الكاميرا الرقمية – ممَ تتكون؟ و كيف تعمل؟

تُحفظ الصورة في الذاكرة بعد أن تقوم اللوحة الأم بتوصيلها.

أولا: ممّ تتكون الكاميرا؟ في البداية دعونا نبدأ من الخارج إلى الداخل، أقصد أن نبدأ معرفة مكونات الكاميرا بدءًا من الهيكل الخارجي و انتهاءً بالمكونات الداخلية.
الصورة أدناه توضح لنا العدسة. هل يحتاج الأمر إلى توضيح أكثر؟

من العدسة تقوم الكاميرا بإدخال الضوء، عبر فتحة العدسة ( الموضحة صورتها أدناه ).

بعد أن تقوم الكاميرا بإدخال الضوء عبر فتحة العدسة، هنالك شيء اسمه الغالق.

بعد ذلك يكون لدينا قلبُ الكاميرا. الحساس Sensor، أو الفيلم ( في الكاميرات الفيلمية ).

وبعده يأتي المعالج و اللوحة الأم.

و أخيرًا، الذاكرة.

لدينا أيضًا من الخارج، شاشة كرستالية، و بعض الأزرار للتحكم.

إذًا باختصار فإن الكاميرا تتكون من عدسة، فتحة عدسة، غالق ( و ربما تجده في بعض الكتب العربية يسمى " مِصراع" )، حساس ( و يحل محله الفيلم في كاميرات الفيلم )، معالج مع لوحة أم، و ذاكرة.
هذه المكونات هي المكونات التي تمر من خلالها الصورة حتى تحفظ، و لكن كيف تعمل كل هذه الأجزاء معًا لتلتقط الصورة؟

ثانيًا: كيف تعمل الكاميرا؟

بعد أن تعرفنا في النقطة الأولى على مكونات الكاميرا، و أنا أبصم بالعشرة أصابع بأنك الآن تشعر بالضياع، و تشعر بالتشتت نظرًا لعدم فهمك ماهي فتحة العدسة، و ما هو الغالق، فإننا هُنا سنقوم بإدراج كيفية عمل الكاميرا بالتدرج، من دخول الضوء عبر العدسة إلى أن يتم حفظ الصورة و تخزينها. علمًا بأن هذا الشرح سيكون مبسطًا، و سيكون هنالك شرح لكل قطعة من الكاميرا في الدروس القادمة.


1 – دخول الضوء من الكاميرا عن طريق العدسة.

يدخل الضوء إلى الكاميرا عن طريق العدسة، و هي عبارة عن علبة بها شرائح زجاجية ( عدسات ) تُدخل الضوء إلى داخل الكاميرا بتقنية معينة سنقوم بشرحها لاحقًا في هذا الدرس.

2 – تُحدَّد كمية الضوء الداخل للكاميرا عن طريق فتحة العدسة.

تقوم فتحة العدسة بتحديد كمية الضوء الداخل للكاميرا. علمًا بأن فتحة العدسة موجودة في كل الكاميرات حتى كاميرات الهواتف النقالة، كما أن الكثير من الكاميرات تتيح تحديد قيمة فتحة العدسة يدويًا.

3 – يقوم الغالق بتحديد الزمن اللازم لالتقاط الصورة.

يحدد الغالق الزمن اللازم لالتقاط الصورة، و يقوم بالانغلاق عند انتهاء الزمن لتُحفظ الصورة. و من بداية ضغطك لزر الالتقاط يقوم الغالق بالانفراج، و يبدأ الحساس باستقبال الضوء، و عندما ينتهي الزمن المحدد يقوم بالانغلاق، فيتوقف الحساس عن استقبال الضوء.

4 – يبدأ الحساس أو الفيلم بالتقاط الضوء.

يقوم الحساس، أو الفيلم بالتقاط الضوء إلى أن ينغلق الغالق.

5 – يقوم المعالج بمعالجة البيانات، و تقوم اللوحة الأم بنقل الصورة.

يقوم المعالج بأخذ البيانات من الحساس، و يقوم بمعالجتها و فهمها، و يقوم بتجميعها –أيضًا – لتصبح صورة كاملة، و تقوم اللوحة الأم بنقلها للذاكرة وتخزينها.

6 – تُحفظ الصورة في الذاكرة.

ماهي وظيفة العدسة؟ كيف تعمل؟ و كيف يتحول الضوء لصورة؟

هُنا بدايتنا الفعلية في الشرح. هذه هي النقطة الأولى، حيث أننا سنقوم بالتعرف على وظيفة العدسة، و كيف تعمل، و لماذا نحتاجها، و سنعرف أيضًا كيف يتحول الضوء إلى صورة.

