डिजिटल कैमरों

डिजिटल कैमरों

डिजिटल कैमरा ड्राइवर

एक डिजिटल कैमरा (या डिजीकैम ) एक ऐसा कैमरा है जो डिजिटल छवियों और वीडियो को डिजिटल रूप से एनकोड करता है और उन्हें बाद में पुनरुत्पादन के लिए संग्रहीत करता है। आज बेचे जाने वाले अधिकांश कैमरे डिजिटल हैं, और डिजिटल कैमरे पीडीए और मोबाइल फोन (जिन्हें कैमरा फोन कहा जाता है) से लेकर वाहनों तक कई उपकरणों में शामिल किए जाते हैं।

डिजिटल और फिल्म कैमरे एक ऑप्टिकल प्रणाली साझा करते हैं, आमतौर पर एक छवि पिकअप डिवाइस पर प्रकाश को केंद्रित करने के लिए एक चर डायाफ्राम के साथ एक लेंस का उपयोग करते हैं। डायाफ्राम और शटर इमेजर को सही मात्रा में प्रकाश प्रदान करते हैं, जैसा कि फिल्म में होता है, लेकिन छवि लेने वाला उपकरण रासायनिक के बजाय इलेक्ट्रॉनिक होता है। हालाँकि, फिल्म कैमरों के विपरीत, डिजिटल कैमरे रिकॉर्ड होने के तुरंत बाद छवियों को स्क्रीन पर प्रदर्शित कर सकते हैं, और छवियों को मेमोरी से संग्रहीत और हटा सकते हैं। कई डिजिटल कैमरे ध्वनि के साथ चलते हुए वीडियो भी रिकॉर्ड कर सकते हैं। कुछ डिजिटल कैमरे चित्रों को क्रॉप और सिलाई कर सकते हैं और अन्य प्राथमिक छवि संपादन कर सकते हैं।

ईस्टमैन कोडक में एक इंजीनियर के रूप में स्टीवन एडवर्ड्स ने 1975 में चार्ज-युग्मित डिवाइस इमेज सेंसर का उपयोग करके पहला इलेक्ट्रॉनिक कैमरा का आविष्कार और निर्माण किया। पहले कैमरा ट्यूब का उपयोग किया जाता था; बाद में सिग्नल को डिजिटल कर दिया गया। प्रारंभिक उपयोग मुख्यतः सैन्य और वैज्ञानिक थे; इसके बाद चिकित्सा और समाचार अनुप्रयोग आते हैं। 1990 के दशक के मध्य से अंत तक उपभोक्ताओं के बीच डिजिटल कैमरे आम हो गए। 2000 के दशक के मध्य तक डिजिटल कैमरों ने बड़े पैमाने पर फिल्म कैमरों की जगह ले ली थी, और उच्च-स्तरीय सेल फोन में एक एकीकृत डिजिटल कैमरा था। 2010 की शुरुआत तक लगभग सभी स्मार्टफ़ोन में एक एकीकृत डिजिटल कैमरा था।

छवि सेंसर

डिजिटल इमेज सेंसर के दो प्रमुख प्रकार सीसीडी और सीएमओएस हैं। एक सीसीडी सेंसर में सभी पिक्सल के लिए एक एम्पलीफायर होता है, जबकि सीएमओएस सक्रिय-पिक्सेल सेंसर में प्रत्येक पिक्सेल का अपना एम्पलीफायर होता है। सीसीडी की तुलना में, सीएमओएस सेंसर कम बिजली का उपयोग करते हैं। लगभग सभी छोटे सेंसर कैमरे बैक-साइड-इल्यूमिनेटेड सीएमओएस (बीएसआई-सीएमओएस) सेंसर का उपयोग करते हैं, जबकि डीएसएलआर जैसे बड़े सेंसर कैमरे शायद ही कभी बीएसआई-सीएमओएस सेंसर का उपयोग करते हैं क्योंकि सेंसर बहुत महंगा है, जबकि लाभ ज्यादा नहीं है। पूर्ण सूर्य के प्रकाश में, सीसीडी अभी भी सर्वोत्तम है। कुल मिलाकर अंतिम छवि गुणवत्ता सेंसर प्रकार के बजाय कैमरे की छवि प्रसंस्करण क्षमता पर अधिक निर्भर है।

