دوربین شما یک ابزار بسیار پیچیده است. این ابزار میبیند، پردازش میکند و یک عکس را تنها در مدت چند میلیثانیه ضبط مینماید. بدون تردید شما نیز واقعیت مذکور را میدانید، اما تاکنون چقدر درباره این موضوع که در زیر بدنه دوربینتان چه فرآیندهایی جریان دارند فکر کردهاید؟ در طول چند دهه گذشته، پیشرفتهای فنی فوقالعادهای بهدست آمدهاند که امکان ثبت عکسهای بهتر را در مدت زمان کمتری تضمین میکنند. ما در این مقاله به شما نشان خواهیم داد که یک دوربین چطور عکس مورد نظر شما را شکار میکند. پیش از معرفی مکانیزم فوکاس خودکار (AF) در دوربینهای SLR که به دهه 1980 میلادی برمیگردد، لنزها بهطور دستی با استفاده از یک صفحه فوکاس تراشخورده برای ارزیابی نقطه صحیح فوکاس، روی سوژه مورد نظر عکاس فوکاس میکردند. آیینه انعکاسی دوربین برای قطع کردن مسیر نوری لنز بهکار گرفته میشد، در حالیکه صفحه فوکاس (شماره 1 در شکل 1) با همان فاصله صفحه کانونی دوربین (شماره 2 در شکل 1) در پشت لنز، بالای آیینه قرار گرفته بود. اولین دوربینهای SLR مجهز به مکانیزم فوکاس خودکار، تنها دارای یک نقطه AF بودند که در مرکز فریم قرار داشت. این دوربینها برای دستیابی به فوکاس صحیح، به یک سنسور خطی افقی ساده متکی بودند که از فناوری تشخیص فاز استفاده میکرد. دوربینهای DSLR امروزی هنوز از فناوری تشخیص فاز استفاده میکنند، اما فناوری سنسور AF بهطور فزایندهای پیچیدهتر شده است. تشخیص فاز (Phase-Detection) عملا بر کنتراست سوژه تکیه دارد، اما سنسورهای خطی (یک سری از پیکسلهای حساس به نور مبتنی بر CMOS یا CCD که در دو ردیف کنار یکدیگر چیده شدهاند)، نسبت به کنتراست یا جزییاتی که موازی با سنسور قرار گرفتهاند هیچ حساسیتی ندارند و به همین دلیل باعث میشوند AF غیرقابل اعتماد بوده یا در بسیاری از موارد غیرقابل دستیابی باشد. در نهایت برای غلبه بر این نقیصه خاص، از یک جفت سنسور خطی عمودی و افقی که بهصورت متقاطع (بهشکل یک +) قرار گرفته بودند استفاده شد. حتی این روزها نیز استفاده از چند سنسور متقاطع با سنسورهای خطی اضافی برای پوشش ناحیه گستردهای از فریم در دوربینهای رده حرفهای چندان غیرمتداول نیست. با اینحال فناوری مورد استفاده در نمونههای امروزی بسیار پیچیدهتر شده است. شاید شنیده باشید که شرکتهای تولیدکننده دوربین، سنسورهای PD AF را بهعنوان گزینههایی با دقت بالا برای لنزهای f2.8 و با دقت استاندارد با لنزهایی که دیافراگم موثر آنها به f5.6 یا حتی f8 میرسد، معرفی میکنند. با اینحال در واقع حساسیت سنسور AF در این زمینه تعیینکننده است. لنزهای سریعتر و روشنتر به یک سنسور AF با دقت بالاتر نیاز دارند زیرا عمق میدان آنها در بالاترین سطح دیافراگم بسیار محدود است. تشخیص فاز با تقسیم نور لنز دوربین به دو شعاع بسیار متمرکز کار میکند. وقتی هر یک از این شعاعها به مرکز آرایه پیکسلی هدایت میشود، لنز در وضعیت فوکاس بهینه قرار دارد. با استفاده از یک آرایه طولانیتر میتوان به دقت بیشتری دست پیدا کرد. در یک روش متداولتر، دو آرایه با فاصله بیشتر برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرند. وقتی لنزی با سرعت پایینتر روی دوربین نصب میشود، آرایههای با دقت بالاتر دیگر نمیتوانند وظیفه خود را انجام دهند و در نتیجه سیستم به یک جفت سنسور با دقت استاندارد سوییچ میکند. شاید تصور کنید که فناوری پشت سیستم سنجش نوردهی (Exposure Metering) در دوربینها از زمان معرفی روش Centre-Weighted در دهه 1970 تاکنون تغییر زیادی نکرده است. با اینحال باید بگوییم که دیدگاه مذکور چندان درست نیست. در واقع سنجش Evaluative که برای اولین بار در سال 1984 روی Nikon FA چند حالته معرفی شد، بهعنوان نقطه عطف این مکانیزم در نظر گرفته میشود. این اولین سیستم سنجشی بود که تنوع روشنایی یا سطوح نور را بین پنج بخش لایهبندی شده که صحنه را پوشش میدادند، تشخیص میداد. از سوی دیگر، محصول مذکور اولین دوربینی بود که نوردهی را برای شرایط احتمالا مشکلساز نورپردازی در هنگام بهکارگیری یکی از سه حالت نوردهی خودکار (Av، Tv یا P AE) تصحیح میکرد. فرضیه اصلی برای سیستم مذکور و سایر نمونههای پس از آن این بود که سوژه در مرکز فریم قرار گرفته است. این وضعیت تا زمانی ادامه داشت که نیکون یک سنسور RGB با 1005 پیکسل را برای سنجش نور در F5 پیادهسازی کرد که میتوانست انواع بسیار مختلفی از صحنهها را به همراه موقعیت سوژه تشخیص دهد. اضافه شدن دادههای رنگی و تنوع در روشنایی میتوانست اعتمادپذیری، دقت و همسانی را برای عملیات نوردهی خودکار به همراه داشته باشد. به هر حال تنها پس از پیدایش فناوری تصویرپردازی دیجیتال بود که این سیستم با یک گردش دیگر مواجه شد. نگاهی به درون یک اعجاز فناوری دوربینهای کامپکت دیجیتال، نورپردازی و فوکاس خودکار را با نمونهبرداری از دادههای تصویری داخل صحنه بهصورت مستقیم از سنسور انجام میدهند. در مورد تعیین نوردهی، این موضوع بهمعنای ارزیابی توزیع روشنایی در صحنه بر حسب حالت سنجش انتخاب شده توسط کاربر است. از سوی دیگر، فوکاس خودکار با نمونهبرداری یک ناحیه با بالاترین سطح کنتراست انجام میشود. بهراحتی میتوان دید که این نواحی نمونهبرداری دارای همپوشانی بوده و با معرفی پردازندههای سیگنال تصویری (ISP) پیشرفتهتر، ویژگیهایی مانند تشخیص چهره و فشردهسازی دامنه دینامیک نوع فضای عکس بهآسانی قابل ترکیب هستند. بدون تردید مواردی مانند کنترل ISO، کاهش نویز، توازن سفید خودکار، پردازش رنگ و حتی تصحیح سایههای لنز از جمله وظایفی هستند که توسط ISP دوربین انجام میشوند. بسیاری از این فناوریها مدت زیادی است که بهخاطر پیشرفتهای بهدست آمده در زمینه افزایش سرعت خواندن اطلاعات از سنسورهای CMOS در دوربینهای DSLR مورد استفاده قرار میگیرند. با اینحال، حضور یک آیینه و شاتر صفحه کانونی که سنسور را تا زمان نوردهی مسدود میکرد، باعث میشد برای AF تشخیص فاز سریع و همچنین سنجش نوردهی به سنسورهای جداگانهای نیاز باشد (و این وضعیت هنوز ادامه دارد). چند سال پیش وقتی قابلیتهایی مانند نمای زنده (Live View) و ضبط ویدیو در دوربینهای DSLR معرفی شدند، این محصولات ناچار بودند تمام فناوریهای مذکور از جمله سیستم فوکاس