ما هي الكاميرا الرقمية digital camera … أسرارها ومزاياها وعيوبها وتركيبها

خلال العشرين سنة التي خلت أصبحت تحيط بنا الأجهزة و الكاميرا الرقمية ذات التقنية الرقمية (Digital Technology)، من كل الجوانب مثل و(DVDs)، و(CDs)، و(DVRs)، و(MP3s)، والتي ولدت وتطورت مع العصر الرقمي الحديث (Digital).

وهي تعمل بنفس طريقة المعالجة في تحويل البيانات (الصور) إلى معلومات رقمية تمثل بالنظام الرقمي (0 1) أصفر وآحاد (Bits).

ما هي الكاميرا الرقمية (digital camera):

ما هي الكاميرا الرقمية (digital camera)

الكاميرا الرقمية (digital camera).. هي جهاز لالتقاط الصور كما الكاميرا العادية التي يستخدم فيها (الفيلم Film) وهو عبارة عن شريط بلاستيكي مطلي بمادة كيميائية (نترات الفضة Silver nitrate / AgNO3) التي تتحسس بالضوء، والتي تعتمد الطريقة الميكانيكية والكيميائية لانتاج الصورة وهي في الغالب لا تحتاج إلى استخدام طاقة كهربائية.

 إلّا أنها أي الكاميرا الرقمية (digital camera) تختلف عن الكاميرا التقليدية حيث يوجد فيها معالج (Microprocessor) لمعالجة الصورة الكترونيًا، حيث يقوم بمعالجة ملايين العناصر الضوئية (الفوتونات Photons) وتخزينها ضمن الكاميرا على شكل صور رقمية مؤلفة من وحدات تسمى (البيكسل Pixel)، وهي النقطة الضوئية الأصغر التي يمكن للكاميرا الرقمية التقاطها وتحويلها إلى معلومات رقمية.

إن الكاميرا الرقمية لم تستطع أن تحل محل الكاميرا التقليدية إلى الآن وذلك بسبب كون الفيلم لم يزل يعطي الجودة العالية والوضوح الأعلى للصورة غير أن التقدم التكنولوجي جعل انتشار الكاميرا الرقمية كبيرًا وشعبيًا جدًا.

على سبيل المثال:

لنفترض جدلًا بأننا رغبنا بالتقاط صورة والعمل على إرسالها بالبريد الالكتروني (Email)، ولتنفيذ ذلك يجب أن نحول تلك الصورة إلى لغة تفهمها الآلة (الحاسوب computer) وهذه اللغة هي اللغة الرقمية (1 0) أي جعل الصورة عبارة عن سلسلة طويلة من رقمي الصفر والواحد والتي تمثل (البيكسل Pixel) والتي تشكل الصورة عندما تجتمع تلك (البيكسل Pixel) مع بعضها البعض.

لالتقاط الصورة لدينا الخياران التاليان:

  • الخيار الأول:

التقاط الصورة باستخدام كاميرا تقليدية وبالتالي معالجة الفيلم كيميائيًا، وبعد ذلك يجب طباعة الصورة على (الورق الفوتوغرافي Photo Paper)، ومن ثمّ نحن بحاجة إلى (ماسح ضوئي Scanner) وذلك لتحويل الصورة الفوتو غرافية إلى صورة رقمية حسب شدة الإضاءة ودرجات الألوان المختلفة.

  • الخيار الثاني:

التقاط عينات من الضوء الأصلي المنعكس من الجسم الأصلي والمراد تصويره وترجمة هذه العينات لسلسلة (البيكسل Pixel) وبالتالي فإننا نكون قد قمنا باستخدام (الكاميرا الرقمية digital camera) لالتقاط الصورة.

كيف تعمل الكاميرا الكلاسيكية (التقليدية):

كيف تعمل الكاميرا الكلاسيكية (التقليدية)

إن الكاميرات التقليدية تمسي عديمة الفائدة ومثل قلتها إذا ما فقدت قطعة واحدة منها هي (الفيلم )، الذي هو عبارة عن بكرة بلاستيكية طويلة مغطاة بطبقة حساسة للضوء مكونة من مركبات الفضة (نترات الفضة Silver nitrate / AgNO3).

