Posts
പാഠം 4 - ഡിജിറ്റല്‍ ചിത്രങ്ങള്‍
ക്യാമകള്‍ ഫിലിം യുഗത്തില്‍നിന്നും ഡിജിറ്റല്‍ ടെക്നോളജിയിലേക്ക്‌ വളര്‍ന്നപ്പോള്‍ ഏറ്റവും പ്രധാനമായ പരിണാമം സംഭവിച്ചത്‌ ഫിലിമിനുതന്നെയാണ്‌. അതായത്‌, ഫിലിം ക്യാമറകളില്‍ ചിത്രം പിടിച്ചിരുന്നത്‌ ഫിലിമുകളായിരുന്നുവെങ്കില്‍, ഇന്ന് ഡിജിറ്റല്‍ ക്യാമറകളില്‍ ആ ജോലി നിര്‍വ്വഹിക്കുന്നത്‌ ഡിജിറ്റല്‍ ഇമേജ് സെന്‍സറുകളാണ്‌ (Digital image sensors). ഫിലിമുകള്‍ക്കും ഡിജിറ്റല്‍ സെന്‍സറുകള്‍ക്കും തമ്മിലുള്ള ഒരു പ്രധാന വ്യത്യാസം, ഒരു ഫിലിം ഒരു ഫോട്ടോ എടുക്കാന്‍ മാത്രമേ ഉപകരിച്ചിരുന്നുള്ളൂ എന്നതാണ്; എന്നാല്‍ ഡിജിറ്റല്‍ സെന്‍സറുകള്‍ ക്യാമറയുടെ തന്നെ ഒരു ഭാഗമാണ്‌. അവയില്‍ പതിയുന്ന ഇമേജുകളെ അനുയോജ്യമായ ഒരു സ്റ്റോറേജ്‌ സംവിധാനത്തിലേക്ക്‌ (ഉദാഹരണം: ക്യാമറയിലെ മെമ്മറി കാര്‍ഡുകള്‍) മാറ്റിയശേഷം വീണ്ടും വീണ്ടും ഫോട്ടോകള്‍ എടുക്കുന്നതിനായി ഉപയോഗിക്കാം എന്നതാണ് ഡിജിറ്റല്‍ സെന്‍സറുകളുടെ മെച്ചങ്ങളില്‍ ഒന്ന്.
ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ ഇമേജ് സെന്‍സര്‍
പിക്സലുകള്‍:
ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ ചിത്രം എങ്ങനെയാണ്‌ രൂപപ്പെടുത്തുന്നത്‌ എന്നു നോക്കാം. ഒരു ഫോട്ടോയുടെ ഡിജിറ്റല്‍ രൂപരേഖയാണ്‌ ഡിജിറ്റല്‍ ചിത്രം എന്നു ചുരുക്കത്തില്‍ പറയാം. ഈ ഡിജിറ്റല്‍ രൂപരേഖയില്‍ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന വിവരങ്ങള്‍ ഒരു ഡിസ്‌പ്ലേ സ്ക്രീന്‍ അല്ലെങ്കില്‍ പ്രിന്ററിലേക്ക്‌ സന്നിവേശിപ്പിക്കുമ്പോള്‍ ചിത്രം നമുക്ക്‌ കാണാവുന്ന രീതിയിലായി മാറുന്നു. ഓരോ ഡിജിറ്റല്‍ ചിത്രവും ആയിരിക്കണക്കിന്‌ ചെറുകഷ്ണങ്ങള്‍ ചേര്‍ന്ന് ഉണ്ടായവയാണ്‌. സാങ്കേതികമായി ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ ചിത്രത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ കഷ്ണത്തെ പിക്സല്‍ (PIXEL) എന്നു വിളിക്കുന്നു. Picture Element എന്നീ വാക്കുകളുടെ ആദ്യത്തെ ചില അക്ഷരങ്ങള്‍ ചേര്‍ത്താണ്‌ പിക്സല്‍ എന്ന വാക്കുണ്ടാക്കിയിരിക്കുന്നത്‌. താഴെക്കൊടുത്തിരിക്കുന്ന ചിത്രം നോക്കിയാല്‍ ഇത് എളുപ്പത്തില്‍ മനസ്സിലാക്കാന്‍ സാധിക്കും (വലുതാക്കിക്കാണുന്നതിന് ചിത്രത്തില്‍ ക്ലിക്ക് ചെയ്യുക).
