หลักการทำงานของกล้องดิจิตอล

หลักการทำงานของกล้องดิจิทัลมีความคล้ายคลึงกับกล้อง 35 มม. ที่ใช้ฟิล์มธรรมดาทั่วไป คือมีเลนส์ สำหรับรับแสงที่สะท้อนจากวัตถุ และมีรูปรับแสง (Aperture) ซึ่งสามารถปรับขนาดได้ มีชัตเตอร์สำหรับเปิดรับแสงในปริมาณและนานเท่าใด ส่วนความแตกต่างจะอยู่ที่ตัวรับแสงของกล้อง กล้องดิจิทัลใช้ตัวรับแสง ที่เรียกว่า CCD (Charge-Couply Device) ทำหน้าที่เป็นตัวรับแสงแทนฟิล์ม และ CCD นี้จะมีทาง ยาวโฟกัสที่สั้น ทำให้ได้มุมมองของภาพ (Angle of View) แคบ เนื่องจากตัวรับภาพมีขนาดที่เล็กกว่าฟิล์ม กล้องดิจิทัลมีการทำงานในขั้นตอนต่าง ๆ ของกล้อง 35 มม. คือ การล้าง อัด ขยาย เอาไว้ในขั้นตอนเดียวกัน แบตเตอรี่ที่ใช้ในกล้องดิจิทัลมี 2 แบบคือ แบตเตอรี่ที่ใช้ได้ครั้งเดียว ไม่สามารถนำกลับมาใช้ได้อีก และ แบตเตอรรี่ที่นำกลับมาใช้งานได้อีกโดยการชาร์จ กล้องดิจิทัลจึงมีความสิ้นเปลืองพลังงานมากกว่ากล้อง 35  มม. เนื่องจากกล้องดิจิทัลมีส่วนประกอบของการแสดงผลออกมาทางช่องมองภาพแบบ LCD ซึ่ง เปรียบได้กับช่องมองภาพของ กล้องแบบธรรมดา และหากเป็นกล้องดิจิทัลรุ่นใหม่ที่มีความละเอียดสูงจะมี ช่องมองภาพอยู่ทั้ง 2 แบบ คือ ช่องมองภาพแบบออปติคอลและแบบดิจิทัล การทำงานของกล้องดิจิทัล ประกอบด้วยระบบต่าง ๆ ดังนี้

1. ระบบซูมภาพในกล้องดิจิทัล
ระบบการซูมภาพในกล้องดิจิทัลมี 2 ชนิดคือ
      1.1 Digital Zoom เป็นการซูมที่มีอยู่ในกล้องทั่ว ๆ ไป ได้ภาพที่มีคุณภาพพอใช้ได้ แต่หากซูมภาพเข้ามามากเกินไปจะทำให้ความคมชัดของภาพลดลง เนื่องจากไม่ได้เป็นการซูมภาพอย่างแท้จริง แต่เป็นเพียงการขยายภาพให้ใหญ่ขึ้นเท่านั้น และการซูมภาพชนิดนี้จะมีระยะโฟกัสที่มีสามารถปรับแต่งได้
     1.2 Optical Zoom เป็นการซูมด้วยเลนส์ของกล้อง จะได้ภาพที่คมชัด และภาพไม่เบลอเมื่อซูมภาพเข้ามาในระยะใกล้ การซูมแบบ Opitcal นิยมใช้ในการถ่ายภาพระยะใกล้เพราะจะได้ภาพที่ออกมาชัดเจน มีความคมชัดทุกจุด


2. ตัวรับภาพ CCD และความละเอียดของภาพตัวรับภาพบนกล้องดิจิทัลมี 2 ชนิดคือ CCD (Charge-
    Couply Device) และ CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

