شما می خواهید یک عکس خانوادگی بگیرید و آن را برای یکی از دوستانتان که در کشور دیگری زندگی می کند ایمیل کنید.

مقدمه

بگذارید این طور شروع کنیم: شما می خواهید یک عکس خانوادگی بگیرید و آن را برای یکی از دوستانتان که در کشور دیگری زندگی می کند ایمیل کنید. برای این کار شما مجبورید عکس تان را به گونه ای تهیه کنید که از نظر کامپیوتر قابل تشخیص باشد. مطمئنا انتظار ندارید عکس تان را جلوی مانیتور کامپیوتر بگیرید تا آن را ببیند و برای دوستتان تعریف کند!

۳۵mm Full Frame ۱۱.۱ Megapixel CMOS Sensor

بیت ها و بایت ها همان زبان مخصوص کامپیوتر هستند. هر عکس دیجیتالی عملا زنجیره ای از صفر و یک محسوب می شود که نقاط رنگی تشکیل دهنده عکس ها (پیکسل های رنگی) توسط آن ها برای کامپیوتر تعریف می شوند. همه فرمت های خاص عکس، در حقیقت اشکال گوناگون تعریف این نقاط رنگی توسط کامپیوتر به حساب می آیند. برای این که یک عکس به این فرمت ها تبدیل شود دو راه وجود دارد. شما می توانید به وسیله یکی از همان دوربین های قدیمی نگاتیوی یک عکس بگیرید. نگاتیو را به طریقه شیمیایی ظاهر کنید. آن را روی یک کاغذ عکاسی چاپ کنید و سپس توسط یک اسکنر آن را به یک عکس دیجیتالی تبدیل کنید. هرچند که استفاده از یک اسکنر نگاتیوی جدید می تواند مرحله چاپ عکس بر روی کاغذ را حذف کرده و عمل تبدیل را مستقیماً از روی نگاتیو انجام دهد، اما مبنای کار باز هم بر دریافت الگوی نوری بازتابش شده و ضبط مقدار ارزش پیکسلی آن ها استوار است.

اما راه دوم این است که مستقیماً نور بازتابش شده از موضوع را دریافت کرده و مقدار ارزش پیکسلی آن ها را بلافاصله و بدون هیچ واسطه ای ذخیره کنید و یا به زبان ساده تر از یک دوربین دیجیتال استفاده کنید.

اما اصلی ترین تفاوت کار بین دوربین های دیجیتالی و آنالوگ در همین نکته نهفته است. مثل تمام دوربین های آنالوگ قدیمی، دوربین های دیجیتالی نیز دارای تعدادی لنز هستند که می توانند نور دریافتی از سوژه را به منظور ایجاد یک تصویر متمرکز کنند. اما به جای این که نور متمرکز شده روی یک قطعه نگاتیو حساس به نور متمرکز گردد، روی قطعه ای نیمه هادی تابیده می شود که قابلیت ضبط الکترونیکی نور را داراست. در مرحله بعدی کامپیوتر با تفکیک اطلاعات الکترونیکی دریافتی از این پروسه به داده های دیجیتالی، تصاویر را با فرمت های گوناگون ذخیره می کند. همه قابلیت های هیجان انگیز دوربین های دیجیتالی از همین قابلیت عملکرد مستقیم ناشی می شود.

حالا می خواهیم ببینیم دوربین ها دقیقا چه کاری انجام می دهند.

دوربینی بدون فیلم

تفاوت کلیدی بین یک دوربین دیجیتال و یک دوربین نگاتیوی آنالوگ این است که دوربین های دیجیتالی فیلم ندارند و در عوض سنسوری دارند که می تواند تابش نور را به بار الکتریکی تبدیل کند. سنسورهای دیجیتالی اغلب دارای ابعاد بسیار کوچکتری نسبت به نگاتیو های ۳۵میلی مترهستند. البته اندازه های بزرگ تری هم ساخته شده اند. مثلا ً در دوربین CANON EOS ۱Ds نوعی حسگر به کار رفته است که۴۲ x ۶۳ mm می باشد و وضوحی برابر۱/۱۱مگاپیکسل دارد.

