Cara Kerja Kamera Digital

Beberapa puluh tahun terakhir ini, sebagian besar terobosan teknologi utama dalam dunia elektronik telah benar-benar menjadi bagian dari salah satu terobosan terbesar. Jika Anda perhatikan benda-benda seperti CD dan DVD serta MP3, semua dibuat dengan dasar yang sama, yaitu mengubah informasi analog konvensional menjadi informasi digital. Perubahan mendasar dalam teknologi benar-benar mengubah cara kita menangani informasi visual dan audio. Kamera digital adalah salah satu contoh yang paling luar biasa dari pergeseran ini karena benar-benar berbeda dari pendahulunya. Kamera konvensional bergantung sepenuhnya pada proses kimia dan mekanik, bahkan tidak perlu listrik untuk mengoperasikannya. Di sisi lain, semua kamera digital memiliki sejenis komputer pemroses dan semuanya merekam gambar secara elektronik.

Mungkin kamera yang menggunakan film masih memberikan kualitas gambar yang lebih baik, kamera digital belum sepenuhnya menggantikan kamera konvensional. Namun, seiring peningkatan teknologi digital imaging, kamera digital telah menjadi sangat populer dalam waktu singkat.

Dasar-Dasar Kamera Digital
Misalnya Anda ingin mengambil gambar dan mengirimkannya melalui e-mail ke teman. Untuk melakukannya, Anda perlu gambar yang diwakili dalam bahasa yang dikenali komputer, yaitu bit dan byte. Pada dasarnya, gambar digital hanya sekumpulan string panjang yang terusun dari angka 1 dan 0 yang mewakili semua titik-titik kecil berwarna atau piksel yang secara kolektif membentuk gambar.

Jika Anda ingin mengirimkan gambar digital, ada dua pilihan:

• Anda dapat mengambil foto menggunakan kamera film konvensional melalui proses film kimia, mencetaknya di atas kertas fotografi dan kemudian menggunakan scanner digital untuk mengambil gambar secara digital.
• Anda dapat langsung mengubah cahaya asli yang memantul dari subjek, memecah pola cahaya ke dalam serangkaian nilai-nilai pixel, dengan kata lain Anda dapat menggunakan kamera digital.

Pada tingkat yang paling dasar, inilah cara kerja kamera digital. Sama seperti kamera konvensional, kamera digital memiliki serangkaian lensa yang memfokuskan cahaya untuk membuat gambar. Tapi bukannya memfokuskan cahaya ini ke sepotong film, tapi berfokus ke perangkat semikonduktor yang merekam cahaya elektronik. Sebuah komputer pemroses kemudian menyimpan informasi elektronik ini ke dalam data digital.

CCD dan CMOS Pada Kamera Digital
Bukan menggunakan film, kamera digital memanfaatkan sensor yang mengubah cahaya menjadi muatan listrik. Sensor gambar yang digunakan oleh kebanyakan kamera digital adalah Charge Coupled Device (CCD). Beberapa kamera menggunakan teknologi Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS). Sensor gambar CCD dan CMOS keduanya mengubah cahaya menjadi elektron.

Sensor gambar CCD

Sensor gambar CMOS

Setelah sensor mengubah cahaya menjadi elektron, kemudian membaca nilai (akumulasi muatan) dari setiap sel dalam gambar. Di sinilah perbedaan antara dua jenis sensor utama antara CCD dan CMOS:

• Sebuah sensor CCD mengangkut muatan di chip dan membacanya di salah satu sudut array. Sebuah ADC (analog-to-digital converter) kemudian mengubah nilai setiap pixel ke dalam nilai digital dengan mengukur jumlah muatan pada setiap photosite dan mengubah nilai pengukuran ke bentuk biner.
• Perangkat CMOS menggunakan beberapa transistor pada setiap pixel untuk memperkuat dan memindahkan muatan menggunakan kabel yang lebih tradisional.

Perbedaan antara kedua jenis sensor mengakibatkan sejumlah pro dan kontra:

• Sensor CCD menciptakan gambar berkualitas tinggi dan rendah noise. Sensor CMOS umumnya lebih rentan terhadap noise.
• Karena setiap pixel pada sensor CMOS memiliki beberapa transistor yang terletak di samping, kepekaan cahaya dari chip CMOS lebih rendah. Banyak foton menghantam transistor daripada photodioda.
• Sensor CMOS tradisional membutuhkan lebih sedikit daya. CCD menggunakan proses yang mengkonsumsi banyak daya. CCD mengkonsumsi daya sebanyak 100 kali lebih banyak dari sensor CMOS yang setara.

Meskipun banyak perbedaan yang ada di antara dua sensor, keduanya memainkan peran yang sama dalam kamera, yaitu mengubah cahaya menjadi listrik.

Resolusi Kamera Digital
Detail yang dapat ditangkap oleh sebuah kamera disebut resolusi, dan diukur dalam satuan pixel. Semakin banyak piksel kamera, semakin detail gambar yang dapat ditangkap dan gambar dengan ukuran lebih besar tanpa kabur atau kasar.