กล้องดิจิทัลในปัจจุบันจะใช้ CCD เป็นส่วนใหญ่ ทำหน้าที่เป็นตัวรับแสงของกล้องและรับรู้ระดับของความสว่างหรือเข้มของแสงเท่านั้น แต่ไม่สามารถรับรู้หรือแยกสีได้ CCD ที่รับรู้สีต่าง ๆ ได้จะต้องวาง ฟิลเตอร์ลงบนชิป กล้องระดับกลางหรือกล้องที่ใช้ทั่วไปนิยมใช้ฟิลเตอร์ RGB (Red Green Blue)  ซึ่งจะวางสลับกันเป็นตารางอย่างเป็นระเบียบ ตัวรับภาพ CCD ที่บันทึกได้นั้นเรียกว่า Bit Depth หรือ ค่าความชัดลึก กล้องดิจิทัลทั่วไปสามารถบันทึกค่าความลึกได้ที 24 บิต เช่น กล้องที่ใช้ฟิลเตอร์ RGB จะมีค่าความลึกอย่างละ 8 บิต ได้แก่ R=8 บิต G=8 บิต B=8 บิต ก็จะได้ค่าความลึกที่ 24 บิต โดยจะเรียกค่าความละเอียด เช่น 5 ล้านพิกเซล, 4.1 ล้านพิกเซล และ 3.34 ล้านพิกเซล จำนวนพิกเซลที่มากจะหมายถึงความคมชัดของภาพที่จะมีความคมชัดมากขึ้นตามไป ด้วย เนื่องจากสามารถบันทึกรายละเอียดของภาพได้มากขึ้น ซึ่งความละเอียดของภาพจะระบุในคู่มือการใช้งานกล้องดิจิทัล หรือตรวจสอบได้จากขนาดของภาพสูงสุดที่กล้องสามารถถ่ายได้ เช่น ภาพที่มีขนาด 2,048 x 1,536 เมื่อคูณขนาดทั้งแนวตั้งและแนวนอนทั้ง 2 เข้าด้วยกันจะได้ความละเอียดเท่ากับ 3,145,728 ซึ่งจะเป็นค่าพิกเซลโดยประมาณ คือมีความละเอียดประมาณ 3 ล้านพิกเซลความละเอียดของภาพจากกล้องดิจิทัลหมายถึงจำนวนพิกเซล(Pixel) ที่อยู่บนตัวรับภาพทั้งหมด ความละเอียดของภาพหรือพิกเซล เป็นการนำจุดที่เป็นสีหลายสีหลาย ๆ จุดมาต่อกันให้ได้เป็นภาพออกมา หากมองโดยทั่วไปจะไม่เห็นความแตกต่างว่าภาพเหล่านั้นมีจุดจำนวนมากต่อกัน อยู่ ในทางทฤษฎีเรียกภาพนี้ว่า ภาพแบบ Raster หมายถึงภาพที่นำเอาเม็ดสีจำนวนนับหมื่นนับแสนมาเรียงต่อกันแล้วเกิดเป็นรูป และเมื่อขยายภาพเหล่านั้นออกมาจะพบว่ามีเม็ดสีจำนวนมากเรียงกันอยู่ ส่วนภาพอีกลักษณะหนึ่งจะเป็นภาพที่เรียกว่า ภาพแบบ Vector ซึ่งจะไม่มีอยู่ภายในกล้องดิจิทัล เพราะเป็นภาพที่เกิดจากการใช้ซอฟต์แวร์และคอมพิวเตอร์สร้างขึ้นมา เมื่อขยายภาพเข้ามาในระยะใกล้ ๆ จะไม่พบอาการแตกของภาพเลย เนื่องจากภาพแบบ Vector เกิดจากการคำนวณทางคณิตศาสตร์ ไม่ได้เกิดจากพิกเซลเหมือนกับภาพแบบ Raster

ความละเอียดของภาพจะเป็นตัวกำหนดประเภทของกล้องดิจิทัลได้ 4 ระดับคือ

1. กล้องความละเอียดต่ำมาก มักจะเป็นกล้องรุ่นเก่า หรือ กล้องประเภท WebCam ซึ่งมีความละเอียด
    ไม่เกิน 3 แสนพิกเซล
2. กล้องความละเอียดต่ำ มีความละเอียดอยู่ที่ประมาณ 3 แสน – 1.5 ล้านพิกเซล
3. กล้องความละเอียดปานกลาง เป็นกล้องที่มีราคาอยู่ในระดับปานกลาง ภาพถ่ายมีคุณภาพพอใช้ได้ มีความละเอียดอยู่ที่ 2.1 – 4 ล้านพิกเซล
4. กล้องความละเอียดสูง มีความละเอียดมากกว่า 4 ล้านพิกเซล ตัวกล้องมีราคาค่อนข้างสูงและมีคุณภาพดี


