الجهاز ومبدأ تشغيل الكاميرا

2024 مؤلف: Sierra Becker | [email protected]. آخر تعديل: 2024-02-26 04:01

التصوير الفوتوغرافي هو أحد أهم الاختراعات في التاريخ - لقد غير حقًا طريقة تفكير الناس في العالم. الآن يمكن لكل شخص أن يرى صورًا لأشياء هي في الواقع على مسافة بعيدة أو لم تكن موجودة لفترة طويلة. كل يوم ، يتم نشر مليارات الصور عبر الإنترنت ، مما يحول الحياة إلى بكسلات رقمية للمعلومات.

هيكل الكاميرا

يتيح لك التصوير التقاط لحظات مهمة من الحياة وحفظها لسنوات قادمة. لطالما تم دمج أجهزة إنشاء الصور في الهواتف والأدوات الأخرى ، لكن مبدأ تشغيل الكاميرا يظل لغزا بالنسبة للكثيرين. التصوير هو علم بقدر ما هو فن ، لكن الغالبية العظمى لا تدرك ما يحدث عندما يضغطون على زر الكاميرا أو يفتحون تطبيق كاميرا الهاتف الذكي. الكاميرا الأولى ، التي سيتم مناقشة هيكلها ومبدأها لاحقًا ، لم يكن بها أزرار على الإطلاق ولم تشبه أي تطبيق على الإطلاق. لكن جهازه هو قلب الأجهزة الحديثة.

على سبيل المثال ، تتكون كاميرا الفيلم من ثلاثة عناصر رئيسية: عدسة بصرية ، وكيميائية - فيلم ، وجسم كاميرا ميكانيكي. دعنا نفكر بإيجاز في مبدأ تشغيل الكاميرا: يتم تحميل الفيلم في بكرة على اليمين وجرحه على بكرة أخرى على اليسار ، ويمر أمام العدسة على طول الطريق. عبارة عن شريط طويل من البلاستيك المرن المطلي بمواد كيميائية خاصة تعتمد على مركبات الفضة الحساسة للضوء.

يحتوي الفيلم الأسود والأبيض على طبقة واحدة ، ويحتوي الفيلم الملون على ثلاث طبقات: الجزء العلوي حساس للضوء الأزرق ، والمركز حساس للضوء الأخضر ، والجزء السفلي حساس للأحمر. تم الحصول على الصورة بسبب التفاعل الكيميائي لكل منهم. حتى لا يفسد الضوء الفيلم ، يتم تغليفه في أسطوانة بلاستيكية متينة ومقاومة للضوء ، توضع داخل الكاميرا. ولكن كيف تجمع كل المكونات بحيث تسجل صورة واضحة يمكن التعرف عليها؟ هناك العديد من الطرق المختلفة لجعل هذه الأجزاء تعمل ، ولكن عليك أولاً أن تفهم المبدأ الأساسي لكيفية عمل الكاميرا. نظرًا لأن التصوير الفوتوغرافي لا يتطلب كهرباء ، فإن الكاميرا التقليدية أحادية العدسة عديمة المرآة هي توضيح ممتاز للعمليات الأساسية للتصوير الفوتوغرافي.

لماذا تحتاج إلى عدسة

من الأفضل البدء بإيجاز في شرح كيفية عمل الكاميرا بالنظرية. تخيل أنك تقف في منتصف غرفة بلا نوافذ أو أبواب أو أضواء. لا شيء يمكن رؤيته في مثل هذا المكان لأنه لا يوجد مصدر للضوء. بافتراض أنك أخرجت مصباحك وتشغيله ، والشعاع منه يتحرك في خط مستقيم. عندما يصطدم هذا الضوء بشيء ما ، فإنه يرتد عنه ويضرب عينيك ، مما يسمح لك برؤية ما بداخل الغرفة.

مبدأ تشغيل الكاميرا الرقمية مشابه لعملية انتزاع الأشياء من غرفة مظلمة بشعاع من مصباح يدوي. المكون البصري للكاميرا هو العدسة. وتتمثل مهمتها في ارتداد أشعة الضوء العائدة من الموضوع وإعادة توجيهها بحيث تجتمع معًا لتشكيل صورة تشبه المشهد أمام العدسة. قد لا يكون من الواضح تمامًا كيف تحدث هذه العملية ولماذا يكون الزجاج العادي قادرًا على إعادة توجيه الضوء. الجواب بسيط للغاية: عندما ينتقل الضوء من وسط إلى آخر ، فإنه يغير سرعته.

