khazaei
11-20-2008, 10:58 AM
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 35میلی*مترهستند. البته اندازه*های بزرگ*تری هم ساخته شده*اند. مثلا*ً در دوربین CANON EOS -1Ds نوعی حسگر به کار رفته است که42 x 63 mm می*باشد و وضوحی برابر1/11مگاپیکسل 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 100 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.
? از آن*جا که تقویت کننده سیگنال*های نوری در CMOS بلافاصله بعد از هر فوتوسایت قرار دارد بنابراین این نوع حسگر*ها می*توانند تصاویر را دو برابر سریع*تر نسبت بهCCD ها انتقال دهند.
براساس گفته*های بالا متوجه می*شوید کهCCD *ها بیشترین استفاده را در دوربین*هایی دارند که بیشتر بر کیفیت بالاتر تصویر، مقدار بیشتر پیکسل*های تصویر و حساسیت به نور بالا*تر تأکید دارند. اما در عوض سنسور*هایCMOS دارای قیمت کمتر هستند و بیشتر در دوربین*هایی به کار می*روند که از نظر اقتصادی به صرفه بوده و دارای منبع انرژی محدودتری می*باشند.
وضوح (Resolation)
مقدار جرییاتی که هر دوربین می*تواند روی یک تصویر ضبط کند، رزولوشن (وضوح) نامیده می*شود و توسط واحد پیکسل اندازه*گیری می*شود. هرچه وضوح دوربین شما بالاتر باشد مقدار جزییاتی بیشتری را می*توانید در تصویر خود بگنجانید و هرچه مقدار این جزییات در تصویر بیشتر باشد می*توانید در هنگام چاپ اندازه آن را بزرگتر کنید بدون آن*که تصویر شما محو یا دندانه**دندانه شود. انواع وضوح*های دوربین*ها این*گونه است:
256x256 پیکسل: این اندازه وضوح روی دوربین*های بسیار ارزان قیمت دیده می*شود و بسیار ناچیز تر از آن است که برای چاپ مورد استفاده قرار گیرد. وضوح نمایشگر برخی از گوشی*های موبایل در همین حد است و می*توان از تصاویری با این خصوصیت برای نمایش در آن*ها استفاده کرد. این وضوح کلاً دربردارنده* 65هزار پیکسل است.
640x640 پیکسل: این ابعاد حداقل اندازه وضوح در دوربین*های واقعی است و بهترین اندازه برای تصاویری است که می*خواهید آن*ها را روی وب قرار داده و یا از طریق اینترنت برای کسی ایمیل کنید. این مقدار وضوح دربردارنده* 307000 پیکسل می*باشد.
1216x912 پیکسل: اگر تصمیم دارید تصاویرتان را در ابعاد معمولی عکس*های نگاتیوی چاپ کنید این وضوح بهترین انتخاب است. چرا که اولین نوع وضوح از رده مگاپیکسل محسوب می*شود و حدودا دارای 000/109/1 پیکسل می*باشد.
1600x1200 پیکسل: تصاویری با این مشخصات به عنوان تصاویر وضوح بالا محسوب می*شوند و می*توانند بدون هیچ مشکلی تا ابعاد 30x40 سانتی*متر که بالاترین اندازه پیشنهادی عکاسان برای چاپ نگاتیوهای دوربین*های 35 میلی*متری می*باشد چاپ شوند. این مقدار وضوح دربردارنده* حدودا دومیلیون پیکسل رنگی می*باشد و برای استفاده* خانگی بسیار مناسب است. هرچند که تا به امروز دوربین*هایی 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 می*باشد. شما که نتیجه*ای بهتر از نتیجه* دوربین*های 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 عکس*های یادگاری برای دوستانتان بفرستید استفاده از وضوح 640x480 مناسب است. ضمن آن*که مزیت*های دیگری نیز دارد که عبارتند از:*
صفحه*ی وب یا وبلاگ شما به دلیل حجم کم این تصاویر زودتر نمایش داده می*شود.
