loading_img
De werking van digitale camera's - TechPulse
17/07/2022

De werking van digitale camera's - TechPulse

  • Door 3000hits
  • |
  • 142 Keer bekeken

Bijna iedereen loopt vandaag rond met een camera binnen handbereik. De traditionele, analoge camera’s zijn intussen voorbehouden voor musea en de occasionele vintagewinkel, terwijl hun digitale tegenhanger in ongeveer elke broekzak terug te vinden is. Maar wat gebeurt eigenlijk in de camera waardoor je een beeld kan vastleggen?De werking van digitale camera's - TechPulse De werking van digitale camera's - TechPulse

Advertentie

Als je aan een fotograaf vraagt welke fotobewerkingssoftware,cameramodellen en soorten lenzen hij gebruikt, zal hij daarhoogstwaarschijnlijk snel en duidelijk een antwoord op kunnen geven. Als jediezelfde fotograaf dan zou vragen of hij weet wat er precies gebeurt in decamera bij het nemen van een foto, zal het antwoord wellicht iets minderuitgebreid zijn. Dit artikel zal antwoord geven op de minder gestelde, maardaarom niet minder belangrijke, vragen zoals waarom er verschillende soorten cameralenzenbestaan en wat een beeldsensor allemaal doet om de traditionele filmrol tekunnen vervangen.

De absolute basis

In feite doen een analoge en digitale camera hetzelfde, namelijkeen beeld vastleggen. Ze doen dit gewoon elk op hun eigen manier. Het verschil tussendeze twee zit in de vorm waarin het beeld wordt vastgelegd. Een filmcameramaakt gebruik van, zoals de naam al doet vermoeden, film om het beeld op vastte leggen. Deze film moet achteraf weliswaar nog een heel proces doorlopenvooraleer er sprake is van een foto. Waar de analoge camera film gebruikt,heeft de digitale camera fotosensors waarop het beeld terechtkomt. Elk van dezesensors verstuurt hierna elektrische stroom die omgezet wordt in een specifiekgegevenspatroon, oftewel het fotobestand. Dit is weliswaar een relatiefeenvoudige manier om te omschrijven hoe digitale camera’s foto’s kunnen maken.Vandaar dat het nu tijd is om dit korte stappenplan verder uit te diepen, zodatje aan het einde van de rit een ware cameraexpert bent.

Fysica voor dummy’s

Omte weten hoe een camera een beeld vastlegt, moeten we eerst even terug naar deles fysica over licht. Alle voorwerpen die wij zien (en die de camera ziet),reageren op afzonderlijke lichtpartikels in de lucht, de fotonen. Deze fotonenweerkaatsen op voorwerpen en veranderen hierbij hun frequentie naargelang dekleur van het object. Vervolgens reizen ze verder door de lucht en kunnen zewaargenomen worden. Als deze fotonen door een kleine opening gaan, creëren ze eenbeeld van wat er zich achter de opening bevindt. Camera’s manipuleren ditproces in feite om een beeld te kunnen vastleggen. Zo zorgt de lens van decamera ervoor dat deze fotonen een helder beeld kunnen vormen. Wanneer jevervolgens op de knop duwt (of op het scherm tikt) om een foto te nemen, gaatde sluiter aan de kant waardoor er licht op de film/sensoren valt. Wat decamera vervolgens doet om het beeld te vormen, kan je verderop lezen.

De analoge camera

Dewerking van de digitale en de analoge camera is op bepaalde vlakken quasihetzelfde. Daarom is het handig om eerst kort te kijken hoe een analoge camerafoto’s maakt. Het meest essentiële deel van een analoge camera ishoogstwaarschijnlijk de film. Zonder de film kan je namelijk geen foto’s nemen.De film is een lange spoel van flexibel plastic met een speciale laaglichtgevoelige chemicaliën en zit altijd verpakt in een stevige,lichtbestendige plastic cilinder. Wanneer je een foto wilt nemen, moet je op deknop duwen waarmee de sluiter van de camera opengaat. Bij het opengaan van desluiter, wordt een opening vooraan de camera (het diafragma) geopend, waardoorlicht de camera kan binnengaan door de lens (verderop volgt meer informatieover cameralenzen). Dit licht veroorzaakt vervolgens chemische reacties op defilm, die ervoor zorgen dat de foto wordt “opgeslagen”. Het proces is hier noglang niet afgelopen, aangezien het beeld op dat moment slechts vastgelegd is opfilm en nog geen echte foto is. De film moet namelijk nog ontwikkeld worden. Inde beginperiode van de analoge fotografie gebeurde dit nog handmatig in eenverduisterde kamer, maar later werden er ook machines ontworpen die dit procesmakkelijker en sneller maakten. Een ontwikkelmachine opent eerst defilmcontainer, haalt de film eruit en dompelt deze onder in bepaaldechemicaliën die de foto’s laten verschijnen. Op dit moment zijn de foto’s nognegatieven – hierbij zijn de kleuren van de foto’s omgekeerd ten opzichte vande echte kleuren van het vastgelegde beeld – die de machine gebruikt om deechte foto’s te kunnen printen. Zoals je kan zien, gaat analoge fotografiegepaard met een intensief proces om tot de uiteindelijke foto te komen. Dedigitalisering van dit proces was dan ook meer dan welkom, aangezien je numeteen kan zien wat je hebt gefotografeerd.

