Dijital Fotoğraf Makinesi


Analog bilginin dijital bilgiye dönüştürülmesiyle elektronik alanında bir devrim yaşanmıştır. Teknolojideki bu devrimle beraber görüntü ve ses bilgilerinin yönetiminde de köklü değişiklikler olmuştur.

Dijital kameralar bu teknolojik devrimin en göze çarpan ürünlerindendir, çünkü öncüllerinden çok farklı özellikler taşımaktadırlar. Geleneksel kamera sistemleri mekanik ve kimyasal işlemlere bağlı iken dijital kameralar dahili bilgisayarları ile resimleri elektronik olarak kaydetmektedirler.

Dijital Fotoğrafın Temelleri

Bir resim çekip bunu e-mail ile gönderebilmek için öncelikle resmin bilgisayarın anlayabileceği bit ve byte değerlerine dönüştürülmesi gerekmektedir. Esas olarak dijital görüntü herbiri renkli bir nokta oluşturan 1 ve 0 dizilerinden oluşur. Bu renkli noktaların herbirine piksel denilmektedir. Pikseller birleşintiğinde bir resmi oluştururlar.

En temel seviyede dijital kameralarda geleneksel kameralar gibi ekranda görüntü oluşturmak için ışığı odaklayan bir takım lensten oluşur. Ancak dijital kameralarda bu ışın bir film şeridi üzerine değil ışığı elektronik olarak kaydeden yarıiletken bir cihaz üzerine düşer. Bilgisayar bu elektronik bilgiyi dijital bilgiye çevirir.

Dijital Fotoğraf Makineleri

Dijital kameralar fotoğraf filmi yerine ışığı elektrik şarjına dönüştüren sensörler kullanırlar.

Birçok dijital kamerada CCD ( charge coupled device ) imaj sensörler kullanılmaktadır. Bazı kameralarda ise CCD teknolojisinin yerine CMOS ( complementary metal oxide semiconductor ) imaj sensörler kullanılır. Bu iki farklı imaj sensör teknolojiside ışığı elektrona çevirme mantığına göre çalışmaktadır.

Bir sensör ışığı elektronlara bir kez çevirdikten sonra görüntüdeki herbir hücrenin değerini okur. Bu iki sensör teknolojisindeki fark hücrelerin okunması sırasında kendini gösterir.

- CCD hücreler üzerinde meydana gelen elektriksel şarjı chip üzerinde iletir ve sıranın bir köşesinde okur. Bir analog dijital dönüştürücü herbir pikselin değerini üzerindeki elektriksel şarja göre hesaplar ve elde edilen değeri ikilik sayı sistemi formuna dönüştürür.

- CMOS imaj sensörler ise herbir pikselde yükseltme için kullanılacak bir çok transistör içerir. Piksellerde meydana gelen elektriksel şarjı tel kullanılır. CMOS sinyali dijitaldir bu yüzden ADC kullanımına gerek yoktur.

CCD ve CMOS imaj sensörleri karşılaştıracak olursak;

- CCD sensörler yüksek kaliteli, düşük gürültülü görüntüler oluşturabilir. CMOS sensörler ise gürültü nedeniyle görüntü bozulmasına daha yatkındır.

- CMOS sensör üzerindeki her pikselde transistörler her biri yanyana olacak şekilde yerleştirildiği için CMOS sensörlerin ışık hassasiyeti daha düşüktür.

- CMOS sensörler daha az enerji tüketirler. Bir CCD imaj sensör eşdeğer bir CMOS imaj sensörden 100 kat fazla enerji tüketmektedir.

- CCD sensörler daha eski ve oturmuş bir teknolojidir. Bu yüzden piksel kalitesi ve güvenilirliği daha fazladır.

Bu iki imaj sensör teknolojisi arasında birçok fark olsada dijital kamerada ikiside aynı işi yani ışığı elektriğe çevirmeyi gerçekleştirirler.

Dijital Kamera Çözünürlüğü

Bir kameranın yakalayabildiği detaya çözünürlük denir. Çözünürlük piksel ile ölçülür. Bir kameranın daha fazla piksele sahip olması daha fazla detayı yakalayıp daha büyük bir resim oluşturabilmesini sağlar.

Bazı temel çözünürlük değerleri :

256×256 : Çok ucuz kameralarda bulunur. Bu çözünürlük çok düşüktür ve görüntü kalitesi çoğu zaman kabul edilemez derecede düşüktür. 65000 pikselden oluşur.

640×480 : Bu çözünürlük bir resmi e-mail ile gönderebilmek veya web sitesine koymak için idealdir.

1216×912 : Bu çözünürlük megapiksel bir görüntü boyutudur. 1.109.000 toplam pikselden oluşur. Resim yazdırma için kullanılabilir.