كيف تعمل العدسة

ينتقل الضوء عبر الهواء بشكل أسرع من الزجاج ، لذا فإن العدسة تبطئه. عندما تضربها الأشعة بزاوية ، سيصل جزء من الموجة إلى السطح قبل الآخر وبالتالي يتباطأ أولاً. عندما يدخل الضوء الزجاج بزاوية ، فإنه ينحني في اتجاه واحد ثم مرة أخرى عندما يخرج من الزجاج لأن أجزاء من موجة الضوء تضرب الهواء وتتسارع قبل غيرها.

العدسة المحدبة القياسية لها جانب واحد أو كلا الجانبين من الزجاج المنحني. هذا يعني أن أشعة الضوء العابرة ستنحرف باتجاه مركز العدسة عند دخولها. في العدسة المزدوجة المحدبة ، مثل العدسة المكبرة ، ينحني الضوء عند دخوله عند خروجه. هذا يغير بشكل فعال مسار الضوء من الكائن المرتبط بالجسم الرئيسيمبدأ تشغيل الكاميرا. يشع مصدر الضوء الضوء في جميع الاتجاهات. تبدأ كل الأشعة عند نقطة واحدة ثم تتباعد باستمرار. تأخذ العدسة المتقاربة هذه الأشعة وتعيد توجيهها بحيث تتقارب جميعها مرة أخرى إلى نفس النقطة. في هذا المكان يتم الحصول على صورة الموضوع

مبدأ تشغيل الكاميرا الأولى

كانت الزنزانة الأولى عبارة عن غرفة بها ثقب صغير في أحد الجدران الجانبية. مر الضوء من خلاله وانعكس في خطوط مستقيمة ، وتم إسقاط الصورة رأسًا على عقب على الحائط المقابل. كان يطلق عليه اسم الكاميرا الغامضة واستخدمه الفنانون لرسم اللوحات الفنية. يُنسب الاختراع إلى ليوناردو دافنشي. على الرغم من وجود مثل هذه الأجهزة قبل وقت طويل من ظهور أول صورة حقيقية ، إلا أن فكرة الحصول على صورة بهذه الطريقة لم تولد إلا بعد أن قرر شخص ما وضع مادة حساسة للضوء في الجزء الخلفي من هذه الغرفة. كان مبدأ تشغيل الكاميرا الأولى كما يلي: عندما اصطدم الشعاع بمادة حساسة للضوء ، تتفاعل المواد الكيميائية وتحفر الصورة على السطح. نظرًا لأن هذه الكاميرا لم تلتقط الكثير من الضوء ، فقد استغرق الأمر ثماني ساعات لالتقاط صورة واحدة. ظهرت الصورة ضبابية تمامًا أيضًا.

الفرق بين كاميرات SLR

غالبًا ما يفضل المحترفون كاميرات SLR. يُعتقد أن جودة الصورة أفضل لأن المصور يرى الصورة الحقيقية للموضوع في عدسة الكاميرا وليسمشوهة بالرقمنة والمرشحات. إذا وصفنا بإيجاز مبدأ تشغيل الكاميرا باستخدام عدسة الكاميرا المنعكسة ، فإن المعنى يتلخص في حقيقة أن المصور يرى في هذه الكاميرا صورة حقيقية. يمكنه أيضًا ضبط جميع التفاصيل عن طريق الدوران والضغط على الأزرار. هذا بسبب المرآة المزدوجة - pentaprism. ولكن في تصميم الكاميرا ، هناك واحدة أخرى - نصف شفافة ، تقع أمام المصفوفة ، والتي تسمى أيضًا المستشعر أو المستشعر. مبدأ تشغيل مصراع الكاميرا هو أنه عند الضغط على زر ، فإنه يرفع المرآة ويغير زاوية ميلها. في هذه اللحظة ، يضرب تيار من الضوء المستشعر ، وبعد ذلك تتم معالجة الصورة وعرضها على الشاشة.

