سال‌های زیادی است که مردم با وسیلهای به نام دوربین دو چشمی آشنا میباشند. اما شاید برای همه افراد این سوال پیش آمده باشد که دوربین چگونه توانمندی چشمهای ما را برای مشاهده اهداف دور افزایش میدهد؟ چه کمیتهایی در توصیف یک دوربین دو چشمی مطرح است؟ اجزاء تشکیل‌دهنده دوربین چه مواردی هستند؟ در این مقاله سعی خواهیم کرد ابتدا توصیفی اجمالی از بعضی مشخصات چشم ارائه نموده و سپس به سؤالات فوق به تدریج پاسخ دهیم. با ما همراه باشید.
بررسی بعضی از مشخصات چشم برای آشنایی با دوربینها
همانطور که می‌دانیم، چشم یک مجموعه صلب نبوده و اجزا متحرکی دارد و با کمک مغز میتواند تصویری شفاف و واضح از اشیا اطراف خود برای انسان فراهم سازد. لذا با توجه به این شرایط مباحث گوناگونی را می‌توان در این حوزه مطرح نمود. با این وجود تعدادی از مشخصات را که صرفا برای آشنایی با دوربینها مورد نیاز است در ادامه یه صورت مختصر بیان می‌کنیم.
قطر مردمک چشم
از 5/1 تا 8 میلیمتر متغیر میباشد که بستگی به شدت نور دارد. اما مقدار متوسط آن بین 3 تا 4 میلیمتر در نظر گرفته میشود.
حساسیت چشم به رنگ‌ها
چشم در طول موج سبز (طول موج 555 نانومتر) حساسیت بالایی در روز دارد که به آن مشاهده فوتوپیک (Photopic) میگویند. در شب این حساسیت به میزان 510 نانومتر بیشتر میشود که به آن مشاهده اسکوتوپیک (Scotopic) میگویند. نمودار حساسیت چشم به طول موج مطابق شکل 1 است. لازم به ذکر است که نور بخشی از امواج الکترومغناطیسی است و یکی از مشخصات امواج الکترومغناطیسی طول موج آن است. در یک موج همانند شکل 2، فاصله دو قله از یکدیگر را طول موج مینامند.
همانطور که در شکل 1 مشاهده میکنید، حساسیت چشم انسان از حدود 420 نانومتر (حدود ماوراء بنفش) شروع و تا حدود 750 نانومتر (مادوون قرمز ) ادامه می‌یابد. در شکل 3 میتوانید توزیع رنگ‌ها را بر حسب طول موج مشاهده کنید.
کمترین فاصله دید
یک انسان جوان با چشم سالم، معمولا میتواند یک نوشته از کتاب و یا یک جسم را تا فاصله 250 میلیمتر به خود نزدیک کند و همچنان بدون زحمت و خستگی آن را ببیند. (شکل 4). لازم به ذکر است که خداوند چشم انسان را به گونه‌ای آفریده که برای مشاهده اجسام در فاصله دور، ماهیچه‌های چشم منقبض نشده و دچار خستگی نمی‌گردد. یعنی وقتی پرتوهای نور از یک جسم دور به ما می‌رسند، ماهیچه‌های چشم نیازی ندارند که به عدسی چشم فشار بیاورند و آن را محدب‌تر کنند.
فاصله مردمک‌های هر دو چشم
این فاصله برای افراد مختلف، متفاوت است اما معمولاً 5/63 میلیمتر در نظر گرفته میشود. این مقدار برای اقوام و ملل مختلف نیز متفاوت است.
