دوربین عکاسی چطور کار می‌کند؟
دوربین عکاسی از حدود یک قرن و نیم گذشته تا به امروز دست‌خوش تغییرات زیادی شده است و آنچه که امروزه به عنوان نمونه‌های مدرن می‌بینیم نتیجه‌ی سال‌های بی‌شماری تلاش برای توسعه‌ی این دستگاه است، اما با این وجود جالب است بدانید که اصول اولیه‌ی کارکرد همه‌ی آن‌ها یکسان است! بنابراین در این مقاله به سراغ سوالی جذاب می‌رویم: دوربین عکاسی چطور کار می‌کند؟
نقش نور در کارکرد دوربین عکاسی
اگر تصمیم به درک سازوکار دوربین داشته باشیم اول از همه باید بدانیم که نور چگونه کار می‌کند، چراکه بدون درکی از نور، عکاسی هم وجود نخواهد داشت. در این بخش بدون اینکه بخواهیم در دنیای وحشی فیزیک زیادی غرق شویم، اصول اولیه‌ی نور را برای شما روشن کنیم.
نور در مسیر مستقیم حرکت می‌کند و می‌تواند منعکس یا جذب شود، در همین راستا وظیفه‌ی یک عکاس جمع‌آوری و گرفتن نور به سلیقه و شکل مدنظر خود است.
همانطور که می‌دانید، نور در مسیر مستقیم حرکت می‌کند و می‌تواند منعکس یا جذب شود. برای چشم انسان و دوربین عکاسی، نور یک موج تلقی می‌شود و این ویژگی تقریباً مشابه با امواج صوتی به نظر می‌آید، با این تفاوت که از نظر طول موج، فرکانس، دامنه و سطح انرژی با یکدیگر متفاوت هستند. در همین راستا وظیفه‌ی یک عکاس جمع‌آوری و گرفتن نور به سلیقه و شکل مدنظر خود است.
۱. آشنایی با لنز دوربین و اهمیت آن در ثبت تصاویر
جدا از اولین دوربین‌های عکاسی جهان که شیشه نداشتند، دو بخش اصلی این وسیله شامل لنز و آشکارساز نور است. به طور کلی لنز دوربین نور را جمع‌آوری می‌کند و آن را روی سطح آشکارساز نور که معمولا فیلم عکاسی یا حسگر دیجیتالی است، پخش می‌کند. سپس، از طریق روش‌های مختلف پردازش، تصویر نهایی خود را به دست خواهید آورد که با توجه به سلیقه‌ی شما شکل گرفته است. درواقع عمل عکاسی تمام آن چیزی است که در بین این مراحل و حتی قبل از آن اتفاق می‌افتد و شما به عنوان عکاس، باید بر آن کنترل داشته باشید.
فرمول‌های اپتیکی از این جهت حائز اهمیت‌اند که تعیین‌کننده‌ی تصویری هستند که یک لنز می‌تواند روی حسگر نوری پخش کند!
لنز دوربین اولین قسمتی از این وسیله است که برخورد با نور را تجربه می‌کند. نور از لنز عبور می‌کند و از طریق فرمول‌های نوری مختلف، نحوه‌ی نمایش تصویر را می‌سازد. 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 سازه‌ی حاضر، حاصل طراحی و آزمایش‌های مداوم و دقیقی است که با فرمول‌های اپتیکی استانداردی مانند ۵۰mm f/1.8 یا f/1.4 برای مدل‌های متنوع لنز تنظیم شده است. جالب است بدانید که برخی از لنزهای دوربین پیشرفته از فرمول‌هایی پیروی می‌کنند که تا همین اواخر امکان طراحی آن‌ها وجود نداشت.
اما اهمیت این فرمول‌ها در چیست؟ به طور کلی فرمول نوری در یک لنز، تصویری را که می‌تواند روی یک حسگر پخش کند، را تعیین می‌کند.
ساختار لنز دوربین عکاسی
اهمیت فاصله‌ی کانونی
به زبان ساده، فاصله‌ی کانونی مشخصه‌ای است که میزان بزرگنمایی را مشخص می‌کند. فاصله کانونی کمتر زاویه دید وسیع‌تری را نمایش می‌دهد در حالی که فاصله‌ی کانونی بیشتر برش باریک‌تری از صحنه را ارائه می‌کند. در اصطلاح فنی، فاصله‌ی کانونی فاصله بین نقطه‌ی همگرایی لنز با سنسور یا فیلم است.
