اجزای دوربین دیجیتال 1- سنسورها

دوربین دیجیتال مانند دوربین های آنالوگ از یک بدنه تشکیل شده که اجزاء دیگر در آن قرار دار یا به آن متصل می شوند. معمولا دوربین های دیجیتال مجهز به لنز هستند (به جز معدودی از انواع آنها مانند دوربین های    Pin Hole). در این دوربین ها یک سنسور تصویری و کارت حافظه جایگزین فیلم در دوربین آنالوگ شده اند. این دوربین ها مجهز به یک صفحه نمایش یا منظره یاب و یا هر دو هستند که تصویر را به عکاس نشان می دهند. و در نهایت یک منبع تغذیه که برق مورد نیاز برای کارکرد دوربین و اجزا آن را فراهم می کند و می تواندشامل باتری یا منابع دیگر باشد.

در دوربین دیجیتال، معمولا تصویر توسط لنز وارد بدنه شده و سپس به سطح سنسور منتقل می شود. پردازش شده و در کارت حافظه یا حافظه ای مجزا ذخیره سازی می شود. کارت های حافظه انواع بسیار گسترده ای مانند کارت های CF و SD و MMC و MC را شامل می شوند که با قابلیت ها، سرعت ها و حجم های متنوعی ارائه می شوند. شاید نکته ای که در مورد این کارت های حافظه باید مورد توجه قرار گیرد این است که این وسایل قطعات الکترونیکی و آسیب پذیر هستند و ممکن است از کار بیفتند یا دچار اختلال شوند. بنابراین به همراه داشتن بیش از یک کارت حافظه در شرایطی می تواند بسیار کارساز باشد. همچنین برخی از دوربین ها این امکان را در خود دارند تا مستقیم یا غیر مستقیم به کامپیوتر یا حافظه های دیگر متصل شوند و برای ذخیره عکس ها از فضای آنها به جای کارت حافظه بهره برداری کنند. (منبع تصویر زیر)

در ادامه به بحث در مورد برخی از اجزای اساسی دوربین دیجیتال خواهیم پرداخت.

سنسورهای ثبت عکس (Image Sensors)

اساسی ترین تفاوت دوربین دیجیتال نسبت به دوربین آنالوگ، صفحه حساس موجود در آنهاست. وظیفه ثبت تصویر در دوربین آنالوگ با فیلم و در دوربین دیجیتال با سنسور است.

در دوربین های آنالوگ امکان استفاده از انواع مختلف فیلم ها وجود دارد اما در دوربین دیجیتال، سنسور جزء ثابتی از دوربین بوده و متناسب با شرایط، قابل تعویض نیست (البته عقبه ها تا حدی این موضوع را کمرنگ می کنند). سنسورهای دیجیتال، نیاز به خرید فیلم، استفاده از مواد شیمیایی مضر برای انسان و محیط زیست، تعویض فیلم در شرایط مختلف و مواردی از این دست را مرتفع کرده اند.

معمولا در دوربین های قطع کوچک و برخی از دوربین ها با قطع های بزرگ تر، سنسورها به صورت ثابت در بدنه دوربین (در انتهای لنز) قرار گرفته اند. در برخی دیگر از دوربین های حرفه ای خصوصا دوربین های قطع متوسط و قطع بزرگ، سنسورها ممکن است به صورت جداگانه در یک عقبه (Back) دیجیتال قرار گرفته باشند که روی دوربین ها نصب می شوند. از مزایای استفاده از عقبه این است که برخی از دوربین ها می توانند هم از عقبه دیجیتال و هم آنالوگ بهره ببرند.

همچنین ممکن است عقبه های پیشرفته تری نیز عرضه شوند که با آن دوربین خاص سازگار باشد. تصویر چند عقبه دیجیتال به طور مجزا و نصب شده روی دوربین در زیر ارائه شده است.

به طور کلی در عکاسی دو نوع عمده از سنسورهای تصویری مورد استفاده قرار می گیرد. سنسورهای CCD یا Charged Coupled Device و CMOS یا Complementary Metal Oxide Semiconductors.