قدرت تفکیک چشم بر حسب زاویهای که چشم با جسم تشکیل میدهد
برابر با یک دقیقه کمانی (یک شصتم یک درجه) است(شکل 5).منظور از اندازه زاویهای، زاویه است که چشم انسان تحت آن اجسام را می‌بیند. به‌عنوان مثال فرض کنید شما به درختی در فاصلهای نه چندان نزدیک نگاه میکنید. اگر زاویهای را ترسیم کنید که رأس آن زاویه مطابق شکل 5 در مرکز مردمک چشم باشد و انتهای دو اضلاع دیگر زاویه، به بالا و پایین درخت ختم شود و اسم آن زاویه را آلفا (a) بنامیم، آنگاه آن درخت را شما تحت زاویه آلفا (a) مشاهده میکنید. به عبارت دیگر اندازه زاویهای آن درخت از دید شما آلفا (a) است که بر حسب درجه میباشد. حال هر چقدر که از درخت فاصله می‌گیرید، زاویه آلفا کوچک و کوچک‌تر میشود، تا جایی که شما آن درخت را به صورت یک نقطه می‌ببینید. در این حالت زاویه آلفا برابر با یک شصتم یک درجه خواهد بود. یک شصتم یک درجه را یک دقیقه کمانی مینامند. حال اگر در این فاصله دور، فاصله دو درخت نیز از همدیگر یک دقیقه کمانی باشد(شکل 6)، ما آن دو درخت را از همدیگر تشخیص نمی‌دهیم و هر دو را در یک نقطه می‌بینیم. این در حالی است مستقیما به درخت نگاه شود و نه از گوشه چشم. چرا که در این صورت اگر فاصله دو درخت 10 دقیقه کمانی باشد، دو درخت را از یکدیگر تشخیص نمی‌دهیم. به توانایی چشم انسان برای تشخیص دو جسم نزدیک به هم، قدرت تفکیک گفته میشود. بنابراین قدرت تفکیکی چشم انسان در مرکز دید، یک دقیقه کمانی و در گوشه دید 10 دقیقه کمانی است.
مشخصات کلی دوربین دو چشمی
ممکن است بارها از دوربین استفاده کرده باشید و این تصور برای شما ایجاد شده باشد که دوربین، تصویر منظره مورد نظرتان را در فاصلهای نزدیک تشکیل میدهد و به این صورت شما میتوانید مناظر را در اندازه و ابعادی بزرگتر مشاهده کنید. اما این تصور از دیدگاه مهندسی اپتیک اشتباه میباشد. دوربین یک مجموعه بیکانون (Afocal) است که تصویر مناظر واقع در بینهایت فیزیکی (بسیار دور) را در فاصله بینهایت فیزیکی تشکیل میدهد. اما منظور از بیکانون چیست و چگونه تصویر در بینهایت تشکیل میشود که ما آن را بزرگ ببینیم. شاید شما تا به حال یک عدسی ساده که برای بزرگنمایی مورد استفاده قرار میگیرد را جلوی نور خورشید گرفته و یک کاغذ یا برگ درخت را با آن سوزانده باشید. شما با این کار پرتوهای نور خورشید را بر روی کاغذ یا برگ درخت متمرکز نمودهاید. این عدسی یک عدسی کانوندار مثبت است (شکل7).
در مقابل این عدسی، عدسی کانوندار منفی نیز وجود دارد که نه تنها پرتوها را متمرکز نمیکند، بلکه آن‌ها را نیز واگرا میکند. این نوع عدسی، کانوندار منفی است( شکل8) .
اما دسته‌ای از مجموعه‌های اپتیکی وجود دارند که نه پرتو خورشید را همگرا (متمرکز) و نه واگرا میکنند. بلکه دسته پرتوها به همان صورت موازی که وارد شدهاند به همان صورت موازی اما با قطرهای کوچک یا بزرگ و یا بدون تغییر از آن خارج میشوند (شکل9).
این مجموعه‌های اپتیکی را مجموعه‌های بیکانون مینامند که دوربینها از این دسته به حساب می‌آیند.