डिजिटल कैमरे का रिज़ॉल्यूशन अक्सर छवि सेंसर द्वारा सीमित होता है जो प्रकाश को अलग-अलग संकेतों में बदल देता है। सेंसर पर किसी दिए गए बिंदु पर छवि जितनी उज्ज्वल होगी, उस पिक्सेल के लिए पढ़ा जाने वाला मान उतना ही बड़ा होगा। सेंसर की भौतिक संरचना के आधार पर, एक रंग फ़िल्टर सरणी का उपयोग किया जा सकता है, जिसे पूर्ण-रंगीन छवि को फिर से बनाने के लिए डेमोसैसिंग की आवश्यकता होती है। सेंसर में पिक्सेल की संख्या कैमरे की "पिक्सेल गिनती" निर्धारित करती है। एक सामान्य सेंसर में, पिक्सेल गणना पंक्तियों की संख्या और स्तंभों की संख्या का उत्पाद होती है। उदाहरण के लिए, 1,000 गुणा 1,000 पिक्सेल सेंसर में 1,000,000 पिक्सेल या 1 मेगापिक्सेल होगा।

छवि कैप्चर करने के तरीके

डिजिटल कैमरा, आंशिक रूप से अलग किया हुआ। लेंस असेंबली (नीचे दाएं) को आंशिक रूप से हटा दिया गया है, लेकिन सेंसर (ऊपर दाएं) अभी भी एक छवि कैप्चर करता है, जैसा कि एलसीडी स्क्रीन (नीचे बाएं) पर देखा जाता है।

चूंकि पहले डिजिटल बैक पेश किए गए थे, छवि कैप्चर करने के तीन मुख्य तरीके रहे हैं, प्रत्येक सेंसर और रंग फिल्टर के हार्डवेयर कॉन्फ़िगरेशन पर आधारित है।

सिंगल-शॉट कैप्चर सिस्टम या तो बायर फिल्टर मोज़ेक के साथ एक सेंसर चिप का उपयोग करते हैं, या तीन अलग-अलग छवि सेंसर (प्राथमिक एडिटिव रंगों लाल, हरे और नीले रंग के लिए एक-एक) का उपयोग करते हैं जो एक बीम स्प्लिटर के माध्यम से एक ही छवि के संपर्क में आते हैं।

मल्टी-शॉट लेंस एपर्चर के तीन या अधिक उद्घाटन के क्रम में सेंसर को छवि के सामने उजागर करता है। मल्टी-शॉट तकनीक के अनुप्रयोग की कई विधियाँ हैं। सबसे आम मूल रूप से एडिटिव कलर जानकारी प्राप्त करने के लिए सेंसर के सामने से गुजरने वाले तीन फिल्टर के साथ एक एकल छवि सेंसर का उपयोग करना था। एक अन्य मल्टीपल शॉट विधि को माइक्रोस्कैनिंग कहा जाता है। यह विधि बायर फिल्टर के साथ एक एकल सेंसर चिप का उपयोग करती है और चिप के मूल रिज़ॉल्यूशन की तुलना में उच्च रिज़ॉल्यूशन वाली छवि बनाने के लिए सेंसर को लेंस के फोकस विमान पर भौतिक रूप से ले जाती है। तीसरे संस्करण में चिप पर बायर फ़िल्टर के बिना दो विधियों को संयोजित किया गया।

तीसरी विधि को स्कैनिंग कहा जाता है क्योंकि सेंसर एक छवि स्कैनर के सेंसर की तरह फोकल प्लेन में घूमता है। स्कैनिंग कैमरों में रैखिक या त्रि-रेखीय सेंसर फोटो सेंसर की केवल एक पंक्ति, या तीन रंगों के लिए तीन पंक्तियों का उपयोग करते हैं। सेंसर को घुमाकर (उदाहरण के लिए, रंग सह-साइट नमूने का उपयोग करते समय) या पूरे कैमरे को घुमाकर स्कैनिंग पूरी की जा सकती है। एक डिजिटल रोटेटिंग लाइन कैमरा बहुत उच्च कुल रिज़ॉल्यूशन की छवियां प्रदान करता है।

