הצילום הוא הוא תופעה חדשה יחסית בהיסטוריה האנושית. הוא נולד ב-1839, אז הציג הצלם הצרפתי איפוליט ביאר את תערוכת הצילומים הראשונה מאז ומעולם.

הצילום הדיגיטלי, הנפוץ כל כך כיום, הוא רק בן 20 שנה בערך. עד אז השתמשו במצלמות עם סרט צילום (פילם) שקלט את התמונה, ורק אחרי תהליך של פיתוח אפשר היה לצפות בתמונה עצמה. עלויות הצילום כללו את רכישת סרט הצילום (בדרך כלל 36 תמונות) ולאחר גמר השימוש בסרט היתה הוצאה נוספת על פיתוחו במעבדות מיוחדות. לא היתה אפשרות לצפות בתוצאה עד לפיתוח הסרט, כך שכל תהליכי הניסוי והמחיקה שאנו עושים היום היו בלתי אפשריים אז. 

מהו צילום?

התרגום המילולי של המלה "פוטוגרפיה" (צילום) מיוונית הוא "ציור אור". ואכן, עניינו המרכזי של הצילום הוא האור. האור המוחזר מהדמות או מהנוף המצולם הוא מה שיוצר את התמונה. כשהסגר של המצלמה פתוח, האור נכנס לעדשה וחושף את החיישן האלקטרוני (במצלמה דיגיטלית) או את סרט הצילום (במצלמת פילם) לאור. הפוטונים (חלקיקי האור) מעירים את האלקטרונים שבחיישן או גורמים שינוי בחומר הכימי של הפילם, כך שבסופו של דבר, אחרי עיבוד התמונה, מתקבל התצלום שביקשנו.

מעניין שיש דמיון רב בין האופן שאנו רואים באמצעות העיניים לבין האופן שבו מתבצע צילום. כדי להבין זאת, עלינו להשוות בין השניים.

כשאנחנו רואים חפץ, מה שאנו רואים הוא תוצאה של אור המגיע ממנו אל עינינו ומפוענח במוחנו. גם העין וגם המצלמה משתמשים בעדשה מרכזת, שהיא מרכיב אופטי שגורם לקרני האור העוברות דרכו להישבר ולהתרכז בשטח צר יחסית, בדומה לעדשות של זכוכית מגדלת.


מבנה העין | התמונה לקוחה מוויקיפדיה

גם העין וגם המצלמה עושות שימוש בעדשה שקופה למיקוד האור אל מערך של קולטנים רגישים לאור ברשתית העין, או התקן רגיש לאור: סרט הצילום במצלמת הפילם או החיישן האלקטרוני של המצלמה הדיגיטלית. גם צמצם המצלמה דומה לקשתית העין, בהיותו התקן טבעתי שמווסת את שטף האור המגיע לרשתית. האור המגיע לעין נשבר בקרנית ובהמשך עובר דרך הנקב שבמרכז קשתית העין, המכונה אישון. עדשת העין ממקדת את קרני האור, לקבלת הדמות על הרשתית.
להלן סרט קצר המסביר את מבנה המצלמה הדיגיטלית:

 

 

הצילום הדיגיטלי

הרכיב הקולט את האור הוא חיישן דיגיטלי מאחד הסוגים הבאים:

  • Charge Coupled Device) CCD)
  • Complementary Metal Oxide Semiconductor) CMOS)



חיישן CCD | תמונה לקוחה מוויקיפדיה

חיישן ה-CCD היא הנפוץ יותר. תפקידו הוא להמיר את מידע האור של התמונה (עוצמת האור והצבעים שלו) למידע דיגיטלי שייקלט במצלמה ויישמר בה.

תמונה דיגיטלית היא בעצם אוסף גדול של נקודות. לכל נקודה יש מאפיינים משלה, לדוגמה עוצמה וצבע, ואוסף כל הנקודות הללו זו ליד זו יוצר את התמונה. לנקודות אלו קוראים פיקסלים (Pixels). החיישן מכיל אלפים רבים, אפילו מיליונים, של נקודות קולטות אור המודבקות בשורות על משטח סיליקון. כל נקודה קולטת אור היא דיודה שממירה אור למטען חשמלי באמצעות האפקט הפוטואלקטרי. עוצמת המטען החשמלי מומרת לערך מספרי שמייצג את עוצמת האור שנקלטה בכל אחת מהדיודות בחיישן.

