Optional Sidebar Info

Any information can be placed in the sidebar to help your website visitors navigate your site.

To make a boxed heading like the one above, simply apply the H3 tag.

To make a box like this, assign the "sidebarlt" class.

You can do anything with a sidebar box. Insert images, ads or other web content.

Here's a text link.

To make a box like this, assign the "sidebardk" class.

You can do anything with a sidebar box. Insert images, ads or other web content.

Here's a text link.

T u t o r i a l
    P     H     O     T     O    J     Y     K    

اندازه حسگر دوربین های دیجیتال

منظور از ارائه این مقاله چیست : تاثیر اندازه حسگر دوربین دیجیتال در شاخه های مختلف عکاسی . انتخاب دوربین بر اساس اندازه حسگر در عکاسی با دوربین دیجیتال ، - با چند تفاوت اندک ولی قابل توجه - معادل انتخاب دوربین با قطع 35 میلیمتری ، قطع متوسط و قطع بزرگ در عکاسی آنالوگ می باشد . احتمالا در ادامه بحث دچار سرگشتگی و عدم امکان اتخاذ تصمیم قطعی خواهید شد ، چون انتخاب های بسیار متفاوتی را بعلت سبک و سنگین کردن عوامل مختلفی نظیر عمق میدان ، نویز تصویر ، خطای انکسار ، وزن دوربین و هزینه مالی آن پیش رو خواهید داشت .
همچنین بعنوان پیش زمینه می توانید مطلب حسگر دوربین دیجیتال را مطالعه نمائید .

نگرش کلی نسبت به اندازه های متفاوت حسگر
در حال حاضر اندازه حسگر با توجه به نوع کاربرد ، از نقطه نظر مالی و توقعات مورد نظر ،می تواند انواع مختلفی باشد . در شکل زیر اندازه های نسبی آنها را در کنار هم ملاحظه نمائید :

از شناخته شده ترین دوربین ها که دارای حسگر با کادر کامل (فول فریم) می باشند می توان به مدل های 1Ds و 5D از شرکت کانن و مدل D3 از شرکت نیکون اشاره کرد . دوربین هایی نظیر 60D و 7D کانن دارای ضریب برش 1.6 برابر است درحالیکه دوربین SLR نیکون دارای ضریب برش 1.5 برابر می باشند . اما در شکل فوق دوربین های سری 1D کانن که دارای ضریب برش 1.3 برابر می باشند ، یک استثنا بحساب می آیند .
دوربین های گوشی های تلفن و سایر دوربین های کامپکت از حسگر هائی با محدودة تقریبی "1.4 –"2.3 استفاده می کنند . شرکت های المپیوس و کداک و فوجی به اتفاق نظر از یک استاندارد بنام سیستم 3/4 که دارای ضریب برش 2 برابر در مقایسه با فیلم های 35 میلیمتری می باشد ، استفاده می کنند . حسگرهای با قطع بزرگ و متوسط در بازار موجود هستند ، اما بدلیل قیمت بسیار بالا بین عکاسان همه گیر نشده است . در اینجا مشخصا به مورد خاصی اشاره نمی شود ، ولی کماکان شرایط مثل قبل می باشد .

ضریب برش و ضریب تکثیر فاصله کانونی
ضریب برش حسگر ها نسبت اندازه قطر حسگر نسبت به فریم کامل 35 میلیمتری می باشد . دلیل این نامگذاری این است که این حسگر ها قادرند فقط بخشی از تصویری را که یک لنز 35 میلیمتری ارائه می کند را – بعلت محدودیت اندازه - ثبت نمایند .
35 mm Full Frame Angle of View
زاویه دیدی که یک حسگر 35 میلیمتری با فریم کامل ارائه می کند .
شاید در نظر اول اینطور بنظر برسد که دور ریختن قسمتی از اطلاعات یک تصویر هرگز ایده آل نباشد ، اما این امر مزایای خاص خود را در بر دارد . تقریبا برای تمامی لنزها بالاترین وضوح در مرکزشان قرار داشته و هرچه بطرف کناره ها پیش برویم ازمقدار آن کاسته خواهد شد . این بدان معنی است که ناحیه برش خورده (حذف شده از تصویر) دارای کمترین وضوح می باشد ، که در مواقعی که از یک لنز با کیفیت پائین استفاده می کنیم ، یک مزیت بحساب می آید (بطور معمول کمترین کیفیت در لبه های تصویر پدیدار می شود) .
 
