08 Maret 2015

Cara Kerja Kamera Digital

Ads by Google

bagaimana cara kerja kamera digital?

Kamera digital sebenarnya bekerja dengan cara yang hampir sama dengan kamera konvensional atau kamera analog yang menggunakan film. Perbedaannya hanya terletak pada bagaimana gambar yang ditangkap dalam viewfinder kemudian disimpan.

Seperti pada kamera film, kamera digital juga memiliki sejumlah lensa yang berfungsi untuk memfokuskan cahaya agar cahaya tersebut membentuk bayangan objek yang akan difoto. Jika pada kamera film, sistem lensa kamera berfungsi memfokuskan bayangan real objek pada film, maka pada kamera digital sistem lensa kamera berfungsi memfokuskan bayangan real objek pada sebuah alat semikonduktor yang akan merekam cahaya secara elektronik. Informasi elektronik ini dapat dibaca oleh komputer dan diubah menjadi data digital. Hal yang menarik dari jenis kamera digital ini adalah hasil langsung yang dapat dilihat pada saat kita mengambil gambar sebuah objek.

“Film” kamera digital bernama: CCD dan CMOS


Jika pada kamera konvensional gambar direkam dengan menggunakan film, maka pada kamera digital gambar ditangkap dengan menggunakan sensor yang berfungsi untuk mengubah cahaya menjadi muatan-muatan listrik. Sensor yang biasa digunakan adalah jenis sensor yang diberi nama charge coupled device (CCD). Beberapa kamera lainnya menggunakan teknologi complementary metal oxide semiconductor (CMOS). Kedua jenis alat semikonduktor ini berfungsi mengubah cahaya menjadi elektron. Bagaimana cara CCD atau CMOS bekerja mengubah cahaya menjadi elektron pada hakikatnya sama dengan cara kerja sel surya mengubah energi cahaya menjadi listrik (elektron-elektron). Oleh karena itu kita bisa membayangkan sensor ini, baik CCD maupun CMOS, sebagai sebuah lapisan tipis dua dimensi yang mengandung ribuan atau jutaan sel surya kecil.

Saat sensor sel surya dalam CCD atau CMOS mengubah cahaya menjadi elektron, pada saat yang bersamaan CCD atau CMOS akan membaca nilai (muatan yang terkumpul) pada masing-masing sel yang membentuk gambar. Ada perbedaan cara antara CCD dan CMOS memproses pembacaan hasil sensor tersebut, yaitu:

  • CCD akan memindahkan muatan melalui chip dan membacanya di salah satu sudut lariknya. Alat yang disebut analog-to-digital converter (ADC) kemudian digunakan untuk mengubah tiap-tiap nilai pixel menjadi data digital dengan cara mengukur jumlah muatan tiap-tiap photosite dan mengubahnya menjadi bentuk biner. Sedangkan,
  • CMOS menggunakan beberapa transistor pada masing-masing pixel untuk memperkuat dan memindahkan muatan dengan menggunakan kabel-kabel tradisional.
Perbedaan proses pembacaan antara kedua jenis sensor ini memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.
  • Sensor CCD menghasilkan gambar yang berkualitas tinggi, dan rendah noise sedangkan sensor CMOS umumnya lebih banyak menghasilkan noise.
  • Karena setiap pixel pada sensor CMOS memiliki transistor yang diletakkan di dekatnya, maka sensitivitas cahaya chip CMOS lebih rendah. Banyak cahaya yang akan mengenai transistor ketimbang mengenai langsung fotodiode pada CMOS.
  • Sensor CMOS secara tradisional menggunakan sedikit energi. Di sisi lain, CCD menggunakan proses yang lebih banyak mengonsumsi energi. Konsumsi energi CCD seratus kali lebih besar dibandingkan sensor CMOS yang setara.
  • Sensor CCD telah lama diproduksi secara massal sehingga jenis sensor ini lebih familiar. Kualitas pixelnya juga cenderung semakin meningkat.
Meskipun terdapat sejumlah perbedaan antara kedua jenis sensor ini, keduanya mengusung peran yang sama dalam kamera digital, yaitu mengubah cahaya menjadi muatan listrik. Agar kita dapat memahami bagaimana kamera digital ini bekerja, kita harus menganggap kedua jenis sensor ini sebagai alat yang hampir identik satu sama lain.

