دوربین عکاسی چطور کار می نماید؟ - وبلاگ مرکزی

به گزارش وبلاگ مرکزی، دوربین عکاسی از حدود یک قرن و نیم گذشته تا به امروز دست خوش تغییرات زیادی شده است و آنچه که امروزه به عنوان نمونه های مدرن می بینیم نتیجه سال های بی شماری کوشش برای توسعه این دستگاه است، اما با این وجود جالب است بدانید که اصول اولیه کارکرد همه آن ها یکسان است! بنابراین در این مقاله به سراغ سوالی مجذوب کننده می رویم: دوربین عکاسی چطور کار می نماید؟

نقش نور در کارکرد دوربین عکاسی

اگر تصمیم به درک سازوکار دوربین داشته باشیم اول از همه باید بدانیم که نور چگونه کار می نماید، چراکه بدون درکی از نور، عکاسی هم وجود نخواهد داشت. در این بخش بدون اینکه بخواهیم در جهانی وحشی فیزیک زیادی غرق شویم، اصول اولیه نور را برای شما روشن کنیم.

همانطور که می دانید، نور در مسیر مستقیم حرکت می نماید و می تواند منعکس یا جذب شود. برای چشم انسان و دوربین عکاسی، نور یک موج تلقی می شود و این ویژگی تقریباً مشابه با امواج صوتی به نظر می آید، با این تفاوت که از نظر طول موج، فرکانس، دامنه و سطح انرژی با یکدیگر متفاوت هستند. به همین دلیل وظیفه یک عکاس جمع آوری و گرفتن نور به سلیقه و شکل مدنظر خود است.

1. آشنایی با لنز دوربین و اهمیت آن در ثبت تصاویر

جدا از اولین دوربین های عکاسی جهان که شیشه نداشتند، دو بخش اصلی این وسیله شامل لنز و آشکارساز نور است. به طور کلی لنز دوربین نور را جمع آوری می نماید و آن را روی سطح آشکارساز نور که معمولا فیلم عکاسی یا حسگر دیجیتالی است، پخش می نماید. سپس، به وسیله روش های مختلف پردازش، تصویر نهایی خود را به دست خواهید آورد که با توجه به سلیقه شما شکل گرفته است. درواقع عمل عکاسی تمام آن چیزی است که در بین این مراحل و حتی قبل از آن اتفاق می افتد 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 می نماید. نور از لنز عبور می نماید و به وسیله فرمول های نوری مختلف، نحوه نمایش تصویر را می سازد. 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 سازه حاضر، حاصل طراحی و آزمایش های مداوم و دقیقی است که با فرمول های اپتیکی استانداردی مانند 50mm f/1.8 یا f/1.4 برای مدل های متنوع لنز تنظیم شده است. جالب است بدانید که بعضی از لنزهای دوربین پیشرفته از فرمول هایی پیروی می نمایند که تا همین اواخر امکان طراحی آن ها وجود نداشت.

اما اهمیت این فرمول ها در چیست؟ به طور کلی فرمول نوری در یک لنز، تصویری را که می تواند روی یک حسگر پخش کند، را مشخص می نماید.

اهمیت فاصله کانونی

به زبان ساده، فاصله کانونی مشخصه ای است که میزان بزرگنمایی را مشخص می نماید. فاصله کانونی کمتر زاویه دید وسیع تری را نمایش می دهد در حالی که فاصله کانونی بیشتر برش باریک تری از صحنه را ارائه می نماید. در اصطلاح فنی، فاصله کانونی فاصله بین نقطه همگرایی لنز با سنسور یا فیلم است.

به لحاظ علمی طراحی لنزی با نقطه همگرایی ای قبل از بخش جلویی دستگاه عملا غیرممکن است، اما این نقطه می تواند در پشت آن قرار گیرد. این بدان معناست که لنزهای تله فوتو telephoto lenses (به استثنای لنزهای آینه ای) باید بلندتر باشند.

با این حال، لنزهایی با زاویه باز (همان مدل هایی که در عکاسی حیات وحش معمولا می بینید) می توانند به طرز شگفت آوری از نظر طول بلند باشند. لنزهای مخصوص زوم می توانند نقطه همگرایی خود را به جلو و عقب تغییر دهند. لنزهای پرایم نقطه ثابتی دارند و عناصر فقط برای فوکوس کردن حرکت می نمایند.

دیافراگم

قطر لنز مشخص نماینده حدبیشتر میزان نوری است که می تواند از آن عبور کند. در بیشتر لنزها بخشی به نام عنبیه وجود دارد که برای باریک کردن قطر لنز استفاده می شود. این بخش درست مانند مردمک چشم انسان عمل می نماید به این معنی که هر چه باریکتر شود، نور کمتری وارد چشم یا لنز می شود. بعلاوه، با وجود عنبیه تنگ تر، عمق میدان عمیق تر و جدایی پس زمینه کمتری حاصل می شود.