3. ค่าความไวแสงและความเร็วชัตเตอร์ค่าความไวแสงของกล้องหรือ ISO นั้นจะเป็นความไวในการเปิดรับแสง

โดยที่ตัวเลขของ ISO มากก็จะมีค่าความไวแสงที่มากตามไปด้วย ถึงแม้ว่าค่า ISO ที่มีค่ามาก ๆ นั้นจะช่วยให้เราสามารถถ่ายภาพในที่ที่มีแสงสว่างน้อย ๆ ได้ แต่มีข้อจำกัดคือ เมื่อนำภาพที่ได้มาขยายดูก็จะเห็นเป็นจุดเล็ก ๆ จำนวนมาก ทำให้ภาพที่มีความหยาบพอสมควรความเร็วชัตเตอร์ ชัตเตอร์มีหน้าที่เป็นตัวกำหนดการเปิด-ปิดของรูรับแสงว่าจะให้มีการเปิด-ปิดนานมากน้อยเพียงใดเพื่อให้แสงผ่าน การเปิด-ปิดชัตเตอร์นี้เรียกว่า ความเร็วชัตเตอร์ ซึ่งจะวัดเป็นเศษส่วนของวินาที เช่น 1/50 วินาที หรือ 1/500 วินาที ความเร็วของชัตเตอร์ที่มีจำนวนส่วนมากจะเป็นตัวช่วยให้จับการเคลื่อนไหวของภาพที่
 ถ่ายให้หยุดนิ่งได้ เช่น การถ่ายภาพรถที่กำลังวิ่งอยู่บนถนน ส่วนความเร็วชัตเตอร์ที่มีส่วนต่ำ เช่น การ ถ่ายภาพการไหลของน้ำ การถ่ายภาพที่มีความเร็วชัตเตอร์ต่ำควรใช้ขาตั้งกล้องในขณะถ่าย เพราะช่วง  เวลาในการเปิดรับแสงจะนาน หากมือไม่นิ่งพอจะทำให้เกิดการเบลอของภาพได้



 4. การนำภาพออกจากกล้องดิจิทัลการนำรูปภาพที่ถ่ายมาใช้งานมีวิธีการทำหลายวิธีขึ้นอยู่กับประเภท

    ของกล้อง กล้องที่ใช้หน่วยความจำแบบภายในที่ไม่สามารถถอดเปลี่ยนได้ จะต้องเชื่อมต่อโดยตรง

    จากกล้องสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ซึ่งมีหลายรูปแบบ ดังนี้

        1. Docking Station เป็นพอร์ตที่มีการถ่ายโอนข้อมูลสมัยแรกที่มีการเริ่มใช้กล้องดิจิทัล มีลักษณะเป็นฐานสำหรับเสียบตัวกล้องเข้ากับเครื่องคอมพิวเตอร์ เนื่องจากในยุคนั้นยังไม่มีการเก็บข้อมูล
ประเภท  Flash Memory ซึ่งในปัจจุบันเลิกใช้การถ่ายโอนข้อมูลแบบนี้แล้ว

        2. FireWire Port (IEEE1394) เป็นพอร์ตที่พัฒนาขึ้นโดยบริษัท Apple แต่ผู้ผลิตรายอื่น ๆจะเรียกชื่อต่างกันไป เช่น บริษัท Sony ตั้งชื่อว่า iLink ส่วนชื่อเรียกมาตรฐานสากลคือIEEE1394 แต่ถ้าใช้กับกล้องดิจิทัลวีดีโอจะเรียกว่าพอร์ต DV ทั้งนี้พอร์ตดังกล่าวสามารถใช้งานร่วมกันได้ภายใต้มาตรฐานที่ได้ กำหนดขึ้นมาพอร์ต FireWire เป็นพอร์ตความเร็วสูง นิยมใช้ในกล้องวีดิโอดิจิทัล DV และกล้องถ่ายภาพดิจิทัลระดับสูง เนื่องจากมีความเร็วสูงถึง 400 ล้านบิตต่อวินาที (400Mbits/s) มีคุณสมบัติ Plug & Play สามารถต่ออุปกรณ์ได้ 63 ชิ้นต่อ 1 พอร์ต แต่ไม่เป็นที่นิยมใช้กับกล้องดิจิทัลเนื่องจากราคาแพงและคอมพิวเตอร์ทั่วไปมักจะไม่มีพอร์ต FireWire หากต้องการใช้ต้องติดตั้งการ์ด FireWire เพิ่มอีก