به لحاظ علمی طراحی لنزی با نقطه‌ی همگرایی‌ای قبل از بخش جلویی دستگاه عملا غیرممکن است، اما این نقطه می‌تواند در پشت آن قرار گیرد. این بدان معناست که لنزهای تله فوتو « telephoto lenses» (به استثنای لنزهای آینه‌ای) باید بلندتر باشند.
فاصله‌ی کانونی فاصله بین نقطه‌ی همگرایی لنز با سنسور در نظر گرفته می‌شود و اهمیت آن در میزان بزرگنمایی تصویر خلاصه می‌شود.
با این حال، لنزهایی با زاویه‌ی باز (همان مدل‌هایی که در عکاسی حیات‌وحش معمولا می‌بینید) می‌توانند به طرز شگفت‌آوری از نظر طول بلند باشند. لنزهای مخصوص زوم می‌توانند نقطه‌ی همگرایی خود را به جلو و عقب تغییر دهند. لنزهای پرایم نقطه‌ی ثابتی دارند و عناصر فقط برای فوکوس کردن حرکت می‌کنند.
دیافراگم
قطر لنز تعیین‌کننده‌ی حداکثر مقدار نوری است که می‌تواند از آن عبور کند. در بیشتر لنزها بخشی به نام عنبیه وجود دارد که برای باریک کردن قطر لنز استفاده می‌شود. این بخش درست مانند مردمک چشم انسان عمل می‌کند به این معنی که هر چه باریکتر شود، نور کمتری وارد چشم یا لنز می‌شود. همچنین، با وجود عنبیه‌ی تنگ‌تر، عمق میدان عمیق‌تر و جدایی پس‌زمینه کمتری حاصل می‌شود.
مقدار نسبت دیافراگم به صورت F-stop نمایش داده می‌شود که می‌توان آن را با تقسیم فاصله‌ی کانونی بر قطر لنز (در عنبیه) محاسبه کرد. به عنوان مثال، F-stop یک لنز ۵۰ میلی‌متری با قطر دیافراگم ۲۵ میلی‌متر، f/2 است.
اهمیت میزان باز بودن دهانه‌ی دیافراگم در فرآیند عکاسی
البته در نظر داشته باشید که زمانی‌که زوم می‌کنید فاصله‌ی کانونی تغییر می‌کند، در نتیجه نسبت دیافراگم هم دست‌خوش تغییر می‌شود. البته در لنزهایی با حداقل مقدار دیافراگم ثابت، به عنوان مثال، ۲۴-۷۰mmf/2.8 به تدریج با باز شدن دیافراگم، می‌توان زوم کرد و نسبت دیافراگم را ثابت نگه داشت.
قابلیت فوکوس کردن
درست همانند چشم انسان، لنز دوربین هم دنیا را در سطوح کانونی می‌بیند. این صفحات کانونی با بخش جلویی لنز دوربین و (در بیشتر موارد) با سنسور موازی هستند. نمونه استثناء در این مورد لنزهای شیب‌دار با زاویه دید بسیار گسترده است. در حالت کلی به منظور اینکه بر روی یک صفحه‌ی خاص فوکوس شوید، یکی از عناصر لنز باید در داخل آن حرکت کند. شما می‌توانید این عنصر را با فوکوس خودکار یا به صورت دستی با چرخاندن حلقه‌ی مربوط به فوکوس کنترل کنید. در چنین حالتی هر چه بخش فوکوس به سنسور نزدیکتر شود، فوکوس بر روی سوژه‌ی مدنظر بیشتر می‌شود.
به جز لنزهای ماکرو، بیشتر لنزهای موجود در بازار می‌توانند به سمت فوکوس بی‌نهایت بروند. البته اگرچه از نظر فیزیکی می‌توانید 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 می‌شود. از این رو، می‌توان هر لنز غیر ماکرو را با افزودن لوله‌های اکستنشن «extension tubes» بین بدنه و لنز، به لنز ماکرو تبدیل کرد.
در همین راستا اگر علاقه‌مند به عکاسی ماکرو هستید، می‌توانید لنز گوشی خود را با استفاده از لنزهای ویژه و باکیفیت به دوربین مخصوص برای عکاسی ماکرو تبدیل کنید.
