تولد اولین دوربین دیجیتال: داستان مهندس جوانی که دنیای عکاسی را برای همیشه تغییر داد

خلاصه مقاله:

• در سال ۱۹۷۵، در قلب شرکت کداک، غول انحصاری فیلم‌های عکاسی، یک مهندس جوان با ساخت دوربینی حجیم و عجیب، جرقه‌ای زد که تاریخ ثبت تصویر را برای همیشه دگرگون ساخت. این دستگاه اولیه که تنها یک تصویر سیاه‌وسفید ۱۰ هزار پیکسلی را در عرض ۲۳ ثانیه روی نوار کاست ذخیره می‌کرد، آغازگر عصر دیجیتال بود.
• استیون جی سسون، مهندس برق ۲۳ ساله‌ای که از فرآیند عذاب‌آور ظهور فیلم متنفر بود، با الهام از سریال‌های علمی تخیلی، همیشه رویای ثبت الکترونیکی تصویر را در سر داشت. او با استفاده از قطعات دزدیده‌شده از انبار کداک و یک حسگر سی‌سی‌دی ابتدایی، توانست اولین دوربین دستی بدون فیلم جهان را سرهم کند.
• نمایش اختراع انقلابی سسون به مدیران کداک با انبوهی از تردیدها و سؤالات روبه‌رو شد؛ آن‌ها تجارت پر سود فیلم و چاپ را تهدیدشده می‌دیدند و از پیامدهای این تکنولوژی که «۱۵ تا ۲۰ سال دیگر» عملی می‌شد، می‌ترسیدند. بااین‌حال، پتنت ثبت‌شده برای این دوربین، تا سال‌ها منبع درآمدی میلیارد دلاری برای شرکت مادرش بود.
• امروز، دستگاهی که سسون با کمک یک ریزپردازنده و درون‌یابی تصویر برای نمایش روی تلویزیون سرهم کرده بود، تنها یک یادگار موزه‌ای نیست، بلکه سندی از تولد یک فناوری انقلابی است که حالا در خانه‌های ما نیز جا دارد و ثبت تصاویر را به فرآیندی بسیار جذاب تبدیل کرده است.

هنگامی که استیون سسون کار خود را در ایستمن کداک، غول آمریکایی تولیدکننده فیلم‌های عکاسی آغاز کرد، این شرکت نمادی درخشان از نبوغ و صنعت آمریکا به شمار می‌رفت. شرکتی که توسط جورج ایستمن در دهه ۱۸۷۰ تأسیس شد، به واسطه‌ی برند کداک، با مفهوم عکاسی فیلمی پیوند خورده بود. مصرف‌کنندگان فیلم‌های کداک را خریداری کرده، در دوربین‌های کداک قرار می‌دادند، فیلم‌هایشان با مواد شیمیایی ظهور کداک پردازش می‌شد و در نهایت، چاپ‌های نهایی را روی کاغذهای عکاسی کداک مشاهده می‌کردند. این فرآیند کامل، شعار جذاب و معروفی را برای شرکت به ارمغان آورده بود: «شما دکمه را فشار دهید، ما بقیه کار را انجام می‌دهیم.»

بااین‌حال، زمانی که سسون ۲۳ ساله در سال ۱۹۷۳ به کداک ملحق شد، احساس می‌کرد با فضای غالب شرکت سازگاری ندارد. او برخلاف اکثریت، نه شیمیدان پژوهشگر فیلم‌های جدید بود و نه مهندس مکانیک طراحی دوربین. سسون یک مهندس برق بود و از اساس، تمام فرآیند عکاسی رایج آن زمان برایش خوشایند نبود. این مهندس نوگرا که اکنون ۷۵ سال دارد، تجربه خود را چنین شرح می‌دهد:

وقتی برای اولین بار به کداک می‌آمدید، باید دوره‌های آموزش عکاسی را می‌گذراندید. باید فیلم ظاهر می‌کردید، عکس می‌گرفتید و مشغول مطالعه فیلم می‌شدید. و راستش را بخواهید، من واقعاً آن را عذاب‌آور می‌دیدم. عکس را می‌گرفتید، باید مدت‌ها صبر می‌کردید، باید با مواد شیمیایی وقت می‌گذراندید. خب، من با سریال سفر ستاره‌ای بزرگ شده‌ام و همه ایده‌های خوب از سفر ستاره‌ای می‌آیند. پس با خودم گفتم چه می‌شود اگر بتوانیم همه این کارها را فقط به‌صورت الکترونیکی انجام دهیم؟ چه می‌شود اگر بتوانم یک تصویر را به‌صورت الکترونیکی ذخیره و ثبت کنم و اصلاً به هیچ فیلمی نیاز نداشته باشم؟