Resolusi kamera digital






Banyaknya detail yang dapat ditangkap oleh kamera disebut dengan resolusi, yang diukur dalam satuan pixel. Semakin besar nilai pixel sebuah kamera, semakin detail kamera tersebut dalam menangkap gambar dan semakin besar pula perbesaran yang dapat dilakukan terhadap gambar hasil pemotretan ini tanpa mengalami blur atau gambar berbintik.

Beberapa resolusi yang umum dimiliki kamera digital adalah :

  • Resolusi 256 x 256, yang banyak ditemukan pada kamera yang dijual sangat murah. Resolusi sebesar ini terlalu kecil sehingga kualitas gambarnya hampir tidak dapat diterima. Hanya 65000 pixel.
  • Resolusi 640 x 480. Ini ukuran resolusi yang tergolong rendah. Gambar yang dibuat dengan resolusi ini cocok untuk gambar yang akan dikirim melalui email atau untuk diunggah di internet.
  • Resolusi 1216 x 912, merupakan gambar yang tergolong dlam ukuran “megapixel”. Terdapat 1.109.000 total pixel. Jenis gambar ini bagus untuk dicetak.
  • Resolusi 1600 x 1200, ukurannya hampir 2 juta pixel. Ukuran ini termasuk dalam kategori resolusi tinggi. Kita dapat memprint sebuah foto ukuran seperti ini dengan kualitas gambar yang setara dengan kualitas gambar yang diperoleh dari sebuah laboratorium foto.
  • Resolusi 2240 x 1680, yakni 4 megapixel. Ukuran ini adalah ukuran standar untuk kamera digital sekarang, yang memungkinkan kita untuk memprint foto dengan kualitas yang bagus dan dapat diperbesar hingga ukuran 16 x 20 inchi.
  • Resolusi 4064 x 2704, kamera digital dengan ukuran pixel sebesar ini, yaitu 11,1 megapixel, akan memungkinkan kita untuk memprint gambar berukuran 13,5 x 9 inchi tanpa kehilangan kualitas gambar.

Pengguna kamera kualitas tinggi dapat menangkap gambar lebih dari 12 juta pixel. Beberapa kamera digital profesional mendukung 16 juta piksel lebih, atau 20 juta pixel untuk kamera-kamera berukuran besar.

Berapa pixel-kah kamera Anda?

Anda mungkin memperhatikan bahwa jumlah pixel dan resolusi maksimumnya tidak sesuai dengan hasil perhitungan. Sebagai contoh, kamera 2,1 megapiksel dapat menghasilkan gambar dengan resolusi 1600 x 1200 atau 1.920.000 pixel. Tetapi dengan spesifikasi 2,1 megapixel berarti bahwa gambar tersebut paling sedikit mengandung 2.100.000 pixel.

Ini bukanlah kesalahan pembulatan matematika biner. Memang akan terdapat perbedaan yang jelas antara jumlah angka-angka ini karena pada CCD harus disertakan pula rangkaian ADC yang akan digunakan untuk mengukur muatan. Rangkaian ini dilindungi dengan wadah yang dihitamkan agar tidak menyerap cahaya yang dapat mendistorsi gambar.

Bagaimana kamera digital ini menangkap warna dan membentuk gambar?


Sayang sekali, photosite merupakan alat yang buta warna. Alat ini hanya merekam jejak intensitas total cahaya yang mengenai permukaannya. Agar dapat diperoleh gambar dengan warna yang penuh, umumnya sensor ini membutuhkan penyaring agar dapat “melihat” cahaya ini ke dalam tiga warna dasarnya. Begitu kamera merekam ketiga cahaya ini, kamera tersebut menggabungkannya menghasilkan spektrum warna yang lengkap.

