ما هي وحدات الكاميرا؟

التعريف الأساسي
وحدة الكاميرا هي مكون وظيفي كامل يحول الصور البصرية إلى إشارات إلكترونية. إنها ليست مجرد عدسة أو شريحة واحدة، بل هي تجميعة مجمعة من المكونات الدقيقة. إنها المكون الأساسي الذي يتيح تسجيل الصور والفيديو في أجهزة مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر والسيارات وكاميرات الأمان.

يمكنك التفكير فيها على أنها قلب وعيون "الكاميرا الصغيرة"، المسؤولة عن جميع المهام الأساسية من "الرؤية" إلى "إنشاء الصور/مقاطع الفيديو الرقمية".

المكونات الرئيسية لوحدة الكاميرا
تتكون وحدة الكاميرا النموذجية عادةً من المكونات الرئيسية التالية:

العدسة

الوظيفة: مسؤولة عن تجميع الضوء، وتعمل كـ "عين" الكاميرا. تتكون عادةً من عدسات متعددة (بلاستيكية أو زجاجية) لتصحيح التشوهات وتركيز الضوء.

المعلمات الرئيسية: البعد البؤري، فتحة العدسة (رقم F).

مستشعر الصورة

الوظيفة: هذا هو "قلب" و "دماغ" الوحدة. يقوم بتحويل الإشارات الضوئية التي تلتقطها العدسة إلى إشارات كهربائية. إنه المكون الأكثر أهمية في تحديد جودة الصورة (مثل الدقة والضوضاء والنطاق الديناميكي).

الأنواع: هناك نوعان رئيسيان: CCD (جهاز مقترن بالشحن، يستخدم بشكل أساسي في التطبيقات الاحترافية المتطورة) و CMOS (أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة التكميلية، وهي الشكل السائد حاليًا في الإلكترونيات الاستهلاكية نظرًا لانخفاض استهلاكها للطاقة وتكلفتها المنخفضة وسرعتها العالية).

مرشح الأشعة تحت الحمراء

الوظيفة: يتم تثبيته عادةً بين العدسة والمستشعر. يتراوح نطاق طول موجة الضوء المرئي للعين البشرية من 380 نانومتر إلى 780 نانومتر، كما أن المستشعرات حساسة أيضًا للأشعة تحت الحمراء. سيؤدي عدم تصفية ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى ظهور لون (عادةً لون أحمر) في الصور الملتقطة. يقوم مرشح الأشعة تحت الحمراء بحجب ضوء الأشعة تحت الحمراء ويسمح فقط بمرور الضوء المرئي، مما يضمن إعادة إنتاج الألوان بدقة.

محرك الملف الصوتي

الوظيفة: يستخدم لقيادة العدسة وتحقيق التركيز. من خلال تغيير حجم واتجاه التيار المتدفق عبر الملف، يتم التحكم بدقة في موضع العدسة من الأمام إلى الخلف، مما يضمن تركيزًا واضحًا على المستشعر.

الأنواع: محرك الحلقة المفتوحة، محرك الحلقة المغلقة، محرك المعدن ذو الذاكرة، وما إلى ذلك، مع أنواع مختلفة تقدم سرعات ودقة تركيز مختلفة.

الركيزة والموصل

الوظيفة: يوفر الدعم المادي والتوصيلات الكهربائية لمستشعر الصورة والمكونات الإلكترونية الأخرى. يتصل باللوحة الأم للجهاز عبر لوحة دائرة مرنة أو موصل، وينقل البيانات والطاقة وإشارات التحكم.

القاعدة والحامل

الوظيفة: يؤمن ويجمع بدقة جميع المكونات المذكورة أعلاه معًا، مما يضمن المحاذاة البصرية وحماية المكونات الداخلية الدقيقة من الغبار والصدمات والتداخل الكهرومغناطيسي.

سير عمل وحدة الكاميرا

عملية التصوير المبسطة هي كما يلي:

الضوء → العدسة (تركز الضوء) → مرشح الأشعة تحت الحمراء (يقوم بتصفية ضوء الأشعة تحت الحمراء) → مستشعر الصورة (يحول الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية) → ISP الداخلي أو الشريحة الرئيسية (يعالج الإشارات الكهربائية، مثل تقليل الضوضاء وتصحيح الألوان والضغط) → الصورة/الفيديو الرقمي النهائي

المؤشرات الفنية الرئيسية لوحدات الكاميرا
تُستخدم المؤشرات التالية بشكل عام لتقييم جودة وحدة الكاميرا:

حجم المستشعر:يعبر عنه عادةً بالبوصة (مثل 1/1.7") أو الطول القطري. كما يقول المثل، "المستشعر الأكبر يعني المزيد"، المستشعر الأكبر يعني عمومًا جودة صورة أفضل وضوضاء أقل وتحسين تأثير البوكيه.

حجم البكسل:الحجم المادي للبكسل الواحد، مقاسًا بالميكرونات (µm). باستخدام نفس التكنولوجيا، تلتقط وحدات البكسل الأكبر حجمًا ضوءًا أكثر وتوفر أداءً أفضل في الإضاءة المنخفضة.

طرق التركيز:تشمل الطرق الشائعة اكتشاف الطور والتباين والتركيز بالليزر، مما يؤثر على سرعة التركيز ودقته.

تثبيت الصورة البصرية:يعوض عن اهتزاز اليد عن طريق تحريك العدسة أو المستشعر، مما يحسن جودة الصورة واستقرار الفيديو.

التطبيقات:وحدات الكاميرا منتشرة في كل مكان، وتشمل التطبيقات، على سبيل المثال لا الحصر:

الهواتف الذكية:أكبر سوق لوحدات الكاميرا، من الكاميرات المتعددة المثبتة في الخلف إلى كاميرات السيلفي الأمامية.

السيارات:تستخدم لكاميرات الرؤية الخلفية، والرؤية المحيطة بزاوية 360 درجة، وأنظمة الإدراك البصري للقيادة الذاتية (ADAS)، وكاميرات القيادة.

المراقبة الأمنية:كاميرات الويب، الدوائر التلفزيونية المغلقة، إلخ.

أجهزة الكمبيوتر المحمولة/الأجهزة اللوحية:تستخدم لمكالمات الفيديو.

المعدات الطبية:مناظير، كاميرات الأسنان، إلخ.

الفحص الصناعي:رؤية الآلة للكشف عن عيوب المنتج، والقياس الأبعاد، والتعرف على الرموز الشريطية، إلخ.

أجهزة إنترنت الأشياء:أجراس الأبواب الذكية، الطائرات بدون طيار، أجهزة الواقع المعزز/الواقع الافتراضي، إلخ.

باختصار، وحدة الكاميرا هي نظام تحويل كهروضوئي متكامل للغاية. إنها أكثر من مجرد عدسة أو مستشعر؛ إنها تشمل مزيجًا معقدًا من البصريات والميكانيكا والإلكترونيات وخوارزميات البرامج. يتم التقاط كل صورة وفيديو رقمي نراها في حياتنا اليومية وتحويلها أولاً بواسطة هذه الوحدة الصغيرة.