كيف تعمل الكاميرا؟

كيف تعمل الكاميرا؟
لاشك ان التصوير الفوتوغرافي يعتبر واحدمن اهم الاختراعات التي شهدها تاريخ البشرية, فالتصوير الفتوغرافي في الحقيقة ينقلالينا مشاهد مختلفة من العالم يبعد عنا الاف الاميال وعبر الازمان,وتقوم الكاميرابعملية التصوير لالتقاط مشاهد من حياتنا حتي تبقي لسنين

كيف تعمل الكاميرا؟ Camera17

كاميرا غيرأتوماتيكية من بينتاكسا
لتكنولوجيا التي تعمل بها الكاميراسهلة وبسيطة ذات أساس فيزيائي، ولتوضيح ذلك سنقوم بتوضيح العناصر الرئيسية للكاميراوالتي هي عبارة عن ثلاثة اجزاء رئيسية هي على النحو التالي:
الجزء البصري (العدسات)
الجزء الكيميائي )الفيلم)
الجزء الميكانيكي (جسم الكاميرا)
ويكمن سرالتقاط الصورة باستخدام الكاميرا في ضبط وتجميع الأجزاء الثلاثة، فيقوم الجزءالبصري بتجميع الضوء المنعكس من الجسم المراد التقاط صورة له وإدخال كمية محسوبة منالضوء يتحكم فيها عمل الأجزاء الميكانيكية لتسقط على الفيلم الذي بدوره يخزن معالمالصورة في شكل تغيرات كيميائية لمادة الفيلم. ولكن قبل ذلك يجب أن نعلم أن هناك أنواع مختلفة للكاميرات فمنهاالكاميرات اليدوية (غير الأتوماتيكية)وهناكالكاميرات الاتوماتيكية والكاميرات الفورية وكاميرات الديجيتال الرقمية،وحتى نوضح فكرة عمل الكاميرا سنتعامل في البداية مع الكاميرات اليدوية والتي تعرف بالانجليزية بـ(manual single-lens-reflexSLR ).تعتمد فكرةالكاميرااليدويةعلى أن المصور المستخدم للكاميرا يرى من خلال الكاميرا بالضبطالمشهد الذي يراه الفيلم، ويمكن للمصور ضبط كل التفاصيل الخاصة بالكاميرا والتحكمبكل جزئياتها قبل التقاط الصورة، وحيث أن التدخل الإلكتروني في تشغيل الكاميرا قليلجداً فإن شرح فكرة عمل هذا النوع يمكن القارئ من الأستفادة أكثر في فهم معمق لفكرةعمل الكاميرات.
الأساس الفيزيائي للتصوير
الجزء البصري في الكاميرا هو العدسة والتي هي ببساطة جزء كروي منالزجاج، تقوم العدسة بتجميع الأشعة الضوئية المنعكسة من الجسم المراد تصويره وتكوينصورة لهذا الجسم.ولكن السؤال هو كيف تقوم العدسة الزجاجية بهذا العمل وما هوالأساس الفيزيائي لذلك؟الضوء ينتقل من وسط الهواء (الفراغ) إلى وسط مختلف مثل الزجاج (العدسة هنا) فيحدث انحناء للضوء نتيجة لظاهرة فيزيائية تدعى انكسار للضوءRefractionنتيجة لاختلاف سرعة الضوء في الفراغ عنه فيالزجاج حيث تكون سرعة الضوء أكبر مايمكن في الفراغ وتقل عند عبورها لأي وسطآخر.ولمزيد منالفهم لظاهرة انحناء الضوء نتيجة لظاهرة الانكسار دعنا نتأمل في المثالالتالي:تخيل انك تدفع عربة بقوة منتظمة كما في الشكل أدناه، وحيث أن القوةالتي تدفع بها العربة منتظمة أي ثابتة فإن سرعة العربة ستكون ثابتة ايضا، هذا إذاكان الوسط الذي تتحرك فيه العربة متجانساً أي له طبيعة منتظمة كأن تدفع العربة علىالرصيف. ولكن ماذا يحدث لو بدأت تدخل بالعربة على أرض عشبية؟ فإن العربة سوف تقلسرعتها حيث ان قوة الاحتكاك تصبح اكبر ولهذا تحتاج ان تزيد قوة الدفع لتحافظ علىنفس السرعة التي كانت على الرصيف.والآن تخيل أنك قمت بدفع العربة إلىالأرض العشبية بزاوية فإن شيئاً آخر سيحدث! حيث إن العجلة اليمين للعربة تدخل إلىمنطقة الأرض العشبية قبل العجلة اليسار فإن العجلة اليمين تقل سرعتها بينما العجلةاليسار لازالت محتفظة بسرعتها الأصلية، وهذا سيؤدي الي انحراف العربة إلى اليميننتيجة لاختلاف سرعة العجلتين للعربة.
كيف تعمل الكاميرا؟ Camera18