Wist je dat…

De werking van digitale camera's - TechPulse

Kodak de eerste digitale camera heeft ontworpen in 1975?

de eerste consumentgerichte digitale camera’s dateren van1994 en verkocht werden door Apple en Kodak?

Sony in 1998 meer dan 700 000 camcorders heeft verkochtwaarmee je beperkt door kleren kon zien?

De cameralens

In feite bestaat er niet zoiets als “de cameralens”aangezien deze bestaat uit verschillende lenzen, die er samen voor zorgen datje een scherp beeld verkrijgt. De belangrijkste functie van de cameralens is delichtstralen samen te brengen op de beeldsensor, die later nog aan bod komt. Ophet eerste gezicht klinkt dit eenvoudig, maar er zit heel wat wetenschapverscholen achter het ontwerp van een cameralens. De reden dat een cameralensuit verschillende lenzen bestaat, is dat een enkele lens een vervormd beeld zouopleveren. Zo zou je met een enkele convergentielens wel een foto kunnen nemen,maar zou deze vervormd zijn door een aantal afwijkingen die voortkomen uit denatuurlijke eigenschappen van licht. Een voorbeeld van deze afwijkingen is datde kleuren van het licht op een andere manier afbuigen wanneer deze door eenlens bewegen, waardoor er met een enkele lens een foto geproduceerd wordtwaarvan de kleuren niet overeenkomen met de werkelijkheid. De grootsteuitdaging is dat je geen lens wilt die op één plaats scherp is, aangezien eengoede foto scherp is over het gehele oppervlak. Een lens van goede kwaliteit isbijgevolg essentieel voor de scherpheid van je foto’s. Daarnaast kan jecameralenzen indelen in drie grote categorieën op basis van debrandpuntsafstand: groothoeklenzen, normale lenzen, telelenzen. Dezebrandpuntsafstand verwijst naar het punt waar de lichtstralen elkaar kruisen endit bepaalt welk deel van het beeld op de beeldsensor terecht zal komen. Hoedeze afstand invloed heeft op de foto, kan eenvoudig uitgelegd worden aan dehand van de verschillende soorten cameralenzen.

Bovenstaande voorbeelden zijn telkens lenzen met eenvaste brandpuntsafstand en staan ook wel bekend als primelezen. De tegenhangershiervan zijn de zoomlenzen, waarvan je de brandpuntsafstand kan aanpassen of,zoals je waarschijnlijk vaker hoort, kan in- en uitzoomen. Het nadeel vanzoomlenzen is dat deze iets duurder zijn en vaak foto’s van lagere kwaliteitproduceren.

Wist je dat…

Edwin Land de eerste polaroidcamera heeft uitgevonden in1947?

dezelfde Edwin Land de kleurenpolaroidcamera heeft uitgevondenin 1963?

de vijf meest populaire camera’s van de Flickr-communityallemaal iPhones zijn?

De beeldsensor: het hart van de digitale camera

In de voorgaande delen isde befaamde beeldsensor reeds enkele keren vermeld. Dit is namelijk het stukjetechnologie dat de digitalisering van fotografie mogelijk heeft gemaakt. Debeeldsensor is de gedigitaliseerde versie van de film in analoge camera’s. Dezechip vangt het licht op en zet dit om in de uiteindelijke foto. De kwaliteitvan de camera (en de foto’s die je ermee neemt) is ook in grote mateafhankelijk van deze beeldsensor. Wat deze sensoren precies doen om van hetinvallende licht een digitale foto te maken, wordt hier uitgelegd. Net zoalsbij de cameralenzen bestaan er ook verschillende soorten beeldsensoren, waarvande CCD- en CMOS-sensor de meest voorkomende zijn. Alle beeldsensoren in eencamera zijn ten eerste lichtgevoelig en bestaan uit kleine lichtgevoeligeelementen die verbonden zijn door elektronische schakelaars. Het aantal lichtgevoeligeelementen in de beeldsensor komt daarnaast overeen met het aantal pixelswaaruit je foto zal bestaan (1 lichtgevoelig element = 1 pixel). Ze bepalen dusde kwaliteit van de foto’s: hoe meer lichtgevoelige elementen er in debeeldsensor zitten, hoe hoger het aantal (mega)pixels en hoe hoger dekwaliteit. Wanneer er licht via de lens op de beeldsensor komt, reageren de lichtgevoeligeelementen erop door een elektrische lading te produceren. De verschillende lichtgevoeligeelementen zullen elk ook maar op één bepaalde soort van invallend lichtreageren. Om kleurenfoto’s te kunnen nemen, moet er echter nog eenkleurenfilter over de beeldsensor geplaats worden. Deze staat beter bekend alsde Bayerfilter en zorgt ervoor dat de lichtgevoelige elementen niet alleen elkop een specifieke lichtsterkte reageren, maar ook op een specifieke kleur vanlicht. De elektrische ladingen geproduceerd door die reacties worden vervolgensdoorgestuurd naar een analoog-digitaalomzetter (AD-converter) die dezeinformatie digitaliseert. Deze digitale informatie is tot slot het uiteindelijkefotobestand dat je kan zien op de camera en kan overzetten naar je computer.

Wist je dat…

de Engelse term “Spray and Pray” verwijst naar het nemenvan talloze foto’s zonder ernaar te kijken in de hoop dat een ervan goed zalzijn?

het woord camera afstamt van het Latijnse “camera obscura”,wat donkere kamer betekent?