ما هي الالية التي يتم فيها التيميز بين درجات اللون المرئي الملتقطة بواسطة المستشعرات

[عبادة مالك]

مبدأ عمل الكاميرا الرقمية هو :

تحتوي الكاميرات الرقمية بدلاً عن الفيلم على مجسات ضوئية (Sensors) والتي تعتمد فكرة عملها على تحويل الضوء لشحنات كهربية
واكثر تقنيات المجسات الضوئية انتشاراً في الكاميرات الرقمية هي تقنية Charged Coupled Device وتختصر بـ (CCD) أو (العنصر مزدوج الشحنة).و بالرغم من ان بعض الكاميرات الرقمية تستخدم تقنية المجسات الضوئية CMOS (Complementary Metal Oxide Semi Conductor) (شبه موصل معدن الاكسيد المتمم) بدلاً عن الـ (CCD) إلا أن كلا التقنيتين CCD أو CMOS تقومان بتحويل فوتونات الضوء إلى الكترونات. وتتكون المجسات من شبكة مصفوفات ثنائية الابعاد تحوي الملايين من الخلايا وكل خلية عبارة عن عنصر الصورة الذي يسمى PIXEL وهي اختصار لكلمة Picture elements.

يقوم كل مجس بتحويل الضوء إلى الكترونات فكلما كانت كمية الضوء أكبر كلما كانت كمية الشحنة المتحررة (الإلكترونات) أكبر وعن طريق قراءة الشحنة المتراكمة في كل خلية يمكن للميكروبروسيسور من إعادة بناء الصورة.
.................................................. ....
كيف تلتقط الكاميرا الرقمية الألوان
تعتبر المجسات الضوئية في الكاميرا الرقمية غير مدركة للألوان ولا تميزها، وذلك لأن فكرة عمل هذه المجسات هي قياس شدة الضوء وتحويله إلى شحنات كهربية. ولكي يتم التقاط الصورة بكامل ألوانها فانه لابد من استخدام مرشحات (filtering) للضوء بحيث يكون لكل لون من الألوان الأساسية مرشح خاص به، فمثلا المرشح الأحمر هو عبارة عن شريحة زجاجية ذات لون أحمر تسمح بدخول اللون الأحمر وتمنع باقي الألوان وكذلك بالنسبة للون الأزرق يستخدم مرشح أزرق ونفس الشيء بالنسبة للون الأخضر يستخدم مرشح أخضر، وبمجرد التقاط الكاميرا الصورة لأي مشهد فإنه يتم تحليل ألوان هذا المشهد إلى الألوان الأساسية الثلاث (الأخضر والأزرق والأحمر) ومن ثم يتم تجميعها للحصول على المشهد بكافة ألوانه.

.........................
هذا كله هو مبدأ عمل الكاميرا الرقمية التي نصور بها انفسنا ونصور العائلة والذكريات ...
سؤالي :
ماهو علاقة شدة الضوء بلون الضوء ..فالضوء كما ذكر انفا يمر من خلال المرشحات ولناخذ مثلا مرشح اللون الاخضر فانه يسمح بمرور موجة وطيف اللون الاخضر فقط ..هنا اذا كانت شدة الضوء كبيرة (اي عدد فوتونات كبيرة, أي كمية ضوء كبيرة ) فانه يحرر شحنة اكبر ( اي عدد الكترونات اكبر ) فهل هنا يصبح اللون الاخضر هو اخضر فاتح ام غامق ..وعلى فرض ان كمية الضوء قليلة فيقوم مرشح اللون الاخضر بتميرير موجة اللون الاخضر فهنا هل نحصل على لون اخضر غامق ام ماذا ...والامر الاخر ..نحن نعرف ان طاقة الضوء هي تردد الضوء ضرب ثابت بلانك ..فهل تردد اللون الاخضر الفاتح اكبر من تردد الاخضر الغامق ...والذي انا استغربه ان معرفة اللون هي حسب طاقته وليس حسب شدته اي شدة الضوء ..وحسب الشرح انف الذكر انه يتم تجميع الا لوان الرئيسية الثلاثة بعد المرشحات للحصول على اللون الحقيقة الذي يمثل الهدف الذي قمنا بتصويره ...فكيف يتم التفريق بين الاخضر الغامق او الفاتح او الاخضر المائل للون الاصفر مثلا ..هل شدة الضوء (أي شدة موجة الضوء الاخضر الذي يت امراره عبر مرشح اللون الاخضر ) هي التي تحدد درجات اللون الاخضر فيما اذا كان فاتح او غامق او او او ..أم ان طاقة الموجة هي التي تحدد ذلك ......حتى هذه اللحظة لم اجد شرح له ...
وحسب معرفتي المتواضعة فان مبدأ عمل مجسات الاستشعار تختلف قليلا بحيث ان المستشعر يملك موشور يقوم يتحليل الضوء ...أليس كذلك ..فانا اردت ربط مبدأ عمل الكاميرا الرقمية لكي افهم مبدأ عمل المستشعر ...والذي اريده بالتحديد كيف يفهم الحاسب او المستشعر ان هذا اللون اخضر غامق او فاتح او اخضر ليموني او اي لون من درجات اللون الاخضر ....