فرض کنید با چشم غیر مسلح (بدون دوربین) درختی را در دور دست مشاهده میکنید و آن را تحت زاویه یک درجه میبینید. زاویهای که رأس آن بر روی چشم و دو انتهای دیگر محدود به پایین و بالای درخت میباشد. این مقدار را اندازه زاویهای درخت مینامند. حال با دوربینی که بزرگنمایی آن ده (10 X) میباشد، آن را مشاهده کنید. آنگاه اندازه زاویهای این درخت برای شما 10 برابر یعنی 10 درجه خواهد شد. اما فاصله همان است که قبلاً بود. گویی که ابعاد درخت در همان فاصله دور حدوداً 10 برابر شده است. به بیان دیگر بزرگنماییهایی که برای دوربینها معرفی میشوند، بزرگنمایی زاویهای هستند که معمولاً در نامگذاری آن‌ها نیز مورد استفاده قرار میگیرند. به‌عنوان مثال دوربین 10×50 (ده در پنجاه) دارای بزرگنمایی زاویهای 10 و قطر دهانه ورودی 50 میلیمتر میباشد.
حال که نوع دوربین از دیدگاه مهندسی اپتیک مشخص شده، به مشخصه‌های دیگر آن می پردازیم.
در اغلب کاتالوگ‌ها معمولاً به عباراتی مانند کلمات زیر بر میخوریم که به ترتیب، تعریف ساده آن‌ها در دوربین‌های دوچشمی به قرار ذیل است:
Entrance Pupil Diameter
معنای آن قطر مردمک ورودی (بر حسب میلیمتر) است. در دوربین‌های دوچشمی معمولاً قطر عدسی جلویی (دهانه ورودی) قطر مردمک ورودی نامیده میشود. هرچه این قطر بزرگتر باشد، شدت نور دریافتی از اشیا و زمینه‌هایی که اشیا در آن قرار دارند، بیشتر خواهد بود و در شرایطی که هوا ابری است و یا ساعت نزدیک به غروب و یا طلوع خورشید باشد و یا اصطلاحا هوا گرگ و میش است و یا به طور کلی نور محیط کم است به کاربر برای مشاهده منظره کمک میکند
Field of View (FOV)
منظور میدان دید است. هنگامی که از درون دوربین، منظره بیرون را مشاهده میکنید، میتوانید قسمتی از محیط اطرف را مشاهده نمایید. این اندازه زاویهای را میدان دید مینامند که معمولاً بر حسب درجه است. در بعضی از دفترچه‌های راهنما این مقدار بر حسب عرض منظره در فاصله 1000 یا 100 متر نیز بیان میشود. به‌عنوان مثال زاویه میدان 7 درجه معادل 123 متر عرض منظره در فاصله 1000 متری میباشد. یعنی شما در فاصله 1000 متری، 123 متر از منظره را میتوانید مشاهده کنید. (شکل 10)
Eye Relief
منظور فاصله آزادی چشم است. در پشت چشمی دوربین مکانی فرضی وجود دارد که با قراردادن مردمک چشم در آن موقعیت میتوانید از تمامی میدان دید دوربین استفاده کنید. در این حالت معمولاً منظره، درون یک دایره کاملا واضح محاط شده است. فاصله این مکان فرضی تا عدسی چشمی را فاصله آزادی چشم مینامند و بر حسب میلیمتر بیان میشود (شکل 11). حداقل فاصله آزادی چشم باید 10 میلیمتر باشد که اجازه پلک زدن را به کاربر بدهد. اما مقدار بیش از 15 میلیمتر مطلوب میباشد و برای کسانی که از عینک استفاده میکنند مقداری بیش از 20 میلیمتر مطلوبتر است.