Uncropped Photograph Center Crop Corner Crop
از طرف دیگر اینطور بنظر می آید که به لنزی بمراتب بزرگ تر نیازمند باشیم که این عامل مشخصا حمل آن برای طولانی مدت امری بازدارنده خواهد بود . تقریبا از تمامی نوری که لنز انتقال می دهد استفاده می شود ، و این لنزها کیفیت تقریبا مناسبی را ارائه می نمایند و افت کیفیت در لبه های تصویر نیز قابل چشم پوشی می باشد .
علاوه بر این عملکرد نوری لنزهای واید بندرت بخوبی لنزهای با فواصل کانونی طولانی تر خواهد بود . به همین دلیل وقتی برای ثبت وسعت منظره مورد نظر با حسگرهای کوچکتر ، از لنزهای وایدتر استفاده می کنیم ؛ تاحدودی کیفیت را از دست خواهیم داد . از آنجائیکه حسگرهای کوچکتر محدود به پوشش قسمت میانی تصویری را که لنز ارائه می دهد هستند ، لذا برای لنزهای با کیفیت پائین این حسگرها می توانند تصویر نسبتا مطلوبی را ارائه نمایند .
بهمین نحو با افزایش فاصله کانونی لنز می توانیم برای حسگرهای کوچک تر از 35 میلیمتر ، به زاویه دید معادل آن دست یافت، که معادل ضریب برش حسگر مورد نظر می باشد . این بدان معنی است که با استفاده از یک لنز 50 میلیمتری و یک حسگر با ضریب برش 1.6 برابر می توان به زاویه دید ارائه شده معادل یک لنز با فاصله کانونی 80 = 50 X 106 و حسگر 35 میلیمتری با فریم کامل دست یافت .
البه مراقب باشید ، چون هر یک از این شرایط می توانند تا حدودی گمراه کننده باشند . با عدم تغییر فاصله کانونی لنز ، حسگرهای با اندازه های مختلف زوایای دید متفاوتی را ارائه خواهند نمود . یک لنز 35 میلیمتری صرفنظر از بکارگیری اندازه حسگر ها ، همیشه یک لنز 50 میلیمتری می باشد . توجه داشته باشید که لزوما برای حسگرهای کوچک ضریب برش متناظر با آن نباید وجود داشته باشد ، چون احتمال دارد برای حسگر مورد نظر لنزی خاص طراحی شده باشد .

اندازه لنز با لحاظ کردن وزن آن
برای حسگرهای کوچکتر ،(برای دامنه دیافراگم و محدودة بزرگنمائی و زاویه دید متناظر) لنز های سبکتر نیاز است . البته ممکن است این تفاوت برای عکاسی از حیات وحش و عکاسی در سفر اساسی باشد ، چونکه بکارگیری لنزهای سنگین برای هر یک از این موارد مستلزم حمل این تجهیزات بمدت طولانی می باشد . در شکل زیر این روند (نسبت فاصله کانونی / دیافراگم با وزن لنز) برای کاربرد های عکاسی ورزشی و عکاسی حیات وحش لنز تله کانن نشان داده شده است :

lens weight versus focal length

پس می توان اینطور نتیجه گیری کرد که اگر لازم باشد همان قسمتی از یک تصویر با یک دوربین 35 میلیمتری با لنز mm200 و 2.8/f را با یک دوربین با ضریب شکست 1.5 برابر بدست بیاوریم ،به یک لنز mm300 و 2.8/f نیازمندیم که وزن آن بیش از 3.5 برابر لنز اول می باشد ! با این کار می توان این اختلاف (اندازه حسگرها) را جبران نمود ولی شاید شما مایل نباشید در ملآ عام بدین صورت جلب توجه نمائید . هر چند لنزهای سنگین تر دارای هزینه بالاتری نیز می باشند .

pentaprism in SLR camera

در دوربین های SLR نتیجه حاصل از حسگرهای با اندازه بزرگ تر نتایجی بمراتب واضح تر از آنچه که در چشمی دوربین دیده می شود را ارائه می دهند ، که این ویژگی برای موارد با فوکوس دستی بسیار مفید خواهد بود . البته حصول به این منظور بسیار سنگین و پر هزینه خواهد بود چون برای انتقال نور دریافتی از لنز به چشم عکاس به منشوری بزرگتر نیاز است .

