Kamera Digital Sebagai Aplikasi Dari "Digital Signal Processing"

Apalah arti sebuah teori, jika tidak bisa dibuktikan atau di aplikasikan secara nyata dan kemudian bermanfaat dalam kehidupan. Adanya teknologi pengolahan sinyal digital atau dikenal dengan DSP ( Digital Signal Processing ) tentunya sangat kita rasakan kebermanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari. Baik itu untuk bekerja, belajar, ataupun hiburan.  Saat ini kita akrab dengan handphone, laptop, tablet, kamera digital, dan sebagainya. alat-alat tersebut tidak terlepas dengan aplikasi dari teknologi pengolahan sinyal digital itu sendiri. Tidak dipungkiri kemajuan yang pesat di dunia elektronika adalah ditemukannya teknologi pengolahan sinyal digital ini. Sebagai seorang mahasiswa  di bidang elektronika , harus lebih memahami lebih dalam teknologi yang digunakan dalam alat-alat tersebut.

Pada makalah ini penulis akan membahas mengenai aplikasi pengolahan sinyal digital pada kamera digital , Kamera digital merupakan salah satu alat perekam gambar yang sangat revolusioner dari segi teknologi cetak maupun teknik fotografi.

Keberadaan kamera digital sangat membantu bagi seorang yang ingin bereksperimen untuk menghasilkan efek-efek fotografi selain efek yang dihasilkan oleh kamera efek-efek khusus dapat dibantu dengan mengolah gambar di komputer.

1.1  Rumusan Masalah

Dalam makalah ini akan difokuskan kepada masalah aplikasi material semikonduktor untuk led, laser, dan sel surya. Adapun rumusan masalah dalam makalah ini adalah sebagai berikut.

 

1. Bagai mana prinsip kerja kamera digital  ?


2. Komponen apa yang digunakan dalam kamera digital untuk menangkap gambar?


3. Komponen apa yang digunakan untuk menyimpan hasil penangkapan gambar?

1.2  Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.

1. Mengetahui aplikasi teknologi pengolahan sinyal digital pada peralatan yang familiar digunakan sehari-hari.

2.1  Prinsip Kerja Kamera Digital

Dilihat dari proses dan hasil perekaman gambar pada kamera digital dapat didefenisikan sebagai perangkat perekam gambar yang menyimpan data gambar dalam format digital. Kamera Digital termasuk produk teknologi digital (perangkat digitizer) dengan kemampuan mengambil input data analog berupa frekuensi sinar dan mengubahnya ke bentuk mode digital elektronis.



Image source http://blogecahjowo.blogspot.com/2010/12/camera-analog-dan-camera-digital.html

Gambar 1, prinsip kerja kamera digital

Kamera digital menangkap gambar dari obyek untuk selanjutnya dibiaskan melalui lensa kepada sensor CCD (Charge Couple Device) atau CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) yang hasilnya kemudian direkam dalam format digital ke dalam media simpan digital.

2.2  Sensor Penangkap Gambar Pada Kamera Digital

Proses penangkapan gambar pada kamera digital dilakukan oleh dua jenis perangkat yang memiliki cara kerja yang berbeda: CCD (Charge Couple Device) dan CMOS ( Complemenary Metal Oxide Semiconductor)

2.2.1  CCD (Charge Couple Device)



Image source http://diary.febdian.net/2009/10/08/serat-optik-dan-mata-elektronik/

Gambar 2, prinsip kerja sensor CCD pada kamera digital

CCD merupakan chip silikon yang terbentuk dari ribuan atau bahkan jutaan dioda fotosensitif yang disebut photosites, photodelements, atau disebut juga piksel. Tiap photosite menangkap satu titik objek kemudian dirangkai dengan hasil tangkapan photosite lain menjadi satu gambar. Saat menekan tombol capture pada kamera digital, sel pengukur intesintas cahaya akan menerima dan merekam setiap cahaya yang masuk menurut intensitasnya.