نحنُ جميعًا نعرف أن الضوء يدخل من خلال العدسة لتتكون الصورة، إلا أن الكثير منّا لا يعرف كيف يتم إدخال الضوء، فالعدسة في النهاية هي مجرد زجاجة، فكيف تقوم بتحويل الضوء إلى صورة ؟ وإذا كانت العدسة مجرد زجاجة، إذًا فما الحاجة لها؟ و لمَ لا نجعل الضوء يدخل للداخل بدون أي زجاج؟
الآن، ربما قد وردت على ذهنك بعض الإجابات، على سبيل المثال:

أن العدسة تحمي الأجزاء الداخلية من الغبار، و الأتربة.
و أن العدسة تقوم بوظيفة التكبير والتقريب ZOOM.
إذا وردت الإجابات المذكورة أعلاه على ذهنك، فإني أُبارك لك، فإنك تمتلك قدرة عجيبة على التحليل!
يا رجُل، إنها أبسطُ الإجابات التي ستخطر على بال أي شخص، لذا دعك من هذا واذهب إلى الطبيب! لا تضجر، إنني أُمازحُكَ فقط.
في الحقيقة، أنت مُحق فِكِلا الإجابتان أعلاه صحيح، إلا أنه هُنالك سبب رئيسي يجعلنا نستخدم العدسة، و لنفهم هذا السبب، دعونا نجيب على التساؤل التالي" كيف يرى الإنسان الأشياء من حوله؟"
إننا نرى الأجسام بأعيننا لأن الأجسام تعكس الضوء، فمثلاً نحن نرى بعضنا البعض لأن أجسامنا و ثيابنا تعكس الضوء. نحن نرى الشوارع، البيوت، الجدران، الأشجار، القمر، و كلُّ شيء مرئي حولنا لأنها تعكس الضوء المُسلّط عليها. و عندما يقل الضوء المسلّط على شيء ما فإننا نراه داكنًا أو مُظلمًا. فمثلاً تخيل أنك تمشي في الشارع في وضح النهار، سترى كل شيء بوضوح لأن الضوء الساقط على الشارع شديد فبالتالي سيكون الضوء المنعكس الذي تستقبله عيناك شديدًا أيضًا.
مرة أخرى تخيل أنك تمشي في نفس الشارع و لكن في منتصف الليل، حتى مع إضاءة الشارع إلا أنك ستراه مظلمًا إلى حدٍّ ما، ولو سقطت منك إبرة فإنك ستبذل جهدًا كبيرًا حتى تعثر عليها نظرًا لأن الضوء الساقط على الشارع ضعيف، فبالتالي سيكون الضوء المنعكس الذي تستقبله عيناك ضعيفٌ أيضًا. و هذا تمامًا ما يحدث في الكاميرا، إنها تلتقط الضوء المنعكس من على الأجسام، فعندما تقوم بتصوير طفلٍ يلهو على الشاطئ، فأنت تقوم بتصوير الضوء المنعكس من على الشاطئ، و الرمال و الطفل.

الصورة في الأسفل مأخوذة لشارع ما. الصورة واضحة لأن الضوء المُسلّط على الأجسام في الصورة شديد، فبالتالي يكون الضوء الذي تستقبله أعيننا ( و هو الضوء المنعكس من على هذه الأجسام ) شديد أيضًا، لذا فإننا نرى الشارع والأجسام بوضوح.


أما الصورة أدناه فهي مأخوذة في الليل. الصورة غير واضحة لأن الضوء المُسلّط على الأجسام في الصورة ضعيف، فبالتالي يكون الضوء الذي تستقبله أعيننا ( و هو الضوء المنعكس من على هذه الأجسام ) ضعيفٌ أيضًا، لذا فإننا لا نرى الشارع بوضوح.


حسنًا، أنتَ الآن على مقربة من فهم آلية عمل العدسة.و لكي تفهم آلية عمل العدسة تمامًا، تخيل لو أنك أردت التصوير بدون عدسة، تخيل أنك لا تهتم بالتقريب، و لا تهتم بدخول الغبار لداخل الكاميرا، فقمت بنزع العدسة وضغطت على زر الالتقاط. هل تعرف ماذا سيحدث؟ لا تستغرب، فالكاميرا ربما تنفجر بين يديك مخلفة دويًا يتردد صداه حتى آخر نقطة في نطاق 978 متر مربع، و ربما تصاب بحروق شديدة من الدرجة الأولى!
أما إذا صدقت العبارة أعلاه فلا مهرب من الطبيب! فأي دوي وأي انفجار يحدث لمجرد نزع العدسة ؟اعذرني، فهي مجرد مزحة أحببت أن أستفزك بها!

ولنجيب على السؤال السابق دعنا نستعرض هذين المثالين.
1 – قمتُ بالخروج إلى فناء المنزل و نصب الكاميرا، و تركيب العدسة.

فكانت هذه اللقطة أدناه. ( الصورة صوّرت مع وجود العدسة كما هو موضّح أعلاه ).