        3. USB port (Universal Serial Port) เป็นพอร์ตที่นิยมใช้กับกล้องดิจิทัลมากที่สุดในปัจจุบันเนื่องจากมีความเร็วสูง สามารถถ่ายโอนข้อมูลด้วยความเร็วสูงสุดที่ 12 ล้านบิตต่อวินาที(12Mbits/s) และมีคุณสมบัติ Hotplug คือสามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ผ่านทางพอร์ต USB  ได้ทันทีโดยไม่ต้องปิดเครื่องก่อน

4. Parallel Port เป็นการเชื่อมต่อสำหรับกล้องดิจิทัลรุ่นเก่า ๆ เพราะมีความเร็วต่ำในการส่งผ่านข้อมูล
ทำให้เสียเวลาในการ Upload และ Download ข้อมูลในแต่ละครั้งเป็นอย่างมาก จึงไม่เป็นที่นิยมใช้ มากนัก
5. Serial port เป็นพอร์ตแบบเก่า มีความเร็วในการเชื่อมต่อต่ำ นิยมใช้ต่อกับอุปกรณ์ที่ไม่ต้องการความเร็วมากนัก เช่น โมเด็ม และเมาส์ ความเร็วสูงสุดที่ทำได้อยู่ที่ 115,200 บิตต่อวินาที Serial port จะอยู่  บริเวณด้านหลังเครื่องคอมพิวเตอร์ มีลักษณะเป็นช่องสี่เหลี่ยมคางหมู มีขา 9 ขา (9 pin) อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับพอร์ตแบบนี้จะต้องรีสตาร์ตเครื่องก่อนคอมพิวเตอร์จึงจะสามารถมองเห็นอุปกรณ์ที่ต่ออยู่ได้ ทำให้ยุ่งยากในการใช้งาน จึงไม่เป็นที่นิยมใช้

6. SCSI Port เป็นการเชื่อมต่อโดยใช้การ์ด SCSI เป็นตัวกลางการเชื่อมต่อ มีความเร็วและเสถียรภาพใน
การทำงานสูง แต่มีค่าใช้จ่ายสูง

7. Card Adapter เป็นการเชื่อมต่อที่ต้องใช้การบันทึกแบบ Flash Memory สามารถถอดเปลี่ยนได้

    ถ่ายโอนข้อมูลผ่านทางเครื่องอ่าน Flash Memory หรือที่เรียกว่า Card Adapter ซึ่งกำลังได้รับความนิยมในขณะนี้เนื่องจากหาซื้อได้ง่าย การบำรุงรักษาไม่ยุ่งยาก และราคาไม่สูงนักกล้องดิจิทัลที่มีการบันทึกข้อมูลลงบนตัวเก็บข้อมูลประเภท Flash Memory สามารถโอนถ่ายข้อมูลได้ 2 แบบคือ การส่ง ข้อมูลโดยตรงจากกล้องเข้าคอมพิวเตอร์โดยตรง และการนำ Flash Memory มาอ่านข้อมูลผ่านทางเครื่องอ่าน Flash Memory ชนิดนั้น ๆ วิธีการรับ-ส่งข้อมูลจากกล้องดิจิทัลไปยังคอมพิวเตอร์นั้นเรียกว่า Download และ Upload การ Download เป็นการส่งข้อมูล เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์กำลังดึงข้อมูลมาจากกล้องดิจิทัล ส่วนการ Upload เป็นการส่งข้อมูลจากเครื่องคอมพิวเตอร์ไปยังกล้องดิจิทัล