عند التقاط الصورة نقوم بالضغط على زر يتسبب بدخول الضوء من خلال العدسة حيث تتأثر الطبقة الحساسة في الفيلم الأمر الذي يؤدي إلى تخزين الصورة عليه، إن ذلك ليس نهاية العملية وإنما يجب أيضًا العمل على إجراء بعض العمليات الكيميائية لإخراج الصورة، ويحتاج ذلك إلى الانتظار بعض الوقت وقد يصل لعدة أيام.

لذلك فمن الطبيعي أن تحظى ( الكاميرا الرقمية digital camera) بالشعبية الأعلى كونها استطاعت أن تحل هذه المشكلة.

كيف تعمل الكاميرا الرقمية (digital camera):

كيف تعمل الكاميرا الرقمية (digital camera)

تحتوي الكاميرا الرقمية على مجموعة من العدسات مثلها مثل الكاميرا التقليدية والتي تركز الضوء المرتد عن الجسم المراد تصويره على الفيلم فإن الكاميرات الرقمية فيها شريحة ألكترونية (CCD) التي تقوم مقام الفيلم البلاستيكي، يقوم المعالج بعد ذلك بتحويل المعلومات إلى معلومات الكترونية تحفظ في ذاكرة الكاميرا.

كما تحتوي الكاميرات الرقمية على (مجسّات ضوئية Sensors) تستطيع تحويل الضوء إلى شحنات كهربائية، وأكثر تلك التقنيات انتشارًا في الكاميرات الرقمية هي التقنية (وأكثر التقنيات هي المجسّات الضوئية انتشاراً في الكاميرات الرقمية هي تقنية Charged Coupled Device) والتي يمكن اختصارها إلى (CCD) أو (العنصر مزدوج الشحنة Dual charge element) وبالرغم من أن بعض الكاميرات الرقمية تعتمد على (المجسّات الضوئية Complementary Metal Oxide Semi Conductor/CMOS) وهو عبارة عن شبه موصل من معدن الأوكسيد المتمم عوضًا عن تقنية (CMOS) أو تقنية (CCD) مع العلم بأن هاتين التقنيتين تقومان بنفس المهة بتحويل الفوتونات الضوئية (Photons) إلى الكترونات (Electrons).

وتتكون المجسّات الضوئية من شبكة من المصفوفات الثنائية البعد والتي تحتوي على ملايين الخلايا وهي عبارة عن عناصر الصورة وهي (البيكسل Pixel) أو عنصر الصورة (Picture elements).

وعندما تكون كمية الضوء أكبر كانت الشحنة الكهربائية المتحررة أكبر أي عدد الالكترونات أكثر، ويتمكن المعالج (ميكروبروسيسور Microprocessor) من إعادة تشكيل الصورة.

ما هو الجهاز المزدوج الشحنة (CCD):

ما هو الجهاز المزدوج الشحنة (CCD)

عبارة عن شريحة الكترونية أنتجت منذ أكثر من عشرين عامًا وقد استخدمت في الإنسان الآلي (الروبوت robot)، وفي المراصد الفلكية و(كاميرات الفيديو Video cameras)، ومؤخرًا استخدمت في الكاميرات الفوتوغرافية التي أصبحت تعرف باسم ( الكاميرا الرقمية digital camera)، وهي مربعة الشكل يبلغ طول ضلعها (3 Cm) ثلاثة سنتيمتر، فيها الكثير من المجسّات الضوئية والتي هي عبارة عن (ديود Diode) مكونة من (أشياه الموصلات Semiconductors) متوضعة بشكل صفوف متوازية.

 وعندما تتشكل الصورة تتحرر شحنة كهربائية منها تتناسب وشدة الضوء الساقط على الديود، وهذه الشحنة تفرغ (مكثف capacitor) موصول مع الديود ويتم إعادة الشحن من خلال تيار يمسح جميع المكثفات حيث يقوم المعالج (الميكرو بروسيسور Microprocessor) بحساب قيمة الشحنة التي أعيدت في عملية الشحن ليعيد تشكيل الصورة الرقمية للجسم الذي تم تصويره، وعند اصطدام الفوتونات (Photons) بالمجسّات الضوئية في الشريحة الألكترونية (CCD) تنطلق الإلكترونات أي تتحول إلى شحنات كهربائية.