شرایط مورد نیاز برای دستیابی به عمق میدان
برای یک دیافراگم مشخص با افزایش اندازه حسگر (زمانیکه کادر تصویر با یک موضوع مشخص و با همان اندازه و فاصله پر شده باشد) ، از عمق میدان تصویر کاسته خواهد شد . به این علت که حسگرهای بزرگتر برای پر کردن کادر با همان موضوع باید به موضوع نزدیک تر باشند یا از فاصله کانونی طولانی تری استفاده نماید . به همین منظور شخص مجبور خواهد بود برای دستیابی به یک عمق میدان مشخص با افزایش اندازه حسگر به نسبت عکس از دیافراگم های بسته تری استفاده نماید .
بعنوان نمونه اگر بخواهد یک پرسپکتیو و یک عمق میدان مشخص را که با یک دوربین با فریم کامل با یک لنز با فاصله کانونی 10 میلیمتر و دیافراگم 11/f تهیه شده باشد را با یک دوربین با ضریب برش 1.6 برابر دوباره تهیه کند ، بای از یک لنز با فاصله کانونی 16 میلیمتر و دیافراگم حدود 18/f استفاده نماید . بهمین ترتیب اگر از یک لنز 50 میلیمتری و فاصله کانونی 104/f برای یک دوربین با فریم کامل استفاده کرده باشد ، برای رسیدن به عمق میدان حتی کمتر با یک دوربین با ضریب برش 1.6 برابر ، با دیافراگم 0.9/f ، لنزی وجود ندارد .
 
برای عکاسی پرتره عمق میدان کمتر بمنظور محو شدن پس زمینه مناسب می باشد ولی در عکاسی از منظره سعی بر این است که از دوربین های با حسگر بزرگتر بمنظور دستیابی به عمق میدان مورد نظر استفاده شود .

تاثیرات انکسار
حسگرهای با اندازه بزرگتر می توانند دیافراگم های کوچکتر (گشوده تر) را بکار گیرند درصورتیکه فاصله بین دو نقطه از تصویر از اندازه قطر دایره اغتشاش coc (که توسط معیارهای وضوح تصویر و اندازه چاپ نهائی تعیین می گردد) بزرگتر نباشد . بطور کلی تصاویر حاصل از حسگرهای با اندازه بزرگتر برای دستیابی به اندازه چاپ مورد نظر نیازی به بزرگنمائی تصویر ندارند . بعنوان مثال از لحاظ تئوری برای چاپ با اندازه 10x8 اینچی از تصویری که با یک دوربین با حسگر 10x8 اینچی تهیه شده باشد نیازی به بزرگنمائی نمی باشد ، درحالیکه اگر همین تصویر با یک دوربین 35 میلیمتری تهیه شده باشد برای دستیابی به چاپی با همان اندازه نیازمند بزرگنمائی در حد قابل توجهی می باشیم .
توجه داشته باشید که شروع انکسار تدریجی می باشد ، بنابراین تغییرات اندک دیافراگم (کاهش یا افزایش آن نسبت به محدوده انکسار) سبب بهبود یا وخامت ناگهانی نخواهد شد . بعلاوه این یک محدوده تئوری می باشد ، و نتایج عملی در گرو ویژگیهای لنز می باشد . در شکل ذیل اندازه محدوده هاله ای دور یک نقطه را برای دو مقدار گشودگی مختلف دیافراگم (با فرض اینکه صفحه شطرنجی مورد نظر نمایانگر اندازه پیکسل باشد) نشان داده شده است :
 