- استیون سسون

در واقع، زیرساخت‌های اولیه دوربینی که به فیلم نیاز نداشت در حال شکل‌گیری بود، حتی بدون اینکه هدف اصلی، اختراع چنین دوربینی باشد. سال‌ها بود که دانشمندان می‌دانستند وقتی نور با طول موج کافی به فلزات خاصی برخورد می‌کند، جریان‌های الکتریکی ضعیفی تولید می‌شود. اولین نورسنج‌های عکاسی (ابزاری که تنظیمات لازم دوربین را برای نوردهی صحیح نشان می‌دادند) از همین اصل با استفاده از سلول‌های سلنیومی بهره می‌بردند.

پیش‌از‌این، تصاویر دیجیتال ابتدایی نیز توسط ماهواره‌های ناسا مانند لندست، با استفاده از حسگرهای دیجیتال مبتنی بر فناوری لامپ خلأ گرفته می‌شدند. ستاره‌شناسان نیز نور دریافتی از تلسکوپ‌های بزرگ را با کمک رایانه‌ها به تصویر تبدیل می‌کردند؛ اما این سامانه‌ها بسیار گران و حجیم بودند و عملاً برای ثبت عکس‌های روزمره مردم کارایی نداشتند.

فناوری سی‌سی‌دی به‌سرعت پیشرفت کرد. تا سال ۱۹۷۴، شرکت میکروچیپ آمریکایی فرچایلد سمی‌کنداکتورز اولین مدل تجاری سی‌سی‌دی را با وضوح بسیار پایین ۱۰۰ در ۱۰۰ پیکسل تولید کرد. پیکسل، همان نقطه‌های کوچک الکترونیکی هستند که تصویر را می‌سازند. بااین‌حال، توانایی این دستگاه برای گرفتن و نمایش تصویر همچنان در حد تئوری باقی مانده و کسی هنوز آن را عملی نکرده بود.

سسون می‌گوید از این اتفاق خبر نداشت تا اینکه گرت لوید، سرپرستش، آن را یادآوری کرد. در سال ۱۹۷۴، سسون در آزمایشگاه تحقیقات کاربردی ایستمن کداک کار می‌کرد. یک روز، گرت لوید پیش او آمد و گفت: «دو کار برایت دارم، کارهای پیش‌پا افتاده تا زمانی که کار واقعاً مفیدی برایت پیدا کنیم.»

یکی از مأموریت‌های سسون، مدل‌سازی کنترل‌های نوردهی برای یکی از دوربین‌های فیلمبرداری مصرف‌کننده شرکت بود. اما وظیفه دیگر او، بررسی نوع جدیدی از مدار مجتمع به نام سی‌سی‌دی بود.

سسون به فناوری علاقه زیادی داشت: «من فقط عاشق این ایده بودم که چگونه نور می‌تواند بر لوازم الکترونیکی تأثیر بگذارد و آن‌ها را کنترل کند.» سسون باور داشت که فناوری ساخت یک دوربین بدون فیلم وجود دارد و تنها نیاز است که قطعاتش به‌درستی کنار هم مونتاژ شوند. او می‌گوید:

تنها چیزی که نیاز داشتم چند ژول انرژی بود تا بتواند یک الگوی بار الکتریکی و نوری را ذخیره کند. و من فکر می‌کردم که این کار پاک، شیک و مدرن است. می‌خواستم یک دوربین بدون قطعات متحرک بسازم، فقط برای اینکه مهندسان مکانیک را آزار دهم! چون این افراد سرآمد بودند، یک دوربین بدون هیچ قطعه متحرکی می‌سازم تا حسابی آن‌ها را عصبانی کنم.

سرپرست سسون به او دستور داد تا یکی از این مدارهای جدید سی‌سی‌دی را خریداری کند. سسون می‌گوید در نهایت دو عدد خریدم. پس از رسیدن مدارها، سسون کار خود را شروع کرد. او توضیح می‌دهد: «دستگاه‌ها بسیار عجیب‌وغریب بودند. باید حدود ۱۲ ولتاژ مختلف به آن می‌دادید. اگر هر یک از این ولتاژها درست نبود، خروجی نمی‌گرفتید و وظیفه شما بود که بفهمید کدام ولتاژ اشتباه است.»

