دوربین تک‌پیکسلی؛ سفری به ریشه‌های عکاسی و HDR

+3

کلمه "Camera" تو زبان لاتین به معنی "اتاق" هست. در واقع این کلمه مخفف عبارت "Camera Obscura" به معنی "اتاق تاریک" هست. دوربین‌های اولیه به اندازه یک اتاق واقعی بزرگ بودن!

پس بیا قبل از هر چیزی، یه "دوربین صفر پیکسلی" بسازیم که فقط تصویری که می‌بینه رو بدون هیچ سنسوری روی یه سطح نمایش می‌ده.

می‌تونی کار رو با ساخت یه دوربین سوراخ‌سوزنی (Pinhole Camera) شروع کنی. بعدش اگه یه عدسی (لنز) به همون سوراخ اضافه کنی، تصویر روی دیوار هم روشن‌تر می‌شه و هم (بسته به عمق میدان لنز) واضح‌تر می‌شه.

تو عکس‌هایی که گذاشتم می‌تونی ببینی که ما روی در آزمایشگاه یه سوراخ ایجاد کردیم و روش رو با چسب برق مشکی پوشوندیم، بعد یه روزنه خیلی کوچیک روی چسب باز کردیم تا نور بیاد داخل. (برای ساخت شیشه مات می‌تونی یه شیشه قاب عکس رو با پودر سمباده مات کنی).

+1

حالا باید یه جعبه مقوایی یا چوبی بسازی و داخل و بیرونش رو کاملا با رنگ مشکی مات رنگ کنی؛ یا اینکه مثل من از بدنه یه دوربین آنالوگ قدیمی استفاده کنی. من تو یکی از مدل‌ها، یه سلول خورشیدی کوچیک رو روی قسمت نگهدارنده فیلم دوربین قرار دادم و با چسب محکمش کردم و دو تا سیمش رو از پشت دوربین آوردم بیرون.

سنسور نوری که انتخاب می‌کنی باید با ابعاد جعبه یا دوربینی که استفاده می‌کنی متناسب باشه. مثلا تو یه نمونه دیگه، من از یه دوربین قطع متوسط (Medium Format) که فیلم‌های 120 میلی‌متری می‌خوره استفاده کردم. تو این مدل، یه سلول خورشیدی مربعی 2 اینچی کاملا فیت اون محفظه فیلم شد! تو یه مدل ساده‌تر هم، فقط یه مقاومت نوری (فتوسل) رو داخل یه جعبه مقوایی خیلی کوچیک مشکی گذاشتم.

واقعا فرقی نمی‌کنه از چه سنسوری استفاده کنی؛ فتوسل، فتودیود، سلول خورشیدی یا هر چیز دیگه‌ای. حتی پیشنهاد می‌کنم چند تا دوربین تک‌پیکسلی با سنسورهای مختلف بسازی تا دقیقا درک کنی که "سنس کردن نور" تو سنسورهای مختلف چه تفاوت‌هایی با هم داره.

بسته به سنسوری که انتخاب کردی، حالا باید دوربینت رو به یه نمایشگر یا نشانگر وصل کنی. اگه از مقاومت نوری (LDR) استفاده کردی، سیم‌هاش رو به یه اهم‌متر (روی مولتی‌متر) وصل کن.

اگه از سلول خورشیدی استفاده کردی، سیم‌ها رو به ولت‌متر یا آمپرمتر وصل کن. تبریک می‌گم! تو الان یه دستگاه داری که می‌تونه "کمیت نور" رو بهت نشون بده.

این کمیتی که الان داری اندازه‌گیری می‌کنی (بیایم بهش بگیم q) نه یه کمیت رادیومتریک خالصه (که به همه طول‌موج‌ها یه واکنش یکسان نشون بده) و نه یه کمیت فوتومتریک (که دقیقا شبیه چشم انسان نور رو ببینه). اما هنوز هم می‌تونی به عنوان یه واحد اندازه‌گیری بهش تکیه کنی.

برای درک بهتر این موضوع، باید آزمایش نصف کردن نور رو انجام بدی. یعنی یه بار عدد روی مولتی‌متر رو در حالی که تمام نور به سنسور می‌تابه یادداشت کن، بعد نصف منبع نور رو بپوشون و دوباره عدد رو بخون. این کار رو تو شرایط نوری مختلف تکرار کن.

به این کار که یه کمیت رو با نصف همون کمیت مقایسه می‌کنی، "تحلیل کامپارامتریک" می‌گن. این دقیقا همون چیزیه که پایه‌های علمی سنسورهای دوربین رو شکل میده. این آزمایش بهت کمک می‌کنه بفهمی سنسورت خطی کار می‌کنه یا لگاریتمی.

مفهوم متاویژن (Metavision) یعنی "دیدن بینایی"! یعنی بتونیم به صورت فیزیکی ببینیم که محدوده دید و زاویه دید یک دوربین دقیقا تا کجاست. با همین دوربین یه پیکسلی ساده می‌تونیم این مفهوم رو خیلی قشنگ بررسی کنیم. برای این کار یه راه ساده وجود داره.

می‌تونی با یه لامپ کوچیک جلوی دوربین حرکت کنی و هر جا که عدد روی مولتی‌متر تغییر کرد، اون نقطه رو روی یه کاغذ علامت بزنی. با وصل کردن این نقطه‌ها، دقیقا نقشه "میدان دید" (Sightfield) سنسورت رو روی کاغذ رسم کردی.

هدف اصلی این پروژه اینه که به یه درک عمیق از این موضوع برسی که یه دوربین عکاسی ذاتا چه چیزی رو اندازه‌گیری می‌کنه. سنسور نوری که داخل جعبه گذاشتی رو در نظر بگیر. برو تو یه اتاق کاملا تاریک و فقط یه منبع نور (مثل یه لامپ) رو روشن کن که بتونی نیمی از نورش رو با یه مقوا مسدود کنی.

تو فواصل و شدت‌های مختلف، لامپ رو تو حالت کامل و حالت نیمه‌پوشیده جلوی دوربین قرار بده و اعدادی که مولتی‌متر نشون می‌ده رو جفت‌جفت یادداشت کن.

حالا این جفت اعداد رو روی یه نمودار به عنوان محور X و Y رسم کن. با دیدن این نمودار پراکندگی، تازه متوجه می‌شی که رابطه ریاضی و پارامتریک بین شدت نور و خروجی سنسور چطوری کار می‌کنه. وقتی این مفهوم رو درک کنی، تازه می‌فهمی که تکنولوژی HDR (High Dynamic Range) تو دوربین‌های امروزی دقیقا چطور از ترکیب این نورهای مختلف برای ساختن یه تصویر فوق‌العاده استفاده می‌کنه.

اگه این دوربین یک پیکسلی رو ساختی و تونستی آزمایش‌های نوری جالبی باهاش انجام بدی، حتما تجربه‌ت رو تو بخش نظرات تیم آیسی‌مدار برامون بنویس و اگه سوالی داشتی بپرس تا بیشتر درباره این دنیای جذاب گپ بزنیم.