تثبیت‌کننده‌ی حرکت
در برخی از لنزهای مدرن، ممکن است وسیله‌ای را بیابید که به طور فعال حرکت دوربین را تثبیت می‌کند. این قسمت معمولاً شامل یک ساختار متمایز در پشت لنز است. نام‌گذاری سیستم‌های تثبیت کننده یا همان پایدارساز از برندی به برند دیگر متفاوت است. به عنوان مثال شرکت «Canon» آن‌ها را IS (تثبیت‌کننده تصویر «Image Stabilizer»)، شرکت «Nikon» آن را VR (کاهش‌دهنده‌ی لرزش «Vibration Reduction») یا سونی OSS (تثبیت‌کننده‌ی اپتیکی «Optical SteadyShot») می‌نامد.
وزن و ارگونومی لنزها
اندازه و وزن لنزها به عوامل زیادی بستگی دارد، چراکه معمولاً دیافراگم سریعتر به معنای لنزهای بزرگتر است. همچنین دامنه‌ی زوم گسترده در هنگام بزرگنمایی، بلندتر شدن اندازه‌ی لنز را به دنبال دارد، اما لازم به ذکر است که اغلب این مدل‌ها قابل جمع شدن هستند. هرچه اندازه‌ی سنسور مورد نظر بزرگتر باشد، لنز باید حجیم‌تر انتخاب گردد.
۲. دوربین عکاسی و نقش آن در ثبت تصویر
همانطور که اشاره شد، نور پس از عبور از لنز به دوربین می‌رسد، جایی که توسط یک سنسور یا فیلم، شناسایی می‌شود.
نمایاب (Viewfinder)
همه دوربین‌های DSLR و بسیاری از دوربین‌های بدون آینه دارای نمایاب هستند. این قطعه می‌تواند نوری یا الکترونیکی باشد. در یک دوربین دیجیتال DSLR با نمایاب اپتیکال، هنگامی که نور از لنز عبور می‌کند به یک آینه‌ی نیمه تراوا برخورد می‌کند و سپس بیشتر نور به سمت پنتاپریسم (منشوری پنج‌پر) و سپس نمایاب منعکس می‌شود.
در عکاسی، نَمایاب پنجره‌ای است که برای مشاهده تصویر و تنظیم کادر عکس استفاده می‌شود. عدم تطابق تصویر نمایاب با تصویری که از طریق لنز وارد دوربین می‌شود می‌تواند در عملیات ثبت تصویر مشکل‌ساز شود.
در طی همین مسیر مقداری از نور هم از طریق یک آینه‌ی ثانویه به سمت پایین و به سنسور فوکوس خودکار منعکس می‌شود.
نحوه‌ی عملکرد نمایاب در دوربین عکاسی
در دوربین‌های بدون آینه، هیچ ارتباط نوری‌ای بین لنز و چشم انسان وجود ندارد و نور همیشه مستقیماً به سنسور می‌رسد. سپس نمای مدنظر به صورت دیجیتالی از سنسور به نمایاب الکترونیکی (EVF) یا به صفحه‌ی پشتی منتقل می‌شود.
شاتر در دوربین عکاسی
شاتر مکانیزمی است که نور را برای مدت زمان معینی (سرعت شاتر) به فیلم یا سنسور می‌دهد. قبل از عصر دوربین‌های دیجیتال، تنها گزینه‌ی پیش روی عکاسان شاتر مکانیکی بود که همانطور که احتمالا در فیلم‌ها دیده‌اید، مانعی را در مسیر نور حرکت می‌دادند.
شاتر یا سایه‌روشن پرده‌ی متحرکی است که در مقابل گیرنده‌ی تصویر قرار می‌گیرد و مانع رسیدن نور به آن می‌شود. در زمان عکسبرداری این پرده، کنار رفته و نور در طی زمان تنظیم شده، به فیلم یا گیرنده تصویر می‌رسد و مجدداً بسته می‌شود.
شاتر مکانیکی رولینگ که در اکثر دوربین‌ها یافت می‌شود دارای دو پرده است؛ هنگامی که دکمه‌ی شاتر را فشار می‌دهید، اولین پرده به سمت بالا می‌لغزد و اجازه می‌دهد که نور به سنسور دوربین برسد، سپس پس از تعیین زمانی مشخص، پرده‌ی دوم بسته می‌شود و سنسور دوباره مسدود می‌شود. یکی از معایب شاتر مکانیکی رولینگ این است که نمی‌توان از فلش استاندارد زیر سرعت شاتری معین استفاده کنید، در چنین حالتی تمام کادر به طور همزمان در معرض دید قرار نمی‌گیرد. این زمان حدود ۱/۲۰۰ ثانیه است!