شرح ظاهرة انحناء الضوء نتيجة لظاهرة الانكسار
يكون هذا التأثير مشابه لنفس التأثير الذي يحدثه الزجاجعلى الضوء عندما يسقط عليه بزاوية ما، فينحني الضوء عندما يخرج من الجهة الأخرىللزجاج لأن جزء من حزمة الضوء ستكون في الفراغ فتزداد سرعتها بينما الجزء المتبقيلازال بسرعته داخل الزجاج إلى أن يترك الزجاج، وحيث أن العدسة المستخدمة فيالكاميرا من الزجاج وتتكون من سطحين كرويين منحنيين للخارج كما في الشكل التاليتسمىبالعدسة المجمعة أو العدسة المحدبةConvex Lensوعندما تسقط حزمة الضوء على العدسة أو تنفذمنها فإنها تنحني باتجاه مركز العدسة.

فكرةعمل العدسة لتكوين الصورة بظاهرة الانكسارالضوء
لنفترض مصدراً ضوئياً مثل شمعة فإن الضوء الصادر من لهب الشمعةالمركز في نقطة محددة ينتشر في كل مكان، وتكون هذه الأشعة متباعدة باستمرار،وباستخدام عدسة مجمعة تعمل على تجميع الأشعة المتباعدة من ضوء الشمعة وتكون صورةللهب الشمعة، انظر الى الشكل السابق ودقق في مسارات الضوء الثلاثة التي انعكست منرأس القلم الرصاص (الجسم) حيث تجدها متباعدة وتقوم العدسة باعادة تجميعها لتكونالصورة على الفيلم.
التركيز أو التبئير Focus
وجدنا في الشرح السابق أن الصورةتتكون بواسطة الضوء النافذ عبر العدسة المجمعة، وتعتمد خصائص الصورة على مسار الضوءالذي ينفذ عبر العدسة والذي يعتمد على:
1-زاوية سقوطالضوء على العدسة
2-شكل العدسةنفسها
تتغير زاويةسقوط الضوء على العدسة بتقريب الجسم من العدسة او إبعاده. والشكل التوضيحي التالييوضح صورة الجسم (قلم الرصاص في الشكل) فعندما يكون القلم قريباً من العدسة تكونزاوية السقوط أكثر حدة منها عندما يكون القلم بعيداً عن العدسة. وينتج عن ذلك انهفي حالة الجسم القريب من العدسة فإن الضوء النافذ يتم تجميعه على مسافة بعيدة بينماعندما يكون الجسم بعيداً عن العدسة فإن الضوء النافذ يتم تجميعه على مسافة قريبة. وهذا يعني أن مجموع زوايا الانحناء الكلي للضوء قبل سقوطه على العدسة وبعد نفاذهيبقى ثابتاً