Ada beberapa cara yang dapat digunakan untuk merekam ketiga warna primer ini dalam sebuah kamera digital. Kamera dengan kualitas paling tinggi menggunakan tiga sensor yang terpisah, masing-masing sensor dengan filter yang berbeda. Sebuah pemecah berkas (beam splitter) digunakan untuk mengarahkan cahaya yang masuk ke dalam kamera menuju sensor yang berbeda-beda. Kita bisa membayangkan cahaya yang masuk ke dalam kamera sebagai air yang mengalir melalu sebuah pipa. Dengan menggunakan pemecah berkas, aliran air tersebut dibagi-bagi ke dalam tiga jenis pipa yang berbeda dengan jumlah yang sama banyak di antara ketiga pipa tersebut. Tiap-tiap sensor akan melihat gambar yang identik, tetapi karena adanya filter, maka setiap sensor hanya akan menanggapi satu dari warna-warna primer ini.

Keuntungan metode ini adalah kamera merekam ketiga warna tersebut pada lokasi pixel masing-masing. Sayangnya, kamera yang menggunakan mekanisme ini cenderung akan memiliki ukuran yang besar dan harganya mahal.

Cara lain dalam merekam warna adalah dengan memutar sederetan filter merah, filter biru, dan filter hijau di depan sebuah sensor tunggal. Sensor ini merekam tiga bayangan gambar yang berpisah dengan kecepatan yang cukup tinggi. Metode ini juga memberikan informasi tentang ketiga warna pada lokasi pixel masing-masing, tetapi karena ketiga gambar tersebut tidak diambil tepat pada saat yang bersamaan, maka baik kamera maupun objek yang difoto harus tetap dalam keadaan diam selama proses pembacaan warna. Proses ini tidak praktis untuk fotografi portabel atau kamera yang dapat dibawa-bawa dengan ringan.

Algoritma Demozaik: Penapisan Warna


Cara yang lebih ekonomis dan praktis untuk merekam warna-warna dasar adalah dengan memasang permanen sebuah filter yang disebut dengan larik filter warna di atas tiap-tiap photosite tunggal. Dengan memecah-mecah sensor menjadi pixel-pixel berwarna merah, biru, dan hijau, maka akan memungkinkan bagi kita untuk memperoleh cukup informasi secara umum dari daerah sekitar masing-masing sensor untuk membuat dugaan yang sangat akurat tentang warna yang sebenarnya di lokasi tersebut. Proses pengamatan pixel di sekeliling sebuah pixel tertentu pada sebuah sensor dan melakukan dugaan yang cerdas tentang warna pixel tersebut disebut dengan interpolasi.

Pola filter yang paling umum digunakan dalam proses ini adalah pola filter bayer. Pola ini berupa warna merah, biru, dan hijau yang berselang seling seperti pada gambar berikut.

bayer filter


Pixel-pixel ini tidak terbagi secara merata, terdapat sejumlah piksel hijau yang sama banyaknya dengan kombinasi piksel merah dan biru. Hal ini disebabkan karena mata manusia tidak memiliki kepekaan yang sama terhadap semua jenis warna. Kita perlu menambahkan informasi yang lebih banyak dari pixel hijau agar dihasilkan sebuah gambar yang dapat dipersepi oleh mata sebagai warna yang sebenarnya.

Keuntungan metode ini adalah hanya dibutuhkan satu sensor, dan semua informasi warna (merah, hijau, dan biru) terekam pada momen yang sama. Ini berarti kamera tersebut akan lebih kecil, lebih murah, dan bermanfaat dalam banyak situasi pemakaian. Data mentah dari sensor yang menggunakan filter Bayer merupakan sebuah mozaik yang tersusun atas pixel merah, hijau, dan biru dengan intensitas yang berbeda-beda.

Kamera digital kemudian menggunakan algoritma demozaik yang dimaksudkan secara khusus untuk mengubah data mozaik ini menjadi mozaik yang berukuran sama dengan mozaik sebelumnya tetapi merupakan mozaik dari warna yang sebenarnya. Kuncinya adalah bahwa tiap-tiap pixel berwarna dapat digunakan lebih dari sekali. Warna yang sebenarnya dari sebuah pixel tunggal dapat ditentukan dengan merata-ratakan nilai-nilai yang berasal dari pixel yang paling dekat di sekitarnya.

