصویر از زاویه‌ دید عکاس در دوربین‌های آنالوگ محسوب می‌شود. فشرده‌سازی
از آنجایی‌که ذخیره کردن فایل‌های تصویری با بیش از 2/1 میلیون پیکسل فضای زیادی را اشغال می‌کند، بسیاری از دوربین‌ها از یک روش‌های فشرده‌سازی برای ذخیره‌ اطلاعات تصویری استفاده می‌کنند. دو راه ممکن برای فشرده‌سازی تصاویر وجود داشته باشد: repetition و irrelevancy.
در روش repetition یا فشرده سازی بر اساس تکرار، می‌توان این‌طور تصور کرد که کامپیوتر، رنگ‌ها را براساس تکرار آنها در تصویر ذخیره می‌کند. مثلا فرض ‌کنید تصویری داریم که نیمی از آن را آسمان آبی پوشانده است. در این‌حالت در آسمان حدودا 30 سایه‌ آبی موجود است که کامپیوتر از هرکدام از آنها  یک نمونه می‌گیرد و بقیه اطلاعات را حذف می‌کند. کامپیوتر هنگام بازسازی تصویر می‌تواند با دقت قابل قبولی این رنگ‌ها را دوباره جایگزین کند به طوری که ساختار اصلی رنگ‌های تصویر از بین نرود. این روش اگر‌چه روش بسیار مفیدی است اما متاسفانه نمی‌تواند بیش از 50 درصد فشرده‌سازی را روی تصویر انجام دهد.
روش Irrelevancy در حقیقت از یک حقه استفاده می‌کند. یک دوربین دیجیتالی نسبت به چشم انسان اطلاعات بیشتری را ذخیره می‌کند. بسیاری از روش‌های فشرده‌سازی از این مزیت برای حذف اطلاعات و کم کردن حجم آنها استفاده می کنند. اگر می‌خواهید فایل کوچکتری داشته باشید مجبورید که مقدار بیشتری از اطلاعات غیر ضروری (از دید انسان) را کنار بگذارید. بسیاری از دوربین‌ها میزان حذف اطلاعات را متناسب با وضوح در نظر می‌گیرند. یعنی وضوح کمتر همان حذف بیشتر اطلاعات غیر ضروری و داشتن فایل کوچکتر است.