ในบทนี้ เราจะสำรวจโลกอันน่าทึ่งของกล้องและความสัมพันธ์กับทัศนศาสตร์ ซึ่งเป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาเรื่องแสง กล้องทั้งแบบดิจิทัลและแอนะล็อกจับแสงเพื่อสร้างภาพ และการทำความเข้าใจหลักการของทัศนศาสตร์สามารถช่วยเพิ่มความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิธีการทำงานของกล้องได้
ทัศนศาสตร์เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมและคุณสมบัติของแสง รวมถึงปฏิสัมพันธ์กับสสาร ก่อนที่จะเจาะลึกถึงวิธีที่กล้องใช้ออพติคในการถ่ายภาพ เรามาดูแนวคิดหลักบางประการเกี่ยวกับออพติคกันก่อน:
โดยแก่นของกล้องแล้ว กล้องคืออุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็นที่จับแสงเพื่อสร้างภาพ ส่วนประกอบหลักของกล้อง ได้แก่ ตัวกล้อง เลนส์ ชัตเตอร์ รูรับแสง และเซ็นเซอร์รับภาพ (หรือฟิล์มในกล้องทั่วไป)
เลนส์ถือเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของกล้อง โดยจะรวบรวมและโฟกัสแสงไปที่เซนเซอร์ภาพหรือฟิล์มเพื่อสร้างภาพ ความยาวโฟกัส ของเลนส์ ซึ่งโดยปกติจะวัดเป็นหน่วยมิลลิเมตร (มม.) เป็นตัวกำหนดมุมมองของเลนส์ (จะจับภาพฉากได้มากน้อยเพียงใด) และกำลังขยายของภาพ เลนส์สามารถแบ่งได้เป็น:
รูรับแสงคือช่องเปิดภายในเลนส์ที่แสงผ่านไป วัดปริมาณโดยใช้ค่า f (เช่น f/2.8, f/8) โดยตัวเลขที่ต่ำกว่าแสดงถึงรูรับแสงที่กว้างขึ้น รูรับแสงที่กว้างขึ้นช่วยให้แสงเข้าถึงเซนเซอร์ภาพได้มากขึ้น ทำให้มีประโยชน์ในสภาพแสงน้อย รูรับแสงยังส่งผลต่อ ระยะชัดลึก ซึ่งเป็นขอบเขตของฉากที่อยู่ในโฟกัส รูรับแสงกว้าง (เช่น f/2.8) จะสร้างระยะชัดลึกที่ตื้น โดยโฟกัสไปที่วัตถุพร้อมทั้งเบลอพื้นหลัง
ชัตเตอร์ควบคุมระยะเวลาที่เซ็นเซอร์หรือฟิล์มของกล้องสัมผัสกับแสง ความเร็วชัตเตอร์วัดเป็นวินาทีหรือเสี้ยววินาที ความเร็วชัตเตอร์สูง (เช่น 1/1000 วินาที) หยุดการเคลื่อนไหว ในขณะที่ความเร็วชัตเตอร์ต่ำ (เช่น 1 วินาที) สามารถสร้างเอฟเฟ็กต์ภาพเบลอจากการเคลื่อนไหว เพื่อแสดงให้เห็นการเคลื่อนไหวของวัตถุ
ในกล้องฟิล์มแบบเดิมๆ ฟิล์มไวต่อแสงจะจับภาพได้ ในกล้องดิจิตอล เซ็นเซอร์รับภาพมีบทบาทในบทบาทนี้ ซึ่งโดยทั่วไปคือเซ็นเซอร์ CCD (อุปกรณ์ชาร์จคู่) หรือเซ็นเซอร์ CMOS (ส่วนประกอบเสริมของโลหะออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์) เซ็นเซอร์แปลงแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อสร้างภาพดิจิทัล
เพื่อทำความเข้าใจเพิ่มเติมว่าเลนส์ส่งผลต่อวิธีที่เราถ่ายภาพอย่างไร ลองพิจารณาการทดลองง่ายๆ นี้:
การทำความเข้าใจหลักการของทัศนศาสตร์ถือเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจวิธีการทำงานของกล้อง ตั้งแต่วิธีที่เลนส์โฟกัสแสงเพื่อสร้างภาพ ไปจนถึงการใช้รูรับแสงและความเร็วชัตเตอร์เพื่อควบคุมการรับแสง เลนส์มีบทบาทสำคัญในการถ่ายภาพ ด้วยการใช้แนวคิดเหล่านี้ ช่างภาพสามารถปรับแสงและเปอร์สเปคทีฟเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ โดยบันทึกช่วงเวลาผ่านเลนส์ของกล้อง
