- Penjelasan teknis yang dimulai dari prinsip perekaman cahaya, lalu memvisualisasikan secara bertahap bagaimana sensor, lensa, dan aperture pada kamera digital membentuk gambar
- Menjelaskan proses sensor gambar mengubah foton menjadi sinyal listrik, lalu memulihkan warna melalui filter Bayer dan demosaicing
- Berangkat dari kamera pinhole, lalu memperkenalkan konsep pembiasan, lensa, dan panjang fokus untuk menyusun struktur optik kamera nyata
- Menganalisis hubungan antara aperture (f-number), depth of field, dan bokeh secara matematis dan visual
- Membahas keterbatasan lensa nyata seperti aberasi dan aberasi kromatik, serta menekankan bahwa desain optik adalah teknologi untuk mengendalikan jalur cahaya
Perekaman cahaya dan sensor digital
- Fotografi awal menggunakan film perak halida, tetapi kamera modern telah menggantinya dengan sensor gambar
- Sensor tersusun dari array photodetector yang mengubah foton menjadi arus listrik
- Bergantung pada waktu pengumpulan (kecepatan rana), jumlah eksposur akan berubah
- Karena sensor tidak dapat mendeteksi warna secara langsung, digunakan color filter array (CFA)
- Filter Bayer terdiri dari 2 filter hijau, 1 merah, dan 1 biru
- Alasan jumlah hijau dua kali lebih banyak adalah karena manusia paling peka terhadap kecerahan di wilayah hijau
- Dalam proses demosaicing, nilai RGB diinterpolasi untuk memulihkan gambar berwarna penuh
- Kecepatan rana menentukan waktu pengumpulan foton; jika berlebihan terjadi overexposure, jika kurang terjadi underexposure
Prinsip kamera pinhole
- Jika sensor dibiarkan terbuka, cahaya dari semua arah akan masuk dan membentuk gambar yang tidak bermakna
- Untuk mengatasinya, digunakan kotak dengan lubang kecil (pinhole camera)
- Cahaya yang masuk melalui lubang akan saling bersilangan dan membentuk gambar yang terbalik atas-bawah dan kiri-kanan
- Mengatur jarak antara lubang dan sensor akan mengubah sudut pandang (field of view)
- Semakin kecil lubang, gambar makin tajam, tetapi cahaya yang masuk berkurang sehingga kecerahan menurun
- Jika terlalu kecil, gambar kembali menjadi buram karena difraksi (diffraction)
- Kamera pinhole sederhana, tetapi efisiensi cahayanya rendah dan fokus tidak bisa dikendalikan
Kaca dan pembiasan
- Alasan arah cahaya berubah saat melewati kaca adalah karena perbedaan indeks bias (index of refraction)
- Indeks bias n = c / vₚ (rasio kecepatan cahaya)
- Udara 1.0003, air 1.33, kaca 1.53, berlian 2.43
- Hukum Snell (Snell’s law): n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂
- Cahaya akan membelok ke arah normal saat memasuki medium dengan indeks bias lebih tinggi
- Pada sudut tertentu, dapat terjadi pemantulan internal total (total internal reflection)
- Fenomena ini adalah prinsip yang menghasilkan efek kilau pada berlian
Lensa dan fokus
- Lempeng kaca paralel tidak mengubah arah cahaya, tetapi kaca melengkung (lensa) membuat cahaya berkumpul atau menyebar
- Lensa cembung (convex lens) mengumpulkan cahaya paralel ke satu titik
- Panjang fokus (focal length) adalah jarak dari pusat lensa ke titik fokus
- Persamaan lensa tipis: 1/sₒ + 1/sᵢ = 1/f
- Hubungan antara jarak objek (sₒ), jarak bayangan (sᵢ), dan panjang fokus (f)
- Dengan mengatur jarak antara lensa dan sensor, fokus dapat disesuaikan
- Saat fokus bergeser, dapat terjadi perubahan sudut pandang (focus breathing)
- Lensa zoom mengubah panjang fokus itu sendiri dengan menggerakkan beberapa elemen kaca
Aperture dan depth of field
- Aperture mengendalikan jumlah cahaya yang melewati lensa dan sudut sinar
- Aperture kecil → depth of field dalam
- Aperture besar → depth of field dangkal dan efek bokeh
- f-number (N = f / D) adalah rasio antara panjang fokus dan diameter pupil masuk
- f/2 berlaku saat f=50mm, D=25mm
- Semakin kecil f-number, semakin terang lensanya dan semakin memungkinkan rana cepat
- f-number meningkat dengan kelipatan 1.4, dan setiap kenaikan satu stop membuat jumlah cahaya berkurang setengah
- Semakin kecil aperture, semakin besar penurunan resolusi akibat difraksi
Aberasi dan aberasi kromatik
- Lensa nyata tidak sempurna sehingga muncul aberasi
