مشخصه های اصلی سنسور دوربین

شرکت ها و فروشندگان، دائماً با ارائه ی دوربین هایی با مگاپیکسل بالاتر، بر جنگ مگاپیکسل دامن می زنند و از این راه برای محصولات خود تبلیغ می کنند. آن ها برای داشتن دوربین های کوچکتر با وضوح تصویر بالا، سعی دارند تا حد ممکن تعداد بسیار زیادی پیکسل ریز را در حسگری کوچک فشرده کنند. اما واقعیت این است که مگاپیکسل بالاتر، فقط به معنای این است که تصویر اصلی، تعداد اجزاء کوچک تر بیش تری دارد و می توان آن را بزرگ تر ذخیره یا مانیتور کرد. همچنین، اگر حسگر دوربین کوچک باشد و پیکسل های آن بیشتر، معمولاً حساسیت و دقت پیکسل ها کم تر است و تصویر نهایی جزئیات واضح نخواهد داشت.

از ویژگی یک دوربین با کیفیت، ایجاد تعادل مناسب بین اندازه حسگر، تعداد پیکسل ها، حساسیت و دقت آنها، و همچنین لنز مناسب است. اگر دوربینی از همه ی این جهات عالی باشد، احتمالاً قیمت آن نسبتاً گران خواهد بود.

پس باید به دنبال یک «تعادل» خوب بین همۀ این عوامل بود که در ادامه شرح داده خواهد شد. یک کاربر عادی، کم تر نیازی به بیش از ۱۲ میلیون پیکسل پیدا خواهد کرد. در شرایط مناسب، یک عکس ۱۲ میلیون پیکسلی را می توان حتی تا اندازۀ ۴۵×۳۰ سانتی متر چاپ نمود، بدون این که کیفیت آن افت خاصی داشته باشد، در صورتی که تمرکز روی ویژگی های دیگر دوربین، مانند قدرت لنز، دیافراگم لنز، سرعت کارکرد و موارد دیگر می تواند مفید تر باشد.

پیکسل های مؤثر

مقیاس عددی این پارامتر، میلیون پیکسل یا مگاپیکسل است و بیانگر مساحت تصویر است. یعنی اگر طول و عرض تصویر در هم ضرب شود، میزان پیکسل آن به دست می آید. مگاپیکسل یک اصطلاح ترکیبی است که از دو بخش مگا (به معنای میلیون) و پیکسل تشکیل شده است. پیکسل نیز از پیوند Pix خلاصه کلمه ی تصویر و EL خلاصه کلمه ی عنصر ساخته شده است. پس منظور از مگاپیکسل، یک یا چند میلیون عنصر تصویری هستند که مجموعاً یک تصویر کامل را ایجاد می کنند.

به عنوان مثال، یک عکس ۱۲ مگاپیکسلی کیفیت و وضوحی به میزان ۱۲ میلیون پیکسل دارد. برای مقایسه، تصویر یک مانیتور ۳۰ اینچی با وضوح تصویر ۲۵۶۰×۱۶۰۰ تنها کمی بیشتر از چهار مگاپیکسل است و حتی بهترین ویدئوی HD هم تنها دو مگاپیکسل کیفیت دارد که اندازۀ تلویزیون در این زمینه تأثیری ندارد.

تعداد پیکسل های تصاویر دیجیتال را نباید با تعداد پیکسل های حسگر که به منظور تشکیل تصویر به کار می روند، یکی دانست. در حسگر های قدیمی هر پیکسل به صورت جداگانه دارای یک دیود حساس به نور بود که یک پیکسل در تصویر را نمایش می داد. برای مثال، خروجی دوربین ۵ مگاپیکسلی برابر با تصویری با ابعاد ۲۵۶۰×۱۹۲۰ و همان مقدار پیکسل مؤثر بود.

پیکسل های مضاعف اطراف سطح مؤثر به منظور نرم کردن لبه پیکسل ها مورد استفاده قرار گرفته اند. حتی گاهی اوقات تمام پیکسل های حسگر مورد استفاده قرار نمی گیرند. در این جا می توان به دوربین DSC-F505V اشاره کرد که ۶/۲ مگاپیکسل (۱۶۵۶×۱۳۹۲) را نسبت به ۳۴/۳ مگاپیکسل موجود در حسگر مورد استفاده قرار می دهد. این اتفاق به این علت رخ می دهد که Sony حسگر جدید ۳۴/۳ مگا پیکسل را به بدنۀ مدل قبلی همین دوربین اضافه کرده است. از آنجایی که این حسگر کمی بزرگتر است، لنز آن قادر نخواهد بود تا کل سطح حسگر را پوشش دهد.

بنابراین به منظور تشکیل تصویر نهایی تعداد پیکسل های حسگر بیش تر از تعداد پیکسل های کارآمد می باشد.

تعداد پیکسل های حسگر

به طور معمول هر پیکسل تصویر بر مبنای اندازۀ جایگاه آن پیکسل استوار است. برای مثال، یک تصویر پنج مگاپیکسلی دارای پنج میلیون پیکسل است که تعداد پیکسل اطراف سطح مؤثر حسگر را نیز باید در نظر گرفت. تعداد کل پیکسل ها نشان دهندۀ تعداد پیکسل هایی است که روی یک حسگر وجود دارد.

گاهی اوقات دوربینی به عنوان نمونه سه مگاپیکسلی قادر به ایجاد تصویر شش مگاپیکسلی است. در این موارد دوربین شش میلیون پیکسل از اطلاعات را که بر پایۀ سه میلیون پیکسل مؤثر حسگر استوار است را برآورد می کند. البته بدیهی است که با افزایش پیکسل ها بعد از ثبت تصویر، جزئیاتی که هنگام عکاسی ثبت نشده است در تصویر ایجاد نخواهد شد.