خودکار کندتر «تشخیص کنتراست» را بپذیرند که باعث میشود هنگام سوییچ از نمایاب به حالت نمای زنده (مشاهده صحنه از طریق نمایشگر LCD دوربین) شاهد تفاوت چشمگیری در عملکرد باشیم. پیشرفتهای اخیر در فناوری سنسور CMOS باعث شده تا بعضی از دوربینهای جدید پیکسلهای اختصاصی را روی تراشه تصویرپردازی خود داشته باشند که تنها برای عملکرد فوکاس خودکار تشخیص فاز مورد استفاده قرار میگیرند. البته قرار نیست این سیستمها جایگزین AF تشخیص کنتراست شوند، بلکه آن را تکمیل میکنند. ظاهرا این پیکسلها تداخلی در کیفیت تصویر ایجاد نمیکنند زیرا دادههای تصویری از دست رفته (بهخاطر عملکرد متفاوت این پیکسلها) از پیکسلهای مجاور درونیابی خواهند شد. درست همانطور که انتظار میرود، این نوع طراحی سنسور امکان فوکاس خودکار سریعتر را برای مدلهای بدون آیینهای مانند سری Nikon 1 فراهم میکند، در حالیکه این محصولات در گذشته نمیتوانستند از AF تشخیص فاز بهرهگیری نمایند. در عین حال، فناوری مذکور اکنون به دوربین EOS 600D شرکت کانن نیز راه پیدا کرده است. همین سنسور در محصول بدون آیینه جدید شرکت کانن یعنی EOS-M نیز مورد استفاده قرار گرفته و بهاحتمال زیاد در آینده شاهد پیادهسازی فناوری مذکور در مدلهای بیشتری خواهیم بود. با اینحال، بعید بهنظر میرسد که این سیستم بتواند جایگزین AF تشخیص فاز مبتنی بر نمایاب در دوربینهای DSLR حرفهای شود (حداقل نه تا زمانی که آنها از نمایابهای اپتیکال استفاده میکنند). در واقع EOS-1D X احتمالا دارای پیشرفتهترین سیستم AF مبتنی بر نمایاب است که تاکنون شاهد عرضه آن به بازار بودهایم. در حالیکه این دوربین از همان سیستم تشخیص فوکاس خودکار 61 نقطهای بهکار رفته در دوربین جدید EOS 5D Mark III استفاده میکند، اما EOS-1D X سیستم مذکور را به یک سنسور RGB جدید با 100 هزار پیکسل لینک میکند که در نزدیکی قطعه چشمی نمایاب قرار گرفته و رو به صفحه فوکاس تنظیم شده است. همانند سنسور RGB قبلی نیکون که دارای 1005 پیکسل بود، تراشه جدید کانن نیز روشنایی و رنگ را تشخیص میدهد، اما حالا فرآیند مذکور با دقت بسیار بالاتری انجام میشود تا سایهرنگهای بسیار بیشتری مانند سایهروشنهای پوست را در بر گرفته و حتی جزییات کافی برای متمایز نمودن صورت یک انسان در صحنه را داشته باشد. سیستم EOS iSA یا بهعبارت دیگر Intelligent Scene Analysis اولین نمونه در نوع خود است که ویژگیهای تشخیص چهره را با استفاده از نمایاب سطح چشمی اپتیکال ارایه میکند. این سنسور آنقدر دیتا جمعآوری میکند که کانن پردازنده اختصاصی DiG!C 4 خود را در اختیارش قرار داده است. این سیستم حتی میتواند خروجی فلاش را مجددا با در نظر گرفتن رنگ لباس و پسزمینه صحنه تنظیم کند. تعقیب سوژه که زمانی انحصارا بر عهده سنسور AF بود، وظیفه دیگری است که این سنسور انجام میدهد و بهخصوص برای عکاسان ورزشی و حیاتوحش جذابیت خواهد داشت. پس از پیدا کردن سوژه، سنسور سنجش رنگ و روشنایی سوژه را ثبت کرده و سپس به تعقیب آن میپردازد، البته اگر سوژه از جای خود حرکت کند. این دادهها سپس به سنسور AF فرستاده میشوند