Photoshop Magazin
 


Sensörler

01 November 2005 | Sayı: Nov 2005
 
1 2 3 4 5
 

Sensörler




hspace=0


Bu ayki köşemizde dijital fotoğraf makinelerinin en önemli parçalarından biri olan ve görüntü oluşturulmasında büyük rolu bulunan sensörleri masaya yatırıyoruz.

Sensörlerin hayatımıza girişi oldukça eskiye dayansa da yaygın olarak kullanımları ancak dijital fotoğraf makinelerinin sayesinde olmuştur.Kabaca tanımlamak gerekirse filmli fotoğraf makinelerinde film ne ise dijital fotoğraf makinelerinde de sensör (tek başına tam olarak karşılamasa da) o görevi görmektedir. Bu elektronik parçaların temel görevi üzerlerine düşen görüntüyü ya da daha net bir ifadeyle ışığı elektronik sinyallere dönüştürmektir. Günümüzde video kameralar,
dijital fotoğraf makineleri ve astronomi gözlemleri için kullanılan teleskoplarda ve diğer elektronik cihazlarda sıklıkla kullanılan sensörlerin yani elektronik algılayıcıların hayatımıza tamamen girdiği söylenebilir.




CCD SENSÖR



1969 yılında Bell labaratuarlarında Willard Boyle ve George Smith tarafından keşfedilen CCD (Charge-coupled device) sensörler zaman içinde geliştirilerek günümüze kadar gelmişlerdir. CCD sensörlerin çalışma prensibi ise ışık kaynağından gelen fotonları yakalamaktır. Bu yakalanan fotonlar fotoelektrik etkileşim sonucu foto elektronları oluştururlar. Bu oluşan fotoelektronlar ‘Cell’ adı verilen hücrelerde toplanır. Hücrelerdeki elektronlar sayılır ve sayısal değeri bulunur.
Sayımın ardından bu değerler koordinatları ile beraber saklanır (ki bu işleme Readout adı verilir). Hammadesi genelde Silicon yarıiletkenler olan CCD sensörler ışığa karşı hassas cihazlardır. Bu hassasiyetleri sayesinde ışığı elektronik sinyallere dönüştürürler ve işlenmek üzere makine üzerindeki işlemcilere gönderirler. İşlemci
üzerinde işlenen sinyaller bilgisayar formatının anlayabileceği fotoğraf haline dönüşürler.Tüm bu işlemler inanılmaz bir hızla
yapılabilir. Hatta gelişmiş fotoğraf makinelerinde görüntü kayit edilmesi için yarım saniye bile yeterlidir.
CCD sensörlerin değişik şekillerde üretilerek kullanıma sunulmuş versiyonları bulunmaktadır. Bunlardan biri olan One Chip-One Shot teknolojisinde sensör üzerinde RGB (Red-Green-Blue, Kırmızı-Yeşil-Mavi) olmak üzere üç temel renge duyarlı filtreler bulunmaktadır. Bu sayede temel renk  ayrımlı CCD üzerinde yapılır. Bu yöntemle üretilen CCD’ler daha çok
giriş seviyesi ürünlerde kullanılır.

Bir diğer yöntem ise One chip, three shot teknolojisidir. Bunda ise sensör üzerine düşun ışık R,G, B olmak üzere 3 parçaya ayrıldıktan sonra (özel bir filtre yardımı ile) pozlanır. Two-chip yöntemi ise RGB filtreye ek olarak parlaklık için de ikinci bir sensör bulunur.

Hangi teknolojiye sahip olursa olsun CCD sensörlerin üretimi pahalıdır,enerjiye diğer sensörlerden daha fazla ihtiyaç duyarlar ve kullanım için oldukça büyük bir alana gereksinimleri vardır (bu yüzden genelde cep telefonlarında CCD sensör tercih edilmez).

Sadece dijital fotoğraf makinelerinde değil astronomi gözlemleri için teleskoplarda da kullanılan CCD sensörler nisbeten daha kaliteli ve net görüntüler verdikleri için daha çok tercih edilirler.

hspace=0
 CMOS SENSÖR

1963 yılında Fairchild Semiconductor şirketinde çalışan Frank Wanlass tarafından keşfedilen Complementary metal oxide semiconductor yani CMOS sensörler de temelde CCD’ler gibi ışığı elektronik sinyallere dönüştürürler. Bu sensörler yüzlerce transistörden oluşmaktadır. Ve her bir piksel ayrı bir transistör tarafından meydana getirilmektedir.