? حافظه* محدود دوربین*ها (در انواع معمولی بدون فلاش کارت 8 تا 16 مگابایت) امکان ذخیره* تعداد عکس بیشتری را به شما می*دهد. 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 کابل*های ارتباطی COM یا ارتباط مادون قرمز به جای پورت*های USB استفاده می کنید.
? تصاویر گرفته شده حجم کمتری را روی کامپیوترتان اشغال می*کنند (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
فناوری*های متنوعی در صنعت چاپ و چاپگرها وجود دارد. ما در این*جا درباره* تکنولوژی چاپگر*های Inkjet یا جوهرافشان صحبت می*کنیم. شرکت*های سازنده* چاپگر*ها در بیشتر موارد کیفیت چاپگر خود را براساس وضوح چاپ نقاط در واحد اینچ مربع (dpi) تبلیغ می کنند. اما وضوح*های 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 می*کنند می*توانند 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 دوربین*ها می*توانند 8/16 میلیون رنگ را به ازای هر نقطه ذخیره کنند! مسلماً این تعداد رنگ برای ساخت دقیق هر پیکسل رنگی کافی نیست و چاپگر*ها مجبورند ترکیبی از رنگ*ها را به گونه*ای ایجاد کنند که وقتی از یک فاصله به آن*ها نگاه می کنیم پیکسل*ها یکسان به نظر بیایند.
در بسیاری از موارد سؤال می*شود که چه چاپگری برای چاپ عکس*های خانوادگی* مناسب است؟ می*توانیم با یک حساب سر انگشتی مقدار دقیق بالاترین کیفیت چاپگر* مورد نظرمان را به*دست آوریم. به عنوان مثال پرینتر خانگی من دارای وضوح 1200dpi می*باشد و بالاترین وضوح چاپ مناسب آن 300 پیکسل در اینچ مربع است. بدین معنی که با یک تصویر 1200x900 من می*توانم 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 می*رسد. شما خودتان هم می*توانید این مقایسه را انجام دهید. اما فراموش نکنید که برای به دست آوردن کیفیتی قابل مقایسه با کیفیت فیلم*های 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 اندازه*های مختلف رامطابق ارایه کرده است.
البته به هیچ وجه نفی کننده استفاده از دوربین*های قوی*تر 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 رنگ*ها
متاسفانه باید بگویم که تمام فوتوسایت*ها کوررنگی دارند! دانستیم که فوتوسایت*ها مراکزی هستند که با جذب نور، بارالکتریکی تولید می*کنند. اما این مراکز قدرت تشخیص رنگ*ها را ندارند و تنها می*توانند میزان شدت نور تابیده شده را گزارش کنند. بسیاری از حسگرها این مشکل را توسط فیلترهای رنگی حل کرده*اند. هنگامی که رنگ*ها ضبط و ذخیره می*شوند، می*توان از آن*ها برای ترکیب و به دست آوردن رنگ*های دیگر طیف نورکه شما معمولا روی صفحه*ی مانیتور می*بینید استفاده کرد. اما این کار چگونه انجام می*شود؟
چندین راه برای ضبط سه رنگ اصلی تشکیل*دهنده* طیف نوری در دوربین*های دیجیتالی وجود دارد. دوربین*هایی که بالاترین کیفیت را دارند، از سه حسگر جداگانه استفاده می*کنند که هر یک دارای یک فیلتر رنگی جداگانه بر روی خودش است. نور توسط یک تقسیم*کننده نور(Beam Splitter) که درون دوربین تعبیه شده به حسگر*های مختلف فرستاده می*شود. فرض کنید که یک لوله* آب داریم که در انتهای آن یک سه راهی وجود دارد و می*تواند 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 می*کند. اما از آن*جا که رنگ فیلتر*های روی هر حسگر متفاوت است، هر حسگر تنها به یکی از رنگ*های اصلی واکنش نشان می*دهد.