1600×1200 : 2 milyon pikselden oluşur. Bu değer yüksek çözünürlüktür. 4×5 inch bir resmin basımında kullanılabilir.

2240×1680 : 4 megapiksel kameralarda kullanılan bir standarttır. 16×20 inch büyüklüğünde kaliteli resimlerin basılması için kullanılabilir.

4064×2704 : 11 megapiksel kameralarda kullanılır. 13.5×9 inch büyüklüğünde kayıpsız kalitede resimlerin basımı için kullanılabilir.

Yüksek seviyeli son kullanıcı kameraları 12 milyon pikselin üzerinde çözünürlüklere ulaşabilir. Bazı profesyonel dijital kameralar ise 16 milyon – 20 milyon piksel üzerini destekleyebilmektedirler.

Renkleri Yakalamak

Ne yazıkki imaj sensörlerindeki ışığa duyarlı hücreler renk körüdür yani renkleri ayırdedemezler. Sadece yüzeye düşen ışığın yoğunluğunu izlerler. Renkli bir görüntü almak için birçok sensör üç ana renge göre filtreleme işlemi yaparlar. Bir kamera bu üç ana rengi bir kez kaydettiğinde bunları birleştirek tüm renkleri oluşturabilir.

Bu üç ana rengi kameraya kaydetmek için birçok farklı yol bulumaktadır. Çok yüksek seviyeli dijital kameralarda herbiri farklı filtreye sahip 3 farklı imaj sensör kullanılır. Işın bölücü ışığı farklı sensörler üzeine yönlendirir. Her sensör aynı görüntüyü almasına rağmen filtreler sayesinde sadece kendi sahip olduğu renge cevap verecektir.

Her bir piksel bölgesinde üç renginde kaydedilmesi bu yöntemin avantajıdır. Ancak hantal ve maliyetli bir teknolojidir.

Diğer bir yöntem ise tek bir sensörün önünde döner bir kırmızı, mavi, yeşil filtrenin olmasıdır. Sensör çok kısa bir zaman diliminde 3 farklı görüntü kaydeder. Bu yöntemde de üç renk her pikselde bulunur ancak diğerinden farkı görüntülerin aynı anda alınmamış olmasıdır.

Yukarıdaki iki yöntem de profesyonel sütudyo kameraları için idealdir. Ancak pratik yaşamda kullanım için çokta gerekli değillerdir.

Ana renkleri kaydetmenin ekonomik ve pratik yolu ise renk filtre dizisi denilen filtreyi direkt olarak ışık hücrelerinin herbirinin üzerine yerleştirmektir. Bu yöntemde kullanılan filtrelerden biri de bayer filter’ dir.

Bu yöntemin avantajı sadece bir imaj sensöre ihtiyaç duyulması ve renk bilgilerinin aynı anda kaydedilebilmesidir. Bu sayede kamera boyutları küçülebilmiş ve maliyetler düşmüştür. Bayer filtreli bir imaj sensörden çıkan ham görüntü değişik yoğunluklardaki kırmızı, yeşil ve mavi piksel mozaiklerinden oluşur.

Dijital kameralar özelleştirilmiş de-mozaik algoritmaları kullanarak bu mozaik görüntüleri eşdeğer gerçek renklere dönüştürür. Bir pikselin gerçek rengi çevresindeki en yakın piksellerin ortalama değerlerine göre hesaplanır.

Exposure ve Focus

Klasik kameralarda olduğu gibi dijital kameralarda sensöre ulaşan ışık miktarını kontrol etmelidirler. Bunun için diyafram açıklığı ve objektif açılma hızını kullanır.

- Diyafram Açıklığı : Kameranın açılma boyutudur. Diyafram bir çok dijital kamerada otomatik olarak yapılmaktadır. Ancak bazı profesyonel kameralarda ihtiyaca göre manuel ayarda yapılabilmektedir.

- Shutter Speed : Diyaframdan içeri ışık girme süresidir. Filmli kameraların aksine ışık sensörlü dijital kameralar elektronik olarak resetlenebilir. Bu yüzden dijital kameralar mekanik objektif yerine dijital objektif kullanırlar.

Bu iki birim beraber çalışarak iyi kalitede bir resim için gerekli olan yeterli miktarda ışığı yakalarlar. Fotoğrafçılık deyimiyle imaj sensörün pozunu ayarlarlar.

Alınan ışık miktarının kontrolü yanında bu ışığın imaj sensör üzerine nasıl odaklanacağı da ayarlanmalıdır. Genel olarak bakılacak olursa dijital kamera üzerindeki lensler geleneksel kameralar üzerindeki lenslere çok benzemeketedirler.