Pixel Density Limits Resolution
(Shallow DOF Requirement)
Airy Disk Limits Resolution
(Deep DOF Requirement)
یک نتیجه گیری مهم از موارد فوق این است که با انکسار محدود به اندازه پیکسل ها برای حسگرهای بزرگتر ، بیشتر می باشد (با فرض ثابت ماندن مقدار عمق میدان). منظور از اندازه پیکسل ، اندازه هاله دور یک نقطه که تعیین کننده رزلوشن کلی تصویر می باشد ، است نه تراکم پیکسل ها . علاوه بر این انکسار محدود کننده عمق میدان برای اندازه های مختلف تصویر مقداری ثابت می باشد . این مشخصه ممکن است در زمان تصمیم گیری برای انتخاب دوربین جدید ، حیاتی باشد ، چونکه لزوما بالاتر بودن تعداد پیکسل ها ، رزلوشن بالاتری(برای عمق میدان مورد نظر) را بهمراه نخواهد داشت . در حقیقت پیکسا بیشتر حتی می تواندبا افزایش نویز و کاهش محدوده دینامیکی ، به کیفیت تصویر شما لطمه بزند .

اندازه پیکسل : سطح نویز و محدوده دینامیکی
بطور کلی حسگرهای بزرگتر از پیکسل های بزرگتری تشکیل شده اند (هرچند این قاعده همیشه برقرار نیست)، که طبیعتا تصاویر حاصل از آن دارای نویز کمتر و محدوده دینامیکی وسیعتر می باشند . مشخصه محدوده دینامیکی بیانگر چگونگی میزان سایه روشنی که یک حسگر می تواند بدست بیاورد ، وقنی که سطح آن پائین باشد پیکسل سفید و وقتی که بالا باشد زمینه نسبت به پس زمینه قابل تمایز نخواهد بود (تقریبا تاریک خواهد بود) .پیکسل های بزرگتر دارای حجم بیشتری نیز می باشند – و بعلت دارا بودن ذرات نوری با ظرفیت بالاتر – عموما دارای محدوده دینامیکی بالاتری می باشند .
digital sensor pixels

توجه : حفره های نشان داده شده در بصویر فوق فاقد فیلتر می باشد .

علاوه بر این پیکسل های بزرکتر در طول مدت زمان نوردهی ، حجم بیشتری از ذرات نوری را جذب می نمایند . برای میزان نویز پس زمینه معین ، این پیکسل ها سیگنال های بلند تری را بمنظور ارائه نرخ نویز وسیع تر و در نتیجه تصاویری با کیفیت صاف تر ارائه می کنند .
 
Larger Pixels
(with a Larger Sensor)
Smaller Pixels
(with a Smaller Sensor)
بهرحال این همیشه صادق نیست ، چون میزان نویز پس زمینه به کارخانه سازنده حسگر و چگونگی عملکرد دوربین در قبال اطلاعات سایه روشن برای هر پیکسل (بدون افزودن نویز اضافی) بستگی دارد . هرچند که بطور کلی روند فوق برقرار است . اگر از منظر دیگر به مساله نگاه کنیم ، حتی اگر در ظاهر نویز حاصل از دو حسگر مختلف یکسان بنظر بیاید ، نتیجه چاپ 100% حسگری که دارای تعداد پیکسل بیشتر می باشد ، دارای کیفیت بالاتری خواهد بود . به این دلیل که اندازه بزرگ شدن (برای اندازه چاپ معین) نویز برای حسگرهای با تعداد پیکسل بالاتر کمتر می باشد .

