کاربردهای علمی دوربین‌های دیجیتال

دوربین دیجیتال نوعی دستگاه عکاسی است که به جای فیلم حساس به نور، از یک حسگر CCD یا CMOS برای به دام انداختن تصاویر و تبدیل آنها به یک سیگنال الکترونیکی از نوع آنالوگ استفاده می‌کند.

دوربینهای دیجیتال، امروزه علاوه بر استفاده‌های غیرحرفه‌ای و ثبت لحظات زندگی کاربردهای بسیاری در عرصه‌های مختلف علمی و ثبت عکسهای با سرعت بالا دارند.

  آشنایی با دوربین عکاسی

• کاربردهای علمی دوربینهای دیجیتال

به گزارش مهر، دوربین امکان ثبت پدیده هایی که مستقیم قابل مشاهده نیستند را فراهم می‌کند و به همین علت به عنوان مفیدترین عنصر در انجام تحقیقات علمی شناخته می‌شود. از جمله دوربینهای با کاربرد علمی می توان به دوربینهای فوق سریع برای ثبت پدیده ها در زمانهای بسیار کوتاه، دوربینهایی میکروسکوپی، دوربینهایی برای ثبت مناطق وسیع از زمین یا فضا (دوربینهای هوایی، مداری و نجومی) و دوربینهایی که در طیفهای خارج از نور مرئی (دوربینهای ماوراء بنفش و مادون قرمز) کار می‌کنند شاره کرد.

• عکسبرداری مافوق سریع

دوربینهای مافوق سریع برای تهیه تصاویر به چشمه هایی نیاز دارند که لامپهایی از نور را در زمانهای بسیار کوتاه و شدید ساطع می‌کنند. با این سیستمها به طور طبیعی می توان عکسهایی با زمانهای عکسبرداری 10 میلیونیم ثانیه را به دست آورد که این مدت زمان می‌تواند به 5 نانوثانیه نیز برسد.

از این دوربینها نه تنها تصاویری با اهداف علمی تهیه می شوند بلکه می توان عکسهایی هنری برای مثال از عبور گلوله از میان اشیاء و یا پرتاب قطرات آب به دست آورد. (تصویر 1)

• عکسبرداری برجسته بینی یا سه بعدنگاری

این نوع عکسبرداری قادر است از اشیاء بر روی یک سطح صاف عکسبرداری کند و با استفاده از یک دورنمای سه بعدی و یک زمینه سایه روشن، توهم عمق را در تصویر به وجود آورد. دوربینهای سه بعدنگاری در نقشه برداری کاربرد دارند. به منظور افزایش اثر برجسته بینی از "سه بعدنگاری مصنوعی" استفاده می‌شود. با این روش می توان از یک شیء از 2نقطه دید که در فاصله بین 1.5 تا 1.20 از آن واقع شده‌اند عکسبرداری کرد.

• عکسبرداری در طیفهای مادون قرمز و ماوراء بنفش

هالوژنهای نقره از یک حساسیت طبیعی برخوردارند. این حساسیت موجب می‌شود که هالوژنها در مناطق ماوراء بنفش و نور آبی منتشر شوند و تنها جذب ژلاتین و هوا شوند.

لنزهای معمولی عکاسی، نور ماوراء بنفش را تا حدود 320 نانومتر انتقال می دهند اما زمانی که از لنزهای کواترزی یا فلواریتی استفاده می شود می توانند این نور را تا حدود 120 نانومتر انتقال دهند.

برای اجتناب از افت حساسیت ناشی از جذب ژلاتین، از محلولهای بروم نقره استفاده می شود. همچنین برای کسب تصاویر بهتر، می‌توان در مقابل لنزها یک فیلتر قرار داد که جلوی عبور پرتوهای ماوراء بنقش تابیده از شیء را بگیرد و به جای آن نور فلورسانس مرئی را انتقال دهد.

دوربین Rebel XT کانن برای تهیه این عکس در طیف مادون قرمز دستکاری شده است. پس از گرفتن عکس، رنگهای مصنوعی به آن افزوده اند

عکاسی در طیفهای مادون قرمز و ماوراء بنفش به ویژه در عرصه های فیزیک نجوم، طیف نگاری، کانی شناسی، جرم شناسی، تاریخ هنر، زیست شناسی و پزشکی کاربرد دارند.

برای اینکه بتوان یک تصویر کامل در طیف مادون قرمز به دست آورد باید از فیلترهایی استفاده کرد که کل نور مرئی را حذف می کند.