[د. وسام محمد]

عزيزي عبادة
لقد لاقيت مثل هذا السؤال أكثر من مرة، وسببه دوماً هو الخلط بين الفهم التقليدي للألوان كما نستخدمه مثلاً في مناقشة لوحة لمحمود سعيد أو أدهم وانلي وبين فهم اللون والضوء فهماً علمياً مجرداً، وأنا لا أنكر عليك هذا الخلط ولا على غيرك فكلنا عندما بدأنا دارسة الاستشعار من بعد والتحليل الرقمي لبياناته مررنا بنفس التجربة.
من التجارب العلمية الشهيرةالتي قمنا بها جميعاً في دراستنا الأولية تجربة نيوتن لمنشور الزجاج (*)، وهي التجربة التي نسمح فيها لشعاع من الضوء بالسقوط على منشور زجاجي ليتحلل لمركباته الأصلية أو الألوان السبعة المشهورة. هذه التجربة لها بيان آخر حيث يتم إمرار الضوء من فتح ضيقة أشبه بتلك التي تصنعها بواسطة موسى في قطعة من الورق المقوى، ويمرر الضوء من منشور ثم يمرر الشعاع الناتج من مشور ثاني والنتيجة أن المركبات السبعة يتم أختزالهم إلى ثلاثة ألوان فقط الأزرق والأخضر والأحمر، ومهما أضفت من منشورات زجاجية أضافية لن يتحلل الضوء إلى مركبات إضافية، وهو ما دفع العلماء إلى الأيمان بأن الضوء يتركب من هذه المركبات الثلاثة. ومن ثم تنشأ الألوان المختلفة من تداخل هذه الألوان بنسب مختلفة.
لكن ما هي طبيعة هذه المركبات نفسها؟ للإجابة عن هذا السؤال يجب أن نتوقف عند نظرية الكم Quantum Theory قليلاً. تقول نظرية الكم بأن الضوء هو سيال من جسيمات أولية elementary particles يطلق على الواحد منها الفوتون Photon. هذه الجسيمات تتحرر نتيجة زيادة طاقة الجسم المصدر للضوء - التيار الكهربي يرفع طاقة فتيلة المصباح المصنوعة من التنجستين مثلاً - هذه الجسيمات عقب تحررها من مصدرها تسلك سلوك موجياً يفسر جانب من مسلكها مثل الإنعكاس Reflection والإستطارة Scattering وغير ذلك. وعندما تصتطدم هذه الجسيمات بأي جسم فإن طاقتها الحركية تتحول إلى طاقة وضع تزيد من طاقة وضع الجسم الذي اصطتدمت به ومن ثم تفنى.
فالضوء إذا سيال من جسيمات ذات طبيعة موجية تسمى الفوتونات.
كيف إذا تنشأ الألوان؟ الألوان مجرد أحساس كاذب ينشأ في العقل البشري نتيجة انتقال كم من الطاقة إلى العين البشرية، يعرف العقل هذا الكم بأسم لون معين ومن ثم يقوم بتكوين الصورة في داخلة مستخدماً الشفرة اللونية التي يعرفها. تصور أنك فتحت صورة باستخدام Photoshop أو GIMP ثم قمت بتغيير الـ Color Map لها، ستظل الصورة نفسها وإن كنت سوف تستغرب شكلها، لكن تصور لو أن هذه الصورة تراها بهذا الشكل منذ ولدت، عندئذ سوف لا تستغربها. الذي يحدث أن كم الطاقة المسمى بالفوتون يصتطدم بالشبكية فينقل طاقة حركته إلى الشبكية والتي بدروها تحول هذه الطاقة إلى إشارة كهربية يحملها العصب البصري إلى القسم المسئول عن الإبصار في العقل الذي يبني ما نسميه بالصورة.
أما التباين اللوني الذي نراه فمصدره في المقام الأول التباين في كمات الطاقة التي تحملها الفوتونات، فالفوتونات تنبعث من مدارات الإلكترونات المتختلفة ومن ثم تحمل كمات من الطاقة مختلفة، وعندما تبدأ في رحلتها متنكرة في شكل موجة، فإن هذه الموجة يكون لها تردد يساوي طاقته مقسومة على ثابت. ولذلك تتباين الأطوال الموجية لمركبات الضوء.
تتحرك الفوتنونات في حزم تتصرف كأنها كم واحد من الطاقة نتيجة تداخل موجاتها، ومن ثم فإن الألوان الأخرى غير الألوان الأساسية تتكون، وهي التي نستخدم لتسميتها أسماء مختلفة من ضمنها مثلا الأخضرالفاتح والأخضر الغامق، فالأخضر الفاتح مثلاً يتكون من نسبة كبيرة من المركبة الخضراء ونسب أقل من المركبات الأزرق والأحمر (الحزمة التي سببت الإحساس باللون الأخضر الفاتح تضم نسبة أكبر من فوتونات لها تردد الضوء الأخضر) بينما الأخضر الغامق يتكون من نسبة ضئيلة من المركبة الخضراء.
أخيراً وقبل أن أنهي حديثي، الكاميرا الرقمية تقوم بعمليتين في آن واحد وهي عملية جمع البيانات ومن ثم تركيبها لتنتج منتج ملون للصورة، المجسات لا تقوم بهذا حيث يتم جمع البيانات الممثلة لنطاق محدد من الطيف الكهرومغانطيسي في مجموعة بيانات يطلق عليها اسم النطاق band أو القناة channel لذلك عند النظر لنطاق واحد من أي صورة من الصورة يظهر بتدريج اللون الرمادي وليس ملون، فهو عبارة عن مكون واحد وظهور لون يستلزم تراكل ألوان ثلاثة.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
هامش:
(*) للإفادة: التجربة المتداولة اليوم والمعروفة باسم تجربة نيوتن أول من قام بها ليس الفلكي البريطاني اسحق نيوتن ولكن العالم المسلم ابن الهيثم الذي عاش في الفترة بين 965 و 1040 ميلادي وقد ذكرها تفصيلاً في كتابه الشهير المناظر. وقد أطلع نيوتن على نسخة هذا الكتاب المترجمة إلى اللغة اللاتينية وهي النسخة المحفوظة اليوم في المتحف البريطاني في قسم مقتنيات نيوتن وعليها تعليقات بخط يده ممثا يثبت معرفته لما كانت تحتويه.