الفرق بين تقنية (CMOS) وتقنية (CCD):

إن التقنية (CMOS) تعتمد على استخدام عدد من (ترانزيستور Transistors) لكل من عنصر صورة (البيكسل Pixel) واحد، وذلك لتكبير ونقل الشحنة الكهربائية عبر أسلاك التوصيل العادية ولذلك فهذه التقنية لا يستخدم معها محول (ACD).

أما تقنية (CCD) فتعمل على نقل الشحنة الكهربائية عبر الشريحة الألكترونية وقراءتها من مكانها في المصفوفة من على الشريحة وبعد ذلك يقوم محول (تماثلي / رقمي ACD) بتحويل قيمة (البيكسل Pixel) إلى قيمة رقمية وذلك نتيجة قياس مقدار قيمة الشحنة الكهربائية إلى النظام الثنائي (Binary Form)، أمّا الميزات والعيوب لهاتين التقنيتين فهي:

  • إن تقنية (CCD) ذات نقاء عالي وتشويه ضعيف ناتج عن الضجيج إذا ما قورنت مع تقنية (CMOS)  فهي تتأثر بالضجيج بشكل كبير.
  • إن لكل (1) واحد (بيكسل Pixel) من تقنية (CMOS) عدة (ترانزيستورات Transistors) وبالتالي فإن الحساسية بالنسبة للضوء منخفضة.
  • إن استهلاك الطاقة في تقنية (CMOS) أقل من استهلاك الطاقة بتقنية (CCD) بحوالي (100) مائة مرة.
  • إن دقة الصور ووضوحها باستخدام تقنية (CCD) أعلى بكثير ويمكن للشريحة أن تدوم لفترة طويلة.
  • على الرغم من الاختلافات بين التقنيتين إلى أن لها نفس الدور في الكاميرا الرقمية ألا وهو تحويل الضوء إلى شحنات كهربائية.

ما هي الدقة في ( الكاميرا الرقمية digital camera):

إن الدقة (Resolution) بالتعريف هي كمية التفاصيل التي يمكن للكاميرا التقاطها، وواحدة قياسها هي (البيكسل Pixel)، وعند زيادة عدد البيكسل تزداد دقة الصورة أي زادت التفاصيل وأصبحت الصورة أكثر وضوحًا، وهذه بعض مستويات الدقة:

  • الدقة (256 X 256) توجد هذه الدقة في الكاميرات الرخيصة الثمن لكون دقتها منخفضة وعدد البيكسل في الصورة هو (65000 Pixel) خمسة وستون ألف بيكسل.
  • الدقة (640 X 480) وهي الدقة المثلى لإرسال الصور عبر البريد الألكتروني أو الويب.
  • الدقة (1216 X 912) وهي الدقة التي تطبع فيها الصور، والعدد الاجمالي للبيكسل في الصورة هو (1,109,000) مليون ومائة وتسعة آلاف بيكسل.
  • الدقة (1200 X 1600) دقة عالية وتماثل دقة طباعة الصورة بقياس (5 X 4) بوصة (Inch) في معامل الألوان.
  • الدقة (1680 X 2240) وهي دقة نستطيع معها طباعة صور كبيرة حتى قياس (20 X 16) بوصة (إنش Inch).
  • الدقة (2704 X 4064), هي الدقة الأعلى للكاميرا الرقمية (1 Megapixel ).

كما توجد هناك كمرات رقمية احترافية بإمكانها أن تلتقط صورًا تصل دقتها إلى أكثر من (12 million pixel) اثني عشر مليون بيكسل، وتصل دقة الصورة المأخوذة بواسطة الكاميرا التقليدية إلى (20 million pixel) عشرين مليون بيكسل.