يرتبط مبدأ تشغيل كاميرا SLR بالحجاب الحاجز ، والذي يفتح تدريجياً للسماح للأشعة بالمرور. يتكون من بتلات ، يحدد موضعها قطر الدائرة المركزية وكمية الضوء المنقول. يصطدم الشعاع بالعدسات ، ثم على المرآة ، ويركز الشاشة والخماسية ، حيث يتم قلب الصورة ، ثم إلى عدسة الكاميرا. هذا هو المكان الذي يرى فيه المصور الصورة الحقيقية. يختلف مبدأ تشغيل الكاميرا غير المرآة من حيث أنها لا تحتوي على عدسة الكاميرا هذه. غالبًا ما يتم استبداله بشاشة أو نسخة إلكترونية. الضبط البؤري التلقائي للطور متاح أيضًا في كاميرات SLR فقط. الفرق الآخر هو أنه عندما تضغط على زر الغالق ، يصل الضوء على الفور إلى مصفوفة الكاميرا.

التركيز على الكائن

تتغير جودة الصورة اعتمادًا على كيفية مرور الضوءمن خلال عدسة الكاميرا. وهي مرتبطة بالزاوية التي يدخل منها شعاع الضوء وبنيتها. يعتمد هذا المسار على عاملين رئيسيين. الأول هو الزاوية التي يدخل فيها شعاع الضوء إلى العدسة. والثاني هو هيكل العدسة. تتغير زاوية دخول الضوء عندما يتحرك الكائن بالقرب منه أو بعيدًا عنه. الأشعة التي تدخل بزاوية أكثر حدة ستخرج بزاوية منفرجة ، والعكس صحيح. تلتقط عدسة الكاميرا جميع أشعة الضوء المنعكسة وتستخدم الزجاج لإعادة توجيهها إلى نقطة واحدة ، مما ينتج عنه صورة حادة. تظل "زاوية الانحناء" الكلية عند أي نقطة ثابتة.

إذا كان الضوء خارج التركيز ، فستبدو الصورة ضبابية أو خارج التركيز. بشكل أساسي ، يؤدي ثني العدسة إلى زيادة المسافة بين النقاط المختلفة عليها. تتقارب الأشعة القادمة من نقطة أقرب بعيدًا عن العدسة أكثر من تقاربها من مكان بعيد. أي أن الصورة الحقيقية لجسم أقرب تتشكل بعيدًا عن العدسة أكثر من كونها بعيدة. يتم تحديد "زاوية الانحناء" الكلية من خلال بنية العدسة. تدور عدسة الكاميرا للتركيز عن طريق الاقتراب أو الابتعاد عن سطح الفيلم أو المستشعر. العدسة ذات الشكل الأكثر استدارة سيكون لها زاوية انحناء أكثر حدة. يؤدي هذا إلى زيادة مقدار الوقت الذي يسافر فيه جزء من الموجة الضوئية بشكل أسرع من الجزء الآخر ، وبالتالي يقوم الضوء بدوران أكثر حدة. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل الصورة الحقيقية داخل التركيز البؤري بعيدًا عن العدسة عندما يكون للعدسة سطح مسطح.

الحجمالعدسة وحجم الصورة

مع زيادة المسافة بين العدسة والصورة الحقيقية ، تتوسع أشعة الضوء لتشكل صورة أكبر. تعرض العدسة المسطحة صورة كبيرة ، لكن الفيلم يتعرض فقط في منتصف الصورة. بشكل أساسي ، تتمركز العدسة في منتصف الإطار ، لتكبير مساحة صغيرة أمام العارض. عندما يتحرك الجزء الأمامي من الزجاج بعيدًا عن مستشعر الكاميرا ، تقترب الأشياء. الطول البؤري هو قياس المسافة بين مكان اصطدام أشعة الضوء بالعدسة لأول مرة ومكان وصولها إلى مستشعر الكاميرا. تسمح لك الكاميرات الاحترافية بتركيب عدسات مختلفة بتكبيرات مختلفة. درجة التكبير موصوفة بالبعد البؤري. في الكاميرات ، يتم تعريفها على أنها المسافة بين العدسة والصورة الحقيقية لجسم ما على مسافة بعيدة.