العلاقة بين بعد الجسم عن العدسة وتأثيره على بعدالصورة
والخلاصة هي أن الضوء الساقط من مصادر قريبة من العدسةيتجمع بعيدا عنها، والضوء الساقط من مصادر بعيدة يتجمع على مسافة قريبة من العدسة. بمعنى آخر تتكون الصورة بالقرب من العدسة عندما يكون الجسم بعيدا عن العدسة والعكسصحيح.يمكنك أن تجرب هذه الظاهرة بوضع عدسة قراءة بين شمعة وجدار الغرفةباستخدام شمعة وعدسة قراءة فتشاهد تكون صورة مقلوبة للشمعة على الجدار، ولكن الصورةلا تكون واضحة تماماً حيث لا تكون معالمها واضحة وتظهر على الجدار مشوهة وهذا يعنيأن صورة الشمعة لا تسقط بالضبط على الجدار فتحتاج إلى تحريك العدسة قليلاً لإظهارالصورة بأوضح شكل لها وهذا ما يعرف بالتبئير أو تركيز الصورةFocus.

الصورة الواضحة تتكون بضبط المسافة بين العدسةوالفيلم
وفي الكاميرا اليدوية نقوم بنفس الشيء عندما نحركعدسة الكاميرا في التجويف الخاص بها لنحصل على أوضح صورة حيث تتحرك العدسة لتغيرالمسافة بينها وبين الفيلم. وعند إيجاد الموضع الدقيق للعدسة نقول أنه تم ضبطالتبئيرInFocusفنحصل على صورة واضحة(الكاميرات الأوتوماتيكية تقوم بالتبئير بطريقة إلكترونية (العلاقة بين شكل العدسة وحجمالصورةلاحظنا أن العدسة تعمل على انحناء الضوء الساقط عليهابزاوية محددة لا تعتمد على زاوية السقوط ولكن تعتمد على شكل العدسة المستخدمة. فالعدسة ذات الشكل الكروي الأكثر تحدباً تكون زاوية انحناء الضوء لهاأكبر، وهذا لهالأثر على تكوين صور أقرب إلى العدسة، بينما العدسات التي لها سطح كروي أقرب إلىالسطح المستوي فإنها تكون صورة بعيدة نسبياً عنالعدسة.زيادة المسافة بين العدسة والصورة يعمل على تكبير حجم الصورة المتكونةمثلما لو كان عندك بروجكتور وقمت بإبعاده عن الحائل فإن الصورة ستكبر بزيادةالمسافة بين البروجكتور والحائل حيث يعمل ذلك على انتشار الضوء على مساحة أكبر كلمازادت المسافة، وهذا ما يحدث في الكاميرا ولكن مع اعتبار أن مساحة الفيلم التيتستقبل الصورة ثابتة، فهذا يعني ان زيادة المسافة بين العدسة والصورة سيتيح للفيلمالتركيز على جزء محدد من الصورة وهو ما يعرف بالتكبيرMagnification، وفي الكاميرات المتخصصة يتم تزويدها بمجموعة مختلفة من العدسات لتتيحللمصور تغيير التكبير للمشهد المراد تصويره. قدرة التكبيرللعدسة المستخدمة في الكاميرا تحدد بالطول البؤريFocal Lengthوهو المسافة بين العدسة والصورة عندما يكون عندها الجسم بعيداًجداً، ويحدد البعد البؤري عن طريق تكوين صورة للقمر فالمسافة بين صورة القمروالعدسة تحدد البعد البؤريلها.