میزان نسبت دیافراگم به صورت F-stop نمایش داده می شود که می توان آن را با تقسیم فاصله کانونی بر قطر لنز (در عنبیه) محاسبه کرد. به عنوان مثال، F-stop یک لنز 50 میلی متری با قطر دیافراگم 25 میلی متر، f/2 است.

البته در نظر داشته باشید که زمانی که زوم می کنید فاصله کانونی تغییر می نماید، در نتیجه نسبت دیافراگم هم دست خوش تغییر می شود. البته در لنزهایی با حداقل میزان دیافراگم ثابت، به عنوان مثال، 24-70mmf/2.8 به تدریج با باز شدن دیافراگم، می توان زوم کرد و نسبت دیافراگم را ثابت نگه داشت.

قابلیت فوکوس کردن

درست همچون چشم انسان، لنز دوربین هم جهان را در سطوح کانونی می بیند. این صفحات کانونی با بخش جلویی لنز دوربین و (در بیشتر موارد) با سنسور موازی هستند. نمونه استثناء در این مورد لنزهای شیب دار با زاویه دید بسیار گسترده است. در حالت کلی به منظور اینکه بر روی یک صفحه خاص فوکوس شوید، یکی از عناصر لنز باید در داخل آن حرکت کند. شما می توانید این عنصر را با فوکوس اتوماتیک یا به صورت دستی با چرخاندن حلقه مربوط به فوکوس کنترل کنید. در چنین حالتی هر چه بخش فوکوس به سنسور نزدیکتر شود، فوکوس بر روی سوژه مدنظر بیشتر می شود.

به جز لنزهای ماکرو، بیشتر لنزهای موجود در بازار می توانند به سمت فوکوس بی نهایت بروند. البته اگرچه از نظر فیزیکی می توانید تا هر میزان که بخواهید فوکوس کنید، اما باید بدانید که چنین عملی منطقی نیست، چراکه پس از حد مشخصی احتمالا تصویر تار شود. هنگام عکاسی از نمای نزدیک، عنصر فوکوس از سنسور دور می شود. از این رو، می توان هر لنز غیر ماکرو را با افزودن لوله های اکستنشن extension tubes بین بدنه و لنز، به لنز ماکرو تبدیل کرد.

به همین دلیل اگر علاقه مند به عکاسی ماکرو هستید، می توانید لنز گوشی خود را با استفاده از لنزهای ویژه و باکیفیت به دوربین مخصوص برای عکاسی ماکرو تبدیل کنید.

تثبیت نماینده حرکت

در بعضی از لنزهای مدرن، ممکن است وسیله ای را بیابید که به طور فعال حرکت دوربین را تثبیت می نماید. این قسمت معمولاً شامل یک ساختار متمایز در پشت لنز است. نام گذاری سیستم های تثبیت نماینده یا همان پایدارساز از برندی به برند دیگر فرق دارد. به عنوان مثال شرکت Canon آن ها را IS (تثبیت نماینده تصویر Image Stabilizer)، شرکت Nikon آن را VR (کاهش دهنده لرزش Vibration Reduction) یا سونی OSS (تثبیت نماینده اپتیکی Optical SteadyShot) می نامد.

وزن و ارگونومی لنزها

مقدار و وزن لنزها به عوامل زیادی بستگی دارد، چراکه معمولاً دیافراگم سریعتر به معنای لنزهای بزرگتر است. بعلاوه دامنه زوم گسترده در هنگام بزرگنمایی، بلندتر شدن مقدار لنز را در پی دارد، اما گفتنی است که اغلب این مدل ها قابل جمع شدن هستند. هرچه مقدار سنسور مورد نظر بزرگتر باشد، لنز باید حجیم تر انتخاب شود.

2. دوربین عکاسی و نقش آن در ثبت تصویر

همانطور که اشاره شد، نور پس از عبور از لنز به دوربین می رسد، جایی که به وسیله یک سنسور یا فیلم، شناسایی می شود.

نمایاب (Viewfinder)

همه دوربین های DSLR و بسیاری از دوربین های بدون آینه دارای نمایاب هستند. این قطعه می تواند نوری یا الکترونیکی باشد. در یک دوربین دیجیتال DSLR با نمایاب اپتیکال، هنگامی که نور از لنز عبور می نماید به یک آینه نیمه تراوا برخورد می نماید و سپس بیشتر نور به سمت پنتاپریسم (منشوری پنج پر) و سپس نمایاب منعکس می شود.

در طی همین مسیر میزانی از نور هم به وسیله یک آینه ثانویه به سمت پایین و به سنسور فوکوس اتوماتیک منعکس می شود.

در دوربین های بدون آینه، هیچ ارتباط نوری ای بین لنز و چشم انسان وجود ندارد و نور همواره مستقیماً به سنسور می رسد. سپس نمای مدنظر به صورت دیجیتالی از سنسور به نمایاب الکترونیکی (EVF) یا به صفحه پشتی منتقل می شود.

شاتر در دوربین عکاسی

شاتر مکانیزمی است که نور را برای مدت زمان مشخصی (سرعت شاتر) به فیلم یا سنسور می دهد. قبل از عصر دوربین های دیجیتال، تنها گزینه پیش روی عکاسان شاتر مکانیکی بود که همانطور که احتمالا در فیلم ها دیده اید، مانعی را در مسیر نور حرکت می دادند.