Beberapa resolusi gambar yang umum antara lain:

• 256x256. Banyak ditemukan pada kamera yang sangat murah, resolusi ini sangat rendah dengan total 65.000 piksel.
• 640x480. Ini adalah ukuran rendah pada kebanyakan kamera digital. Resolusi ini sangat ideal untuk gambar yang dikirimkan melalui e-mail atau posting gambar di situs Web.
• 1216x912. Ukuran gambar megapiksel, dengan total 1.109.000 piksel. Cukup baik untuk pencetakan gambar.
• 1600x1200. Dengan hampir 2 juta total piksel, ini adalah resolusi tinggi dan masih digunakan di beberapa kamera ponsel.
• 2240x1680. Digunakan pada kamera 4 megapiksel dan menjadi standar saat ini, memungkinkan foto dicetak lebih besar dengan kualitas yang baik untuk mencetak hingga ukuran kertas16x20 inci.
• 4064x2704. Ukuran gambar dari kamera digital dengan resolusi 11,1 megapixels. Pada pengaturan ini, Anda dapat membuat cetakan berukuran 13.5x9 inch tanpa kehilangan kualitas gambar.

Kamera high-end bisa menangkap lebih dari 12 juta piksel. Kamera profesional bahkan dapat menangkap lebih dari 16 juta piksel, atau 20 juta piksel untuk kamera format besar.

Bagaimana Kamera Digital Menangkap Warna
Kenyataannya, setiap photosite kamera bisa dianggap buta warna, hanya mampu melacak total intensitas cahaya yang memantul dari permukaan objek, bukan warna. Untuk mendapatkan gambar berwarna, sebagian besar sensor kamera menggunakan teknologi filter/penyaringan untuk melihat cahaya dalam tiga warna utama. Setelah kamera merekam ketiga warna, kemudian menggabungkan semuanya untuk menciptakan spektrum penuh.

Ada beberapa cara untuk merekam tiga warna dalam kamera digital. Kamera kualitas tertinggi menggunakan tiga sensor yang terpisah, masing-masing dengan filter yang berbeda. Sebuah beam splitter mengarahkan cahaya ke sensor yang berbeda-beda. Bayangkan saja cahaya yang masuk kamera seperti air yang mengalir melalui pipa. Menggunakan beam splitter akan seolah-olah membagi jumlah air yang sama menjadi tiga pipa yang berbeda. Setiap sensor mendapat tampilan yang identik dari gambar, tetapi karena filter, masing-masing sensor hanya menanggapi salah satu warna primer.

Filter kamera digital

Keuntungan dari metode ini adalah kamera merekam setiap tiga warna di setiap lokasi pixel. Sayangnya, kamera yang menggunakan metode ini cenderung besar dan mahal.

Cara lain adalah dengan memutar serangkaian filter merah, biru dan hijau di depan sensor tunggal. Sensor mencatat tiga gambar terpisah dalam waktu yang cepat. Metode ini juga menyediakan informasi pada semua tiga warna di setiap lokasi pixel, tapi karena tiga gambar tidak diambil tepat pada saat yang sama, baik kamera dan target foto harus tetap diam untuk mendapatkan gambar yang sempurna. Hal ini tidak praktis untuk fotografi dengan objek yang banyak bergerak seperti pertandingan olahraga.

Kedua metode ini bekerja dengan baik untuk kamera studio profesional, tapi belum tentu praktis untuk konsumen biasa.

Exposure dan Fokus pada Kamera Digital
Sama seperti pada kamera film, kamera digital memiliki kontrol jumlah cahaya yang mencapai sensor. Dua komponen yang melakukan hal ini, aperture dan shutter speed yang juga hadir pada kamera konvensional.

• Aperture: Ukuran pembukaan di kamera. Aperture diatur otomatis pada kebanyakan kamera digital, tetapi beberapa jenis kamera memungkinkan penyesuaian manual untuk memberikan kesan profesional dan lebih banyak kontrol atas hasil gambar.
• Shutter speed: Jumlah waktu cahaya dapat melewati celah. Tidak seperti kamera film, sensor pada kamera digital dapat diatur ulang secara elektronik, yang disebut dengan digital shutter.

Kedua aspek bekerja bersama untuk menangkap jumlah cahaya yang dibutuhkan untuk membuat citra yang baik. Dalam istilah fotografi disebut mengatur exposure sensor.
Selain mengontrol jumlah cahaya, kamera harus menyesuaikan lensa untuk mengontrol bagaimana cahaya difokuskan pada sensor. Secara umum, lensa pada kamera digital sangat mirip dengan lensa kamera konvensional, beberapa kamera digital bahkan dapat menggunakan lensa konvensional. Kebanyakan menggunakan teknik fokus otomatis.