ابتدا سنسورهای CCD مورد استفاده قرار گرفتند اما بعدها سنسورهای CMOS نیز پا به عرصه عکاسی دیجیتال گذاشتند. علیرغم تفاوت های این دو نوع سنسور اعم از قیمت، سرعت، واکنش به نور و...، هر دو نوع همچنان در عکاسی دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند و با پیشرفت هایی که در آنها ایجاد شده، نتایج بسیار خوبی ارائه می دهند.

بنابراین در حال حاضر نمی توان الزاما گفت که تنها به این دلیل که یک دوربین از CMOS یاCCD  استفاده می کند، عکس هایی با کیفیت بهتر ارائه خواهد کرد.

معمولا سنسورهای دیجیتال متشکل از سلول های حساس به نور (Photo Sites) هستند که همان پیکسل های تصویر را تشکیل می دهند و بخش های الکترونیکی که معمولا وظیفه قرائت سلول ها و پردازش های تصویری را به عهده دارند. به بخشی که پردازش های تصویری را انجام می دهد پردازشگر یا (Image Processor) گفته می شود. در شکل زیر به برخی از عملیاتی که در مرحله پردازش صورت می پذیرد اشاره شده است که در آینده به طور مفصل مورد بحث قرار خواهند گرفت.

برخی از عملیاتی که در مرحله پردازش انجام می گیرد

ابعاد سنسورها

سنسورها با توجه به کاربرد، با ابعاد مختلفی ساخته می شوند که این امر از جنبه های مختلف، در عکاسی حائز اهمیت است. در اینجا نیز مانند دوربین های آنالوگ با سنسورهای قطع کوچک، متوسط و بزرگ مواجهیم اما تنوع اندازه ها در عکاسی دیجیتال بیشتر است.

در وهله اول، هر چه صفحه حساس بزرگ تر باشد، عکس ثبت شده بزرگ تر است و برای چاپ یا ارائه، به بزرگ سازی کمتری نیاز دارد. این امر باعث می شود مات شدگی های حاصل از لرزش دوربین کمتر بزرگنمایی کند و عکس شارپ تر به نظر برسد. از سوی دیگر، هر چه سنسور بزرگ تر باشد، می توان تعداد پیکسل ها یا اندازه آنها را افزایش داد یعنی می توان از سلول های نوری بزرگتر استفاده کرد.

هر چه تعداد پیکسل ها بیشتر باشد، جزئیات و وضوح بیشتری در عکس خواهیم داشت. البته لازم به ذکر است که گاهی سازندگان، تعداد پیکسل ها و رزولوشن دوربین را بالاتر از تعداد واقعی پیکسل ها (تعداد اپتیکی یا Effective Mega Pixels) ارائه می دهند. در این حالت با استفاده از نرم افزارهای مخصوص و با توجه به مقادیر و ویژگی های پیکسل های مجاور، پیکسل های جدیدی به عکس اضافه می شوند که در واقع حاصل از ثبت سوژه واقعی نیستند. به رزولوشن حاصل از این فرآیند در اصطلاح Interpolated Resolution گفته می شود و در تشخیص کیفیت، تعداد پیکسل های اپتیکی که نماینده جزئیات واقعی سوژه هستند باید مبنا قرار بگیرند.

همچنین، هر چه سلول های نوری، بزرگ تر (پیکسل ها بزرگ تر)، حساسیت آن به نور نیز بیشتر خواهد بود و نور را بهتر جذب و ثبت می کند، در نتیجه تصویر از وضوح و درخشندگی بهتری برخوردار بوده و نویز کمتری نیز تولید می کند.

اندازه سلول های نوری تا حدی مهم است که ممکن است کیفیت عکسی که با دوربین 6 مگاپیکسلی قطع بزرگ گرفته شده بهتر از عکسی باشد که با دوربین قطع کوچک 6 مگا پیکسلی گرفته شده است. به همین دلیل گاهی کمپانی ها مگاپیکسل بالاتر را فدای اندازه پیکسل می کنند تا عکس از کیفیت بهتری برخوردار باشد. البته باید توجه داشت که با بزرگ شدن سنسورها، قیمت افزایش چشمگیری خواهد داشت.