هزینه تولید حسگرهای دیجیتال
با افزایش اندازه حسگره قیمتشان تا حد قابل توجهی افزایش می یابد . این بدان معنی است که با دو برابر شدن اندازه حسگر ها قیمتشان بسیار بیشتر از دو برابر افزایش می یابد . بنابراین به ازای جزء جزء افزایش اندازه حسگر باید مبلغ آنرا بپردازید .
silicon wafer divided into small sensor sizes   silicon wafer divided into large sensor sizes
Silicon Wafer
(divided into small sensors)
Silicon Wafer
(divided into large sensors)
شما می توانین با دیدن چگونگی ساخت این حسگرها ، به علت تغییرات قیمت حسگر های مختلف پی ببرید . هر حسگر از یک تکه بزرگ تر از ماده سیلیکون که wafer نامیده می شود ، برش داده می شود ، که از هزاران تراشه متمایز تشکیل شده است . هر تکه از wafer بسیار گرانقیمت (تا چندین هزار دلار) می باشد ، بنابراین تعداد اندکی چیپ در هر wafer وجود خواهد داشت ، که هزینه هر چیپ هم بسیار بالا می باشد . علاوه بر این امکان یک نقص غیر قابل جبران (تعداد بیش از حد پیکسل خراب یا سایر موارد) که به ازای حسگرهای بزرگتر افزایش می یابند ، می توانند به نافرجام ماندن ساخت حسگر شود . بنابراین با با افزایش اندازه حسگر ها ، شانس نهائی شدن ساخت یک حسگر – افزایش دور ریز به ازاء هر wafer - کاهش می یابد . در نظر گرفتن این عوامل (تعداد تراشه هدر رفته از هر wafer) بیشترین اهمیت را دارا می باشد ، نسبت افزایش قیمت حسگر ها به مقدار مربع اندازه حسگر (با دو برابر شدن اندازه حسگر قیمت آن بیش از چهار برابر می شود) می باشد . در عالم تولید پیچیدگیهای زیادی در ارتباط با اندازه و قیمت حسگرها وجود دارد ، ولی می توانید در مورد افزایش سرسام آور قیمت حسگرها ایده داشته باشید .
اما نمی توان گفت که یک اندازه خاص از حسگرها بصورت بازدارنده ای گران است ؛ ممکن است بالاخره قیمت ها شکسته شوند ، اما نسبت اختلاف قیمت بین اندازه های مختلف حسگرها برقرار خواهد بود .

ملاحضات دیگر
بعضی از لنزها صرفا برای حسگرهای مشخصی کاربرد دارند (و ممکن است برای سایر موارد کاربرد نداشته باشد)، که باید به کاربرد آنرا برای نوع عکاسی مورد نظر اشراف داشته باشید . یکی از موارد قابل توجه لنزهای tilt/shift می باشند که برای افزایش یا کاهش عمق میدان قابل رویت کاربرد دارند . همچنین از این لنزها برای اصلاح و کنترل پرسپکتیو و جلوگیری از واگرائی خطوط عمودی می باشد - برای مواردی که دوربین در بالا یا پائین خط افق قرار گرفته باشد - (مثل عکاسی از معماری) .علاوه بر این برای لنزهای بسیار واید سرعت بالا (2.8/fیا بالاتر) که برای حسگر های با فریم غیر کامل متداول نمی باشد ، می توانند انتخاب مناسبی برای عکاسی ورزشی و خبری باشد .
نتیجه : تمام جزئیات یک تصویر & عوامل رقابتی
عمق میدان در حسگرهای با قطع بزرگ کمتر است ، اما می توان با بکارگیری دیافراگم های کوچک تر تا حدی که خطای انکسار بوجود نیاید(با توجه به محدودیت های وضوح در چاپ) این مساله را جبران نمود . به این ترتیب کدامیک از انتخاب ها پتانسیل بوجود آوردن تصویری با بیشترین جزئیات را دارا می باشد ؟ اگر قادر به فدا کردن عمق میدان باشید ، بدون شک با حسگرهای بزرگتر (و به همان نسبت تعداد پیکسل بیشتر) می توانید به جزئیات تصویری ببیشتری دست پیدا کنید . از طرف دیگر اگر بخواهید همان عمق میدان را حفظ نمائید ، هیچ الزامی به حسگر بزرگتر و مزیت رزلوشن نمی باشد . همچنین خطای انکسار همچنان یک عامل محدودیت برای عمق میدان بحساب می آید . از طرف دیگر می توانید با بکارگیری دیافراگم بسته تر ممکن تاحدی که از بروز خطای انکسار جلوگیری شود ، با هر حسگری – حتی اگر محدودیت آستانه انکسار ، دیافراگم ها متفاوت باشد - به عمق میدان مورد نظر دست یابید .
ملاحظات فنی : این نتایج با فرض اینکه اندازه پیکسل با اندازه هاله حاصل از انکسار هر حسگر قابل مقایسه بوده و هر لنز نیز کیفیتی قابل مقایسه داشته باشد . البته ویژگی های لنزهای tilt با حسگر های با قطع بزرگتر همخوانی بیشتری دارد (امکان جابجائی سطح کانونی – صفحه عمود بر خط فاصله کانونی - و در نتیجه افزایش عمق میدان قابل رویت به شما داده می شود ).

