كتاب ” التصوير الضوئـي –
جهاز الشحن الضوئي (CCD) – بلورة حساسة للضوء, تقوم بدور الفيلم جزئياً, فهي تستقبل الصورة وتحولها إلى إشارات كهربائية ترسلها إلى المعالج, الذي يتولى بدوره تحويلها إلى بيانات رقمية ويقوم بتخزينها على الوسائط الرقمية المتوفرة.
جهاز الشحن الضوئي, والذي سوف نسميه مصفوفة الشحن أو بالمختصر “المصفوفة”, يتكون من عدد كبير جداً من الخلايا الضوئية الصغيرة. كل خلية تمثل عنصراً صغيراً جداً من عناصر الصورة, أو ما يعرف بالبيكسل Pixel, وهو تعبير جرى إشتقاقه من عبارة “عنصر الصورة Picture Element”. في المواصفات الفنية للكاميرا الرقمية, عادة ً ما يذكرالعدد الكلي للبيكسلات في المصفوفة, وهو ما سوف نسميه الكثافة النقطية Resolution , على سبيل المثال, في الكتيّب الخاص بكاميرا Canon Powershot A5 Zoom نقرأ أن الكثافة النقطية تساوي 810.000 بيكسل. وفي كاميرات أخرى مثل Fuji S1 Pro – 6 مليون بيكسل. في بعض الأحيان تعطى الكثافة ببعدين (الطولXالعرض), فمثلاً لكاميرا كانون المذكورة يمكن أن نجد الكثافة النقطية معطاة على الشكل 1024×768 وهو ما يعطي تقريباً الرقم المذكور سابقاً.
الكثافة النقطية Resolution- العامل الأهم في تقييم جودة الكاميرا وتحديد الفئة التي تنتمي لها: احترافية أو للهواة. غير أن هناك نوع آخر من الكثافة النقطية أو ما تسمى الكثافة المستكملة Interpolation Resolution, والمقصود في ذلك, أن الجهاز -الكاميرا أو الماسح الضوئي- يقوم بإضافة نقطة أو عدد من النقاط بين كل نقطتين أصليتين في الصورة, عن طريق برمجيات أو ألغوريثمات مبيّته فيه, وتكون النقاط المضافة بتدرجات لونية وسطية مستوحاة من النقاط المجاورة. ولما كانت هذه النقاط مصطنعة, وليست مأخوذة عن الأصل مباشرة, لذا فإن عملية استكمال الكثافة النقطية من قبل الكاميرا لا تؤدي إلى تحسين يذكر على جودة الصورة, ومن الأفضل إذا تطلب الأمر ذلك, القيام بعملية الاستكمال عن طريق الحاسوب, وبمساعدة البرمجيات الموثوقة مثل أدوبي فوتوشوب Adobe Photo Shop.
المجال الديناميكي Dynamic Range – والمسمى أحياناً بالكثافة الضوئية Density, يعتبر من المعاملات المهمة خاصة لتقييم نوعية الماسح الضوئي الفيلمي. هذا المعامل يوضح نطاق التدرجات في الصورة, والتي يمكن للماسح الضوئي تمييزها: من التدرج الأكثر إشراقاً وحتى الأكثر دكنةً. تقاس الكثافة الضوئية بالمدراج اللوغاريثمي وتبدأ من القيمة الصفرية (0.0) التي توافق منطقة السطوع الأعظمي, ولغاية القيمة (4.0) التي توافق درجة الدكنة القصوى. فيلم النيجاتيف العادي يملك كثافة ضوئية دنيا تبلغ حوالي 0.3 وقصوى تصل إلى 3.3. فرق القيم أو المجال الديناميكي في مثالنا هذه يعادل 3.0 . بعض أفلام السلايد الجيدة النوعية تملك مجالاً ديناميكياً يصل لغاية 3.6.
لشرح أهمية هذا المعامل, نفترض أن الفيلم الخاضع للمسح الضوئي يملك كثافة ضوئية 3.3 وأن المجال الديناميكي للماسح الضوئي يبلغ 3.0. هذا يعني أن بعض تفاصيل الفيلم ذات الكثافة الأكبر من 3.0 سوف تضيع أثناء عملية المسح وتبدو سوداء بالكامل. وبتعبير آخر, فإن المجال الديناميكي يوضح قدرة الماسح الضوئي على نقل التفاصيل ذات التباين المنخفض في مناطق الظلال والضوء.