الفروق بين العدسات

يشير العدد الأكبر من الأطوال البؤرية إلى تكبير أكبر للصورة. عدسات مختلفة مناسبة لمواقف مختلفة. إذا قمت بتصوير سلسلة جبال ، فيمكنك استخدام عدسة ذات بُعد بؤري كبير بشكل خاص. أنها تسمح لك بالتركيز على عناصر معينة في المسافة. إذا كنت بحاجة إلى التقاط صورة عن قرب ، فستعمل العدسة ذات الزاوية الواسعة. لها طول بؤري أقصر بكثير ، لذا فهي تضغط على المشهد أمام المصور.

انحراف لوني

عدسة الكاميرا هي في الواقع عدة عدسات مدمجة في كتلة واحدة. يمكن أن تتشكل عدسة واحدة متقاربةصورة حقيقية على الفيلم ، لكنها ستتعرض للتشويه بعدد من الانحرافات. أحد أهم عوامل التشويه هو أن ألوان الطيف المختلفة تنحني بشكل مختلف أثناء تحركها عبر العدسة. يؤدي هذا الانحراف اللوني بشكل أساسي إلى إنشاء صورة لا يتم فيها محاذاة الدرجات اللونية بشكل صحيح. وتعوض الكاميرات عن ذلك باستخدام عدسات متعددة مصنوعة من مواد مختلفة. تعالج كل عدسة الألوان بشكل مختلف ، وعندما يتم دمجها بطريقة معينة ، يتم إعادة ترتيب الألوان. تتمتع عدسة الزوم بالقدرة على تحريك عناصر مختلفة من العدسة ذهابًا وإيابًا. من خلال تغيير المسافة بين العدسات الفردية ، يمكنك ضبط قوة تكبير العدسة ككل.

مستشعرات الأفلام والصور

يرتبط الجهاز ومبدأ تشغيل الكاميرا أيضًا بتسجيل المعلومات على الوسائط. تاريخيًا ، كان المصورون أيضًا كيميائيًا نوعًا ما. يتكون الفيلم من مواد حساسة للضوء. عندما يصطدم ضوء العدسة بهذه المواد ، فإنها تلتقط شكل الأشياء والتفاصيل ، مثل كمية الضوء القادمة منها. في غرفة مظلمة ، تم تطوير الفيلم ، وتعريضه لسلسلة من الحمامات الكيميائية ، لإنتاج صورة. يختلف مبدأ تشغيل الكاميرا بجهاز استشعار إلى حد ما عن تشغيل كاميرا الفيلم. على الرغم من أن العدسات والطرق والمصطلحات هي نفسها ، إلا أن مستشعر الكاميرا الرقمية يشبه الألواح الشمسية أكثر من كونه شريطًا من الأفلام. ينقسم كل جهاز استشعار إلى ملايين من وحدات البكسل ذات اللون الأحمر والأخضر والأزرق أو الميجابكسل. عندما يصل الضوء إلى بكسل ، يقوم المستشعر بتحويله إلى طاقة ، ويقرأ الكمبيوتر المدمج في الكاميرا مقدار الطاقةيتم إنتاجها.

لماذا أهمية الميجابكسل

الطريقة التي يعمل بها مستشعر الكاميرا هي قياس مقدار الطاقة لكل بكسل والسماح لها بتحديد مناطق الصورة الساطعة والمظلمة. ونظرًا لأن لكل بكسل قيمة لونية ، يمكن لجهاز كمبيوتر الكاميرا الحكم على الألوان في المشهد من خلال النظر إلى وحدات البكسل القريبة الأخرى المسجلة. من خلال تجميع المعلومات من جميع وحدات البكسل ، يكون الكمبيوتر قادرًا على تقريب أشكال وألوان الكائن الذي يتم تصويره. إذا كان كل بكسل يجمع معلومات الضوء ، فيمكن لمستشعرات الكاميرا التي تحتوي على عدد أكبر من الميجابكسل التقاط مزيد من التفاصيل.

