Skip to main content
Global

2.7: Kamera

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    175798

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Eleza optics ya kamera
    • Fanya picha iliyoundwa na kamera

    Kamera ni za kawaida sana katika maisha yetu ya kila siku. Kati ya 1825 na 1827, mvumbuzi wa Kifaransa Nicéphore Niépce alifanikiwa kupiga picha iliyoundwa na kamera ya kale. Tangu wakati huo, maendeleo makubwa yamepatikana katika kubuni ya kamera na detectors makao ya kamera.

    Awali, picha zilirekodiwa kwa kutumia majibu nyeti ya nyeti ya misombo ya fedha kama vile kloridi ya fedha au bromidi ya fedha. Karatasi ya picha yenye makao ya fedha ilikuwa katika matumizi ya kawaida mpaka ujio wa kupiga picha za kidijitali katika miaka ya 1980, ambayo imeunganishwa kwa detectors ya kifaa cha malipo (CCD). Kwa kifupi, CCD ni Chip ya semiconductor ambayo inarekodi picha kama tumbo la saizi ndogo, kila pixel iko katika “bin” juu ya uso. Kila pixel ina uwezo wa kuchunguza ukubwa wa mwanga unaoathiri juu yake. Rangi huletwa kwa kucheza kwa kuweka filters nyekundu, bluu-, na rangi ya kijani juu ya saizi, na kusababisha picha za rangi ya digital (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Kwa azimio lake bora, pixel moja ya CCD inafanana na pixel moja ya picha. Ili kupunguza azimio na kupunguza ukubwa wa faili, tunaweza “bin” saizi kadhaa za CCD katika moja, na kusababisha picha ndogo lakini “pixelated”.

    Picha ya kifaa cha malipo pamoja inavyoonyeshwa. Sehemu ndogo ya hii imeenea na inaonyesha saizi kadhaa zenye mraba nyekundu, bluu na kijani. Hii inaitwa “sensorer kwa wavelengths nyekundu, bluu au kijani ya mwanga” na “uongofu kwa voltages”. Picha ya maua imeonyeshwa, iliyoandikwa “pato la picha”.
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kifaa cha malipo (CCD) kinabadilisha ishara za mwanga katika ishara za elektroniki, kuwezesha usindikaji wa umeme na uhifadhi wa picha za kuona. Hii ni msingi wa upigaji picha za elektroniki katika kamera zote za digital, kutoka simu za mkononi hadi kamera za filamu. (mikopo kushoto: mabadiliko ya kazi na Bruce Turner)

    Kwa wazi, umeme ni sehemu kubwa ya kamera ya digital; hata hivyo, fizikia ya msingi ni optics ya msingi. Kwa kweli, optics ya kamera ni sawa sana na yale ya lens moja na umbali wa kitu ambacho ni kikubwa zaidi kuliko umbali wa lens (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

    Kielelezo kinaonyesha mtazamo wa upande wa kamera ya digital. Mbele ya kamera ni disc kinachoitwa aperture, ikifuatiwa na lens bi-convex, lens bi-concave, kioo kilichopandwa kinachoitwa kioo cha flip-up, shutter na sensor. Njia ya mwanga inavyoonyeshwa kama mwanga huingia kamera kwa njia ya kufungua na lenses na kupiga kioo. Inaonekana hadi juu ya mfumo wa kutazama. Hapa inaonyesha kutoka vioo viwili zaidi kabla ya kupitia lens bi-convex na kujitokeza nje ya kamera.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kamera za kisasa za digital zina lenses kadhaa za kuzalisha picha wazi na uharibifu mdogo na kutumia filters nyekundu, bluu, na kijani ili kuzalisha picha ya rangi.

    Kwa mfano, hebu tuchunguze kamera katika smartphone. Kamera ya wastani ya smartphone ina vifaa vya lens pana ya angle yenye urefu wa urefu wa 4—5 mm. (Urefu huu wa msingi ni sawa na unene wa simu.) Picha iliyoundwa na lens inazingatia detector ya CCD iliyowekwa upande wa pili wa simu. Katika simu ya mkononi, lens na CCD haziwezi kusonga jamaa kwa kila mmoja. Kwa hiyo tunahakikishaje kwamba picha zote za kitu cha mbali na cha karibu kinazingatia?

    Kumbuka kwamba jicho la mwanadamu linaweza kuzingatia picha za mbali na za karibu kwa kubadilisha umbali wake wa msingi. Kamera ya simu ya mkononi haiwezi kufanya hivyo kwa sababu umbali kutoka kwa lens hadi detector ni fasta. Hapa ndio ambapo umbali mdogo unakuwa muhimu. Hebu tufikiri tuna kamera yenye umbali wa 5-mm. Umbali wa picha kwa selfie ni nini? Umbali wa kitu kwa selfie (urefu wa mkono unaoshikilia simu) ni karibu 50 cm. Kutumia equation nyembamba-lens, tunaweza kuandika

    \[\frac{1}{5mm}=\frac{1}{500mm}+\frac{1}{d_i} \nonumber \]

    Sisi kisha kupata umbali wa picha:

    \[\frac{1}{d_i}=\frac{1}{5mm}−\frac{1}{500mm} \nonumber \]

    Kumbuka kuwa umbali wa kitu ni mara 100 kubwa kuliko umbali wa msingi. Tunaweza kuona wazi kwamba neno la 1/ (500 mm) ni ndogo sana kuliko 1/ (5 mm), ambayo ina maana kwamba umbali wa picha ni sawa sana na urefu wa lens. Hesabu halisi inatupa umbali wa picha d i =5.05mm. Thamani hii ni karibu sana na umbali wa lens.

    Sasa hebu tuchunguze kesi ya kitu cha mbali. Hebu sema kwamba tungependa kuchukua picha ya mtu amesimama karibu m 5 kutoka kwetu. Kutumia equation nyembamba-lens tena, tunapata umbali wa picha ya 5.005 mm. Mbali na kitu kinatoka kwenye lens, karibu na umbali wa picha ni umbali wa mbali. Katika kesi ya upeo wa kitu kikubwa cha mbali, tunapata umbali wa picha sawa na umbali wa mbali wa lens.

    Kama unaweza kuona, tofauti kati ya umbali wa picha kwa selfie na umbali wa picha kwa kitu cha mbali ni karibu 0.05 mm au microns 50. Hata umbali mfupi wa kitu kama urefu wa mkono wako ni amri mbili za ukubwa mkubwa kuliko urefu wa lens, na kusababisha tofauti ya dakika ya umbali wa picha. (Tofauti ya 50-micron ni ndogo kuliko unene wa karatasi ya wastani.) Tofauti ndogo hiyo inaweza kushughulikiwa kwa urahisi na detector sawa, iliyowekwa kwenye umbali wa lens. Programu ya uchambuzi wa picha inaweza kusaidia kuboresha ubora wa picha.

    Kamera za kawaida za hatua-na-risasi mara nyingi hutumia lens inayohamishika ili kubadilisha umbali wa lens-kwa-picha. Lenses Complex ya kamera ghali zaidi kioo reflex kuruhusu picha superb quality picha. Optics ya lenses hizi za kamera ni zaidi ya upeo wa kitabu hiki.