required exposure time versus sensor area

عامل مهم دیگر محدود کننده عمق میدان نیاز به مدت زمان نوردهی با توجه به افزایش اندازه حسگر با همان حساسیت می باشد . احتمالا این عامل بیشتر در عکاسی در شب و عکاسی ماکرو مطرح می باشد .توجه داشته باشید که شاید حتی عکس هائی را که بدون سه پایه با حسگرهای کوچکتر تهیه شده باشد را نتوان با حسگرهای بزرگتر و بدون سه پایه تهیه نمود .
از طرف دیگر ممکن است لزوومی به افزایش مدت زمان نوردهی مطابق فرض اولیه نباشد ، چون اغلب حسگرهای بزرگتر دارای نویز کمتری می باشند ( و چه بسا با افزایش سرعت ISO موجب بوجود آمدن نویز می شوند).
در حالت ایده آل سطح نویز دریافتی (در یک ااندازه معین از چاب) برای دوربین های دیجیتال با حسگرهای بزرگتر (صرفنظر از تعداد پیکسل) کاهش می یابد .
صرفنظر از اندازه پیکسل ،این واقعیت غیر قابل انکار است که حسگرهای بزرگتر قابلیت جمع آوری نور بیشتری را دارا می باشند . از لحاظ تئوری حسگرهایی که از پیکسلهای کوچک تری تشکیل شده باشند دارای نویز کمتری(برای چاپی با اندازه معین)نسبت به حسگری کوچکتر که از پیکسل های بزرگتر تشکیل شده باشد دارای نویز کمتری می باشد . به این خاطر که نویز در دوربین های با رزلوشن بالا وقتی که بزرگنمائی صورت می گیرد ، کم می باشد ؛ حتی اگر در صفحه کامپیوتر وقتی که بصورت 100% باشد ، با نویز بیشتری بنظر بیاید . در حسگرهای با تعداد پیکسل بالاتر از طریق محاسبه میانگین پیکسل های مجاور (به همین خاطر بصورت تصادفی از نویز کاسته خواهد شد) همچنان امکان دستیابی به رزلوشن حسگرهای با تعداد پیکسل کمتر وجود خواهد داشت .چرا که تصاویری که جهت استفاده در وب و چاپ با اندازه کمتر ، کوچک می شوند ، بدون نویز بنظر می آیند .
همه این مفروضات متفاوت برای لنزهای بسیار کوچک و تقسیم بندی های پیکسل ها قابل چشم پوشی می باشند . با فرض ثابت ماندن تقسیم بندی پیکسل ها (بر اساس بازخوانی و ترتیب چیدمان مدارها در تراشه) بنابراین چگالی بالاتر پیکسل ها امکان جمع آوری نور کمتری را دارا می باشند ، مگر اینکه لنزهای کوچک بتوانند این کمبود را جبران نمایند . علاوه بر این چشم پوشی تاثیر الگوی ثابت یا نویزهای تاریک مشخصا به نوع و مدل دوربین مورد نظر بستگی دارد .
بطور کلی حسگرهای بزرگتر عموما دارای کنترل بیشتر و قابلیت هنری بالاتری می باشند ، اما هزینه خرید آن و تجهیزات مورد نیاز آن بسیار بالا می باشد . این قابلیت های هنری در مورد عمق میدان های کمتر برای حسگرهای کوچک تر با افزایش سرعت iso و کاهش گشودگی دیافراگم (یا بکارگیری سه پایه) قابل جبران می باشد .

 

منابع : http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/digital-camera-sensor-size.htm
ترجمه : جابر يزدانخواه كناري


 

Design by photojyk.com