- Işığın kaydedilme ilkesinden başlayarak, dijital kameranın sensör, lens ve diyaframının görüntüyü nasıl oluşturduğunu adım adım görselleştiren teknik bir açıklama
- Görüntü sensörünün fotonları elektrik sinyaline dönüştürmesi ve Bayer filtresi ile demosaicing üzerinden renklerin nasıl geri kazanıldığını açıklar
- Pinhole camera ile başlayıp kırılma, lens ve odak uzaklığı kavramlarını tanıtarak gerçek kameraların optik yapısını kurar
- Diyafram (f-number), alan derinliği (depth of field) ve bokeh arasındaki ilişkiyi matematiksel ve görsel olarak inceler
- Aberration ve kromatik aberasyon gibi gerçek lenslerin sınırlarını ele alırken, optik tasarımın ışığın yolunu kontrol etme teknolojisi olduğunu vurgular
Işığın kaydı ve dijital sensör
- İlk fotoğraflarda gümüş halojenür film kullanılıyordu, ancak modern kameralarda bunun yerini görüntü sensörü aldı
- Sensör, fotonları akıma dönüştüren bir fotodedektör dizisinden oluşur
- Toplama süresine (enstantane hızı) göre pozlama miktarı değişir
- Sensör rengi doğrudan algılayamadığı için renk filtresi dizisi (Color Filter Array) kullanılır
- Bayer filtresi 2 yeşil, 1 kırmızı ve 1 mavi filtreden oluşur
- Yeşilin iki kat fazla olmasının nedeni, insanın parlaklığı yeşil bölgede en hassas şekilde algılamasıdır
- Demosaicing sürecinde RGB değerleri enterpole edilerek tam renkli görüntü yeniden oluşturulur
- Enstantane hızı foton toplama süresini belirler; fazla olursa aşırı pozlama, yetersiz olursa düşük pozlama oluşur
Pinhole camera ilkesı
- Sensör açıkta bırakılırsa her yönden ışık girer ve anlamsız bir görüntü oluşur
- Bunu çözmek için küçük delikli bir kutu (pinhole camera) kullanılır
- Delikten giren ışık kesişerek ters çevrilmiş bir görüntü oluşturur
- Delik ile sensör arasındaki mesafe ayarlanarak görüş açısı (field of view) değişir
- Delik küçüldükçe görüntü keskinleşir, ancak içeri giren ışık azaldığı için parlaklık düşer
- Fazla küçük olduğunda kırınım (diffraction) nedeniyle yeniden bulanıklaşır
- Pinhole camera basittir, ancak ışık verimliliği düşüktür ve odak kontrolü yapılamaz
Cam ve kırılma
- Işığın camdan geçerken yön değiştirmesinin nedeni kırılma indisi (index of refraction) farkıdır
- Kırılma indisi n = c / vₚ (ışık hızı oranı)
- Hava 1.0003, su 1.33, cam 1.53, elmas 2.43
- Snell yasası (Snell’s law): n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂
- Işık, kırılma indisi daha yüksek bir ortama girerken normale doğru bükülür
- Bazı açılarda tam iç yansıma (total internal reflection) meydana gelir
- Bu olgu, elmasın ışıltı etkisini oluşturan ilkedir
Lens ve odak
- Düz bir cam plaka ışığın yönünü değiştirmez, ancak eğri cam (lens) ışığı yakınsatır veya ıraksatır
- Dışbükey lens (convex lens) paralel ışınları tek bir noktada toplar
- Odak uzaklığı (focal length), lens merkezi ile odak arasındaki mesafedir
- İnce lens denklemi: 1/sₒ + 1/sᵢ = 1/f
- Nesne uzaklığı (sₒ), görüntü uzaklığı (sᵢ) ve odak uzaklığı (f) arasındaki ilişki
- Lens ile sensör arasındaki mesafe ayarlanarak odaklama (focus) yapılabilir
- Odak değişirken görüş açısı değişimi (focus breathing) meydana gelir
- Zoom lensler, birden çok cam elemanı hareket ettirerek odak uzaklığının kendisini değiştirir
Diyafram ve alan derinliği
- Diyafram (aperture), lensten geçen ışık miktarını ve ışınların açısını kontrol eder
- Küçük diyafram → daha derin alan derinliği (depth of field)
- Büyük diyafram → daha sığ alan derinliği ve bokeh etkisi
- f-number (N = f / D), odak uzaklığı ile giriş pupili çapının oranıdır
- f/2, f=50mm ve D=25mm olduğunda elde edilir
- f-number küçüldükçe daha parlak lens ve daha hızlı enstantane mümkün olur
- f-number 1.4 katlarıyla artar; her bir stop artışında ışık miktarı yarıya düşer
- Diyafram küçüldükçe kırınım nedeniyle çözünürlükte düşüş yaşanır
Aberration ve kromatik aberasyon
- Gerçek lensler kusursuz değildir; bu yüzden aberation oluşur