شاتر مکانیکی رولینگ که در بیشتر دوربین ها یافت می شود دارای دو پرده است؛ هنگامی که دکمه شاتر را فشار می دهید، اولین پرده به سمت بالا می لغزد و اجازه می دهد که نور به سنسور دوربین برسد، سپس پس از مشخص زمانی مشخص، پرده دوم بسته می شود و سنسور دوباره مسدود می شود. یکی از معایب شاتر مکانیکی رولینگ این است که نمی توان از فلش استاندارد زیر سرعت شاتری مشخص بهره ببرید، در چنین حالتی تمام کادر به طور همزمان در معرض دید قرار نمی گیرد. این زمان حدود 1/200 ثانیه است!

شاترهای الکترونیکی محصولی از عصر دوربین های دیجیتال هستند که برای خواندن سریع و پیوسته تصویر استفاده می شوند. شاتر الکترونیکی رولینگ تقریباً در هر دوربین دیجیتالی یافت می شود و با جمع آوری داده ها از سنسور (معمولاً ردیف هایی از پیکسل ها) این عملیات را انجام می دهد. با استفاده از این نوع شاترها عکاسی بی صدا و با سرعت شاتر بسیار پایین، در بعضی موارد تا 1/32000 ثانیه فراهم می شود. نکته منفی این است که در این شرایط سوژه هایی که به سرعت حرکت می نمایند به علت خواندن ناهمزمان داده ها، دچار اعوجاج می شوند.

سنسور

به طور کلی سنسورهای دیجیتال از پیکسل ها تشکیل شده اند و پیکسل ها هم از سلول های خورشیدی کوچکی ساخته شده اند که نور را به الکتریسیته تبدیل می نمایند. بیشتر دوربین های دیجیتال دارای یک سنسور استاندارد تک لایه CMOS یا CCD هستند. CMOS یک فناوری جدیدتر است که امکان بازخوانی پیکسل های جداگانه را با مصرف کم انرژی فراهم می نماید. جالب است بدانید که پیکسل ها در آرایشی به نام موزاییک بایر Bayer mosaic با استفاده از فیلترهای رنگی چیده می شوند. موزاییک بایر از بلوک های چهار پیکسلی یعنی دو سبز، یکی قرمز و دیگری آبی تشکیل شده اند. از آنجایی که هر پیکسل فقط به رنگ خود حساس است، نتیجه نهایی تصویری با نقاط قرمز، سبز و آبی به شکل پراکنده است.

دقت کنید که تعداد پیکسل های سبز در این سیستم دو برابر تعداد قرمز و آبی است زیرا که چشم انسان در مقایسه با نور آبی یا قرمز نسبت به نور سبز حساسیت بیشتری دارد. کثرت پیکسل های سبز تصویری ایجاد می نماید که به نظر دارای نویز کمتر و جزئیات بیشتر است.

ISO

به زبان بسیار ساده، ISO یکی از تنظیمات دوربین است که باعث روشن یا تاریک شدن عکس های شما می شود. وقتی شما با دوربین خود میزان ISO را تنظیم می کنید، بسته به دوربین شما و میزان دقیق ISO، اتفاقات مختلفی ممکن است در دستگاه رخ دهد. دوربین های دارای سنسور CMOS (در بیشتر دوربین های دیجیتال) دارای یک تقویت نماینده کوچک برای هر پیکسل هستند، بنابراین پس از اینکه فریم در معرض نور نهاده شد، طبق ISO تنظیم شده در دوربین، پیکسل ها به سطح بالاتری تقویت می شوند. بنابراین این مساله به شما یاری می نماید تا در محیط های کم نور عکاسی کنید.

تبدیل و پردازش دیجیتال دوربین عکاسی

پس از بازخوانی اطلاعات از سنسور دوربین دیجیتال و عبور از تقویت نماینده ها، داده ها به داده های دیجیتال تبدیل می شوند. این وظیفه مبدل آنالوگ به دیجیتال است. بیشتر دوربین های مدرن داده ها را به داده های دیجیتال 16 بیت تبدیل می نمایند اما تنها از 14 بیت آن استفاده می نمایند. درواقع آن 2 بیت اضافی انعطاف پذیری بیشتری را در پس از فراوری و فیلتر کردن اطلاعات فراهم می نماید.

14 بیت به این معنی است که برای هر پیکسل 16.384 میزان ممکن وجود دارد، این گستردگی میزان برای پیکسل ها عاملی برای ایجاد طیف رنگی وسیع و ارائه توناژ رنگ بالا در دوربین های دیجیتال مدرن است. پس از این مرحله داده های پیکسلی به بخش پردازشگر تصویر می روند و اگر خروجی jpg را انتخاب کنید، پردازنده چندین الگوریتم، فیلتر و عملیات فشرده سازی را روی داده ها انجام می دهد تا آنچه می خواهید به دست شما برسد.

منبع: EXPERT PHOTOGRAPHY