ഇടത്തേയറ്റത്തെ ചിത്രത്തില്‍ ചതുരാകൃതിയില്‍ മാര്‍ക്ക്‌ ചെയ്തിരിക്കുന്ന സ്ഥലം മാത്രം എന്‍ലാര്‍ജ്‌ ചെയ്തതാണ്‌ രണ്ടാമത്തെ ചിത്രത്തില്‍ - അതുതന്നെ വീണ്ടും എന്‍ലാര്‍ജ്‌ ചെയ്തതാണ്‌ മൂന്നാമത്തെ ചിത്രത്തില്‍. മൂന്നാമത്തെ ചിത്രത്തിലെ ചെറുചതുരങ്ങള്‍ കണ്ടുവോ? അവയാണ്‌ ആ ചിത്രത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ ചതുരങ്ങള്‍ അഥവാ പിക്സലുകള്‍. ആ ചിത്രത്തിലെ ഓരോ പിക്സലും ഒരു പ്രത്യേക നിറവും, ആ നിറത്തിലെ ലൈറ്റിന്റെ തീവ്രതയും (intensity, brightness) മാത്രമേ കാണിക്കുന്നുള്ളൂ എന്നു ശ്രദ്ധിക്കുക. ഇപ്രകാരം ഓരോ പിക്സലുകളും അതാതിന്റെ നിറവും, തീവ്രതയും കാണിക്കുന്നു. ഇങ്ങനെയുള്ള ആയിരക്കണക്കിനു പിക്സലുകള്‍ കൂടിച്ചേരുമ്പോഴാണ് ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ ചിത്രം ഉണ്ടാകുന്നത്.
ഇപ്രകാരം ഒരു ചിത്രത്തില്‍ എത്ര പിക്സലുകള്‍ ഉണ്ട് എന്നകാര്യമാണ് പിക്സല്‍ കൌണ്ടില്‍ നാം സൂചിപിക്കുന്നത്. പത്തുലക്ഷം എന്നനമ്പറിനെ കുറിക്കുന്ന വാക്കാണ് “മെഗാ” എന്നത്. അപ്പോള്‍ 6 മെഗാപിക്സല്‍ എന്നുപറഞ്ഞാല്‍ ചിത്രത്തില്‍ ആകെ അറുപതുലക്ഷം പിക്സലുകള്‍ ഉണ്ട് എന്നര്‍ത്ഥം.
ഇവിടെ ശ്രദ്ധിക്കേണ്ട ഒരു വസ്തുത, ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റയിലെ പിക്സലുകള്‍ക്ക് ഒരു നിശ്ചിത “വലിപ്പം“ ഇല്ല എന്നതാണ് - നിറം, പ്രകാശതീവ്രത എന്നിവയുടെ വിവരങ്ങള്‍ മാത്രമാണ് പിക്സല്‍ ഡേറ്റയില്‍ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നത്. ഒരു സ്ക്രീനിലേക്കോ പേപ്പറിലേക്കോ ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ ചിത്രത്തെ പതിപ്പിക്കുമ്പോള്‍, ഒരു നിശ്ചിത നീളത്തില്‍ എത്ര പിക്സല്‍ എന്നൊരു കണക്ക് നാം നല്‍കാറുണ്ട്. ഉദാഹരണം 300 pixel per inch . ചിത്രത്തിലെ ഓരോ ഇഞ്ചു നീളത്തിലും 300 പിക്സലുകളുടെ വിവരങ്ങള്‍ കാണാം എന്നു സാരം.
ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റ:
ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റാ എന്നാല്‍ എന്താണെന്ന് എന്നറിയാത്തവര്‍ക്കായി അതേപ്പറ്റി ഒരല്‍പ്പം ഇവിടെ പറയട്ടെ. വെളിച്ചം, ശബ്ദം, തുടങ്ങിയ ഊര്‍ജ്ജരൂപങ്ങളെ പ്രത്യേകരീതിയില്‍ ക്രമീകരിച്ച അക്കങ്ങളുടെ ശ്രേണികളായി രേഖപ്പെടുത്തിവയ്ക്കുന്ന സാങ്കേതിക വിദ്യയാണ്‌ ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റാ എന്ന വാക്കുകൊണ്ട്‌ ഉദ്ദേശിക്കുന്നത്‌. ബൈനറി നമ്പറുകള്‍ എന്ന സംഖ്യാക്രമീകരണ രീതിയിലാണ്‌ സാധാരാണ ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റാ സൂക്ഷിച്ചു വയ്ക്കുന്നത്‌. നാം സാധാരണ ഉപയോഗിക്കുന്ന 0,1,2,3,4 ....8, 9 എന്ന സംഖ്യാ ശ്രേണിയെ ഡെസിമല്‍ സിസ്റ്റം എന്നാണു വിളിക്കുന്നത്‌. എന്നാല്‍ കമ്പ്യൂട്ടറുകളില്‍ ഈ രീതിയിലുള്ള സംഖ്യാ ശ്രേണിയല്ല ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌. ബൈനറി നമ്പറുകളാണ്‌. ബൈനറി നമ്പര്‍ എന്ന പേരു കേട്ട്‌ വിഷമിക്കേണ്ട. 0, 1 എന്നീ രണ്ടു നമ്പറുകള്‍ മാത്രമേ ബൈനറി ശ്രേണിയിലുള്ളൂ. ഈ രണ്ടു നമ്പരുകള്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ മറ്റേതു ഡെസിമല്‍ നമ്പറുകളേയും എഴുതാം (ഉദാഹരണം 1=1, 2=10, 3=11, 4=100, 5=101, 6=110...... 10=1010).
ഇങ്ങനെയുള്ള ബൈനറി നമ്പറുകള്‍ കുറുകെയും നെടുകെയുമായി നിരത്തി എഴുതിവച്ചിരിക്കുന്ന കള്ളികളുള്ള ഒരു പ്രതലം മാത്രമാണ് ഏതു ഡിജിറ്റല്‍ ഇമേജ് ഡാറ്റയും. ചുരുക്കത്തില്‍ നാം ഒരു മനോഹര ചിത്രം കംപ്യൂട്ടര്‍ മോനിറ്ററില്‍ കാണുമ്പോള്‍, കംപ്യൂട്ടറിനെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം അത്‌ നിറവും, ഭംഗിയും ഒന്നുമില്ലാത്ത കുറേ പൂജ്യങ്ങളും ഒന്നുകളും മാത്രമാണെന്നു സാരം. ചിത്രത്തിലെ ഓരോ പിക്സലിന്റെയും മൂല്യത്തെക്കുറിക്കുന്നവയായിരിക്കും ഈ അക്കങ്ങളോരോന്നും. ഈ അക്കങ്ങളുടെ മൂല്യം അനുസരിച്ച്‌ മോനിറ്ററില്‍ ചിത്രം പ്രത്യക്ഷമാകുന്ന അത്രയും സ്ഥലത്തെ പിക്സലുകളുടെ നിറവും, പ്രകാശതീവ്രതയും (brightness) വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുകയാണ്‌ കമ്പ്യൂട്ടര്‍ ചെയ്യുന്നത്‌. അപ്പോള്‍ ചിത്രം നമുക്ക്‌ അനുഭവേദ്യമായിത്തീരുന്നു.