Dalam waktu yang sangat singkat, tiap titik photosite akan merekam cahaya yang diterima dan diakumulasikan dalam sinyal elektronis. Gambar yang sudah dikalkulasikan dalam gambar yang sudah direkam dalam bentuk sinyal elektronis akan dikalkulasi untuk kemudian disimpan dalam bentuk angka-angka digital. Angka tersebut akan digunakan untuk menyusun gambar ulang untuk ditampilkan kembali

Perekaman gambar yang dilakukan oleh CCD sebenarnya dalam format grayscale atau monokrom dengan 256 macam intensitas warna dari putih sampai hitam.

Revolusi fotografi yang dilakukan oleh James Clark Maxwel pada tahun 1860 an mampu membuat gambar berwarna dari film hitam putih dengan mengunakan filter merah, hijau dan biru yang dikenal dengan RGB ( Red Green Blue ).

Pembentukan warna pada gambar fitografi sebenarnya hanya terdiri dari tiga warna yaitu merah, hijau dan biru atau disebut additive color system. Apabila ketiga warna ini digabungkan dengan intensitas yang sama akan membentuk warna putih.

Penggabungan dua warna dengan intensitas yang sama akan menghasilkan warna baru : Red- Green = Yellow, Green-Blue = Cyan, Blue-Red = Magenta.



                        Image Source http://soerya.surabaya.go.id/AuP/e-DU.KONTEN/edukasi.net/TIK/Cara.Kerja.Kamera.Digital/semua.htm

Gambar 3, Additive Color System

Pada proses penyaringan warna, setiap cahaya yang ditangkap oleh piksel photosote akan tersaring menurut warna yang digunakan untuk proses penyaringan sesuai dengan intensitasnya.



Image source http://kamera-gue.web.id/2010/02/01/antara-sensor-ccd-dan-cmos/

Gambar 4, diagram blok prinsip kerja CCD

Pada kamera bersensor CCD, proses analog-to-digital conversion (ADC) dilakukan diluar chip sensor.

eknologi yang digunakan CCD adalah teknologi yang sudah dipakai dalam waktu yang cukup lama sebagai sensor cahaya. Cara kerja sensor ini adalah ketika cahaya mengenai sensor, masing-masing pixel sensor menghasilkan muatan listrik yang kemudian dikonversi menjadi tegangan.

Tegangan dikirim menuju chip pengkonversi sinyal analog menjadi digital (analog to digital converter - A/D converter) melalui sebuah saluran dengan cara serial (seperti pada sistem register geser).

Piksel pada sensor CCD merubah cahaya menjadi elektron dan output dari sensor CCD memberikan hasil berupa tegangan, alias benar-benar piranti analog. Maka itu pada kamera bersensor CCD, proses analog-to-digital conversion (ADC) dilakukan diluar chip sensor.

Susunan komponen sensornya sederhana, namun untuk mendapatkan data digital, sensor CCD membutuhkan piranti pendukung yang rumit. Karena sensor CCD masih menghasilkan output berupa tegangan, maka sensor CCD sering disebut dengan piranti analog.

 

 

2.2.2  CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)



Image source http://www.yangcanggih.com/2011/08/21/perbedaan-antara-sensor-gambar-ccd-dan-cmos-di-kamera-digital/

Gambar 5, Perbedaan prinsip kerja CCD dengan CMOS

CMOS merupakan teknologi yang relatif baru serta dipakai pada industri semikonduktor. Sensor-sensor cahaya menerima cahaya kemudian diubah langsung menjadi data digital. A/D converter terletak pada masing-masing komponen sensor.

Oleh karena itu piranti CMOS lebih sering disebut piranti digital. Susunan komponen di dalam CMOS memang lebih rumit namun keuntungannya komponen ini tidak memerlukan banyak piranti pendukung untuk mendapatkan data digital.

Tiap piksel pada sensor CMOS mampu menghasilkan tegangan keluaran sendiri (berkat transistor yang ada pada setiap piksel) sehingga memungkinkan membuat chip CMOS yang terintegrasi dengan rangkaian ADC.