كيف تعمل الكاميرا؟ Camera22

يستخدم المصورون المحترفونعدسات مختلفة لحالات مختلفة، فمثلاً لتصوير مشهد لجبل نستخدم عدسة ذات بعد بؤريكبير تسمى تليفوتوTelephoto Lens، ولتصوير مشاهد قريبة وذات اتساع كبير تستخدمعدسة ذات بعد بؤري قصير وتسمى عدسة الزاوية العريضةWide-Angle Lens. أما في الحالات العادية حيث يكونالتصوير لمشاهد ليست بعيدة أو قريبة فتستخدم العدسة العادية ذات بعد بؤري 5 سموالتي لا يكون لها تكبير او تأثير على الصورة.
تخزين الصورة
هذا هو الجزء الكيميائي في فكرة عمل الكاميرا وهو عبارةعن الفيلم، ويكون دور الفيلم في الكاميرا بمثابة الوسيلة التي تخزن فيها الصورةلنتمكن من طباعتها فيما بعد والاحتفاظ بها. وتعتمد فكرة تخزين محتويات الصورة علىالفيلم على التغيرات الكيميائية التي يحدثها الضوء على مكونات الفيلم. حيث يتكونالفيلم من حبيبات دقيقة حساسة للضوء موزعة على شريحة بلاستيكية، وعندما تتعرض تلكالحبيبات للضوء تحدث تفاعلات كيميائية تحدث تغيرات لتلك الحبيبات التي تعرضت للضوءوتترك الباقي بدون تغيير، فهكذا يكون الفليم قد اختزن محتويات الصورة ونحتاج إلىطريقة كيميائية أخرى لإظهار الصورة ومن ثم طباعتها.
إلتقاط الصورة
تحدثنا فيما سبق عن الفكرة الأساسية لعملية التصوير الفوتوغرافيوالتي تتلخص في تكوين صورة باستخدام عدسة مجمعة، وتخزين الصورة على شريحة من موادحساسة للضوء. هذا باختصار فيما يتعلق بعملية التصوير ولكن لاخذ صورة واضحة ودقيقةفإن هناك العديد من أدوات التحكم الي لابد من القاء مزيد من الضوءعليها.بداية لا يمكن أن تتكون الصورة إلا بعزل الفيلم عن الضوء تماماً حتىاللحظة التي نقوم فيها بالتقاط الصورة حيث نسمح في تلك اللحظة للضوء بالسقوط علىالفيلم، ولهذا فإن جزء الكاميرا الداخلي عبارة عن صندوق مظلم مغلق بواسط غالق يسمىShutterيفتح ويغلق بين العدسة والفيلم. وكلمة كاميرا هي يونانية الأصل وتعنيحجرة مظلمة.وتكمن عملية الحصول على صورة واضحة في التحكم بكمية الضوء التي تسقطعلى الفيلم، فكمية ضوء عالية تعني تعني تسليط ضوء أكثر من اللازم على حبيبات الفيلمالحساسة فتظهر الصورة بدون معالم أي نحصل على هالة بيضاء محل الصورة، وإذا كانالضوء أقل من المطلوب فإن حبيبات اقل من اللازم لا تكفي لإظهار الصورة ونحصل علىصورة معتمة تقترب إلى السواد. وفي الشرح التالي سنوضح كيفية تحكم الكاميرا بكميةالضوء.
التحكم في كميةالتعريض
إن المقصود في التحكم في كمية التعريضExposureهي التحكم في كمية الضوء اللازمةلاظهار صورة واضحة وهذا يتم من خلال التحكم في
كمية الضوء الذي ينفذ منالعدسة إلى الفيلم
فترة تعريض الفيلم للضوء

أولاًالتحكم في كمية الضوء الذي ينفذ من العدسة إلى الفيلم
لزيادة وإنقاص كمية الضوء الذي يعبر من العدسة نقومبتغيير فتحة العدسةApertureوهو عبارة عن شرائح رقيقة من المعدن في صورة أقراص دائريةيمكن أن تغلق وتفتح معطية فتحة يمكن التحكم في نصف قطرها وتكون مثبتة خلف العدسةتماماً وهي تشبه حدقة العين التي تتسع وتضيق حسب كمية الضوء التي تتعرض لها العين. فعندما تكون فتحة العدسة ضيقة تكون كمية الضوء قليلة، وإذا كانت فتحة العدسة واسعةفإن كمية ضوء أكثر تنفذ إلى الفيلم.