همان طور که اشاره شد، در عکاسی دیجیتال هم می توان دوربین ها را براساس اندازه سنسور به سه دسته قطع بزرگ، قطع متوسط و قطع کوچک تقسیم کرد. در دوربین های قطع کوچک، مانند دوربین های آنالوگ، حداکثر اندازه سنسور برابر است با همان استاندارد دوربین 35mm یعنی 24mm در 36mm که در اصطلاح Full Frame خوانده می شوند. سنسوری با این اندازه بیشتر در دوربین های قطع کوچک حرفه ای دیده می شود.

اما معمولا با توجه به قیمت بالای سنسور با این اندازه، اکثر دوربین های قطع کوچک، خصوصا دوربین های آماتور و نیمه حرفه ای، از سنسورهای کوچک تری بهره می برند. به سنسورهای کوچکتر از 24mm در 36mm در اصطلاح، سنسورهای کراپ (Crop) گفته می شود. در جدول و شکل های زیر برخی از اندازه های متداول سنسورهای دیجیتال مشاهده می شود.

یکی دیگر از جنبه هایی که اندازه سنسور را مهم می کند، تغییر فاصله کانونی لنز نرمال است. همان طور که در دوره عکاسی مقدماتی اشاره شد؛ فاصله کانونی لنز نرمال برابر با قطر صفحه حساس است. بنابراین هر چه صفحه حساس کوچک تر شود، فاصله کانونی لنز نرمال نیز کاهش میابد. این به این معنی است که مثلا اگر لنزی برای دوربین Full Frame نرمال محسوب می شود، برای یک دوربین با سنسور کراپ، لنز تله فتو محسوب خواهد شد که این نکته ای بسیار حائز اهمیت برای عکاسان دیجیتال است. برای مثال، یک لنز با فاصله کانونی 40mm برای دوربین Canon EOS1 DS Mark III، یک لنز واید است اما برای دوربین Canon EOS D 500 یک لنز تله فوتو محسوب می شود زیرا قطر سنسور در 500 D کوچک تر است.

یک عکاس دیجیتال باید لنز مورد نیاز خود را با توجه به اندازه سنسور خود انتخاب کند. یعنی عکاس باید به قطر سنسور دوربین خود واقف باشد تا تصوری صحیح از فاصله کانونی لنز نرمال، واید و تله فتوی مناسب برای دوربین خود داشته باشد.

از آنجا که برای مدت بسیار طولانی در عکاسی آنالوگ، اندازه استاندارد قطع کوچک  24mm در 36mm (دلیل نام گذاری Full Frame) بوده است و عکاسان به اندازه های مختلف فاصله کانونی در آن خو گرفته اند، امروزه نیز برای سهولت در تشخیص فاصله کانونی مناسب برای دوربین های دیجیتال، می توان از ضریب انطباقی (Crop Factor یا به اختصار CF) استفاده کرد که اعداد را تبدیل به عدد مشابه در دوربین Full Frame می کند.

این ضریب به طور خیلی ساده از تقسیم قطر سنسور Full Frame بر قطر سنسور دوربین شما به دست می آید و نشان می دهد که فاصله کانونی لنز نرمال برای دوربین Full Frame چند برابر دوربین شماست و معمولا در مشخصات دوربین ارائه می شود.

در روش استفاده از ضریب انطباق، عکاس فرض می کند که دوربینش Full Frame است اما فاصله کانونی لنز مورد نظر را در یک ضریب انطباق، ضرب می کند. در این حالت عدد حاصل، فاصله کانونی لنز شماست، اگر دوربین شما Full Frame بود.