Pemaparan dan Pemfokusan Kamera Digital


Seperti halnya pada kamera film, sebuah kamera digital harus mengontrol jumlah cahaya yang mencapai sensor. Kedua komponen yang berfungsi melakukan tugas ini, yaitu bukaan (apperture) dan kecepatan rana (shutter speed), juga ada dalam kamera konvensional.

Bukaan (apperture) merupakan ukuran bukaan pada kamera. Bukaan ini biasanya bekerja otomatis pada kamera digital, namun demikian beberapa kamera juga memungkinkan dilakukannya pengaturan manual. Sedangkan kecepatan rana (shutter speed) menyatakan lama waktu bagi cahaya untuk memasuki bukaan.

Kedua aspek ini bekerja bersama-sama untuk menangkap jumlah cahaya yang diperlukan agar dapat menghasilkan gambar yang bagus. Dalam istilah fotografi, perlu dilakukan pengaturan pemaparan terhadap sensor.

Di samping untuk mengontrol jumlah cahaya, kamera harus mengatur lensa-lensanya untuk mengontrol bagaimana cahaya difokuskan di sensor. Pada umumnya, lensa pada kamera digital sangat mirip dengan lensa kamera konvensional.

Namun demikian, panjang fokal lensa merupakan salah satu aspek yang memiliki perbedaan penting antara lensa kamera digital dengan lensa kamera konvensional 35mm. Panjang fokal merupakan jarak antara lensa dan permukaan sensor. Sensor yang dibuat oleh perusahaan yang berbeda-beda memiliki ukuran yang bervariasi pula, tetapi pada umumnya ukuran lensa tersebut lebih kecil dari pada sebuah film 35 mm. Untuk memproyeksikan gambar ke atas sebuah sensor yang kecil, panjang fokal diperpendek dengan proporsi yang sama. Sebagai informasi tambahan mengenai ukuran sensor dan perbandingannya terhadap film 35 mm, Anda dapat mengunjungi laman Photo.net.

Panjang fokal juga menentukan perbesaran, atau zoom, pada saat Anda melihat melalui kamera. Pada kamera 35 mm, sebuah lensa 50 mm akan memberikan pandangan yang alami terhadap sebuah subjek. Dengan meningkatkan panjang fokal, maka perbesarannya juga akan meningkat, dan objek akan kelihatan lebih dekat. Hal yang sebaliknya akan terjadi jika panjang fokal diperkecil. Sebuah lensa zoom adalah lensa yang memiliki panjang fokal yang dapat diatur-atur, dan sebuah kamera digital dapat memiliki zoom optik maupun zoom digital. Beberapa kamera digital juga memiliki kemampuan makrofokus, yaitu kemampuan untuk mengambil gambar dari subjek yang sangat dekat.

Ada empat jenis lensa yang dimiliki oleh sebuah kamera digital:

  • Lensa fokus tetap zoom tetap. Ini adalah jenis lensa yang telah tidak terpakai lagi dan dipakai pada kamera film murahan. Murah dan bagus untuk memotret tetapi sangat terbatas kemampuan yang dimilikinya.
  • Lensa zoom optik dengan fokus otomatis. Lensa jenis ini sama dengan lensa yang dipakai pada camcoder video, memiliki pilihan “potret melebar” atau “pemotretan jauh” serta fokus yang otomatis. Lensa jenis ini sebenarnya mengubah panjang fokal lensa bukan hanya sekedar memperbanyak informasi yang masuk pada sensor.
  • Lensa zoom digital. Dengan lensa jenis ini, kamera mengambil pixel dari pusat gambar sensor dan menginterpolasi piksel tersebut untuk menjadikannya gambar berukuran penuh. Pengubahan gambar seperti ini dapat juga dilakukan secara manual dengan menggunakan perangkat lunak pengolah gambar.
  • Sistem lensa yang dapat diganti-ganti. Jenis lensa ini seperti pada lensa yang bisa diganti-ganti pada kamera film. Beberapa kamera digital dapat menggunakan lensa kamera 35mm.