- Başlıca türler: küresel aberasyon, koma, astigmatizma, alan eğriliği, distorsiyon
- Kromatik aberasyon (chromatic aberration), dalga boyuna göre kırılma indisinin değişmesi nedeniyle renklerin ayrışması olgusudur
- Akramatik lens (achromatic lens), farklı cam malzemelerini birleştirerek bunu düzeltir
- Üst düzey lensler, birden fazla optik elemanı (optical elements) bir araya getirerek
aberasyon, vinyet ve flare etkilerini en aza indirir
Sonuç
- Kamera ve lenslerin özü, ışığın yolunu kontrol ederek görüntü oluşturma teknolojisidir
- Deklanşöre basıldığı anda, hassas optik tasarım ile sensör birlikte çalışır ve
gerçekliğin ışıkla kaydedilmesi eylemi gerçekleşir
1 yorum
Hacker News yorumları
Bartosz Ciechanowski'nin blogu, eski Adobe Flash altın çağındaki web'de gezinme keyfini yeniden hissettiriyor
Bir şeyleri kurcalayıp keşfederken beklenmedik tepkiler almak gerçekten çok eğlenceli
Bunu geçmişin sanatsal Flash siteleriyle karşılaştırmak adil olmayabilir ama o dönemin hissini aynen geri getiriyor
Ama bu tür siteleri gelecekte de korumak kolay değil
PDF içinde WebGL applet'i çalışmıyor, HTML olarak dışa aktarmak da yapıya göre hatalara yol açabiliyor
50 yıl sonra bile SWF bir emülatörde çalıştırılabilir ama bu tür siteler yok olabilir
Acaba bunları korumanın bir yolu var mı diye merak ediyorum
Gerçekten hayranlık verici
Ortada yapay zekanın en ufak bir izi yok (yazının 2020 tarihli olduğunu görünce şimdi anlaşılıyor) ve uzun zaman sonra ilk kez berrak ve zarif bir yazıyla karşılaşmış gibi hissettiriyor
Bartosz'un mekanik saat animasyonu da mutlaka görülmeli
Mechanical Watch sayfasında bulunabilir
Bu kişinin işleri her zaman müthiş
Paylaştığın için teşekkürler
Daha önce açılmış ilgili bir başlık da var
Cameras and Lenses – Hacker News bağlantısı (Aralık 2020, 213 yorum)
Her zamanki gibi yine inanılmaz bir çalışma
Yalnız elektromanyetik dalgaları uzayda yılan gibi kıvrılan bir dalga formu olarak göstermek öğrenciler için kafa karıştırıcı olabilir
Elektrik ve manyetik alanların genliği uzay-zamanda salınır ama dalganın kendisi düz bir çizgide ilerler
Elbette demetin özelliklerine bağlı olarak dalga vektörüne dik yönde şiddet değişimleri de olabilir
Ben de daha iyi bir görselleştirme yöntemi bilmiyorum ama birçok insan bu kısmı yanlış anlıyor
Alıcının belirli bir noktada algıladığı sinüs dalgası iyi bir örnek ama daha doğru bir anlatım için bunu ışık şiddetindeki değişimle göstermek daha iyi olur
Frekansı, ışığın zaman içinde yanıp sönmesiyle göstermek, ışığın hareketini ve enerji dağılımını daha sezgisel biçimde anlamayı sağlayabilir
Sonuçta asıl mesele ışığın hareketliliğini görsel olarak ortaya koymak
Bartosz Ciechanowski ve Andrey Karpathy gibi insanlar gerçekten hayranlık uyandırıyor
Başkasının ömür boyu sürecek bir yan proje diye göreceği şeyleri bunlar sanki her çeyrekte bir tane çıkarıyor
Çoğu insan ya yaratıcıdır ya üretkendir; ikisini aynı anda bu düzeyde yapabilen çok az kişi var
Fotoğraf ve lensler 100 yıldan uzun süredir DIY deneylerinin alanı oldu
Ama iPhone, Samsung, Pixel gibi akıllı telefon kameralarının içini gerçekten kurcalayabileceğimiz gün ne zaman gelecek merak ediyorum
(Belki zaten mümkündür, bilmiyorum; sadece soruyorum)
Bartosz'un yazılarını her gördüğümde ne yapıyorsam bırakıp okuyorum
Basit bir foton kovasından başlayıp iğne deliği ve ardından lens sistemlerine ilerleyen düşünce akışı hayranlık verici
Özellikle karışıklık çemberi (circle of confusion) bölümü çok etkileyiciydi
Diyafram kaydırıcısını kendin hareket ettirip ışık konilerinin daraldığını ve bulanıklığın azaldığını görmek, statik metinden asla elde edilemeyecek bir kavrayış sağlıyor
İşte dijital ders materyalleri için standart tam olarak böyle bir şey olmalı
Gerçekten harika bir yazı
3'ten fazla optik öğeyi ya da modern lens tasarımını ele alan benzer materyaller de olsa keşke diye düşündürüyor