كيف تلتقط (الكاميرا الرقمية digital camera) الألوان:

تعتمد المجسّات الضوئية الموجودة في الكاميرات الرقمية على قياس الشدة الضوئية وتحويلها إلى شحنات كهربائية، كما يتم استخدام (مرشحات ) خاصة لكل لون أساسي، فللون الأحمر له مرشح عبارة عن شريحة من الزجاج ذو اللون الأحمر وهكذا كل لون أساسي آخر، والمرشح يسمح فقط بمرور الضوء الخاص به ويمنع الألوان الأخرى للضوء.

وبالتالي بما أنه توجد ثلاثة ألوان أساسية هي (الأحمر والأزرق والأخضر) وبالتالي يتم تحليل الصورة إلى ألوانها الأساسية ومن ثم تجمع مع بعضها لإخراج الصورة بشكل نهائي أي أن الصورة تلتقط ثلاث مرات أي كل لون لوحده ومن ثم تدمج اللقطات مع بعضها لتشكل الصورة المطلوبة.

التركيز (Focus Technology) والتعريض (Exposure):

عند التركيز تقوم الكاميرا بتغيير العد البؤري للعدسة بشكل آلي وبالتالي يمكن التحكم بالصور:

  • لتصوير الأهداف المتحركة بسرعة.
  • لتصوير الأهداف اللامعة مثل المرايا والسيارات.
  • الأهداف التي يتم تصويرها من خلال النافذة أو عبر أجسام عاكسة.
  • عند تصوير الأهداف المعتمة أو الماصة للضوء أو الداكنة الألوان.
  • تصوير الأجسام التي تكون متجانسة اللون مع الخلفية أي أن لها نفس لون الخلفية. عند التصوير.
  • الأجسام التي يجري تصويرها أمام أو خلف أجسام ذات تباين عالي.

تتحكم الكاميرات الرقمية بكمية الضوء الواصل إلى شريحة (CCD) عبر فتحة العدسة (aperture) وسرعة الغالق (shutter speed):

  • فتحة العدسة (aperture):

تتحكم الكاميرا بنصف قطر فتحة العدسة التي يخترقها الضوء بشكل أوتوماتيكي في الغالب.

  • سرعة الغالق (shutter speed):

تتحكم الكاميرا بزمن مرور الضوء عبر فتحة العدسة وذلك لتحديد كمية الضوء المناسب لالتقاط أفضل الصور، ويكون التحكم الكترونيًا.

أنواع العدسات المستخدمة في ( الكاميرا الرقمية digital camera):

أنواع العدسات المستخدمة

هناك أربعة أنواع للعدسات التي تستخدم في الكاميرات الرقمية:

  • النوع الأول عدسة التبئير والتحجيم الثابت (Fixed-focus, fixed-zoom lenses):

وهي نوع رخيص من العدسات وهي تستخدم في كميرات ذات الاستخدام لمرة واحدة فقط وذلك لالتقاط صورة بسيطة وثابتة.

  • النوع الثاني هو عدسة التحجيم البصري والتبئير الآلي (Optical-zoom lenses with automatic focus):

هي عسات تستخدم في كاميرات الفيديو، ومن الممكن أن تتحول من عدسة (التليفوتو Telephoto Lens) المستخدمة للتصوير البعيد إلى عدسة الزاوية الواسعة (Wide-Angle Lens) والتي تستخدم للتصوير القريب ويتم ذلك بتغيير العد البؤري للعدسة (Focal Length)..

  • النوع الثالث هو عدسات التحجيم الرقمي (Digital-zoom lenses):

تتمثل بقيام المعالج (الميكرو بروسيسور Microprocessor) بأخذ جزء من الصورة الملتقطة والتي تشكلت على الشريحة (CCD) ويقوم بعرضها على كامل إطار الكاميرا.

وهذه العملية تحتاج إلى ثبات الكاميرا لأن اهتزازها يؤدي إلى عدم وضوح الصورة.

  • النوع الرابع العدسات التي يمكن استبدالها (Replaceable lens systems):

هي عدسات مختلفة بالبعد البؤري لها ويمكن للمصور تغيرها وتركيبها على الكاميرا حسب الحاجة لها في لالتقاط أحد المشاهد .