CMOS sensörlerin yıllardır fotoğraf makineleri dışındaki cihazlarda da yaygın olarak kullanılıyor olması (örneğin birçok bilgisayar işlemcisinin üzerinde milyonlarca CMOS çip bulunur) fiyatlarının ucuz olmasına sebep olmaktadır. Bu yaygın kullanım sayesinde uygun fiyatlara üretimi mümkün olan CMOS sensörler özellikle giriş seviyesi dijital fotoğraf makinelerinde sıklıkla tercih edilir.
Ayrıca düşük enerjiye ihtiyaç duymaları, çok yer kaplamamaları gibi etkenler de bu sensörlerin tercih edilmelerinde önemli rol oynamaktadır.

hspace=0

FOVEON SENSÖR

CMOS ve CCD kadar yaygın olmasada bir diğer sersör teknolojisi ise Foveon’dur. Bu teknolojide aynen filmde olduğu gibi Kırmızı (R), Yeşil (G) ve Mavi (B) renk katmanları bulunur. Ve her katman sadece kendi rengini pozlar.

Bu temel sensör yapılarının yanı sıra bazı firmaların CCD ya da CMOS teknolojisini geliştirerek kullandığı da görülür. Örneğin Canon gelişmiş D-SLR modellerinde kendi geliştirdiği CMOS sensörler kullanmaktadır. Fujifilm ise CCD teknolojisinin değişik bir varyasyonu olan Super CCD sensörler geliştirmiş ve ürünlerine başarı ile uygulamıştır.

ARTILARI EKSİLERİ

Hangi sensör türüne sahip dijital fotoğarf makinesi kullanırsanız kullanın bazı avantajlara ve dezavantajlara sahip olursunuz:
-CMOS sensörler fazla yer kaplamadıklarından özellikle küçük cihazlarda (cep telefonu gibi) tercih edilirler.
-CMOS sensörler CCD sensörlere göre daha fazla noise yani gürültü oluşturur. Her ne kadar Canon gibi firmaların özel olarak geliştirdiği düşün noise değerine sahip CMOS sensörler bulunsa da genel olarak CMOS’larda noise sorunu vardır.
-CMOS sensörler daha az enerjiyle çalışabilirler. Bu da daha uzun pil ömrü demek olduğundan cep telefonu gibi cihazlarda tercih edilirler.
-CMOS sensörlerde kullanılan algılayıcıların ışığa karşı duyarlılıkları CCD’ler kadar iyi değildir. Bu yüzden aydınlık ortamlarda başarılı sonuçlar verseler de düşük ışık koşullarında CCD sensörlere göre daha kötü sonuçlar verirler.
-CMOS teknolojisi birçok cihazda kullanıldığı için ucuz ve üretimi kolaydır. CCD için aynı şeyi söylemek mümkün değildir.

HANGİSİ DAHA İYİ:

Hangi teknolojiyi kullanırlarsa kullansınlar sensörler dijital fotoğraf makinesi seçimi yapılırken dikkate alınması gereken önemli parçalardan biridir. Her ne kadar tek başına tercih belirleyici bir etken olmas da görüntü kalitesi üzerinde ciddi etkileri olduğu da açıktır. Örneğin genel geçer kural olarak kompakt ürünlerin ezici bir çoğunluğunda CCD sensör kullanılır. Bunun sebebi ise CCD’nin CMOS’a göre nisbeten daha iyi olmasından kaynaklanır. Öte yandan bazı ucuz uzakdoğu ürünlerinde ise CMOS kullanılır. Bunun sebebi ise maliyetinin düşük olmasıdır.
Ancak CMOS’un iyi sonuçlar vermemesi tamamen kötü olduğu anlamına gelmez. Yukarıda da bahsettim gibi Canon gibi firmalar kendi CMOS sensörlerini geliştirmişler ve üst seviye ürünlerinde başarı ile kullanmaktadırlar.

hspace=0
Ayrıca birçok cep telefonu üreticisi yukarıda da saydığımız sebeplerden CMOs sensörleri tercih etmektedirler. Şunu unutmamak gerekir: Hiçbir dijital fotoğraf makinesi sadece sensörü yüzünden tercih edilemez. Sensör önemli bir etken olsa da seçim yapabilmek için tek başına yeterli değildir.