یکی از این فیلترها HOYA R72 نام دارد. این فیلتر قادر است تمام نورهایی را که زیر طول موج مادون قرمز وجود دارد حذف کند. به همین علت در عکسهایی که با این فیلتر گرفته می شود نمی توان رنگهای زیر قرمز (700 نانومتر) را دید. (تصویر 2)

• عکسبرداری هوایی و مداری

عکسبرداری هوایی، تکنیکی برای مطالعه زمین است. عکسبرداری با این تکنیک با دوربینهای عکسهایی که بر روی هواپیماها، ماهواره ها و ایستگاه فضایی بین المللی نصب شده اند، امکانپذیر است.

عکسبرداری هوایی در کشفیات باستان شناسی، تحقیقات زمین شناسی و کشاورزی برای تهیه اطلاعاتی درباره ماهیت زمین و گسترش زمینهای کشاورزی و در عرصه نظامی برای جمع آوری اطلاعات مربوط به اهداف استراتژیک کاربرد دارند.

عکاسی مداری اجازه می دهد تصاویری از ارتفاعات بسیار بالاتر از عکسهای تکنیک عکسبرداری هوایی به دست آید.

از این تکنیک می توان در تحقیقات هواشناسی، آلودگی دریاها و ذخایز زمین استفاده کرد. هرچند عکسهایی که فضانوردان ایستگاه فضایی بین المللی با این دوربینها می گیرند و تصاویری تماشایی از شهرها و مناطق مختلف زمین را جاودانه می کنند بیشتر جنبه هنری و سرگرم کننده دارد. (تصویر 3)

• دوربین سه بعدی در ایستگاه فضایی بین المللی

به خاطر همکاری میان ناسا و شرکت آی مکس، دوربین سه بعدی IMAX 3Dدر سال 2008 بر روی تلسکوپ فضایی هابل نصب و یک نمونه دیگر از آن در سال 2010 به ایستگاه فضایی بین المللی برده شد.

این دوربین به فضانوردان اجازه می دهد که تصاویری سه بعدی را از داخل و فضای بیرون ایستگاه فضایی بین المللی تهیه کنند. (تصویر 4)

• دوربین دیجیتال یک میلیارد پیکسلی در ماموریت فضایی

بزرگترین دوربین عکاسی که تا کنون برای یک ماموریت فضایی ساخته شده، از وضوح تصویری در حدود یک میلیارد پیکسل برخوردار است.

این دوربین از 106 حسگر CCD برخوردار است، که هر یک از آنها کوچکتر از یک کارت اعتباری بوده و ضخامت آنها باریکتر از یک تار موی انسان است.

متخصصان، این حسگرهای ظریف را بر روی موزائیکهای 1X0.5 متری نصب کرده اند. 102 قطعه از این حسگرها تنها به ردیابی و نقشه برداری از ستاره ها اختصاص خواهند یافت و چهار حسگر دیگر به کنترل کیفیت تصاویر و زاویه تلسکوپهای دوگانه گایا که به تصویربرداری سه بعدی از ستاره ها مشغولند خواهد پرداخت.

ساختار محافظتی این دوربین از کربید سیلیس ساخته شده است که نه تنها سبک وزن است بلکه در برابر تغییر شکل تحت تاثیر تغییرات حرارتی نیز از خود مقاومت نشان می دهد. (تصویر5)

• نمونه‌هایی از دوربینهای دیجیتال با وضوح تصویر بالا

Phase One p65 عنوان دوربینی است که وضوح تصویر آن 65 مگاپیکسل است. این دوربین که یکی از باکیفیت ترین دوربینهای دیجیتالی است 40 هزار دلار قیمت دارد. وضوح تصویر این دوربین 20 درصد بیشتر از سایر دوربینهای حرفه ای است. (تصویر6)

Hasselblad H3DII-50 که 37 هزار دلار قیمت دارد یکی دیگر از دوربینهای گرانی است که با وضوح تصویر 50 مگاپیکسل در سال 2008 وارد بازار شد. (تصویر7)

اوایل سال 2011، یک دوربین دیجیتالی حرفه ای با عنوان H4D200Ms معرفی شد که وضوح تصویر آن 200 مگاپیکسل است. این دوربین که 45 هزار دلار قیمت دارد از فناوری Piezo Frame Module بهره برده است. با استفاده از این فناوری می توان به صورت همزمان 6 فریم عکس را به ثبت رساند و با ترکیب این 6 تصویر با یکدیگر، تصویری واحد با وضوحی شکفت انگیز ارائه کرد. (تصویر8)