مدار سی‌سی‌دی به نور حساس بود، اما برای تشکیل تصویر به اتصال یک لنز نیاز داشت تا بتواند نور را متمرکز کند. سسون پس از آن باید نور را به اطلاعات دیجیتال تبدیل می‌کرد؛ یعنی به سیلابی از یک‌ها و صفر‌ها. اما یک مشکل بزرگ وجود داشت: کمبود بودجه.

سسون اعتراف می‌کند: «من پولی برای ساختن این چیز نداشتم. هیچ‌کس به من دستور ساخت نداده بود و مطمئناً نمی‌توانستم برای آن پول بخواهم. من اساساً همه قطعات را دزدیدم.» او در بخش تجهیزات کداک مشغول به کار بود که قطعات فراوانی داشت: «مجموعه اپتیکی (عدسی‌ها و لنزها) را از یک دوربین فیلمبرداری ایکس‌ال (XL) در سطل قطعات دست دوم در طبقه پایین برداشتم.» برای تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به داده‌های دیجیتال، او نیاز به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D Converter) داشت. این قطعه معمولاً صدها دلار هزینه داشت، اما او توانست آن را از یک ولت‌متر دیجیتال ۱۲ دلاری استخراج کند.

دوربین دیجیتال ابتدایی به‌آهستگی شکل گرفت. این دستگاه حجیم برای ذخیره اطلاعاتی که سی‌سی‌دی ثبت می‌کرد، نیاز به حافظه داشت، بنابراین سسون از یک کاست صوت برای ذخیره‌سازی داده‌ها استفاده کرد. اما برای مشاهده تصویر ذخیره‌شده روی نوار مغناطیسی، نیاز به یک واحد جانبی داشت.

سسون توضیح می‌دهد: «ما مجبور بودیم یک واحد پخش نیز بسازیم که باز هم هیچ‌کس دستور ساخت آن را به من نداده بود. کاری که باید انجام می‌دادم دقیقاً برعکس فرآیند دوربین بود. سپس باید الگوی دیجیتال ذخیره‌شده را به یک سیگنال تلویزیونی ان‌تی‌اس‌سی (NTSC) تبدیل می‌کردم که استاندارد پخش تلویزیونی رایج در آن زمان برای تلویزیون‌های آمریکایی بود.»

ریزپردازنده جدید که در آن زمان چند هزار دلار قیمت داشت، نیاز به تأیید بودجه داشت. سسون یک پیشنهاد نوشت و درخواست خرید آن را به بهانه‌ی تحقیق روی نحوه کارکرد خود ریزپردازنده مطرح کرد، نه برای ساختن دوربینی که در ذهن داشت. در کمال تعجب، تأییدیه صادر شد. او می‌گوید: «من توانستم کارت‌های حافظه را بسازم، آن‌ها را درون ریزپردازنده قرار دهم و آن را وادار کنم که روی داده‌ها کار کند و تمام این عملیات درون‌یابی مورد نیاز من را انجام دهد.»

سسون به همراه جیم شوکلر، همکارش، بیش از یک سال را صرف سرهم‌کردن دستگاه حجیم خود کردند. تا دسامبر ۱۹۷۵، دوربین و واحد پخش آن تکمیل شد. دوربین مجهز به یک شاتر بود که تصویر را در حدود یک بیستم ثانیه ثبت می‌کرد. با ثبت تصویر، نوار کاست شروع به حرکت می‌کرد تا اطلاعات ذخیره‌شده روی سی‌سی‌دی را منتقل کند.

دوربین جدید سسون، وسیله‌ی شیک و جذابی نبود. بیشتر شبیه یک توستر بزرگ یا دستگاهی پیچیده و عجیب بود که قطعاتش با کنار‌هم‌گذاشتن و غلبه بر مشکلات شکل گرفته بودند. این دوربین حجیم ۳٫۶ کیلوگرم وزن داشت، با این وجود قابل حمل بود. سسون آن را جمع کرد و به سمت یک دفتر کار در نزدیکی قدم زد تا اولین عکس را بگیرد. در آن دفتر، یکی از همکاران محقق به نام جوی مارشال حضور داشت.