كيف تعمل الكاميرا؟ Camera23

شكل يوضححالتين لفتحة العدسة عندما تكون واسعة (على اليمين) والثاني لفتحة عدسة ضيقة على (اليسار) لاحظ تداخل الشرائح المعدنية لتعطي فتحةدائرية.

ثانياً التحكم في فترة تعريض الفيلم للضوء
يتم التحكم في الفترة الزمنية لتعريض الفيلم للضوء من خلال سرعة الغالقShatter Speed،ومعظم الكاميرات يدوية التحكم تستخدم حاجزمكون من شريحتين كل شريحة لها نفس مقاس الفيلم، قبل التقاط الصورة تكون الشريحةالأولى أمام الفيلم مغلقة فنضمن أن يكون الفيلم معزولاً تماماً عن الضوء، وعندالتقاط الصورة تنزلق الشريحة الأولى بسرعة معينة لتسمح للضوء بالنفاذ إلى الفيلموبعدها تنزلق الشريحة الثانية لتحجب الضوء عنالفيلم.تتم العملية السابقة بواسطة حركة ميكانيكية معقدةمكونة من زنبركات ومفاتيح وتروس مثل تلك الموجودة في داخل الساعة. فعندما نقومبالضغط على زر التقاط الصورة وهو زر تشغيل الغالق فإن عمليات ميكانيكية متسلسلةتعمل حسب توافق زمني دقيق، بحيث تعمل حركة الغالق على تحريك ذراع يعمل على تحريكمجموعة من التروس، ويمكن شد أو تخفيف الشد على الزنبركات من خلال ضبط سرعة الغالقللكاميرا، فهذا يعمل على زيادة أو تقليل الزمن اللازم لانزلاق الحاجز الأول ليفتحالمجال أمام الضوء لينفذ إلى الفيلم قبل إغلاق الفتحة بواسطة الحاجز الثاني. فعنداختيار سرعة الغالق لتكون بطيئة فإن الفتحة تبقى لمدة أطول مما لو ضبطنا سرعةالغالق لتكون سريعة فينزلق الحاجز الثاني مباشرة بعد حركة الحاجز الأول مما يسمحللفتحة أن تبقى لفترة قصيرة من الزمن وبالتالي كمية أقل منالضوء.مما سبق نرى أن هناك الكثير من الأمور التي يجب ضبطها للحصول علىصورة واضحة وبجودة عالية، ومن هذه الأمور سرعة الفيلم واتساع فتحة العدسة وسرعةالغالق، وفي معظم الكاميرات اليدوية ولمساعدة المصورين المستخدمين للكاميراتاليدوية في ضبط الكاميرا على القياسات الصحيحة يتم تزويد الكاميرات بمقياس لشدةالضوء، وهذا المقياس هو عبارة عن مجس ضوئي من المواد اشباه الموصلات(فوتوديود)يقوم بتحويل شدة الضوء إلى طاقة كهربية يتمتفسيرها من خلال سرعة الفيلم وسرعةالغالق.
آلية عمل الكاميرااليدوية
هناك نوعان من الكاميرات المستخدمة النوع الأول هوالكاميرات اليدوية والنوع الثاني هو الكاميرات الاوتوماتيكية أو ما يعرف بمصطلح صوبوالتقط الصورةPoint-and-Shoot،ويختلف النوعان في الطريقة التي يرى بها المصور المشهد،ففي الكاميرات الأتوماتيكية يعمل المنظار عمل نافذة خارجية في الكاميرا حيث يكونمسار الضوء الذي يعطى صورة المشهد عبر المنظار مختلف عن مسار الضوء الذي يسقط علىالعدسة ومن ثم على الفيلم. لذا فإن المنظار في هذا النوع يعطي صورة تقريبية للمشهدالذي سيتم تصويره على الفيلم ولكن في نوع الكاميرات اليدوي يكون المسار الضوئي الذييعطي صورة المشهد عبر المنظار هو نفسه الذي جمعته عدسة الكاميرا ليسقط على الفيلمبمجرد الضغط على زر تحريك الغالق.نرى في الشكل التوضيحي التالي مسارالشعاع الضوئي الذي يحمل تفاصيل المشهد المراد تصويره حيث يسقط الضوء على مرآةمثبتة بين العدسة والغالق حيث تقوم المرأة بعكس الشعاع الضوئي ليسقط عموديا علىشاشة شفافة ومن ثم على مجموعة من المرايا لتوجيه الضوءللمنظار.
كيف تعمل الكاميرا؟ Camera24