مما سبق يتضح أنه ” كلما كان المجال الديناميكي أوسع, كان بالإمكان تمييز تفاصيل وتدرجات أكثر”, وفي الوقت الراهن لا ينبغي أن يقل المجال الديناميكي للماسح الفيلمي الإبتدائي عن 3.0 , وللمتوسط الجودة- 3.2 , أما للنوع الاحترافي فيستحسن أن يكون بمجال 3.6 أو أوسع.
عمق اللون Color Depth – خاصية تحدد دقة بيانات اللون الخاصة بكل نقطة في الصورة الممسوحة ضوئياً. إن عمقاً لونياً مقداره 1 بت يوافق نظام الأبيض والأسود, حيث يمكن للنقطة أن تكون: إما بيضاء أو سوداء ولا خياراً آخر. في حين أن العمق اللوني 8 بت يمثل التدرجات الرمادية, وهو ما يوافق 256 تدرج, من الأبيض وحتى الأسود مروراً بجميع درجات اللون الرمادي. في النظام الملون RBG, يكون عمق اللون أيضاً 8 بت, ولكن لكل لون من الألوان الرئيسة الثلاث (الأحمر والأزرق والأخضر), أو ما يعادل حوالي 16 مليون لون. أي أن كل نقطة في الصورة يمكن أن تتمثل بتدرج لوني من هذه المجموعة الكبيرة من التدرجات. ورغم ضخامة الرقم, إلا أن هذه التدرجات لا تحيط بجميع التدرجات الموجودة في الطبيعة, لذا ليس غريباً أن نجد أجهزة بعمق لوني 30-, 36- وحتى 42 بت وهو ما يعني مليارات من التدرجات اللونية. مع العلم أن معظم برمجيات معالجة الصور تتعامل على الأغلب مع عمق لوني قدره 24 بت فقط في نظام RGB.
الضجيج Noise – خاصية تتعلق أكثر ما يكون بالمجال الديناميكي وعمق اللون, وتؤشر على وجود عيوب في الصورة, مثل البقع الصغيرة جداً, التي تختلف بلونها أو تدرجها عمّا يحيط بها من ألوان أو تدرجات. هذا وتختلف طبيعة الضجيج في كل حالة . ولكن على الأغلب يحدث الضجيج نتيجة لمشكلات في المحول التماثلي- الرقمي. ويكون بأثر كبير ومدمر على نظافة اللون وتشبعه, ويشيع في مناطق الكثافة الدنيا والعظمى. في العادة, لا تتطرق الشركات المنتجة إلى مستوى الضجيج في أجهزتها, ولتقييم الضجيج ينبغي إجراء بعض الاختبارات الخاصة المتعلقة بالتصوير أو المسح الضوئي.
· المصفوفة تحدد جودة الصورة
إن جميع المعاملات والخصائص المذكورة تعتمد بشكل مباشر على نوعية مصفوفة الشحن وجودتها, والتي بدورها تحدد مدى جودة الصورة. فيما يلي نستعرض بعض الخصائص المرتبطة بشكل وثيق بمعاملات المصفوفة.
بعد معيار جودة الصورة, يأتي المحدد الثاني المرتبط بالمصفوفة, ألا وهو سعر الكاميرا. إن حجم الإنفاق على تطوير المصفوفة يتجاوز 50 % من سعر الكاميرا في معظم الشركات, وبالتالي فإن استعمال مصفوفة شحن من النوع الرخيص, يؤدي في أغلب الأحيان إلى خفض سعر الكاميرا بدرجة كبيرة, في حين ان استعمال المصفوفات ذات الكثافة العالية والأداء الجيد من شأنه رفع سعر الكاميرا ووضعها في الفئة الاحترافية.
حجم المصفوفة يمثّل أحد العوامل الأساسية في تحديد سعرها. إن حجم المصفوفة يتحدد بطول القطر. والذي يحدد بدوره الطول البؤري الفعلي للعدسة المستخدمة. طول قطر المصفوفة يقاس بالبوصة, ويساوي على الأغلب 1/3 أو 2/3 بوصة.
في كتيّب المواصفات الفنية للكاميرا الرقمية يذكر الطول البؤري محسوباً بالنسبة لكاميرات 35ملم. وكما هو معروف, فإن الطول البؤري للعدسة المعيارية (القياسية) يكون مساوياً لقطر الكادر, والكادر في الكاميرات التي تستعمل أفلام 35 يكون بالأبعاد 24×36 ملم, وهو ما يعطي قطراً مقداره 46 ملم تقريباً. من هنا يتضح أن العدسة المعيارية لكاميرات 35 هي عدسة الطول البؤري 46 ملم. إذا اعتمدنا نفس المنطق, نستطيع تحديد العدسة المعيارية للكاميرا الرقمية, فعلى سبيل المثال, كاميرا Canon PowerShot A5 Zoom تملك مصفوفة بقطر 1/3 بوصة . من هنا تكون العدسة المعيارية لهذه الكاميرا 8 ملم. أي أنه في حال كانت المواصفات الفنية للكاميرا تؤشر على الطول البؤري للعدسة الزووم بالقيم 4.5 – 11.2 ملم على سبيل المثال, فإن هذا يعني – مقارنةً بكاميرات 35 ملم – طولاً بؤرياً يساوي 28-70 ملم وهو ما يبدو طبيعياً.