شاترهای الکترونیکی محصولی از عصر دوربین‌های دیجیتال هستند که برای خواندن سریع و پیوسته‌ی تصویر استفاده می‌شوند. شاتر الکترونیکی رولینگ تقریباً در هر دوربین دیجیتالی یافت می‌شود و با جمع‌آوری داده‌ها از سنسور (معمولاً ردیف‌هایی از پیکسل‌ها) این عملیات را انجام می‌دهد. با استفاده از این نوع شاترها عکاسی بی‌صدا و با سرعت شاتر بسیار پایین، در برخی موارد تا ۱/۳۲۰۰۰ ثانیه فراهم می‌شود. نکته‌ی منفی این است که در این شرایط سوژه‌هایی که به سرعت حرکت می‌کنند به دلیل خواندن ناهمزمان داده‌ها، دچار اعوجاج می‌شوند.
سنسور
به طور کلی سنسورهای دیجیتال از پیکسل‌ها تشکیل شده‌اند و پیکسل‌ها هم از سلول‌های خورشیدی کوچکی ساخته شده‌اند که نور را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. اکثر دوربین‌های دیجیتال دارای یک سنسور استاندارد تک لایه CMOS یا CCD هستند. CMOS یک فناوری جدیدتر است که امکان بازخوانی پیکسل‌های جداگانه را با مصرف کم انرژی فراهم می‌کند. جالب است بدانید که پیکسل‌ها در آرایشی به نام موزاییک بایر «Bayer mosaic» با استفاده از فیلترهای رنگی چیده می‌شوند. موزاییک بایر از بلوک‌های چهار پیکسلی یعنی دو سبز، یکی قرمز و دیگری آبی تشکیل شده‌اند. از آنجایی که هر پیکسل فقط به رنگ خود حساس است، نتیجه نهایی تصویری با نقاط قرمز، سبز و آبی به شکل پراکنده است.
آرایش بایر
دقت کنید که تعداد پیکسل‌های 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 پیکسل‌های سبز تصویری ایجاد می‌کند 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 عکس‌های شما می‌شود. وقتی شما با دوربین خود مقدار ISO را تنظیم می‌کنید، بسته به دوربین شما و مقدار دقیق ISO، اتفاقات مختلفی ممکن است در دستگاه رخ دهد. دوربین‌های دارای سنسور CMOS (در اکثر دوربین‌های دیجیتال) دارای یک تقویت‌کننده‌ی کوچک برای هر پیکسل هستند، بنابراین پس از اینکه فریم در معرض نور قرار گرفت، طبق ISO تنظیم شده در دوربین، پیکسل‌ها به سطح بالاتری تقویت می‌شوند. بنابراین این مساله به شما کمک می‌کند تا در محیط‌های کم‌نور عکاسی کنید.
تبدیل و پردازش دیجیتال دوربین عکاسی
پس از بازخوانی اطلاعات از سنسور دوربین دیجیتال و عبور از تقویت کننده‌ها، داده‌ها به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌شوند. این وظیفه مبدل آنالوگ به دیجیتال است. اکثر دوربین‌های مدرن داده‌ها را به داده‌های دیجیتال ۱۶ بیت تبدیل می‌کنند اما تنها از ۱۴ بیت آن استفاده می‌کنند. درواقع آن ۲ بیت اضافی انعطاف‌پذیری بیشتری را در پس از تولید و فیلتر کردن اطلاعات فراهم می‌کند.
۱۴ بیت به این معنی است که برای هر پیکسل ۱۶.۳۸۴ مقدار ممکن وجود دارد، این گستردگی مقدار برای پیکسل‌ها عاملی برای ایجاد طیف رنگی وسیع و ارائه‌ی توناژ رنگ بالا در دوربین‌های دیجیتال مدرن است. پس از این مرحله داده‌های پیکسلی به بخش پردازشگر تصویر می‌روند و اگر خروجی jpg را انتخاب کنید، پردازنده چندین الگوریتم، فیلتر و عملیات فشرده‌سازی را روی داده‌ها انجام می‌دهد تا آنچه می‌خواهید به دست شما برسد.
منبع: EXPERT PHOTOGRAPHY