Exit Pupil Diameter
منظور قطر مردمک خروجی (بر حسب میلیمتر) میباشد. در موقعیت فرضی که در قسمت فاصله آزادی چشم به آن اشاره شد، دایرهای فرضی می‌توان در ذهن ترسیم کرد که مادامی که مردمک چشم انسان (کاربر) درون آن قرار میگیرد، کاربر میتواند از تمام زاویه میدان دوربین استفاده کرده و منظره بیرون را مشاهده کند (شکل12). همانطور که در بخش زاویه میدان گفته شد اگر زاویه میدان در فاصله 1000 متری، 123 متر باشد، مادامی که کاربر چشم خود را درون این دایره فرضی قرار دهد، میتواند 123 متر از عرض منظره پیش رو را مشاهده کند اما وقتی از این دایره فرضی چشم خود را خارج کرد، شاید فقط بتوانید 50 متر از عرض تصویر را مشاهده کند. هر چقدر قطر این دایره فرضی بزرگتر باشد، کاربر کمتر برای قرار دادن مردمک چشم خود درون این دایره به زحمت می‌افتد و راحت‌تر میتواند از دوربین استفاده کند. اگر قطر مردمک چشم انسان را به‌طور متوسط 4 میلیمتر فرض کنیم، بهتر است قطر مردمک خروجی دوربین از این مقدار کمتر نباشد. مقدار 6 میلیمتر معمولاً مقدار مطلوبی است. مادامی که مردمک چشم کاربر درون این دایره فرضی باشد، تمام میدان دید دوربین برای او قابل مشاهده است و نیازی به تثبیت دقیق موقعیت دوربین در جلوی چشمان خود ندارد. برای مشاهده موقعیت و قطر این دایره فرضی میتوانید با یک ماژیک تابلو، لکه‌ای را در وسط عدسی جلویی دوربین ( ورودی نور) ایجاد کنید. حال دروبین را جلوی چراغ مطالعه گرفته و کاغذ سفید رنگی را پشت دوربین ( سمت چشمی) قرار دهید. حال کاغذ را آنقدر عقب و جلو کنید تا تصویر لکه را واضح ببینید. قطر لکه سفید نور، همان قطر مردمک خروجی و فاصله کاغذ سفید تا عدسی چشمی، فاصله آزادی چشم است.
Magnification
بزرگنمایی (بدون بعد) که نشاندهنده بزرگنمایی زاویهای است و همانطور که ذکر شد در نامگذاری دوربین نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
Twilight
فاکتور شفق یا فاکتور تاریک و روشن است. مقدار بزرگنمایی دوربین را در اندازه قطر دهانه ورودی ضرب کرده و از آن جذر می‌گیریم. این عدد را فاکتور شفق یا فاکتور تاریک و روشن مینامند. هر چه این مقدار بزرگتر باشد، توانایی دوربین در مشاهده مناظر در ساعات و یا مکانهایی که شدت نور کم است، بیشتر خواهد بود. به‌عنوان مثال فاکتور شفق دوربین 40×150 برابر با 5/77 است.
Interpupillary distance (IPD)
منظور فاصله مرکز دو مردمک خروجی (بر حسب میلیمتر) میباشد. همانطور که می‌دانیم دوربین دو چشمی دارای دو مجموعه اپتیکی مجزا است، که برای چشمهای راست و چپ جداگانه تعبیه شده است و توسط یک میله (Shaft) به هم متصل میباشند. به مجموعه راست، لوله (Barrel) راست و به مجموعه چپ، لوله (Barrel) چپ میگویند. فاصله مرکز تا مرکز مردمک‌های خروجی این دو لوله را “فاصله مرکز دو مردمک خروجی” یا به اختصار IPD مینامند. برای دوربین‌های دو چشمی این مقدار متغیر و قابل تنظیم است. بر روی Shaft بعضی از دوربینها، محدوده تنظیم حک شده است. به‌عنوان مثال در بعضی از دوربینها این مقدار میتواند بین 56 تا 74 میلیمتر تغییر کند. با دوران لولهها حول Shaft، هر کاربر میتواند موقعیت مردمک‌های خروجی دوربین را متناسب با فاصله مردمک‌های چشمان خود تنظیم نماید.