Menyimpan Foto Digital


Pada umumnya kamera digital memiliki layar LCD yang memungkinkan kita untuk melihat hasil potret secara langsung. Inilah salah satu keunggulan kamera digital –kita dapat segera melihat dan menilai hasil pemotretan kita. tetapi apakah kita akan terus membuka kamera dan melihat hasil potret kita setiap kali kita ingin melihatnya? Tentu saja tidak. Kita inginkan gambar potret kita dapat dipindahkan ke komputer atau dicetak langsung ke printer.

Ada beberapa cara untuk melakukan hal ini.

Generasi awal kamera digital memiliki penyimpan foto yang tetap di bagian dalam kamera. Kita perlu menghubungkan kamera ini dengan sebuah komputer secara langsung dengan menggunakan kabel untuk memindahkan gambar yang telah dipotret. Meskipun kamera digital sekarang ini memiliki kemampuan untuk dihubungkan secara serial, pararel, SCSI, USB atau koneksi firewire, kita juga bisa menggunakan berbagai jenis penyimpanan data yang dapat dipasang-lepas.

Kamera digital menggunakan berbagai jenis penyimpanan gambar. Misalnya menggunakan film digital, yang memerlukan sebuah alat pembaca tertentu untuk memindahkan data ke komputer. Namun demikian, banyak pula yang menggunakan flash memory yang dapat dipasang-lepas, bahkan produsen kamera digital sekarang ini melengkapi kamera buatan mereka dengan alat penyimpan data sendiri, misalnya kartu SmartMedia, kartu CompactFlash, dan Memory Stick. Ada juga menggunakan penyimpanan data seperti hard disk, CD, dan DVD.

Apapun jenis penyimpanan data yang digunakan, semua kamera digital memerlukan banyak ruang untuk gambar. Kamera digital biasanya menyimpan gambarnya dalam dua bentuk file, yaitu file berformat TIFF, yang tidak terkompresi, dan file berformat JPEG yang terkompresi, namun demikian ada juga yang menggunakan file berformat RAW. Umumnya kamera menggunakan JPEG untuk menyimpan gambar dan biasanya menyediakan pilihan pengaturan kualitas gambar (misalnya kualitas medium atau kualitas tinggi).

Nah, akhirnya sampailah kita pada bagian yang akan merangkum bagaimana cara kerja kamera digital dalam mengambil sebuah gambar. Proses tersebut kurang lebih seperti berikut.

  1. Kita mengarahkan kamera pada subjek yang akan dipotret kemudian mengatur zoom optikal agar subjek kelihatan menjauh atau mendekat sesuai keinginan.
  2. Menekan tombol untuk membuka shutter (rana).
  3. Kamera secara otomatis akan melakukan pemfokusan sendiri terhadap subjek dan melakukan pembacaan informasi cahaya yang tersedia.
  4. Kamera mengatur bukaan (aperture) dan kecepatan rana agar diperoleh pemaparan yang optimal
  5. Tombol shutter dilepas
  6. Kamera akan mengatur ulang CCD dan memaparnya pada cahaya, menghasilkan muatan-muatan listrik, hingga akhirnya rana tertutup.
  7. ADC mengukur muatan dan membuat sebuah sinyal digital yang menyatakan nilai dari muatan pada tiap pixel.
  8. Sebuah prosesor menginterpolasi data dari pixel yang berbeda-beda untuk menghasilkan warna yang alami. Pada kebanyakan kamera digital kita dapat melihat secara langsung hasil pemotretan melalui layar LCD kamera.
  9. Sebuah prosesor dalam kamera melalukan pengaturan tingkat kompresi pada data.
  10. Informasi ini kemudian disimpan pada alat penyimpanan data, misalnya pada flash disk.
Demikian.



Referensi: www.howstuffworks.com

0 komentar :

Posting Komentar