مثلا اگر تصمیم دارید که لنز واید بخرید و ضریب دوربین شما 1.4 است، باید بدانید که لنز 40mm که برای دوربین Full Frame یک لنز واید است، برای شما مانند لنز تله فتو عمل خواهد کرد زیرا حاصل ضرب 40 در 1.4 برابر با 56 است که بیشتر از لنز نرمال در دوربین Full Frame است.

البته نباید تصور کرد که برای درک فاصله کانونی در عکاسی دیجیتال حتما باید از این ضریب یا روش هایی خاص استفاده کرد. همان طور که در ابتدای این بحث اشاره شد، به راحتی با دانستن قطر سنسور دوربین مان، می توانیم تشخیص دهیم که چه لنزهایی به صورت نرمال، تله فتو و یا واید عمل می کنند و تا چه حد.

نکته حائز اهمیت دیگر در مورد ابعاد سنسور، نسبت طول به عرض یا به اصطلاح صحیح تر پهنا به ارتفاع سنسور (Width and Height) است. این نسبت در عکاسی دیجیتال متنوع بوده و از نسبت یک (شکل مربع) تا 2.39 (مستطیل کشیده) و سایر نسبت ها را شامل می شود. این نسبت نشان می دهد که سنسور مربع یا مستطیل است و اگر مستطیل است از چه میزان کشیدگی برخوردار است (برخی از نسبت های رایج در شکل و جدول بالا دیده می شود).

یکی از نسبت های بسیار رایج که در دوربین های 35mm یا Full Frame هم دیده می شود، نسبت 3:2 (سه به دو) یا همان 1.5 است: 36mm/24mm=3/2=1.5. گاهی این نسبت ها به صورت برعکس هم نشان داده می شوند مثلا 1:1.5.

نسبت 4:3 (Four Third) نیز با توجه به محبوبیت آن بر برخی از گرایش های عکاسی مثل پرتره، در دوربین های دیجیتال رایج شده است.

ابعاد سنسور از جنبه های اپتیکی نیز نقش مهمی دارد. تصویری که لنزهای معمول قطع کوچک تولید می کنند، منطبق بر صفحه حساس 35mm یا Full Frame است. اما زمانی که از سنسورهای کوچک تر استفاده می شود، مقداری از تصویر حاصل از لنز در خارج از سطح سنسور تشکیل شده و بخشی کوچک تری از تصویر ثبت می شود.

مثلا زمانی که از لنزهای سوپر واید یا فیش آی استفاده می شود، عکاس باید متوجه باشد که بخشی از انحنای اطراف کادر را از دست خواهد داد. در واقع در این حالت، بخشی از تصویر اتلاف خواهد شد.

عواملی از این دست باعث شد که لنزهایی مختص این سایزهای کوچک تر طراحی شوند که به دلیل امکان استفاده از اجزای اپتیکی کوچک تر، مزایایی چون حجم، وزن و قیمت کمتر به همراه داشته باشد (مانند لنزهای سری EFS در دوربین Canon و یا سری DX در دوربین های Nikon). البته باید توجه داشت که در اغلب موارد این لنزها با دوربین های Full Frame همخوانی ندارند به این معنا که یا تصویر تولید شده کوچک بوده و همه سنسور را در بر نمی گیرد، یا اصلا قابل نصب بر روی بدنه دوربین نبوده و یا در صورت نصب، نمی تواند تصویر تولید کند.

در شرایطی که از لنزهای معمول Full Frame برای سنسورهای کراپ استفاده می شود، عمق میدان بیشتر خواهد بود.

البته از آنجا که به دلایل اپتیکی، تصویر تولید شده توسط لنز، در وسط از شارپنس و کیفیت بهتری برخوردار است، لذا در سنسوری که کوچک تر از تصویر حاصل از لنز است، بخش های وسط تصویر که کیفیت بهتری دارد، ثبت شده و مشکلات موجود در اطراف و گوشه های تصویر (مانند تیرگی یا عدم وضوح یا اعوجاج های شدید) را ثبت نمی کند.

منابع مورد استفاده

گرد آورنده و مترجم: مهران ارغوان