ഫോട്ടോഷോപ്പ്‌ പോലെയുള്ള ഇമേജ് എഡിറ്റിംഗ്‌ സോഫ്റ്റ്‌ വെയറുകളില്‍ നാം ഒരു ഫോട്ടോ റൊട്ടേറ്റ്‌ ചെയ്യുമ്പോള്‍, ഫ്ലിപ്പ് ചെയ്യുമ്പോള്‍, അല്ലെങ്കില്‍ ഒരു ഭാഗം കോപ്പി പേസ്റ്റ്‌ ചെയ്യുമ്പോള്‍, അതുമല്ലെങ്കില്‍ ആ ഫോട്ടോയുടെ കളറുകള്‍ മാറ്റുമ്പോള്‍ ഒക്കെ കംപ്യൂട്ടര്‍ എന്തായിരിക്കും ചെയ്യുന്നത്‌ എന്നാലോചിച്ചു നോക്കൂ. ഈ അക്കങ്ങളുടെ ക്രമീകരണത്തെ അതിനനുസരിച്ച്‌ കമ്പ്യൂട്ടര്‍ മാറ്റുന്നു. പക്ഷേ ഒന്നോര്‍ക്കുക, ഒരു ചിത്രതിന്റെ ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റയില്‍ ദശലക്ഷക്കണക്കിന്‌ പൂജ്യങ്ങളും ഒന്നുകളും കണ്ടേക്കാം എന്ന വസ്തുത. അവയൊക്കെയും നിമിഷങ്ങള്‍ക്കുള്ളില്‍ മാറ്റിമറിച്ചെഴുതുവാന്‍ സഹായിക്കുന്നത്‌ കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ പ്രോസസറുകളുടെ സ്പീഡ് ആണ്!
ഇപ്രകാരമുള്ള ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റാ കോപ്പിചെയ്യുമ്പോള്‍ യഥാര്‍ത്ഥത്തില്‍ ഈ അക്കങ്ങളുടെ ക്രമീകരണം മാത്രമാണ് കമ്പ്യൂട്ടര്‍ കോപ്പിചെയ്യുന്നത്‌. അതുകൊണ്ടാണ്‌ നാം ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ ഇമേജ് അല്ലെങ്കില്‍ ഡിജിറ്റല്‍ മ്യൂസിക്‌ ഫയല്‍ കോപ്പി ചെയ്യുമ്പോള്‍ അതിന്റെ ക്വാളിറ്റിയില്‍ ഒരു മാറ്റവും സംഭവിക്കാത്തത്‌. എന്നാല്‍ പണ്ട്‌ വീഡിയോ ടേപ്പുകളും, ഓഡിയോ കാസറ്റുകളും മറ്റും കോപ്പിചെയ്യ്തിരുന്നത്‌ ഓര്‍ക്കുന്നുണ്ടോ? അവയൊന്നും ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റാ അല്ലായിരുന്നു. അതിനാല്‍ത്തന്നെ ഓരോ കോപ്പി കഴിയുംതോറും ക്വാളിറ്റിയിലും കുറവു സംഭവിച്ചിരുന്നു. ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റാ എന്നാല്‍ എന്തെന്ന് ഏകദേശ ധാരണയായിക്കാണുമല്ലോ?