تا وقتی دوربین در حالت AI Servo AF قرار دارد، عملیات فوکاس تعقیبی را انجام دهد. دوربین EOS 5D Mark III فاقد سنسور 100 هزار پیکسلی است و در عین حال قدرت تامین شده توسط پردازنده اضافی اختصاص یافته به آن را نیز در اختیار ندارد و به همین دلیل نمیتواند همان سطح از قابلیت AF را فراهم کند، حتی با وجود آنکه در نگاه اول به نظر میرسد سیستم پیادهسازی شده در هر دو دوربین مبتنی بر فناوری یکسانی است. پردازندهها غالبا یک مولفه نادیده گرفته شده در سیستم دوربینها بهشمار میآیند. هر دوربین حداقل یک پردازنده سیگنال تصویری یا ISP دارد که بخشی از زنجیره یا خطلوله تصویرپردازی آن را تشکیل میدهد. البته بعضی از دوربینهای حرفهای به دو پردازنده ISP مجهز شدهاند که بهصورت موازی کار میکنند تا حجم عظیم دادههای منتقل شده توسط سنسور را اداره نمایند. با معرفی هر نسل جدید از دوربینها، میتوانیم شاهد بهبود قابلیتهای پردازنده با ویژگیها و مزایای مختلفی باشیم که ارایه میکنند. مواردی مانند تصحیح بلادرنگ اعوجاج لنز، کاهش انحراف رنگی، حذف سایهها در گوشههای تصویر، کاهش جلوه موجدار (Moire) در هنگام ضبط ویدیو، عکسبرداری پیوسته با سرعت بالا، ضبط ویدیویی با کیفیت Full-HD و نمای زنده تنها چند نمونه از وظایفی هستند که پردازندههای جدیدتر و قدرتمندتر از عهده انجام آنها بهخوبی برمیآیند. با اینحال، حتی افزایشهای کوچک در تفکیکپذیری سنسور دوربین به معنای یک افزایش چشمگیر در دادههای سیگنالی خواهد بود که به پردازنده فرستاده میشود، بهخصوص وقتی کدگذاری توسط مبدلهای آنالوگ به دیجیتال با عمق بیت بالاتری انجام میشود (و البته همانطور که قبلا نیز اشاره کردیم، مسئولیت سنسور تنها به دادههای تصویری محدود نمیشود). بنابراین در حالی که فناوری سنسور (بهخصوص انواع CMOS) در زمینه توابع جدید با بهبود عملکرد در نور ضعیف، دامنه دینامیک و همچنین افزایش تفکیکپذیری پیشرفت کرده، اما سیستمها و مدارات پشتیبانی کننده دوربین نیز به همان سطح از پیشرفت نیاز داشتهاند. در نتیجه، استفاده از دو پردازنده در مدلهای سطح بالا امروزه به یک رویکرد متداول برای دوربینهای DSLR تبدیل شده است. بهرغم تمام مواردی که تا اینجا به آنها اشاره کردیم، میتوان گفت سنسور تصویرپردازی بهعنوان مهمترین مولفه واحد در یک دوربین دیجیتال در نظر گرفته میشود؛ یک ابزار آنالوگ که نور را به یک شارژ الکتریکی با قابلیت اندازهگیری و کدگذاری بهصورت یک تصویر تمامرنگی تبدیل میکند. در سالهای اخیر، سنسور CMOS به فناوری غالب مورد استفاده در دوربینهای دیجیتال تبدیل شده است. اما با وجود آنکه قواعد بنیادی CCD و CMOS شباهت بسیار زیادی به یکدیگر دارند، اما فناوری ساختاری آنها متفاوت هستند. در یک سنسور CCD (Charge Coupled Device)، شارژ هر پیکسل مجزا بهصـورت یـک ولتاژ از تـراشه خـارج شـده و بهصـورت یـک سیگنال آنالوگ به سیستمهـای پـردازش تصـویری پشـتیبانـی کـه از مدارهای سـادهای استـفاده میکنند و تحتعنوان گرههـای خروجی (Output Nodes) شناخته میشوند، فرستاده میشود. تمام ساختار پیکسلی در این سنسورها