مزیت استفاده از این سیستم این است که هر فوتوسایت حسگر می*تواند هرکدام از سه رنگ تابیده شده را دریافت و ضبط کند. متأسفانه دوربین*هایی 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 می*چرخد روی یکی از رنگ*ها قرار می*گیرد و دوربین می*تواند 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 می*گردد. هرچند که در این روش هر پیکسل از ترکیب هر سه رنگ حاصل می*شود اما عملاً نتیجه عکسبرداری از تصاویر چندان واقعی به نظر نمی*رسد. چرا که ممکن است تصویر دقیقا همان چیزی نباشد که در عکس قبلی با یک فیلتر دیگر ذخیره شده بود. بنابراین چنین دوربین*های برای عکسبرداری از تصاویر با سرعت حرکت زیاد مثلا*ً مسابقات اتومبیل*رانی اصلا*ً مناسب نیستند.
روش دیگری که در دوربین*ها استفاده می*شود 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 اقتصادی*ترین روش*های جدا کردن سه رنگ اصلی از یک عکس منفرد است. برای این کار روی هر یک از فوتوسایت*ها به طور جداگانه یک فیلتر رنگی قرار می*گیرد و در حقیقت حسگر نوری را به یک دسته پیکسل*های رنگی قرمز و آبی و سبز مبدل می کند. با این کار می*توان به سادگی با اطلاعات به دست آمده از میانگین مقدار رنگ پیکسل*های همجوار به تخمین دقیقی از رنگ*های هر موقعیت مکانی دست یافت. پروسه* یافتن مقدار تخمینی رنگ*های بین دو نقطه* رنگی را درون*یابی می*نامند. (درباره* این روش بیشتر توضیح خواهیم داد . فعلا برای سادگی کار هر یک از فوتوسایت*ها را به صورت یک پیکسل رنگی قرمز ، آبی یا سبز در نظر بگیرید که با ترتیب خاصی در کنار هم قرار گرفته*اند).
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 35میلی*مترهستند. البته اندازه*های بزرگ*تری هم ساخته شده*اند. مثلا*ً در دوربین CANON EOS -1Ds نوعی حسگر به کار رفته است که42 x 63 mm می*باشد و وضوحی برابر1/11مگاپیکسل 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 100 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.
? از آن*جا که تقویت کننده سیگنال*های نوری در CMOS بلافاصله بعد از هر فوتوسایت قرار دارد بنابراین این نوع حسگر*ها می*توانند تصاویر را دو برابر سریع*تر نسبت بهCCD ها انتقال دهند.
براساس گفته*های بالا متوجه می*شوید کهCCD *ها بیشترین استفاده را در دوربین*هایی دارند که بیشتر بر کیفیت بالاتر تصویر، مقدار بیشتر پیکسل*های تصویر و حساسیت به نور بالا*تر تأکید دارند. اما در عوض سنسور*هایCMOS دارای قیمت کمتر هستند و بیشتر در دوربین*هایی به کار می*روند که از نظر اقتصادی به صرفه بوده و دارای منبع انرژی محدودتری می*باشند.
وضوح (Resolation)
مقدار جرییاتی که هر دوربین می*تواند روی یک تصویر ضبط کند، رزولوشن (وضوح) نامیده می*شود و توسط واحد پیکسل اندازه*گیری می*شود. هرچه وضوح دوربین شما بالاتر باشد مقدار جزییاتی بیشتری را می*توانید در تصویر خود بگنجانید و هرچه مقدار این جزییات در تصویر بیشتر باشد می*توانید در هنگام چاپ اندازه آن را بزرگتر کنید بدون آن*که تصویر شما محو یا دندانه**دندانه شود. انواع وضوح*های دوربین*ها این*گونه است:
256x256 پیکسل: این اندازه وضوح روی دوربین*های بسیار ارزان قیمت دیده می*شود و بسیار ناچیز تر از آن است که برای چاپ مورد استفاده قرار گیرد. وضوح نمایشگر برخی از گوشی*های موبایل در همین حد است و می*توان از تصاویری با این خصوصیت برای نمایش در آن*ها استفاده کرد. این وضوح کلاً دربردارنده* 65هزار پیکسل است.