[عبادة مالك]

اشكرك جزيل الشكر ..الان توضحت الفكرة ..جزاك الله خيرا ..
فقط سؤال صغير ان تعيد لي شرح النظرية التي تم من خلاله معرفة ان الضوء يتألف من Rgb رئيسية .اي من خلال وضع موشورين ..اتمنى شرحها بشكل اوسع قليلا ومن هو صاحب الفكرة

[عبادة مالك]

بحثت مطولا عن كيفية تحلل الضوء عبر موشورين ليعطي الالوان الرئيسية Rgb فلم اجدها ..اتمنى من الاعضاء تزويدي بمعلومات اكثر عن التجربة

[د. وسام محمد]

اقرأ هذه المادة http://ioannis.virtualcomposer2000.com/spectroscope/amici.html
أو أبحث عن prism compression

[عبادة مالك]

اشكرك الدكتور وسام
لدي سؤال حول الانكسار وهو لماذا انكسار الضوء الازرق اكبر من انكسار الضوء الاحمر ..وقالوا ان السبب هو ان طول موجة الضوء الاحمر اكبر من طول موجة الضوء الازرق .فالتردد دائما ثابت ..فقط المتغير هو طول الموجة ..وقد كتبت برهانا ان طول اللون الاحمر= طول اللون الازرق في الفراغ ...فما الذي جعل زاوية انحراف اللون الازرق عبر الموشور اكبر من زاوية انحراف اللون الاحمر ...
.وقد كتبت موضوع وبحث وبراهين على شكل وورد حول موضوع معامل الانكسار للون الاحمر والازرق الا انني لم افلح في ايجاد سبب هذا الانحراف الكبير للون الازرق مقارنة مع اللون الاحمر ..
وهنا على الرابط البحث الصغير الذي قمت به انا لمحاولة ايجاد الحل
:
..http://www.tntup.com/file.php?file=2e33f691f2a38723f6c80b54d3cb49bb
وانقل لك هذا البحث الصغير
http://www.gisclub.net/vb/images/uploads/6886_269324adc425ced635.jpg
........

[عبادة مالك]

اسف على الخطا التالي (وقد كتبت برهانا ان طول اللون الاحمر= طول اللون الازرق في الفراغ)
والصح هو ان سرعة الضوء الاحمر في الفراغ تساوي سرعة الضوء الازرق في الفراغ

[محمد ابريك كروش]

باركم الله في الدكتور وسام وبالاخ عبادة لقد استفدنا من مداخلاتكم

[عبادة مالك]

قبل ان يصلح الموضوع طي النسيان اكرر السؤال :
اشكرك الدكتور وسام
لدي سؤال حول الانكسار وهو لماذا انكسار الضوء الازرق اكبر من انكسار الضوء الاحمر ..وقالوا ان السبب هو ان طول موجة الضوء الاحمر اكبر من طول موجة الضوء الازرق .فالتردد دائما ثابت ..فقط المتغير هو طول الموجة ..وقد كتبت برهانا ان طول اللون الاحمر= طول اللون الازرق في الفراغ ...فما الذي جعل زاوية انحراف اللون الازرق عبر الموشور اكبر من زاوية انحراف اللون الاحمر ...
.وقد كتبت موضوع وبحث وبراهين على شكل وورد حول موضوع معامل الانكسار للون الاحمر والازرق الا انني لم افلح في ايجاد سبب هذا الانحراف الكبير للون الازرق مقارنة مع اللون الاحمر ..
وهنا على الرابط البحث الصغير الذي قمت به انا لمحاولة ايجاد الحل
:
..http://www.tntup.com/file.php?file=2...c80b54d3cb49bb
وانقل لك هذا البحث الصغير