میتواند به ضبط نور اختصاص یابد و یکپارچگی کلی سیگنال آن بهخصوص در سطوح پایین نور، فوقالعاده بالا است. در یک سنسور CMOS نمونه، هر پیکسل دارای سیستم پشتیبان مخصوص به خود با ترانزیستورهایی است که تقویتکنندههای سیگنال، مبدلهای شارژ به ولتاژ، کاهش نویز و همچنین مدارهای تبدیل آنالوگ به دیجیتال را در بر میگیرند. فوتودیود حساس به نور به تمام این مدار اضافه میشود، اما این بخش معمولا زیر ترانزیستورها قرار دارد که باعث میشود Fill-Factor تراشههای CMOS پایینتر از CCD باشد. با اینحال، مزایای سنسورهای CMOS مانند مصرف برق پایین و سرعت بالای بازیابی دادهها (که برای ضبط ویدیو و نمای زنده اهمیت حیاتی دارد)، دلایل کافی برای انتخاب آنها بهمنظور استفاده در دوربینهای DSLR را فراهم میکنند. با وجود آنکه سنسورهای CMOS اولیه نویز بیشتری را نسبت به همکاران CCD خود تولید میکردند، اما در حال حاضر شرایط کاملا تغییر کرده و وضعیت معکوس شده است، هر چند که این موضوع الزاما در سطوح بالای نوری مشهود نخواهد بود، بلکه زمانی با آن روبهرو میشویم که سطوح نوری تا حد اعمال فشار جدی به مکانیزم کاهش نویز دوربین پایین میآید. تقویتکنندههای جداگانه پیکسل در یک سنسور CMOS دارای پهنای باند پایین و نویز پایینتری هستند که امکان دستیابی به Gain بالاتر را در مقایسه با پهنای باند بالاتر مورد نیاز یک تقویتکننده واحد مورد استفاده توسط یک سنسور CCD فراهم میکند. گوناگونی مابین تقویتکنندههای مجزای CMOS باعث ایجاد نویز الگویی میشود اما مشکل مذکور معمولا با یک نوردهی ثانویه که تحت عنوان نمونهبرداری قرینه شناخته میشود، از بین میرود. این فرآیند با شاتر بسته و بدون آنکه کاربر متوجه شود اتفاق میافتد. در سنسور ابتکاری Exmor R شرکت سونی که از پشت نوردهی میشود، زیرلایه سیلیکونی معکوس شده و لایه سیمکشی ترانزیستور در زیر فوتودیودها قرار گرفته است. به این ترتیب سطح دریافتکننده نور درست زیر لنز on-chip و آرایه فیلتر رنگی قرار میگیرد. این ساختار نهتنها حساسیت سنسور را دو برابر میکند، بلکه دامنه دینامیک را بهبود بخشیده و نویز را نیز کاهش میدهد. مولفه تصویرپردازی باریکتر Exmor R در عین حال پاسخ خارج از محور (زاویهای) را افزایش میدهد که باعث میشود سطح سایه در گوشههای تصویر کاهش پیدا کند. این ویژگی برای دوربینهای بدون آیینهای که از لنزهایی غیر از نمونههای پسکانونی (Retrofocus) استفاده میکنند، یک مزیت مهم بهشمار میآید. [TABLE="align: center"] [TR] [TD] فناوری سنسور CMOS [/TD] [TD][/TD] [TD][/TD] [/TR] [TR] [TD][/TD] [TD][/TD] [TD][/TD] [/TR] [TR] [TD] نوردهی از قسمت جلوی سنسور [/TD] [TD][/TD] [TD] نوردهی از قسمت پشت سنسور [/TD] [/TR] [TR] [TD] یک سنسور CMOS روی CFA دارای لنزهای on-chip است اما مدار ترانزیستور (که از چنـد لایه تشـکیل شده و هـر لایه وظیفـه خاصی را بر عهده دارد) روی فوتودیودهـا قـرار گـرفته و به همـین دلیل نرخ پر شدن آنها، دامنه دینامیک و پاسخدهی زاویهای را کاهش میدهد. [/TD] [TD][/TD] [TD] سنسورهای CMOS جدیدتر که توسط سونی