Panjang fokus adalah salah satu perbedaan mendasar antara lensa kamera digital dan lensa kamera 35mm. Panjang fokus adalah jarak antara lensa dan permukaan sensor. Sensor dari produsen yang berbeda sangat bervariasi dalam ukuran, tetapi pada umumnya lebih kecil dari sepotong film 35mm. Untuk memproyeksikan gambar ke sensor yang lebih kecil, panjang fokus diperpendek dengan proporsi yang sama. Panjang fokus juga menentukan pembesaran atau zoom ketika Anda melihat melalui kamera.

Terdapat beberapa jenis lensa yang digunakan dalam teknologi kamera digital, yaitu:

• Lensa fixed-focus, fixed-zoom. Ini adalah jenis lensa yang digunakan pada kamera yang lebih murah dan cukup untuk foto, tapi dengan kualitas terbatas.
• Lensa optical-zoom dengan fokus otomatis. Serupa dengan lensa pada video camcorder, memiliki pilihan fitur lebar dan tele serta fokus otomatis. Jenis lensa ini benar-benar mengubah panjang fokus lensa, bukan hanya memperbesar informasi yang mengenai sensor.
• Digital zoom. Dengan digital zoom, kamera mengambil piksel dari pusat sensor gambar dan menginterpolasinya untuk membuat gambar berukuran penuh. Tergantung pada resolusi gambar dan sensor, pendekatan ini dapat membuat gambar terlihat lebih kasar atau kabur.
• Lensa replaceable. Jenis lensa yang mirip dengan lensa yang dapat diganti pada kamera 35mm. Beberapa kamera digital dapat menggunakan lensa kamera 35mm.

Penyimpanan Foto Digital
Sebagian besar kamera digital memiliki layar LCD, sehingga Anda dapat melihat hasilnya segera setelah mengambil gambar. Ini adalah salah satu kelebihan dari kamera digital. Tentu saja, melihat gambar pada kamera Anda secara langsung akan terlihat penurunan kualitas tergantung pada LCD kamera Anda, tapi bukan berarti gambar yang Anda ambil berkualitas rendah. Anda bisa memuat gambar ke komputer sehingga kualitasnya terlihat jelas, atau mengirimkannya langsung ke printer. Ada beberapa cara untuk melakukan hal ini.

LCD kamera digital

Generasi awal dari kamera digital memiliki penyimpanan tetap dalam kamera. Anda harus menghubungkan kamera langsung ke komputer dengan kabel untuk mentransfer gambar. Meskipun sebagian besar kamera saat ini dapat diakses melalui koneksi serial, paralel, SCSI, USB atau FireWire, umumnya kamera terbaru menggunakan jenis perangkat penyimpanan yang dapat dilepas (eksternal).
Kamera digital menggunakan beberapa sistem penyimpanan. Sama seperti film digital yang dapat digunakan berulang kali, dan menggunakan card reader untuk mentransfer data ke komputer. Sebagian besar produsen memanfaatkan memori flash yang dapat dilepas. Produsen kamera digital sering mengembangkan proprietary perangkat memori flash mereka sendiri, termasuk kartu SmartMedia, kartu CompactFlash dan Memory Sticks. Beberapa perangkat penyimpanan removable lainnya termasuk:

• Floppy disk
• Hard disk atau microdrives
• CD dan DVD

Tidak peduli jenis penyimpanan yang digunakan, semua kamera digital membutuhkan banyak ruang untuk gambar, terutama untuk gambar dengan resolusi tinggi. Umumnya penyimpanan gambar menggunakan salah satu dari dua format, yaitu TIFF yang tanpa terkompresi dan JPEG yang dikompresi, tetapi beberapa ada juga yang menggunakan format RAW. Kebanyakan kamera menggunakan format file JPEG untuk menyimpan gambar dan kadang-kadang menawarkan pengaturan kualitas (seperti rendah, sedang atau tinggi).

Untuk menghemat ruang penyimpanan, hampir semua jenis kamera digital menggunakan kompresi data untuk membuat file yang lebih kecil. Dua fitur gambar digital memungkinkan kompresi, yatitu repetition (pengulangan) dan irrelevancy (penyimpangan).
Bayangkan bahwa dari seluruh hasil foto, pola-pola warna tertentu tersebar di seluruh bagian. Sebagai contoh, jika langit biru memakan 30 persen dari foto tersebut, Anda yakin bahwa beberapa nuansa biru akan diulang lagi dan lagi. Ketika proses kompresi mengambil keuntungan dari pola yang berulang, tidak akan ada kehilangan informasi dan gambar dapat direkonstruksi persis seperti ketika diambil. Sayangnya, hal ini tidak mengurangi ukuran file lebih dari 50%.
Irrelevancy adalah teknik lainnya. Sebuah kamera digital mencatat lebih banyak informasi daripada yang kita bayangkan. Beberapa proses kompresi memanfaatkan fakta ini untuk membuang beberapa data yang tidak penting.

Dari berbagai macam teknologi kamera digital, ternyata sebagian besar menggunakan cara kerja kamera digital yang hampir sama. Tidak menutup kemungkinan teknlogi ini akan terus berkembang.

Bagikan Artikel ini