Принцип роботи цифрового фотоапарату

1.

2.

3.

Фотоапар ат
CMOS
Матриця

4.

5.

Світлочутлива матриця або фотосенсор є інтегральною
мікросхемою (простіше кажучи, кремнієвою пластиною), що
складається з дрібних світлочутливих елементів - фотодіодів.
Фотодіоди, з яких складається будь-яка матриця, мають
здатність перетворювати енергію світлового потоку в
електричний заряд. Чим більше фотонів уловлює фотодіод, тим
більше електронів виходить на виході. Очевидно, що чим більша
сукупна площа всіх фотодіодів, тим більше світла вони можуть
сприйняти і тим вища світлочутливість матриці.

6.

Основа будь-якої фотографії - світло . Він проникає в камеру через об'єктив , лінзи якого
формують зображення предмета світлочутливої матриці. При натисканні на кнопку спуску
затвор камери відкривається (зазвичай, частки секунди) і відбувається експонування кадру,
тобто. освітлення матриці потоком світла заданої інтенсивності Залежно від бажання отримати
світлий чи темний знімок, може знадобитися різна кількість світла, тобто. різна експозиція .
Після завершення експонування електричний заряд, згенерований кожним фотодіодом,
зчитується, посилюється і за допомогою аналого-цифрового перетворювача перетворюється
на двійковий код заданої розрядності, який потім надходить у процесор фотоапарата для
подальшої обробки . Кожному фотодіоду матриці відповідає один піксель майбутнього
зображення.

7.

Матриця цифрового фотоапарата у тому вигляді, в якому вона описана вище, здатна сприймати лише чорно-біле
зображення. Фотодіод реєструє лише інтенсивність освітлення, але не має можливості визначити колір, що
залежить від довжини світлової хвилі або, енергії конкретних фотонів.
Щоб вирішити цю проблему, кожен з фотодіодів забезпечує світлофільтр червоного, зеленого або синього
кольору. Червоний світлофільтр пропускає промені червоного кольору, але затримує сині та зелені промені. У
результаті кожен фотодіод стає сприйнятливим лише до обмеженого спектру світлових хвиль.
Кольорові світлофільтри, що покривають фотодіоди, утворюють візерунок або мозаїку, яка називається масивом
кольорових фільтрів. Існує безліч варіантів взаємного розташування світлофільтрів, але у більшості цифрових
камер використовують т.зв. фільтр Байєра, що складається на 25% із червоних, на 25% із синіх та на 50% із зелених
елементів. Вдвічі більша кількість зелених світлофільтрів використовується тому, що людське око має підвищену
чутливість саме до світлових променів зеленого кольору, через що неточність у передачі зеленого каналу на
фотографії особливо помітна.
Отримане зображення не є повною мірою кольоровим, адже кожен фотодіод повідомляє процесору камери
інформацію лише про один з основних кольорів: червоний, зелений або синій. Відсутня колірна інформація для
кожного пікселя відновлюється в процесі дебайєризації. Процесор фотоапарата аналізує дані з розташованих по
сусідству елементів і, використовуючи хитромудрі алгоритми інтерполяції, розраховує значення червоного,
зеленого та синього кольору для кожного пікселя, отримуючи зрештою повнокольорове зображення RGB.

8.

Платою за колір є триразове зниження чутливості матриці, оскільки, при
використанні фільтра Байєра, світловий потік, що досягає кожного фотодіода,
послаблюється світлофільтром приблизно втричі. Крім того, страждає різкість
зображення. Заявлений виробником роздільна здатність матриці відображає її, так би
мовити, чорно-білу роздільну здатність, тоді як кольорове зображення формується за
допомогою інтерполяції сусідніх пікселів, що дещо розмиває картинку.
Також матриці з масивом кольорових фільтрів поводяться дуже погано в умовах
монохромного освітлення. Наприклад, при світлі натрієвих ламп низького тиску
повноцінно працюють лише червоні фотодіоди. Зелені отримують мінімум світла, а сині
взагалі не сприймають жодної інформації. В результаті фотографія виходить досить
зернистою навіть за помірних значень ISO, оскільки зображення доводиться
відновлювати майже виключно на підставі червоних пікселів, яких на матриці всього 25
%.

9.

Дякую за увагу