SENSÖR BOYUTLARI:

Dijital fotoğraf makinelerinde kullanılan görüntü algılayıcı sensörler belli ebatlarda üretilirler. Bu değerler kompakt makinelerde oldukça küçük iken gelişmiş ürünlerde gerçek film boyutuna kadar çıkar. Örneğin Nikon Coolpix 8800’de sensör boyutu 8.8x6.6 mm iken Kodak DSC-14n’de bu değer 34x24 mm’dir.
Sensör boyutunun full frame yani film ebatına yakın olması kalitesini artırdığı gibi daha büyük sensör daha az noise yani daha az gren anlamına gelir.
Tüm bunlarla beraber ‘Aspect Ratio’ adı verilen, görüntü algılayısının yatay ve dikey boyutları arasında oran kompakt ürünlerde 4:3, gelişmiş cihazlarda ise 3:2’dir. Bunun sebebi ise kompakt ürünlerin daha çok bilgisayar ekranı için tasarlanmış olmasından kaynaklanır. Bilindiği üzere bilgisayar ekranlarının oranı 800/600=1.3’tür. Yani bilgisayar ekranı 4:3 formatındadır. Bu sebeple kompakt dijital fotoğraf makinelerinin birçoğu bu oranda fotoğraf çekecek şekilde üretilir.
Üst seviyedeki ürünler ise daha çok baskıda kullanılacak fotoğraflar üreteceği için oranı 3:2’dir. Ki bu rakam film kullanan makinelerdekinin aynısıdır (36/24=1.5=3:2).  
Sensor boyutunun büyük olması her anlamda (bir iki istisnayı saymazsak) olumlu bir özelliktir. Daha büyük sensör daha fazla piksel ve daha az gren oluşumu anlamına gelir. Bunun son örneği geçtiğimiz günlerde duyurusu yapılan Sony’nin DSC-R1 isimli modelidir. Bu ürün kompakt dijital fotoğraf makinesi olmasına rağmen oldukça büyük (neredeyse full frame 21.5x14.4mm) bir sensör kullanmakdır.
Öte yandan baskı teknolojilerinin 3:2 formatına sahip olması, 4:3 oranlarında çekim yapan makineler için kadrajlama sorununu da beraberinde getirir. Örneğin kağıda basılması için fotoğrafraf stüdyosuna götürdüğünüz fotoğraflarınızın üstten ve yanlardan biraz kadrajlanarak basıldığını görürsünüz. Bunun sebebi ise kompakt dijital fotoğraf makinelerinin baskıya değil bilgisayar ekranına uygun fotoğraflar çekmesinden kaynaklanır. Çok büyük bir sorun olmasa da baskıda karşınıza çıkabilecek problemler için bu tip ürünlerle fotoğraf çekerken biraz pay vererek çekmek en mantıklısıdır. Ya da baskıya götürmeden önce Photoshop ile gerekli kadrajı kendiniz vererek uygun oranı tutturabilirsiniz (ki ben öyle yapıyorum).

FOKAL ÇARPAN:

Kompakt ürünlerde pek sorun olmasa da değişken objektifli D-SLR cihazlarda karşımıza fokal çarpan sorunu ortaya çıkar. Bu sorunun temel kaynağı sensör ebadının full frame yani 36x24mm olmamasıdır. Çünkü (özel olarak üretilen objektifleri saymazsak) objektiflerin birçoğu 36x24mm’lik bir alana görünüt verecek şekilde tasarlanır. Bu değerden daha küçük bir sensör alanı olunca görüntünün bir kısmı sensör üzerine aktarılamaz. Bu da kullanılan sensöre göre belli oranlarda kırpılma anlamına gelir.
Örnek vermek gerekirse 20 mm odak uzaklığına sahip olan bir objektif, 1.5X fokal çarpana sahip bir D-SLR cihaza takıldığında 30mm odak uzaklığına sahip bir objektif gibi görüntü açısı oluşturur. Bu özellikle geniş açılı objektifler için büyük bir sorundur.
Ancak fokal çarpan sorunu tele objektifler için avantaj haline gelmektedir. Çünkü 300mm objektifinizi 1.5X fokal çarpana sahip olan sensörünüz sayesinde 450mm’lik objektif görüntü açısı ile kullanabilirsiniz. Bu da birçok kullanıcı için ek maliyet ve görüntü kalitesinde kayıp olmadan daha uzun odaklı objektif anlamına gelir.
Konuyu toparlayıp bu ayki yazıyı bitirmek gerekirse; sensörler yani görüntü algılayıcıları yüksek teknoloji ile üretilen, minik ebatlarına binlerce ve hatta milyonlarca küçük devre sığdıran elektronik cihazlardır. Görüntü kalitesine doğrudan etkisi bulunan sensörler, dijital fotoğraf makinesini oluşturan parçalar içinde en hassas olanlarından biridir. 

 

November 2005

 


Dijital Stüdyo