چگونگی عملکرد سنسورهای دوربین دیجیتال

در این مقاله می‌کوشیم شما را با نحوه و چگونگی عملکرد سنسورهای دوربین دیجیتال آشنا کنیم. بدون تردید هرچه شناخت شما از اجزاء و ساختار دوربین تان بیشتر باشد، درک شما از عمل عکاسی نیز بیشتر شده و می‌توانید به عکاس بهتری بدل شوید.

چگونگی عملکرد سنسورهای دوربین دیجیتال

دوربین‌های دیجیتال برای ثبت یک تصویر از میلیون‌ها سلول نوری کوچک یا فتوسایت بهره می‌گیرند. به محض فشردن دکمه شاتر و آغاز نوردهی، هر یک از این سلول‌های نوری در معرض نور قرار گرفته و شروع به جمع آوری فوتون‌ها می‌کنند و با پایان یافتن نوردهی، دوربین این سلول های نوری را مسدود کرده و سپس تلاش می‌کند تا تعداد فوتون‌های به دام افتاده در هر یک از سلول‌ها را محاسبه کند. آنگاه کمیت نسبی فوتون‌ها در هر یک از این سلول‌ها در سطوح مختلفی از لحاظ شدت طبقه‌بندی می‌شوند و سپس بر اساس آن یک تنالیته به آن اختصاص داده می‌شود که دقت آن توسط عمق بیت تعیین می‌گردد ( به عنوان مثال ۰ تا ۲۵۵ برای تصویر ۸ بیتی)

آرایش سلولی سلول های نوری

[irp posts=”404″ name=”رزولوشن در عکاسی دیجیتال”]

آرایش سلول‌های نوری

همان‌طور که در تصویر بالا دیده می‌شود چنین سنسوری قادر به ایجاد تصویر رنگی نیست زیرا این سلول‌ها نمی‌توانند میزان هر رنگ موجود در خود را بسنجند. برای ثبت تصاویر رنگی، باید فیلتری رنگی بر روی هر یک از این سلول‌ها قرار بگیرد که تنها یک رنگ خاص را از خود عبور می‌دهد.

تمام دوربین‌های دیجیتال فعلی تنها می‌توانند یکی از سه رنگ اصلی را در هریک از سلول‌های نوری سنسور خود ثبت کنند و بنابراین تقریبا یک سوم از نور ورودی به دوربین از دست می رود. در نتیجه، دوربین برای این که بتواند تمامی رنگ‌ها را در هر یک از پیکسل‌ها ایجاد کند، باید آن دو رنگ اصلی دیگر را تخمین بزند. رایج‌ترین نوع فیلتر رنگی که در سنسورهای دوربین دیجیتال بکار می‌رود، “آرایش بایر” نام دارد که در زیر نیز دیده می‌شود.

آرایش فیلتر رنگی سلول های نوری یا فتوسایت ها به همراه فیلتر رنگی

همان‌طور که ملاحظه می‌کنید آرایش بایر از دو ردیف فیلترهای قرمز-سبز و آبی-سبز تشکیل یافته است. دقت کنید که تعداد فیلترهای سبز در این سیستم دو برابر تعداد فیلترهای 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. همین مساله علاوه بر این نشان می‌دهد که چرا نویز در کانال سبز به مراتب کمتر از دو رنگ دیگر است.

صحنه اصلی آنچه دوربین ازخلال آرایش بایر می بیند

ثبت تصاویر دیجیتال

در دوربین دیجیتال برای تبدیل آرایش رنگ‌های اصلی بایر به تصویر نهایی از فرایندی استفاده می‌شود به نام “موزائیک‌زدایی” (demosaicing) بایر که حاوی اطلاعات رنگی موجود در هر پیکسل است. ولی چنین چیزی چطور ممکن است وقتی خود دوربین نمی‌تواند میزان رنگ را اندازه‌گیری کند؟ یک راه برای درک این مطلب این است که هر آرایش ۲ در ۲ از فیلترهای قرمز، سبز و آبی را به عنوان یک سلول رنگی واحد در نظر بگیریم.

ولی اگر دوربین صرفا به همین آرایش‌های ۲*۲ جداگانه بسنده کند تنها به نصف رزولوشنی موجود در سطوح افقی و عمودی دست خواهد یافت. در حالی که اگه دوربین از آرایش های ۲*۲ که با هم همپوشانی دارند برای محاسبه رنگ استفاده نماید به روزلوشن بالاتری نسبت به حالت اول دست پیدا خواهد کرد. البته الگوریتم‌های “موزائیک‌زدایی” دیگری هم وجود دارند که می‌توانند تصاویری با روزولوشن بیشتر و نویز کمتر ایجاد کنند.