و توشیبا ارایه شدهاند از قسمت پشتی نوردهی میشوند. لایه ترانزیستور در این سنسورها در زیر فوتودیودها قرار گرفته که باعث کاهش تداخل شده و در عین حال امکان اضافه شدن مدارهای بیشتر برای تامین ویژگیهای بیشتر را فراهم میکند. [/TD] [/TR] [TR] [TD][/TD] [TD][/TD] [TD][/TD] [/TR] [TR] [TD] مدار ADSمتعارف [/TD] [TD][/TD] [TD] ADCستون موازی [/TD] [/TR] [TR] [TD] سنسورهای CMOS متعارف، تبدیل آنالوگ به دیجیتال (ADC) را پس از تبدیل شارژ به ولتاژ انجام میدهند. با اینحال مدلهای قدیمیتر این پردازش را بهصورت سری انجام میدهند که شباهت زیادی به سنسورهای نوع CCD دارد و علاوه بر کند بودن، باعث ایجاد نویز میشود. [/TD] [TD][/TD] [TD] سنسورهای CMOS جـدیدتـر، ADC را بهصـورت مـوازی روی تراشه انجـام مـیدهند که تا حـدود زیـادی زمـان پـردازش سیگنال را بهبـود بخشیده و علاوه بر کوتاه کردن مدار، نویز را کاهش میدهد. [/TD] [/TR] [/TABLE] حافظه و سرعتهای انتقال افزایش تفکیکپذیری و سرعتهای عکسبرداری پیوسته به همراه اضافه شدن قابلیت ضبط ویدیوی Full-HD در مدلهای جدید دوربینهای عکاسی، بد نیست به فرمتهای مختلف کارتهای حافظه نیز نگاهی بیندازیم. آخرین محصول ارایه شده توسط سونی یعنی XQD از اینترفیس PCI Express بهره میگیرد و شما فعلا تنها در Nikon D4 میتوانید از آن استفاده کنید، اما پیشبینی میشود که دوربینهای بعدی سونی نیز قادر به پذیرش این نوع کارت حافظه باشند. این کارت ابعاد کوچکی دارد و چندان بزرگتر از یک کارت SDXC نیست، اما هنگام عرضه اولیه آن در سپتامبر سال 2011 ادعا میشد که با دستیابی به سرعتهای نوشتن/خواندن تا سطح 168 مگابایت بر ثانیه (در صورت پشتیبانی ابزار مورد استفاده)، سریعترین استاندارد کارت حافظه موجود بهشمار میآید. Nikon D4 همانند دو دوربین EOS-1D X و EOS 5D Mark III شرکت کانن در عین حال از کارتCompact Flash نیز پشتیبانی میکند. هر سه دوربین مذکور با آخرین حالت اینترفیس انتقال یعنی UDMA 7 سازگار هستند. با اینحال، مشخصات CF نسخه 6 برای UDMA 7 امکان دستیابی به حداکثر نرخ انتقال 167 مگابایت بر ثانیه را با سریعترین کارتهای CF موجود در بازار فراهم مینماید که از حداقل سرعتهای خواندن/نوشتن در سطح 150 مگابایت بر ثانیه (سرعت ×1000) پشتیبانی میکنند. با اینحال کارتهای مذکور احتمالا در عمل بهطور چشمگیری کندتر هستند. با وجود آنکه کارتهای حافظه SDXC و SDHC هنوز بهعنوان فرمت اصلی برای مدلهای مخصوص مصرفکنندگان عام در نظر گرفته میشوند، اما انجمن SD یک سیستم کلاس سرعت را معرفی کرده است که حداقل سرعت نوشته شدن اطلاعات روی کارت را نشان میدهد. کارتهایی با ردهبندی کلاس 10 و یا رده سریعتر UHS 1 قادر به ضبط ویدیوی Full-HD هستند، با اینحال حداکثر سرعتهای انتقال آنها پایینتر از کارتهای CF یا XQD است. در نهایت میتوان گفت همانطور که متوجه شدید از لحظهای که کلید شاتر دوربین خود را فشار میدهید تا زمانی که فایل عکس مورد نظر روی کارت حافظه ذخیره میشود، دوربین شما واقعا نقش یک ماشین شگفتانگیز را بازی میکند. منبع : دیجیتال