640x640 پیکسل: این ابعاد حداقل اندازه وضوح در دوربین*های واقعی است و بهترین اندازه برای تصاویری است که می*خواهید آن*ها را روی وب قرار داده و یا از طریق اینترنت برای کسی ایمیل کنید. این مقدار وضوح دربردارنده* 307000 پیکسل می*باشد.
1216x912 پیکسل: اگر تصمیم دارید تصاویرتان را در ابعاد معمولی عکس*های نگاتیوی چاپ کنید این وضوح بهترین انتخاب است. چرا که اولین نوع وضوح از رده مگاپیکسل محسوب می*شود و حدودا دارای 000/109/1 پیکسل می*باشد.
1600x1200 پیکسل: تصاویری با این مشخصات به عنوان تصاویر وضوح بالا محسوب می*شوند و می*توانند بدون هیچ مشکلی تا ابعاد 30x40 سانتی*متر که بالاترین اندازه پیشنهادی عکاسان برای چاپ نگاتیوهای دوربین*های 35 میلی*متری می*باشد چاپ شوند. این مقدار وضوح دربردارنده* حدودا دومیلیون پیکسل رنگی می*باشد و برای استفاده* خانگی بسیار مناسب است. هرچند که تا به امروز دوربین*هایی 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 می*باشد. شما که نتیجه*ای بهتر از نتیجه* دوربین*های 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 عکس*های یادگاری برای دوستانتان بفرستید استفاده از وضوح 640x480 مناسب است. ضمن آن*که مزیت*های دیگری نیز دارد که عبارتند از:*
صفحه*ی وب یا وبلاگ شما به دلیل حجم کم این تصاویر زودتر نمایش داده می*شود.
? حافظه* محدود دوربین*ها (در انواع معمولی بدون فلاش کارت 8 تا 16 مگابایت) امکان ذخیره* تعداد عکس بیشتری را به شما می*دهد. 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 کابل*های ارتباطی COM یا ارتباط مادون قرمز به جای پورت*های USB استفاده می کنید.
? تصاویر گرفته شده حجم کمتری را روی کامپیوترتان اشغال می*کنند (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
فناوری*های متنوعی در صنعت چاپ و چاپگرها وجود دارد. ما در این*جا درباره* تکنولوژی چاپگر*های Inkjet یا جوهرافشان صحبت می*کنیم. شرکت*های سازنده* چاپگر*ها در بیشتر موارد کیفیت چاپگر خود را براساس وضوح چاپ نقاط در واحد اینچ مربع (dpi) تبلیغ می کنند. اما وضوح*های 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 می*کنند می*توانند 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 دوربین*ها می*توانند 8/16 میلیون رنگ را به ازای هر نقطه ذخیره کنند! مسلماً این تعداد رنگ برای ساخت دقیق هر پیکسل رنگی کافی نیست و چاپگر*ها مجبورند ترکیبی از رنگ*ها را به گونه*ای ایجاد کنند که وقتی از یک فاصله به آن*ها نگاه می کنیم پیکسل*ها یکسان به نظر بیایند.
در بسیاری از موارد سؤال می*شود که چه چاپگری برای چاپ عکس*های خانوادگی* مناسب است؟ می*توانیم با یک حساب سر انگشتی مقدار دقیق بالاترین کیفیت چاپگر* مورد نظرمان را به*دست آوریم. به عنوان مثال پرینتر خانگی من دارای وضوح 1200dpi می*باشد و بالاترین وضوح چاپ مناسب آن 300 پیکسل در اینچ مربع است. بدین معنی که با یک تصویر 1200x900 من می*توانم 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 می*رسد. شما خودتان هم می*توانید این مقایسه را انجام دهید. اما فراموش نکنید که برای به دست آوردن کیفیتی قابل مقایسه با کیفیت فیلم*های 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 اندازه*های مختلف رامطابق ارایه کرده است.