ഇമേജ് സെന്‍സറുകള്‍
ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ ക്യാമറയിലെ ലെന്സ് ഉണ്ടാക്കുന്ന പ്രതിബിംബം ഡിജിറ്റല്‍ ഇമേജ് സെന്‍സറിലേക്കാണു വീഴുന്നത്‌ എന്നു ഇതിനു മുമ്പുള്ള പോസ്റ്റില്‍ പറഞ്ഞിരുന്നുവല്ലോ? ഇങ്ങനെ വീഴുന്ന പ്രതിബിംബത്തിലെ പ്രകാശ ഊര്‍ജ്ജത്തെ മേല്‍പ്പറഞ്ഞരീതിയിലുള്ള ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റായാക്കി മാറ്റാന്‍ ക്യാമറയിലെ ചെറിയ കമ്പ്യൂട്ടര്‍ പ്രോസസറിനെ സഹായിക്കുകയാണ്‌ യഥാര്‍ത്ഥത്തില്‍ ഡിജിറ്റല്‍ സെന്‍സര്‍ ചെയ്യുന്നത്‌. എങ്ങനെയാണ്‌ ഡിജിറ്റല്‍ സെന്‍സര്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത്‌ എന്നു നോക്കാം. സൂര്യപ്രകാശം കൊണ്ടു പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ഹീറ്ററുകള്‍, വൈദ്യുതവിളക്കുകള്‍ തുടങ്ങിയവ കണ്ടിട്ടില്ലേ, അവയുടെയെല്ലാം ഒപ്പം സൂര്യപ്രകാശത്തിലേക്ക്‌ തുറന്നിരിക്കുന്ന കറുപ്പുനിറത്തിലുള്ള ഒരു വലിയ പാളി ശ്രദ്ധിച്ചിട്ടുണ്ടാവും. ഈ പാളിയില്‍ പതിക്കുന്ന പ്രകാശത്തെ വൈദ്യുത തരംഗങ്ങളാക്കി മാറ്റാന്‍ ശേഷിയുള്ള ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക്‌ സെല്ലുകള്‍ ഉണ്ട്. ഏകദേശം ഇതേ രീതിയില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന വളരെ ചെറിയ ലക്ഷക്കണക്കിനു ഫോട്ടോസെല്ലുകള്‍ ചേര്‍ത്തുണ്ടാക്കിയിരിക്കുന്ന പ്രതലങ്ങളാണ്‌ സെന്‍സറുകള്‍. (പക്ഷേ പ്രവര്‍ത്തന രീതിയില്‍ വളരെ വ്യത്യാസമുണ്ട്‌).
സെന്‍സറിന്റെ പ്രവര്‍ത്തനരീതിയിലേക്ക്‌ കൂടുതലായി കടക്കുന്നതിനുമുമ്പ്‌ പ്രകാശത്തെപ്പറ്റി അല്‍പം കാര്യങ്ങള്‍ അറിഞ്ഞിരിക്കേണ്ടതുണ്ട്‌. പ്രകാശത്തെപ്പറ്റിയുള്ള ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തം അനുസരിച്ച്‌ ഒരു പ്രകാശരശ്മി എന്നത് അനേകം ഫോട്ടോണുകള്‍ ചേര്‍ന്നതാണ്‌. ഫോട്ടോണുകള്‍ എന്നാല്‍ ലളിതമായി പറഞ്ഞാല്‍ വളരെ ചെറിയ ഊര്‍ജ്ജപ്പൊതികള്‍ (energy packets) ആണ്. ഇങ്ങനെ ഒരു ചാറ്റല്‍മഴപോലെ പതിച്ചുകൊണ്ടേയിരിക്കുന്ന ഒരു ഫോട്ടോണ്‍ മഴയാണ്‌ പ്രകാശം. ഈ ഫോട്ടോണുകള്‍, ഫോട്ടോസൈറ്റുകള്‍ എന്നറിയപ്പെടുന്ന പ്രകാശസംവേദകപ്രതലങ്ങളില്‍ (light sensitive diodes) പതിക്കുമ്പോള്‍ ഒരു ചെറിയ ഇലക്ട്രിക്ക്‌ ചാര്‍ജ്ജ്‌ അവിടെ രൂപപ്പെടുന്നു. ഈ ചാര്‍ജ്ജുകളുടെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകളെ ഒരു പ്രോസസര്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ അവലോകനം ചെയ്ത്‌ റിക്കോര്‍ഡുചെയ്തുവയ്ക്കാന്‍ സാധിക്കും - ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റായായി. താഴെക്കൊടുത്തിരിക്കുന്ന ചിത്രം നോക്കൂ.
ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ സെന്‍സര്‍ എങ്ങനെയാണ്‌ പ്രകാശത്തെ റിക്കോര്‍ഡ്‌ ചെയ്യുന്നത്‌ എന്നുകാണിക്കുന്ന രേഖാചിത്രമാണത്‌. ഒരു പരന്ന പ്രതലത്തില്‍ കുറേ പാത്രങ്ങള്‍ മഴവെള്ളം ശേഖരിക്കാനായി നിരത്തിവച്ചിരിക്കുന്നതായി സങ്കല്‍പ്പിക്കുക. ഈ പ്രതലമാണ്‌ സെന്‍സര്‍. ഇവിടെ നിരന്നിരിക്കുന്ന പാത്രങ്ങള്‍ ഫോട്ടോസൈറ്റുകളും. ഓരോ പാത്രങ്ങളും ഓരോ പിക്സലുകളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ഇവിടെ മഴത്തുള്ളികള്‍ക്കു പകരം ഫോട്ടോണ്‍ മഴ - പ്രകാശമഴ- യാണെന്ന വ്യത്യാസമുണ്ട്‌. നാം ഒരു ഫോട്ടോ എടുക്കാനായി ക്യാമറയുടെ ഷട്ടര്‍ റിലീസ്‌ ബട്ടണ്‍ അമര്‍ത്തുമ്പോള്‍ ഷട്ടര്‍ ഒരു നിശ്ചിത സമയത്തേക്ക്‌ തുറന്നടയുന്നു. ഈ സമയത്തിനുള്ളില്‍ ഓരോ പാത്രത്തിലും (ഫോട്ടോസൈറ്റിലും) വന്നുവീഴുന്ന ഫോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണം കണക്കാക്കി അതിനെ ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റയാക്കി മാറ്റാം. സ്വാഭാവികമായും കൂടുതല്‍ പ്രകാശമുള്ള ഭാഗങ്ങളില്‍നിന്ന് കൂടുതല്‍ ഫോട്ടോണുകളും, കുറച്ചു പ്രകാശമുള്ള ഭാഗത്തുനിന്നും കുറച്ചു ഫോട്ടോണുകളും മാത്രമേ ഫോട്ടോസൈറ്റുകളില്‍ വീഴുകയുള്ളൂ. അവയെ ഉടനടി ക്യാമറയുടെ പ്രോസസര്‍ എണ്ണിത്തിട്ടപ്പെടുത്തി ഒരു ഡിജിറ്റല്‍ ഡാറ്റയാക്കിമാറ്റുന്നു. ഇങ്ങനെയാണ് ക്യാമറ ഡിജിറ്റല്‍ ചിത്രം എടുക്കുന്നത്.
ഈ ഉദാഹരണത്തില്‍ നിന്നും ഒരുകാര്യം മനസ്സിലാക്കാവുന്നത്, ഫോട്ടോണ്‍ മഴ ശേഖരിക്കാനായി വച്ചിരിക്കുന്ന പാത്രങ്ങളുടെ (ഫോട്ടോസൈറ്റുകളുടെ) വലിപ്പം അല്ലെങ്കില്‍ വിസ്തൃതിക്ക് ഇവിടെ വലിയ പ്രാധാന്യമുണ്ട് എന്നതാണ്. അവയുടെ എണ്ണത്തിലല്ല, വലിപ്പത്തിലാണ് ഫോട്ടോയുടെ ക്വാളിറ്റി നിശ്ചയിക്കപ്പെടുന്നത്. സെന്‍സറുകളുടെ സാങ്കേതികവിദ്യ ലളിതമായി ഇങ്ങനെ മനസ്സിലാക്കാമെങ്കിലും, അവയുടെ പ്രവര്‍ത്തനം വളരെ സങ്കീര്‍ണ്ണമാണ്‌. അതിനെപ്പറ്റി വിശദമായി അടുത്ത പോസ്റ്റില്‍ ചര്‍ച്ചചെയ്യാം.
Camera, Canon, Nikon, Fujifilm, Olympus, Kodak, Casio, Panasonic, Powershot, Lumix, Digital Camera, SLR, Megapixel, Digital SLR, EOS, SONY, Digial zoom, Optical Zoom