لماذا تقوم الكاميرا الرقمية بضغط الصور:

بما أن الكاميرا الرقمية تتعامل بملايين النقاط الملونة (Pixels) وذلك لتخزن صورة واحدة لانتاج صور عالية الدقة وبأحجام كبيرة، لذلك تستخدم تقنية الضغط (compression) وهي عبارة عن خدعة رياضية يتم من خلالها ضغط الصور لتخزينها في مساحة أقل.

والتقنية المستخدمة في الضغط هي ما يعرف بتقنية (جي بي جي JPG)، وعند ضغط الصور بهذه الطريقة تفقد الصورة بعض المعلومات الغير قابلة للاسترجاع لاحقًا.

ميزات ( الكاميرا الرقمية digital camera):

  • السهولة الكبيرة في نقل الصور نتيجة الذاكرة المعتمدة في الكاميرا.
  • إمكانية تخزين عدة آلاف الصور على نفس كرت الذاكرة (Memory Card / SD)، كما أن هناك إمكانية لمسح الصور القديمة وحفظ صور جديدة مكانها.
  • إمكانية مشاهدة الصور حال التقاطها وتصوير الفيديو ومشاهدته حال تصويره.
  • إن تكلفة طباعة الصور أقل من تكلفة طباعة الصور المأخوذة الكاميرات التقليدية.

عيوب ( الكاميرا الرقمية digital camera):

  • الاعتماد على الطاقة الكهربائية في عمل الكاميرا الرقمية
  • دقة الصور أقل من دقة الصور المأخوذة بواسطة الكاميرا التقليدية.

التقريب والتبعيد:

إن هذه الميزة تعني أنه بالإمكان تغيير البعد البؤري للعدسة بين الزاوية العريضة للتصوير البعيد بواسطة استخدام زر تدوير الحلقة التي توجد على العدسة وتعطي نسبة التقريب مرفقة بالحرف (X) والذي يشير إلى عدد مرات البعد المحرقي (البؤري Focal Length) للعدسة.

والتقريب الرقمي هو طريقة برمجة  لتوزيع البيكسلات بعيدًا أو تفريقها عن بعضها البعض وذلك لتغطية كامل إطار الصورة ويوجد هناك نوعان للزوم في الكامبرات الرقمية:

(Optical zoom) أوبتيكال زوم، و(Digital zoom) الديجيتال زوم.

تركيب (الكاميرا الرقمية digital camera):

تركيب

تتركب الكاميرا من:

  • الرقم (1) غرفة البطارية وهي هنا تأخذ بطاريتي كل منهما (V 1.5) فولت والجهد الكلي اللازم لتشغيل الكاميرا هو (V 3.0) ثلاثة فولت.
  • الرقم (2) المكثف الخاص للفلاش (Flash light).
  • الرقم (3) الزر الخاص بالفلاش.
  • الرقم (4) يشير الليد (LED) الأحمر الصغير على تشغيل المؤقت الذاتي لالتقاط الصور لنفسك بسهولة.
  • الرقم (5) العدسة (The lens).
  • الرقم (6) تقنية التركيز (Focus Technology) وهي تعمل على تبديل العدسة بين موضعين للتقريب أو التبعيد.
  • الرقم (7) المستشعر أو الحساس (Sensitive).
  • الرقم (8) وصلة (USB).
  • الرقم (9) الفتحة الخاصة ببطاقة كرت الذاكرة (SD).
  • الرقم (10) المعالج الرقمي (Microprocesso).
  • الرقم (11) شريط حمل الكاميرا.
  • الرقم (12) غطاء الكاميرا.

الخاتمة:

كان مقالنا هذا عن أسرار آلية عمل ( الكاميرا الرقمية digital camera) التي انتشرت بشكل كبير وواسع مع التقدم التقني الهائل وانتشار وسائل (السوشال ميديا Social Media) وتطبيقات التواصل الاجتماعي مثل (الفيسبوك Facebook والتلغرام Telegram والواتساب what’s up و…) وهو مقال علمي موسوعي الغرض منه التعريف بجهاز واسع الانتشار والاستخدام.

قد يعجبك:

المصادر

قد يعجبك ايضا