مسار الضوء في الكاميرا اليدوية
الهدف من الشاشة الشفافة هي استقبالالصورة المنعكسة من المرآة، ووظيفة المرايا هي إعادة عكس الصورة لتكون صورة مماثلةغير معكوسة ومن ثم توجيهها إلى المنظار ليراها المصور قبل التقاطالصورة.عندما نضغط على زر أخذ الصورة فإن الكاميرا مباشرة تقوم بلف المرآةلتبتعد عن مسار الضوء وعند لف المرآة فإنها ستشغل الغالق ليفتح الطريق للضوء ليسقطعلى الفيلم، تعود المرآة إلى مكانها بمجرد عود الغالق، والمستخدم لهذا النوع منالكاميرات سيعرف الآن لماذا تختفي الصورة من المنظار لحظة التقاطالصورة.وللعلم لا يستخدم الكاميرات اليدوية الا المصورون الممحترفون لمايتطلب استخدامها من مهارات ذاتية عديدة للحكم على الصورة قبل التقاطها وضبط كلالمقاييس المناسبة لكل ظرف على الكاميرا لالتقاط صورة في افضل حالاتها. أما فيأيامنا هذه وللتسهيل على الكثير من المستخدمين غير المتمرسين على التصوير فقد تمدمج التصوير اليدوي والتصوير الأوتوماتيكي في نفس الكاميرا ليترك المجال للمستخدملاختيار الوضعية المناسبة لأخذ الصورة.وقبل ان ننتهي من هذا المقال يجبالتنويه على أن الكاميرا الأوتوماتيكية تعمل بنفس الآلية إلا أن ميكروبروسسور يقومبمهمة المصور المحترف في ضبط المعايير الخاصة بجودة الصورة وذلك معتمداً على نظامللتبئير الأوتوماتيكي والذي يغذي الكاميرا بالمعلومات حول ضبط الإضاءة وسرعةالغالقة وفتحة العدسة.
الخلاصة
نستنتج مما سبق أن فكرة التصوير فكرةبسيطة ولا تتعدى عن حجب الفيلم عن الضوء في صندوق مغلق والتحكم بكمية محددة منالضوء لتسقط على الفيلم. ولا شك أن التعقيدات التي شهدناها ما هي إلا أدواتميكانيكية تعمل بتزامن دقيق للتحكم في الضوء بعد الضغط على زر الكاميرا لالتقاطالصورة.

منقول للافاده

بجد مش عارفين نشكرك ازاي علي المواضيع الجميلة والمفيدة دي
شكراً لك بنت مصر علي اسهماتك المتميزه في المنتدي

شكرا على المجهود الكبير ده.
وننتظر المزيد.

شكراً للمهندس القبطان علي المرور الكريم

موضوع رائع جدا ومفيد بس مش سهل الواحد يفهمه

بشمهندس ماكس علي المرور الكريم
وكل صعب يسهل اكيد مع تكرار المحاولة

» موسوعة البرامج التى تعمل على فيستا و ما لا تعمل عليه
» الكاميرا الخفية
» الكاميرا والموبايل
» وضعت الكاميرا في بيتها فانظروا ماذا حدث لها!!!!!
» رائع تسجيل الكاميرا Camersoft Webcam Recorder 3.1.08 اخر اصدار