روشنا

دوربین های دیجیتال

گرچه مفهوم گستره پویا در صحنه های دنیای واقعی، به سادگی نسبت بین تاریک ترین و روشن ترین مناطق عکس است (نسبت کنتراست)، ولی معنای آن، زمانی که ابزارهای اندازه گیری مانند دوربین یا اسکنر دخیل باشند، پیچیده تر می شود. نور در هر پیکسل در یک گودال یا چاله به نام فوتوسایت[۱] اندازه گیری می شود (مقاله حسگر دوربین های دیجیتال). اندازه هر فوتوسایت و این که چطور محتوای آن اندازه گیری می شود، تعیین کننده گستره پویای یک دوربین دیجیتال است.

سطح سیاهی (محدود با نویز)	سطح سفیدی (فوتوسایت اشباع)	سطح سفیدی تیره تر (فوتوسایت کم ظرفیت)

فوتوسایت ها را می توان مانند سطل هایی فرض کرد که فوتون ها را، انگار که آب باشند، در خود نگه می دارند. بنابرین اگر سطلی بیش از حد پر شود، سرریز می کند. فوتوسایتی که سرریز کند به اصطلاح اشباع[۲] می شود و نمی تواند فوتون های ورودی اضافی را تشخیص دهد – این تعریف سطح سفیدی[۳] دوربین است. بنابراین، برای یک دوربین ایده آل، نسبت کنتراست تعداد فوتون هاییست که هر فوتوسایت آن می تواند در خود نگه دارد، تقسیم بر تیره ترین شدت نور قابل اندازه گیری (یک فوتون). برای مثال اگر هرکدام ۱۰۰۰ فوتون نگه دارند، نسبت کنتراست ۱۰۰۰:۱ خواهد بود. چون فوتوسایت های بزرگتر می توانند گستره بیشتری از فوتون ها را در خود نگه دارند، گستره پویای دوربین های دیجیتال اس.ال.آر[۴] در مقایسه با دوربین های کامپکت[۵] بالاتر است (به خاطر اندازه بزرگتر پیکسل ها).

نکته: در برخی دوربین های دیجیتال، گزینه ای برای تنظیمات ایزو پایین تر وجود دارد که نویز کمتری تولید می کند، ولی گستره پویا را نیز کاهش می دهد.  به این خاطر که این تنظیمات، کل عکس را یک گام کامل، نوردهیِ اضافه می کند و بعد هایلایت ها را می بُرد که این عمل سیگنال نوری را افزایش می دهد. یک مثال برای این قضیه بسیاری دوربین های کنون[۶]  هستند که سرعت ایزو-۵۰ کمتر از سرعت معمول ایزو-۱۰۰ دارند.

در واقعیت، دوربین های مصرفی نمی توانند تک فوتون ها را بشمارند. به همین دلیل گستره پویا محدود به تاریک ترین تونالیته است، وقتی طرح ها دیگر قابل تشخیص نیستند. ما این را سطح سیاهی[۷] می نامیم. سطح سیاهی محدود به میزان دقت اندازه گیری هر فوتوسایت است، و به همین سبب به خاطر نویز عکس در تاریکی محدود است. پس گستره پویا کلا در ایزوهای پایین تر و در دوربین های با نویز محاسباتی کمتر افزایش می یابد.

نکته: حتی اگر یک فوتوسایت بتواند تک فوتون ها را بشمارد، باز محدود به نویز فوتون خواهد بود. نویز فوتون با تغییرات آماری در هنگام رسیدن فوتون ها ایجاد می شود و به همین خاطر از لحاظ تئوری وجود حداقل نویز را عنوان می کند. نویز کلی مجموع نویز فوتون ها و نویز بازخوانی اطلاعات است.

در مجموع، گستره پویای یک دوربین دیجیتال را می توان این گونه تعریف کرد: نسبت حداکثر شدت نور قابل اندازه گیری (در حالت اشباع پیکسل)، به حداقل شدت نور قابل اندازه گیری (بالاتر از نویز بازخوانی). معمول ترین وسیله مورد استفاده برای اندازه گیری  گستره پویا در دوربین های دیجیتال گام دیافراگم[۸] است، که گستره کل نور، ۲ به توان تعداد گام هاست. پس نسبت کنتراست ۱۰۲۴:۱ را می توان به عنوان داشتن گستره پویایی معادل ۱۰ گام F عنوان کرد (۱۰۲۴ = ۱۰^۲). بسته به برنامه مورد استفاده ممکن است از F به عنوان “zone” یا “eV” هم نام ببرند.

در بخش بعدی به گستره پویا در اسکنرها می پردازیم.
بخش نخست: گستره پویا در عکاسی (۱)

————————–
۱٫ Photosite: تک عنصر حساس به نور در حسگر دیجیتال
۲٫ Saturated
3. White level
4. Digital SLR camera
5. Compact camera
6. Canon
7. Black Level
8. F-Stop

منبع: http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/dynamic-range.htm
تاریخ دریافت: ۱۳۸۸/۰۵/۰۵

بهروز سنگانی
وب سایت شخصی
هر روز از خواب بیدار می شوم تا تصویر تازه ای از جهان ببینم.
برای مشاهده موارد ارسالی دیگر نویسنده کلیک کنید