لهذا السبب يعلن المصنّعون غالبًا عن الكاميرات الميجابكسل من خلال إضافة شرح موجز لكيفية عمل الكاميرا. في حين أن هذا صحيح إلى حد ما ، فإن حجم المستشعر مهم أيضًا. ستجمع المستشعرات الأكبر حجمًا مزيدًا من الضوء ، مما يساعدك في الحصول على جودة صورة أفضل في الإضاءة المنخفضة. يؤدي وضع الكثير من الميجابكسل في مستشعر صغير إلى تدهور جودة الصورة لأن وحدات البكسل الفردية صغيرة جدًا. لا تسمح العدسة القياسية للعدسة مقاس 50 مم بالتكبير أو التصغير ، مما يجعلها مثالية للأشياء غير القريبة جدًا أو البعيدة جدًا.

كيف يعمل بولارويد

كان استوديو الصور المحمول الذي يلتقط صورًا فورية تقريبًا حلمًا لفترة طويلة. حتى ظهرت كاميرا غير عادية تسمح لك بعدم الانتظار لأسابيع للحصول على المطبوعاتالصور. ابتكر إدوين لاند أول كاميرا بولارويد. كانت لديه فكرة للتصوير الفوري وطلب من كوداك التمويل. لكن الشركة اعتبرتها مزحة وسخرت منه فقط. عاد إدوين لاند إلى المنزل وبدأ العمل في مشاريع أخرى لجمع الأموال. ابتكر عدسة بولارويد ثم اخترع استوديو الصور المحمول الشهير.

يشبه مبدأ تشغيل كاميرا بولارويد آلية تشغيل كاميرا الفيلم التقليدية ، والتي يوجد بداخلها قاعدة بلاستيكية مغطاة بجزيئات الفضة المركبة الحساسة للضوء. يحتوي كل فراغ في صورة فوتوغرافية على نفس الطبقات الحساسة للضوء الموجودة على لوح بلاستيكي. أنها تحتوي على جميع المواد الكيميائية اللازمة لتطوير الصورة. تحت كل طبقة ملونة هناك طبقة أخرى مع صبغة. في المجموع ، هناك أكثر من 10 طبقات مختلفة على البطاقة ، بما في ذلك طبقة أساسية غير شفافة ، وهي فارغة للتفاعل الكيميائي. المكون الذي يبدأ العملية هو كاشف ، خليط من معطلات التنشيط ، قلوي ، صبغة بيضاء وعناصر أخرى. إنه في طبقة فوق الطبقات الحساسة للضوء وأسفل طبقة الصورة مباشرة.

مبدأ تشغيل كاميرا بولارويد هو أنه قبل التقاط الصورة ، يتم جمع كل مادة الكاشف في شكل كرة على حافة الصفيحة البلاستيكية ، بعيدًا عن المواد الحساسة للضوء. بعد الضغط على الزر ، تخرج حافة الفيلم من الحجرة من خلال زوج من البكرات التي توزع مادة الكاشف في المركزالإطار. عندما يتم توزيع الكاشف بين طبقة الصورة والطبقات الحساسة للضوء ، فإنه يتفاعل مع العناصر الكيميائية الأخرى. تمنع المادة المعتمة الضوء من الترشيح إلى الطبقات السفلية ، لذلك لا يتم تعريض الفيلم بالكامل قبل تطويره.

تتحرك المواد الكيميائية لأسفل خلال الطبقات ، وتحول الجزيئات المكشوفة لكل طبقة إلى فضي معدني. تقوم المواد الكيميائية بعد ذلك بإذابة الصبغة المطورة ، لذلك تبدأ بالتسرب إلى طبقة الصورة. تحبس مناطق الفضة المعدنية في كل طبقة التي تعرضت للضوء الأصباغ بحيث تتوقف عن الحركة لأعلى. فقط الدهانات من الطبقات غير المكشوفة ستنتقل إلى طبقة الصورة. يمر الضوء المنعكس عن الصبغة البيضاء في الكاشف عبر هذه الطبقات الملونة. تتفاعل الطبقة الحمضية في الفيلم مع المواد القلوية والمُبطلات في الكاشف ، مما يؤدي إلى تطور تدريجي للصورة. يحتاج إلى ضوء لتطوير الفيلم بشكل كامل ، وعادة ما يسحب المصور البطاقة ويرى الكيمياء النهائية المشاركة في تطوير الفيلم.