2 – و بعد ذلك، قمت بنزع العدسة، ليصبح شكل الكاميرا هكذا:

و قمت بتصوير نفس المشهد، و كانت هذه النتيجة:

و هنا مثالان آخران
1 – الصورة أدناه التُقطت مع وجود عدسة مُركّبة على الكاميرا.


2 – أما الصورة في الأسفل فهي لنفس المشهد و لكن بعد نزع العدسة.

الآن، عندما يخدعُك أحدهم بإخبارك بأن نزع العدسة يؤدي إلى انفجار الكاميرا، فإنك ستجعله يدفن رأسه كالنعامة، و ببساطة ستتمكن من ردعه بالأدلة.

بعد هذا كلّه يجب أن يكون لديك فكرة عن عمل العدسة من خلال الصور أعلاه، و لكي لا أدخلك في متاهات… إليكَ طريقة عملها:
ببساطة، العدسة تقوم بتجميع الضوء، فعندما نريد تصويرمشهد طبيعي يحتوي على جبال، و غيوم، و أشجار كثيفة، فالحساس بمفرده ( أو الفيلم في الكاميرات الفيلمية ) ليس بإمكانه تجميع هذا الضوء، و عوضًا عن ذلك سيقوم بأخذ الضوء من منطقة صغيرة جدًا تساوي محيطه الذي لا يتجاوز بضع سنتيمترات، و ستكون الصورة ذات لون واحد أو ذات تدرج لوني كما شاهدنا في الأمثلة السابقة. و لتوضيح هذه النقطة انظر إلى الصورة أدناه.

في الصورة أعلاه، قررنا أن نقوم بتصوير قلم رصاص. لو كانت الكاميرا بلا عدسة، فستظهر الصورة ذات تدرج لوني أو لون واحد فقط، أما مع وجود العدسة فإنها قامت بتجميع الضوء المنعكس من على قلم الرصاص ليقوم باستقباله الحساس ( أو الفيلم في الكاميرات الفيلمية ).
ولنفهم النقطة أكثر و أكثر، دعونا نستذكر شيئًا قمنا بدراسته و تجربته من أيام الطفولة.

هل تذكروا عندما كنا في المرحلة الابتدائية، و قام أستاذ العلوم بحرق ورقة عن طريقة عدسة مكبرة؟


فكرة الطريقة هي أننا نقوم بتجميع ضوء الشمس في نقطة واحدة على ورقة، فتصبح هذه النقطة حارة فتبدأ الورقة بالاحتراق.
أما إذا لم تتمكن من التذكر، أو لم تمر عليك التجربة من قبل، فبإمكانك تجربة ذلك بنفسك. فقط قم بإحضار عدسة مكبرة، و قم بتوجيه ضوء إليها، ستجد أن الضوء يتجمع ليصبح نقطة واحدة على الورقة، وستبدأ الورقة بالاحتراق. إنها تمامًا الطريقة التي تقوم بها عدسة الكاميرا لنقل الضوء، فهي تقوم باستقبال الضوء وتكسيره، و جمعه ليسقط الضوء المُجمّع على الحساس Sensor ( أو الفيلم في الكاميرات الفيلمية ).

بعد كلّ هذا، هل تجد طريقة عمل العدسة صعبة؟ إنها ليست كذلك البتّة!
في الأسفل توجد بعض الخلاصات التي ستقوم بعملية تثبيت المعلومات لديك.

الخلاصة:
1 – الفرق الجوهري بين الكاميرا الفيلمية، و الكاميرا الرقمية هي أن الكاميرا الفيلمية تقوم بتعريض الفلم مباشرة للضوء القادم من العدسة، إلا أن الكاميرا الرقمية فإنها تعرض الحساس Sensor عوضًا عن الفلم. 2 – أهم مكوّنات الكاميرا الرقمية هي: العدسة > فتحة العدسة > الغالق > الحساس > المعالج > اللوحة الأم Mother board.
3 – تعمل الكاميرا الرقمية بالترتيب كالتالي: دخول الضوء عن طريق العدسة > تحديد كمية الضوء الداخل عن طريق فتحة العدسة > تحديد الزمن الذي يقوم فيه الحساس باستقبال الضوء عن طريق الغالق الذي ينغلق عندما ينتهي الزمن > استقبال الضوء القادم من العدسة عن طريق الحساس Sensor > تجميع البيانات من الحساس ومعالجتها بواسطة المعالج > نقل البيانات عن طريق اللوحة الأم Mother board > تخزين الصورة في الذاكرة.
4 – وظيفة العدسة الأساسية هي تجميع الضوء ليقوم الحساس باستقباله، و هي تعمل تمامًا كما تعمل العدسة المكبرة عندما تقوم بتجميع الضوء في نقطة واحدة.
5 – عندما نقوم بنزع العدسة، لن يحدث انفجار! فلقد كانت تلك مجرد دُعابة.