البته به هیچ وجه نفی کننده استفاده از دوربین*های قوی*تر 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 رنگ*ها
متاسفانه باید بگویم که تمام فوتوسایت*ها کوررنگی دارند! دانستیم که فوتوسایت*ها مراکزی هستند که با جذب نور، بارالکتریکی تولید می*کنند. اما این مراکز قدرت تشخیص رنگ*ها را ندارند و تنها می*توانند میزان شدت نور تابیده شده را گزارش کنند. بسیاری از حسگرها این مشکل را توسط فیلترهای رنگی حل کرده*اند. هنگامی که رنگ*ها ضبط و ذخیره می*شوند، می*توان از آن*ها برای ترکیب و به دست آوردن رنگ*های دیگر طیف نورکه شما معمولا روی صفحه*ی مانیتور می*بینید استفاده کرد. اما این کار چگونه انجام می*شود؟
چندین راه برای ضبط سه رنگ اصلی تشکیل*دهنده* طیف نوری در دوربین*های دیجیتالی وجود دارد. دوربین*هایی که بالاترین کیفیت را دارند، از سه حسگر جداگانه استفاده می*کنند که هر یک دارای یک فیلتر رنگی جداگانه بر روی خودش است. نور توسط یک تقسیم*کننده نور(Beam Splitter) که درون دوربین تعبیه شده به حسگر*های مختلف فرستاده می*شود. فرض کنید که یک لوله* آب داریم که در انتهای آن یک سه راهی وجود دارد و می*تواند 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 می*کند. اما از آن*جا که رنگ فیلتر*های روی هر حسگر متفاوت است، هر حسگر تنها به یکی از رنگ*های اصلی واکنش نشان می*دهد.
مزیت استفاده از این سیستم این است که هر فوتوسایت حسگر می*تواند هرکدام از سه رنگ تابیده شده را دریافت و ضبط کند. متأسفانه دوربین*هایی 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 می*چرخد روی یکی از رنگ*ها قرار می*گیرد و دوربین می*تواند 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 می*گردد. هرچند که در این روش هر پیکسل از ترکیب هر سه رنگ حاصل می*شود اما عملاً نتیجه عکسبرداری از تصاویر چندان واقعی به نظر نمی*رسد. چرا که ممکن است تصویر دقیقا همان چیزی نباشد که در عکس قبلی با یک فیلتر دیگر ذخیره شده بود. بنابراین چنین دوربین*های برای عکسبرداری از تصاویر با سرعت حرکت زیاد مثلا*ً مسابقات اتومبیل*رانی اصلا*ً مناسب نیستند.
روش دیگری که در دوربین*ها استفاده می*شود 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 اقتصادی*ترین روش*های جدا کردن سه رنگ اصلی از یک عکس منفرد است. برای این کار روی هر یک از فوتوسایت*ها به طور جداگانه یک فیلتر رنگی قرار می*گیرد و در حقیقت حسگر نوری را به یک دسته پیکسل*های رنگی قرمز و آبی و سبز مبدل می کند. با این کار می*توان به سادگی با اطلاعات به دست آمده از میانگین مقدار رنگ پیکسل*های همجوار به تخمین دقیقی از رنگ*های هر موقعیت مکانی دست یافت. پروسه* یافتن مقدار تخمینی رنگ*های بین دو نقطه* رنگی را درون*یابی می*نامند. (درباره* این روش بیشتر توضیح خواهیم داد . فعلا برای سادگی کار هر یک از فوتوسایت*ها را به صورت یک پیکسل رنگی قرمز ، آبی یا سبز در نظر بگیرید که با ترتیب خاصی در کنار هم قرار گرفته*اند).