- Jenis yang umum: aberasi sferis, koma, astigmatisme, kelengkungan bidang, distorsi
- Aberasi kromatik (chromatic aberration) adalah fenomena pemisahan warna akibat perbedaan indeks bias menurut panjang gelombang
- Lensa akromatik (achromatic lens) mengoreksinya dengan menggabungkan bahan kaca yang berbeda
- Lensa kelas tinggi meminimalkan aberasi, vignetting, dan flare dengan menggabungkan banyak elemen optik (optical elements)
Kesimpulan
- Inti kamera dan lensa adalah teknologi yang membentuk gambar dengan mengendalikan jalur cahaya
- Saat tombol rana ditekan, desain optik yang presisi dan sensor bekerja sama untuk mewujudkan
tindakan merekam realitas dengan cahaya
1 komentar
Opini Hacker News
Blog Bartosz Ciechanowski mengembalikan rasa senang berselancar di web seperti pada masa kejayaan Adobe Flash
Sangat menyenangkan untuk memanipulasi dan menjelajahinya lalu mendapatkan respons yang tak terduga
Mungkin tidak adil membandingkannya dengan situs Flash artistik di masa lalu, tetapi ini benar-benar membangkitkan perasaan yang sama
Namun, melestarikan situs seperti ini untuk masa depan tidaklah mudah
PDF tidak bisa memuat applet WebGL, dan mengekspor ke HTML juga bisa menimbulkan error tergantung strukturnya
Mungkin 50 tahun lagi SWF masih bisa dijalankan lewat emulator, tetapi situs seperti ini justru bisa hilang
Jadi penasaran apakah ada cara untuk melestarikan situs seperti ini
Benar-benar menakjubkan
Sama sekali tidak ada jejak AI (karena ini tulisan tahun 2020, sekarang jadi masuk akal), dan rasanya sudah lama sekali sejak terakhir melihat tulisan yang jernih dan elegan seperti ini
Animasi jam mekanik karya Bartosz juga wajib dilihat
Bisa dilihat di halaman Mechanical Watch
Karya orang ini selalu luar biasa
Terima kasih sudah membagikannya
Ada thread terkait yang pernah diposting sebelumnya
Cameras and Lenses – tautan Hacker News (Desember 2020, 213 komentar)
Seperti biasa, karya yang menakjubkan
Hanya saja, menggambarkan gelombang elektromagnetik sebagai bentuk gelombang yang meliuk seperti ular di ruang bisa membingungkan pelajar
Amplitudo medan listrik dan medan magnet memang berosilasi dalam ruang-waktu, tetapi gelombangnya sendiri bergerak lurus
Tentu saja, tergantung karakteristik beam, perubahan intensitas juga bisa muncul pada arah yang tegak lurus terhadap vektor gelombang
Saya juga tidak tahu visualisasi yang lebih baik, tetapi banyak orang memang sering salah paham pada bagian ini
Gelombang sinus yang dideteksi penerima di lokasi tertentu adalah contoh yang bagus, tetapi jika ingin menampilkannya lebih akurat, lebih baik ditunjukkan sebagai perubahan intensitas cahaya
Jika frekuensi digambarkan sebagai cahaya yang menyala dan padam seiring waktu, perpindahan cahaya dan distribusi energinya bisa dipahami dengan lebih intuitif
Pada akhirnya, inti utamanya adalah menampilkan mobilitas cahaya secara visual
Orang seperti Bartosz Ciechanowski dan Andrey Karpathy benar-benar luar biasa
Rasanya proyek sampingan yang butuh seumur hidup bagi orang lain bisa mereka hasilkan satu tiap kuartal
Kebanyakan orang biasanya kreatif atau produktif, tetapi tidak mampu melakukan keduanya sekaligus seperti ini
Fotografi dan lensa sudah menjadi arena eksperimen DIY selama lebih dari 100 tahun
Tapi saya penasaran, kapan kita bisa benar-benar mengutak-atik bagian dalam kamera smartphone seperti iPhone, Samsung, atau Pixel
(Mungkin sebenarnya sudah bisa, saya hanya bertanya)
Setiap kali melihat tulisan Bartosz, saya selalu berhenti dari apa pun yang sedang saya kerjakan untuk membacanya
Alur pemikirannya yang dimulai dari ember foton sederhana lalu berkembang ke pinhole dan sistem lensa sungguh mengagumkan
Bagian tentang circle of confusion sangat berkesan
Melihat sendiri kerucut cahaya menyempit dan blur berkurang saat menggeser slider aperture memberi pemahaman yang tidak mungkin didapat dari teks statis
Cara seperti inilah yang seharusnya menjadi standar buku ajar digital
Tulisan yang benar-benar luar biasa
Rasanya akan menarik jika ada materi serupa yang membahas lebih dari 3 elemen optik atau desain lensa modern