سنسور تصویری به کار رفته در اغلب دوربین های دیجیتالی موجود از نوع Charge Coupled Device)CCD) می باشد. البته برخی دوربین های ساده تر از نوع دوم سنسور ها یعنی تکنولوژی Complementary Metal Oxide Semiconductor)CMOS) نیز استفاده می کنند. علیرغم بهبود هایی که در سنسور های CMOS حاصل شده و احتمالاً می تواند در آینده بیشتر مورد استقبال عموم قرار گیرد اما بعید به نظر می رسد بتواند به طور کلی در دوربین های حرفه ای تر جانشین سنسور های CCD شود. در طول این مقاله ما بیشتر روی فناوری CCD تمرکز می کنیم. البته برای سادگی کار می توانید هر دوی آن ها را یکسان فرض کنید. زیرا این دو، از نظر ماهیت عملا یکسان هستند تنها از لحاظ استفاده از نور دریافتی متفاوت از یکدیگر عمل می کنند. بنابراین بیشتر چیزهایی که درباره CCD ها یاد می گیریم قابل تعمیم به CMOS ها نیز هستند.

سنسور های نوری مجموعه ای متشکل از هزاران ردیف بسیار کوچک از دیود های حساس به نور هستند که می توانند فوتون های نور را به بار الکتریکی تبدیل کنند. این دیود های یک سویه را Photosite می نامند. 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 حسگر های CCD این بار الکتریکی انباشته شده در هر فوتوسایت به صورت تک به تک و ردیف به ردیف خوانده می شود و اصولاً تشخیص مقدار یک بار الکتریکی وابسته به مکان آن در میان دیگر فوتوسایت ها می باشد. ضمن این که قبل از آن که 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 سنسور های CMOS، هر یک از عناصر حساس به نور دارای یک آدرس طولی و عرضی مشخص است و می تواند به طور منفرد توسط محور های X و Y آدرس دهی و خوانده شود. مطلب کمی پیچیده شد؟ بهتر است کمی بیشتر درباره آن بحث کنیم.

CMOS در مقابل CCD

دقیقا از مرحله ای که فوتون های نور توسط فوتوسایت ها به الکترون تبدیل می شوند، تفاوت بین دو نوع حسگر اصلی آشکار می شود. مسلماً مرحله بعدی عبارت است از خواندن مقادیر بار انباشته شده در هر سلول و تشخیص یکسل رنگی مربوط به آن. در سنسور های CCD بار الکتریکی شارژ شده از یک گوشه سنسور خوانده شده و ردیف به ردیف جلو می رود و به طور همزمان یک مبدل آنالوگ به دیجیتال متناوب با تمام مقادیر دریافتی از پیکسل ها را به مقادیر دیجیتالی تبدیل می کند. اما CMOSها دارای چندین ترانزیستور مختلف در سر راه داده ها هستند که با تقویت و جابه جا کردن بار های الکتریکی توسط سیم های متصل به آن ها، مقادیر را جداگانه و تک به تک به پردازشگر ارسال می کنند. هرچند که انعطاف پذیری این شیوه به مراتب بالاتر از روش سطر به سطر است و می تواند برای کاربرد هایی مثل فوکوس خودکار و اندازه گیری نور مفید واقع شود. اما عملا سیگنال دریافتی ازCCDها شفاف تر می باشد. CCDها برای ایجاد قابلیت ارسال بار بدون اعوجاج و تحریف، از یک پروسه صنعتی خاص استفاده می کنند و این پروسه روشی را ارایه می دهد که موجب خلق تصاویری بسیار شفاف می شود. اصلی ترین تفاوت های بین سنسورهای CMOS و CCD را می توان به این شکل فهرست کرد:

سنسور های CCD همانطور که در بالا گفته شد تصاویری با کیفیت بالاتر و اختلال کمتری به وجود می آورند. اما به طور تجربی ثابت شده که سنسور های CMOS برای ایجاد نویز و اختلال بسیار مستعد ترند.

از آنجا که هر پیکسل در سنسور های CMOS دارای چندین ترانزیستور مرتبط است که در کنار آن ها قرار می گیرد، حساسیت این سنسور ها به نور پایین تر می آید. چرا که بسیاری از فوتون های نور به جای این که با سطح دیودهای نوری برخورد کنند با این ترانزیستورها برخورد کرده و به هدر می روند.

سنسور های CCD به مصرف توان بالا معروفند. این سنسور ها در مقایسه با سنسورهای CMOS تقریبا ۱۰۰ مرتبه بیشتر از باتری استفاده می کنند.

CCD ها به علت تولید بالاتر، بسیار بیشتر ازCMOS ها مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته اند و مسلما روش های تولید اقتصادی تر و با کیفیت تری برای آن ها ابداع شده است. به همین دلیل می توان مشاهده کرد که اغلب دوربین های با کیفیت و مارک های معتبر جهان از این سنسور بهره می برند.