Bununla beraber odak uzaklığı dijital kamera lensi ve 35 mm kamera lensi arasındaki en önemli farktır. Odak uzaklığı lens ile imaj sensör yüzeyi arasındaki uzaklıktır. Sensörler değişik boyutlarda olmasına rağmen genelde 35mm filmden oldukça ufaktırlar. Yani daha küçük bir imaj sensör üzerine görüntüyü düşürmek için odak uzaklığı da aynı oranda azalmalıdır.

Odak uzaklığı ayrıca büyütme veya yakınlaştırmayıda belirler. 35 mm bir kamerada, 50mm lens bir cismin gerçek görüntüsünü verir. Odak uzaklığını arttırmak cisme daha yakından bakmayı sağlar. Aynı şekilde odak uzaklığının azaltılması cismi uzaklaştırır.

Dijital kameralar 4 farklı tipte lense sahip olabilirler.

- Sabit fokus, sabit zoom lensler : Bu lensler kullan at ve ucuz filmli fotoğraf makinalarında kullanılır.

- Otomatik netlemeli optik zoom lensler : Bu kameralar optik olarak yani görüntüde bir bozulma olmadan yakınlaştırma yapabilirler. Ayrıca görüntü yakınlaştığında netleme işlemini otomatik olarak gerçekleştirir.

- Dijital Zoom Lens : Bu lenslerde yakınlaştırma işlemi dijital olarak yapılır. Kameranın çözünürlüğüne bağlı olarak görüntüde bozulma olacaktır.

- Değiştirilebilir Lensler : Bunlar 35mm kameralardaki lensler gibidir. Bazı dijital kameralar 35mm kamera lenside kullanabilir.

Dijital Resimlerin Saklanması

Birçok dijital fotoğraf makinesinde çekilen resimleri görüntülemek için LCD ekran bulunmaktadır. Bu dijital kameraların çok önemli bir avantajıdır. Böylece çekilen resimler hemen o anda incelenebilmekte, beğenilmeyen resimler yeniden çekilebilmektedir. Çekilen resimlerin bilgisayara veya doğrudan yazıcıya gönderilmesi için birçok yol vardır. İlk nesil dijital kameralarda kamera içinde sabit dahili hafıza bulunmaktaydı. Bu kameralardan görüntü alabilmek için kameranın bir data kablosuyla doğrudan bilgisayara bağlanması gerekmekteydi. Günümüzde ise dijital kameralar seri, usb, bluetooth, hafıza kartları gibi birçok farklı bağlantı şekillerini desteklemektedirler.

Dijital fotoğraf makinaları genellikle sıkıştırılmamış bir format olan TIFF veya sıkıştırılmış bir format olan JPEG kayıt formatlarını kullanırlar. Birçok kamera, resimleri kaydetmek için JPEG formatını kullandığı gibi resim kalitesi ayarlarına da izin vermektedir. Aşağıda bazı ortalama resim boyutu değerleri verilmiştir.

TIFF Formatında

640×480 : 1MB

800×600 : 1.5MB

1024×768 : 2.5MB

1600×1200 : 6.0MB

JPEG Formatında ( Yüksek Kalite )

640×480 : 300KB

800×600 : 500KB

1024×768 : 800KB

1600×1200 : 1.7MB

JPEG Formatında ( Orta Kalite )

640×480 : 90KB

800×600 : 130KB

1024×768 : 200KB

1600×1200 : 420KB

Özet

Bir dijital kamera resim çekerken birçok işlem gerçekleşir. Aşağıda bir CCD kamerada resim çekilirlen baştan sona neler olduğu incelenmektedir.

- Kamera resmi çekilmek istenen nesneye hedeflenir. Optik zoom ile nesne yakınlaştırılır veya uzaklaştırılır.

- Objektif tuşuna yavaşça basılır.

- Kamera nesneyi otomatik olarak netleştirir ve mümkün olan ışık bilgilerini okur.

- Kamera objektif hızını ve diyaframı en iyi poz için ayarlar.

- Objektif tuşu yavaşça bırakılır.

- Kamera CCD’ yi resetler, ışık imaj sensöre direkt olarak gelir ve objektif kapanana kadar imaj sensör üzerinde elektriksel şarj oluşturur.

- ADC elektriksel şarjı hesaplar ve herbir pikseldeki elektriksel şarjı gösteren dijital bir bilgi oluşturur.

- İşlemci renk bilgisini elde edilen resim bilgisine ekler. Çekilen görüntü dijital fotoğraf makinasının LCD ekranından görülebilir.

- Çekilen resim uygun sıkıştırma formatı ile sıkıştırılıp kaydedilir.