حجم المصفوفة في العادة, أقل بكثير من حجم الكادر العادي للكاميرات التقليدية (24×36 ملم لكاميرات 35), وهذا قد يخلق مشكلة كبيرة لمن يرغب باستخدام مخزونه من العدسات مع الكاميرات الرقمية من الفئة SLR, ذلك أن تغيراً كبيراً سيحدث على الطول البؤري لهذه العدسات سببه الفرق الكبير بين قطر المصفوفة وقطر الكادر. وبحيث تقل زاوية الرؤية للعدسة ويزيد مستوى التجسيم. على سبيل المثال, استعمال العدسات التقليدية لكاميرات Nikon مع الكاميرا الرقمية Nikon D1 يؤدي إلى تغيير في الطول البؤري بمعامل مقداره 1.5 مرة. وبذلك فإن عدسات الزاوية الواسعة (الوايد أنجل) التقليدية بالطول البؤري 28 ملم, تصبح مع الكاميرا الرقمية عدسة معيارية بطول بؤري 42 ملم, وقس على ذلك باقي العدسات.
كلما كان حجم المصفوفة أكبر, زاد عدد البيكسلات المتموضعة على سطحها, وهذا يعني زيادة في الكثافة النقطية للصورة. إن زيادة الكثافة النقطية (الفعلية أو المستكملة) يؤدي إلى زيادة حدة بروز الصورة وظهور التفاصيل الدقيقة, ويساعد على عمل طبعات بمقاييس أكبر دون تشويه.
عامل آخر, يعتبر من الخصائص المهمة جداً للحصول على صورة احترافية وهو المجال الديناميكي للمصفوفة Dynamic Range , والذي يتوافق مع مفهوم نطاق التعريضات للفيلم العادي. نطاق التعريضات – كما سبق وشرحنا- يحدد قدرة الفيلم على دقة النقل الكامل لتدرجات السطوع في المشهد.
في يوم مشمس وصافٍ, يمكن للمشهد أن يتضمن نطاق تدرجات سطوع تصل لغاية 10 وقفات. بدءاً من الظلال العميقة وإنتهاءً بمناطق إلإشراق العالي (الضوء). ومع حقيقة أنه لا يشترط في الصورة شمول كل هذا النطاق, نجد أن الأفلام المتوفرة في الوقت الحالي لا يمكنها نقل المجال كاملاً. ويمكن اعتبار الفيلم الذي بمقدوره نقل مجال من 8 وقفات على أنه الفيلم الأفضل والأكثر مثالية.
المجال الديناميكي المحدود للمصفوفة يؤثر سلباً على جودة الصورة. إن استعمال كاميرا رقمية بمصفوفة محدودة المجال يفرض على المصور اللجوء إلى إنقاص التعريض, من أجل الحصول على التفاصيل في المناطق المشرقة, وفي هذه الحالة تضيع التفاصيل في مناطق الظلال, أو اللجوء إلى زيادة التعريض, من أجل أبراز التفاصيل في مناطق الظلال, وهنا تضيع تفاصيل المناطق الساطعة وتميل لتبدو بيضاء فاقدة للتشبع اللوني.
المجال الديناميكي مرتبط بشكل وثيق مع عمق اللون, في الغالب تأتي الكاميرات الرقمية الاحترافية بعمق لوني من 30 ولغاية 42 بت. في حين يكون العمق اللوني لكاميرات الهواة 24 بت.
المعايير الأخرى للمصفوفة مثل: الحساسية الضوئية, النقل اللوني ومستوى الضجيج مهمة جداً للحصول على نتائج جيدة. لتقييم النقل اللوني ومستوى الضجيج لا بد من عمل لقطات اختبارية أو الاعتماد على نصيحة صديق محترف في هذا المجال, ذلك أن الشركات الصانعة لا تنشر بيانات كافية حول هذه الخصائص في كتيّباتها. أما بالنسبة للمجال الديناميكي وعمق اللون فهما مذكوران في الكتيّبات, ولكن للكاميرات الاحترافية فقط.