האתגר הגדול בהמצאת ה-CCD היה איך לאסוף באופן יעיל ומהיר את המידע הדיגיטלי של כל אלפי הפיקסלים ולשמור אותם בזכרון המצלמה. הפיזיקאים וילארד ס' בויל וג'ורג' א' סמית זכו בפרס נובל לפיזיקה בשנת 2009 על הצלחתם בפתרון הבעיה הזאת הפרס ניתן באיחור של 40 שנה על תגלית מדעית שנעשתה כבר בשנת 1969.

לכמות הפיקסלים בתמונה יש חשיבות רבה בקביעת איכות התמונה והרזולוציה (צפיפות) שלה. מספר הפיקסלים במצלמות הקיימות כיום נמדד במגה-פיקסלים (מיליוני פיקסלים). לדוגמה, מצלמה של ארבעה מגה-פיקסל תיצור תמונה שיש בה ארבעה מיליוני נקודות. בכמות כזאת נוכל להבחין בנקודות הבודדות רק אם נגדיל את התמונה במידה רבה מאוד. יש לכך חשיבות רק אם רוצים להדפיס תמונות או לערוך ולהגדיל אותן.

לכמות הפיקסלים יש חשיבות שונה כשאנו מציגים תמונה במחשב, שם אנו רואים היטב כבר ברזולוציה של 72 פיקסלים לאינץ'. כאשר מדפיסים, לעומת זאת, נדרשים לפחות 300 פיקסלים לאינץ'  (אינץ'=2.54 ס"מ) כדי לקבל תמונה חדה.

כדי לאפשר צילום בצבע יש להרכיב לפני הפיקסלים מסנני צבע מתאימים, בדרך כלל לצבעים אדום, ירוק וכחול, מאחר שאפשר לייצג כל צבע כצירוף של שלושת צבעי היסוד האלה. ברוב המצלמות נמצאים מסננים זעירים מעל התאים הפוטואלקטריים, שמסודרים בדרך כלל בצורה שמכונה "מטריצת באייר".


מטריצת באייר – ארגון יעיל של מסננים | התמונה לקוחה מוויקיפדיה

בשיטה זו, באמצעות פילטרים של צבע, חצי מהפיקסלים קולטים רק אור ירוק, רבע מהם נחשפים לאור האדום ואל הרבע הנותר מגיע אור כחול. (הסיבה להפרשים היא שהעין האנושית רגישה יותר לאור הירוק).

המידע המגיע מכל הפיקסלים מורכב באופן דיגיטלי לתמונה צבעונית מלאה, בשיטה עיבוד מתמטית מיוחדת שמבוססת על ממוצעים של עוצמות צבע בתאים שכנים. שיטה זו הומצאה בידי ברייס באייר, מדען העובד בחברת איסטמן קודאק, והיא נרשמה כפטנט בשנת 1976.

התמונה נשמרת בזכרון המצלמה כקובץ דיגיטלי של מחשב, בדרך כלל בפורמט jpeg. בשלב זה התמונה כבר עברה עיבוד ודחיסה כדי להביא אותה לגודל אופטימלי. במצלמות מסוימות אפשר לקבל גם את התמונה הגולמית (קובץ Raw), שהיא מה שקלט החיישן לפני כל העיבודים הנוספים והדחיסה. בדרך כלל מדובר בקובץ גדול מאוד, לדוגמה קובץ של שמונה מגה-בייט למצלמה של שמונה מגה-פיקסל. הטיפול בקובץ כזה מחייב עיבוד בתוכנות מיוחדות (כגון פוטושופ או פיקאסה), בדרך כלל על ידי צלמים מקצועיים, עד ליצירת התמונה הסופית.

גיזי בן טובים
המחלקה להוראת מדעים
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

0 תגובות