سسون عکس سر و شانه‌های جوی مارشال را گرفت: «می‌دانستم که دوربین کار می‌کند چون نوار شروع به حرکت کرد. تصویر در یک بیستم ثانیه ثبت شد، اما [ذخیره کردن آن روی نوار] ۲۳ ثانیه طول کشید. بسیار خوشحال بودم. به آزمایشگاه برگشتم و آن را در واحد پخش قرار دادیم. پخش تصویر حدود ۲۳ ثانیه طول کشید و سپس حدود ۸ ثانیه دیگر نیاز بود تا برای تبدیل به سیگنال تلویزیونی بازآرایی شود و به تلویزیونی که از آزمایشگاه دیگری دزدیده بودم، ارسال شود.»

سسون می‌گوید: «ما از خوشحالی در پوست خود نمی‌گنجیدیم، زیرا هزاران دلیل وجود داشت که چرا ممکن بود اصلاً چیزی نبینیم. همین که توانستیم ببینیم تصویر سازمان‌یافته است. فوق‌العاده بود. اما جوی (مارشال) هم از روی کنجکاوی به دنبال من آمده بود و وقتی تصویر را دید، گفت نیاز به کار دارد و برگشت و دور شد.»

مشکل اینجا بود که نحوه‌ی پیکربندی اولیه دستگاه به گونه‌ای بود که هر چیزی که به اندازه کافی روشن یا تیره نبود، به‌درستی نمایش داده نمی‌شد. با معکوس‌کردن برخی سیم‌ها در مدار الکترونیکی، سسون و شوکلر ناگهان توانستند تصویر را ببینند.

اولین تصویر ثبت شده توسط یک دوربین دیجیتال دستی که وضوح بسیار پایینی داشت، با موفقیت گرفته شده بود. دوربینی که سسون با قطعات یدکی و هزینه‌های جزئی سرهم کرده بود، مسیر شغلی او را یک‌شبه تغییر داد. سسون می‌گوید: «من فقط خوشحال بودم که آن وسیله کار کرد و تا زمانی که شروع به نمایش آن به عناصر مختلف مدیریت کداک نکردم، به پیامدهای چنین اختراعی پی نبردم.»

مدیر سسون به‌زودی از او خواست تا دوربین را برای مدیران بخش‌های دیگر این غول فیلم‌سازی نمایش دهد. سسون در این جلسات با رگباری از سؤالات مواجه شد. مدیران ایستمن کداک که غرق در تجارت پرسود فروش فیلم و مواد شیمیایی وابسته به آن بودند، ناگهان انقلابی را دیدند که روی صفحه تلویزیون نقش می‌بست.

آن‌ها هیچ یک از سؤالات را با «چگونه» نپرسیدند، بلکه می‌پرسیدند چرا: «چرا کسی باید بخواهد عکس‌هایش را این‌گونه بگیرد؟» «مشکل عکاسی چیست؟» «مشکل چاپ چیست؟» بعد از هر جلسه، گرت می‌آمد تا مطمئن شود که هنوز زنده‌ام.

راز فاش شده بود و سسون خود را در حال تلاش برای پیش‌بینی آینده یافت. در جلسات اولیه، مدام از او پرسیده می‌شد که چه زمانی این فناوری «عادی» خواهد شد؛ در حالی که ایده یک رایانه‌ی شخصی مقرون‌به‌صرفه هنوز یک دهه تا عمومی‌شدن فاصله داشت. سسون توضیح می‌دهد این دستگاه کاملاً دیجیتال بود، در حالی که در آن زمان هیچ محصول مصرفی کاملاً دیجیتالی وجود نداشت:

مجبور بودم یک پاسخ پیدا کنم. بنابراین با آزمایشگاه‌های تحقیقاتی تماس گرفتم و گفتم: «برای رسیدن به کیفیت فیلم ۱۱۰، که یکی از بدترین فرمت‌های فیلم موجود بود، به چند پیکسل نیاز دارم؟» پاسخ آزمایشگاه این بود که به یک میلیون پیکسل یا اگر تصویر رنگی باشد، به دو میلیون پیکسل نیاز دارید.

بنابراین، سسون که دوربینش تنها ۱۰ هزار پیکسل سیاه‌وسفید داشت، به پدیده‌ای علمی به نام قانون مور روی آورد. این قانون بیان می‌کند که تعداد ترانزیستورها در یک مدار مجتمع (که نشان‌دهنده قدرت پردازشی است) تقریباً هر دو سال یک بار دو برابر می‌شود. او می‌گوید: «هیچ‌کس قانون مور را زیر سؤال نمی‌برد. من هیچ تصوری نداشتم که آیا فناوری سی‌سی‌دی از قانون مور پیروی خواهد کرد یا خیر، اما ناامید بودم. بنابراین یک محاسبه انجام دادم و گفتم: «بین ۱۵ تا ۲۰ سال.»