Image source http://tamichan89.blogspot.com/2011/02/cmos-vs-ccd.html

Gambar 6, Prinsip kerja CMOS pada kamera digital

 

 

2.3  Media Penyimpan Pada Kamera Digital

Media penyimpanan data pada kamera digital mirip dengan film pada kamera konvensional, perbedaanya hanyalah :

1. Bisa dihapus dan digunakan kembali


2. Bersifat removable atau bisa dilepas pasang kembali pada kamera


3. Bisa ditansfer langsung dari media penyimpanan data ke komputer tanpa menggunakan kamera digital

Karena kebutuhan kualitas gambar yang tinggi menyebabkan file yang tersimpan pada media penyimpan pada media penyimpanan menjadi besar, maka produsen kamera digital memberikan dua metode penyimpanan data , yaitu :

1. Media removable yang memungkinkan pengguna melepas media yang sudah terisi penuh dan mengganti dengan media yang kosong.


2. Menyediakan metode kompresi gambar yang bertingkat . Kompresi bertingkat tersebut memiliki konsekuensi , yaitu semakin komplek kevek kompresi, semakin buruk kualitas gambar yang disimpan.

Kamera digital menyimpan citra tersebut sebagai sebuah file, sama seperti Anda menyimpan hasil kerja Anda di komputer.

Saat ini, kamera digital menyimpan file-filenya pada sebuah memori flash. Anggap saja sebuah memori flash sebagai sebuah film digital. Pada dasarnya sebuah memori flash adalah sebuah RAM, sama dengan RAM yang Anda gunakan pada komputer Anda, tetapi dengan perbedaan yang penting: Bila komputer dimatikan maka RAM-nya akan kehilangan seluruh data di dalamnya. Memori flash akan tetap menyimpan data di dalamnya sampai walau telah dicabut dari sumber dayanya hingga data-data tersebut sengaja dihapus untuk diisi data yang lebih baru.

Bila Anda telah menyimpan citra yang Anda tangkap, Anda dapat meng-upload file tersebut ke PC Anda untuk diedit atau dicetak. Kebanyakan kamera digital menggunakan koneksi serial atau USB dan software khusus untuk meng-upload file-filenya ke komputer. Cara lainnya adalah menggunakan sebuah flash card reader yang membuat komputer Anda membaca sebuah kartu memori flash sebagai sebuah removeable disk. Bahkan beberapa printer memiliki kemampuan untuk mencetak gambar langsung dari memori flash.



Image source http://geozhong.en.ec21.com/Memory_Cards_SD_MMC_XD--678612.html

Gambar 7, media penyimpan gambar pada kamera digital

 

3.1 Simpulan

Aplikasi nyata dari teknologi pengolahan sinyal digital salah satunya ada pada kamera digital baik itu yang menggunakan CCD ataupun CMOS, terlihat dari prinsip kerja kedua jenis sensor kamera digital tersebut, yang tentunya memerlukan pengolahan sinyal digital yang kompleks untuk menghasilkan kualitas gambar yang maksimal, selain dari teknologi material yang di kembangkan pula.

Proses pengolahan sinyal digital pada kamera digital juga terbukti dengan digunakannya media berupa flash memory untuk menyimpan gambar dalam bentuk file digital. Artinya dalam sistem kamera digital sangat digunakan sekali teknologi pengolahan sinyal digital.

3.2 Saran

Segala teknologi yang dibuat selau ada baik dan buruknya bagi manusia dan lingkungan, manfaatkan teknologi selalu untuk hal hal yang positif, jangan menyalah gunakan untuk keburukan.

Gunakan teknologi dengan tidak melanggar hukum dan norma-norma yang berlaku.

 

Referensi

Smith, Steven W ( 1997). Digital Signal Processing. San Diego : California Technical Publishing.

Soerya, .(2011).Prinsip Kerja Kamera Digital .[online]. Tersedia: http://soerya.surabaya.go.id /AuP/e-DU.KONTEN/edukasi.net/TIK/Cara.Kerja.Kamera.Digital/semua.htm. [11 September 2012].

Media Wiki, .(2011). Kamera Digital .[online]. Tersedia: http://id.wikipedia.org/wiki/Kamera_digital. [9 September 2012].

Media Wiki, .(2011). CMOS vs CCD .[online]. Tersedia: http://tamichan89.blogspot.com/2011/02/cmos-vs-ccd.html. [11 September 2012].