किसी दिए गए कैप्चर के लिए विधि का चुनाव काफी हद तक विषय वस्तु द्वारा निर्धारित होता है। किसी ऐसे विषय को पकड़ने का प्रयास करना आम तौर पर अनुचित है जो एकल-शॉट प्रणाली के अलावा किसी भी अन्य चीज़ के साथ चलता है। हालाँकि, मल्टी-शॉट और स्कैनिंग बैक के साथ उपलब्ध उच्च रंग निष्ठा और बड़े फ़ाइल आकार और रिज़ॉल्यूशन उन्हें स्थिर विषयों और बड़े प्रारूप वाली तस्वीरों के साथ काम करने वाले वाणिज्यिक फोटोग्राफरों के लिए आकर्षक बनाते हैं।

21वीं सदी की शुरुआत में सिंगल-शॉट कैमरों और छवि फ़ाइल प्रसंस्करण में सुधारों ने सिंगल-शॉट कैमरों को लगभग पूरी तरह से प्रभावी बना दिया, यहां तक कि उच्च-स्तरीय व्यावसायिक फोटोग्राफी में भी।

फ़िल्टर मोज़ेक, इंटरपोलेशन, और अलियासिंग

एक छवि सेंसर के पिक्सेल सरणी पर रंग फिल्टर की बायर व्यवस्था।

अधिकांश वर्तमान उपभोक्ता डिजिटल कैमरे विभिन्न प्राथमिक-रंग छवियों के कम नमूने के कारण एलियासिंग को कम करने के लिए एक ऑप्टिकल एंटी-अलियासिंग फिल्टर के साथ संयोजन में बायर फिल्टर मोज़ेक का उपयोग करते हैं। आरजीबी छवि डेटा की एक पूरी श्रृंखला बनाने के लिए रंग जानकारी को प्रक्षेपित करने के लिए एक डेमोसैसिंग एल्गोरिदम का उपयोग किया जाता है।

जो कैमरे बीम-स्प्लिटर सिंगल-शॉट 3CCD दृष्टिकोण, तीन-फ़िल्टर मल्टी-शॉट दृष्टिकोण, रंग सह-साइट नमूनाकरण या फ़ोवॉन X3 सेंसर का उपयोग करते हैं, वे एंटी-अलियासिंग फ़िल्टर या डेमोसैसिंग का उपयोग नहीं करते हैं।

कैमरे में फर्मवेयर, या एडोब कैमरा रॉ जैसे कच्चे कनवर्टर प्रोग्राम में एक सॉफ्टवेयर, पूर्ण रंगीन छवि प्राप्त करने के लिए सेंसर से कच्चे डेटा की व्याख्या करता है, क्योंकि आरजीबी रंग मॉडल को प्रत्येक पिक्सेल के लिए तीन तीव्रता मानों की आवश्यकता होती है: प्रत्येक के लिए एक लाल, हरा और नीला (अन्य रंग मॉडल, जब उपयोग किया जाता है, तो प्रति पिक्सेल तीन या अधिक मानों की भी आवश्यकता होती है)। एक एकल सेंसर तत्व एक साथ इन तीन तीव्रताओं को रिकॉर्ड नहीं कर सकता है, और इसलिए प्रत्येक पिक्सेल के लिए एक विशेष रंग को चुनिंदा रूप से फ़िल्टर करने के लिए एक रंग फ़िल्टर सरणी (सीएफए) का उपयोग किया जाना चाहिए।

बायर फिल्टर पैटर्न प्रकाश फिल्टर का दोहराव वाला 2x2 मोज़ेक पैटर्न है, जिसमें विपरीत कोनों पर हरा और अन्य दो स्थितियों में लाल और नीला होता है। हरे रंग का उच्च अनुपात मानव दृश्य प्रणाली के गुणों का लाभ उठाता है, जो ज्यादातर हरे रंग से चमक निर्धारित करता है और रंग या संतृप्ति की तुलना में चमक के प्रति कहीं अधिक संवेदनशील होता है। कभी-कभी 4-रंग फ़िल्टर पैटर्न का उपयोग किया जाता है, जिसमें अक्सर हरे रंग के दो अलग-अलग रंग शामिल होते हैं। यह संभावित रूप से अधिक सटीक रंग प्रदान करता है, लेकिन इसके लिए थोड़ी अधिक जटिल इंटरपोलेशन प्रक्रिया की आवश्यकता होती है।

प्रत्येक पिक्सेल के लिए कैप्चर नहीं किए गए रंग तीव्रता मान को आसन्न पिक्सेल के मानों से प्रक्षेपित किया जा सकता है जो गणना किए जा रहे रंग का प्रतिनिधित्व करते हैं।