جالب اینجاست که اولین دوربین دیجیتال مصرف‌کننده کداک، یعنی مدل دی‌سی ۴۰ (DC40)، در سال ۱۹۹۵ یعنی ۱۸ سال پس از پیش‌بینی سسون عرضه شد.

در سال ۱۹۷۸، اولین پتنت (حق انحصاری اختراع) دوربین دیجیتال به نام کداک ثبت شد. تخمین زده می‌شود که این پتنت تا سال ۲۰۱۲ که کداک، در آستانه ورشکستگی، حقوق آن را فروخت، میلیاردها دلار برای ایستمن کداک درآمدزایی کرده بود.

سسون تا زمان بازنشستگی‌اش از کداک در سال ۲۰۰۹، هرگز روی فناوری دیگری جز همان حوزه دیجیتالی که به خلقش کمک کرده بود، کار نکرد. او می‌گوید: «فقط بچه‌های تحقیقاتی و فنی هیجان‌زده بودند. بیشتر افراد بخش کسب‌وکار بسیار مردد بودند. و باید اعتراف کنم، من یک مروج واقعاً ضعیف بودم.»

تصور رایجی که در طول دهه‌های گذشته شکل گرفته، این است که سسون یک محصول دیجیتال انقلابی را برای یک شرکت سرسخت آنالوگ اختراع کرد و آن شرکت نیز با پنهان‌کردن سر در برف، تلاش کرد وانمود کند که این تهدید الکترونیکی از بین خواهد رفت. تاد گوستاوسون، متصدی فناوری در موزه جورج ایستمن در نیویورک، این روایت را نادرست می‌داند. او می‌گوید: سسون دوربین دیجیتال را بیش‌از‌حد زود اختراع کرده بود تا ایستمن کداک بتواند از آن سود ببرد.

گوستاوسون می‌گوید: «بخشی از اتفاقی که برای بسیاری از این اختراعات می‌افتد، شبیه خیلی زود به مهمانی رسیدن است. آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و ماهیت نوآورانه ایستمن کداک باعث می‌شد چیزهایی را خلق کنند که جلوتر از زمانه بودند، نه عقب‌تر از آن.»

دوربین اصلی سسون اکنون در موزه جورج ایستمن در روچستر نگهداری می‌شود. در سال ۲۰۰۹، به خالق آن مدال ملی فناوری و نوآوری، بالاترین افتخار علمی در ایالات متحده، اعطا شد. گوستاوسون اشاره می‌کند این فناوری که سسون به تحقق آن کمک کرد، امروز بسیار فراتر از رویاهای آن مهندس برق شیفته‌ی سفر ستاره‌ای پیش رفته است؛ در حال حاضر، تلفن‌های همراهی که در جیب داریم، می‌توانند تصاویری را ثبت کنند که گرفتن آن‌ها با محدودیت‌های فیلم عکاسی تقریباً غیرممکن به نظر می‌رسید.

برای خود سسون، آن لحظه‌ای که فهمید اختراعش در حال تبدیل‌شدن به جریان اصلی است، در تعطیلات سال ۱۹۹۸ در پارک ملی یلوستون، در کنار همسرش سیندی و فرزندانشان رخ داد. آن‌ها در کنار آبفشان الد فیثفول منتظر فوران نشسته بودند. او تعریف می‌کند:

دیدم که مردم آماده می‌شوند تا عکس بگیرند. دوربین‌های خود را آماده کردند و من دیدم که دوربین‌های فیلمی، دوربین‌های فیلمبرداری و دوربین‌های دیجیتال داشتند. در حالی که به اطراف نگاه می‌کردم، به سیندی گفتم: «داره اتفاق می‌افته.» برایش توضیح دادم که سال‌ها پیش چگونه این نمونه‌ی اولیه را ساختم و رویای من چه بود. حالا من در تعطیلات در یلوستون و در زندگی واقعی‌ام هستم. و ناگهان متوجه شدم این همان چیزی بود که به آن فکر می‌کردم و من هنوز زنده‌ام. می‌توانستم آن را ببینم.