اندازۀ حسگر

همان طور که افزایش تعداد پیکسل های حسگر دوربین باعث بهبود کیفیت و وضوح تصاویر می شود، اندازۀ پیکسل ها نیز تأثیر قابل توجهی بر کیفیت تصاویر خواهد داشت. به بیان ساده تر، هر چقدر حسگر بزرگتر باشد، پیکسل بزرگ تری بذست می آیدو هر چقدر پیکسل بزرگ تر باشد، نور بیشتری جذب می شود و در نهایت نور بیشتر سبب بالا رفتن کیفیت عکس خواهد شد. در واقع هر چه این اندازه بزرگ تر باشد کیفیت عکس نیز بالاتر و حساسیت آن در نور کم بیش تر خواهد شد. اندازۀ بزرگ تر حسگر موجب استفاده بهتر از سایر مشخصات لنز مانند فاصلۀ کانونی و میزان دیافراگم می شود.

به عنوان نمونه، یک دوربین چهار مگاپیکسلی می تواند از یک دوربین ۱۳ مگاپیکسلی قوی تر باشد، به شرطی که هم اندازۀ ابعاد هر پیکسل و هم ابعاد تراشۀ آن بزرگتر باشد. همان طور که در شکل مشخص است، هر پیکسل یک دوربین نمونۀ چهار مگاپیکسلی نسبت به یک دوربین نمونۀ ۱۳ مگاپیکسلی اندازۀ بزرگ تری دارد. به همین دلیل نور بیشتری وارد آن می شود و تصویر دقیق تر و با کیفیت تری ارائه می دهد.

تعداد و اندازۀ پیکسل حسگر دوربین

در سال های گذشته، افزایش تعداد مگاپیکسل رویکرد اصلی سازندگان دوربین ها جهت افزایش کیفیت دوربین ها بوده است که این رویه در حال حاضر تقریباً در حال توقف یا کم رنگ شدن است و کاربران هم متوجه شده اند که همیشه مگاپیکسل بالاتر به معنی کیفیت بالاتر تصویر نیست. نکتۀ مهم این است که هر چه تعداد پیکسل های یک حسگر با اندازۀ مشخص، بیش تر باشد، پیکسل ها کوچک تر می شود.پیکسل های کوچک تر نویز بیشتری نسبت به پیکسل های بزرگ تر ایجاد می کنند و در واقع تعداد فوتون های دریافت شده در مدت زمان مشخص در مورد پیکسل های کوچکتر، کم تر است. بنابراین یک فوتون یا الکترون انحرافی نویز بیشتری را موجب می شود.

اندازه حسگر به صورت نسبت آن با فیلم ۳۵ میلیمتری به عنوان یک استاندارد بیان می شود. دوربینی را که حسگرش ابعادی برابر با فیلم های آنالوگ ۳۵ میلی متری (استاندارد) داشته باشد، فریم کامل می نامند.

اندازه حسگرهای متداول در مقایسه با فیلم ۳۵ میلیمتری

در این نوع دوربین ها، هنگام ثبت بر روی حسگرهای معمول، اطراف عکس بریده نمی شود و از کل نوری که لنز به داخل دوربین می فرستد استفاده می شود و دقیقاً همان عکس ثبت می شود و در نتیجه اگر عکسی با یک دوربین آنالوگ و یک دوربین دیجیتال فریم کامل از یک صحنه با مشخصات لنز ثابت (فاصلۀ کانونی، میزان دیافراگم) گرفته شود، از لحاظ اندازه یکسان خواهند بود. البته این دوربین ها گران تر هستند و دلیل آن، اندازۀ حسگر آن ها است. سنسورهای فریم کامل بزرگ تر از سنسورهای عادی هستند. هر اندازه سنسورها بزرگ تر باشد، قیمت آن ها به صورت تصاعدی بالا می رود. این پدیده مانعی در برابر تولید دوربین های با سنسور فریم کامل و ارزان است.

چگالی پیکسل

یکی از معیار های بررسی ساختار و کیفیت تصویر حسگرها، چگالی پیکسل است که از تقسیم تعداد پیکسل مؤثر بر اندازه حسگر بدست می آید و واحد آن مگاپیکسل بر سانتی مترمربع (MP/Cm2) است. از آنجا که مکانیزم جمع آوری نور و کیفیت سلول های نوری حسگر در فن آوری های مختلف و در بین تولید کنندگان مختلف حسگر بسیار متفاوت است، نمی توان از آن برای مقایسه کیفیت تصویر دوربین ها استفاده کرد، اما می توان از آن نتایجی را بدست آورد که برای بررسی کیفیت تصویر یک دوربین بکار آید.

به عنوان مثال، چگالی یک نوع دوربین ۱۲ مگاپیکسلی برابر با ۲۸ است، حال آنکه این عدد در دوربین ۱۲ مگاپیکسلی دوم برابر با ۳/۷ است. با وجود آن که تعداد پیکسل ها تقریباً برابر است، اما اختلاف زیاد چگالی پیکسل این دو دوربین حکایت از آن دارد که در دوربین دوم به دلیل استفاده از حسگر کوچک تر، تعداد زیادی پیکسل در فضای کوچک تری گنجانده شده و این یعنی سلول های نوری کوچک تر که طبیعتاً قدرت کمتری در جمع آوری نور دارند و در نتیجه باعث افزایش نویز و نیز کاهش کیفیت رنگ تصویر می شود. بنابراین همانطور که مشخص است در این مقایسه، اندازه حسگر به تنهایی عامل تعیین کننده کیفیت تصویر است.