Сенсоры бывают разные...

Пусть пока цифровые камеры еще не настолько популярны, как пленочные, но все к этому идет. Цены на такие устройства продолжают снижаться, и их популярность растет у все большего числа людей. Ключевое различие между цифровой и пленочной камерой состоит в полном отсутствии в первой пленки как таковой. Вместо нее применяется сенсор, преобразующий падающий на него свет в электрический заряд. Давайте подробнее рассмотрим оптический сенсор как именно ту часть цифровых камер, которая отвечает за непосредственное восприятие аппаратом изображения. В современных цифровых камерах применяются сенсоры двух типов: приборы с зарядовой связью (ПЗС или CCD) и металлоксидные (CMOS). Большинство камер работают с сенсорами первого вида. Металлоксидные матрицы используются лишь в камерах "очень начального" уровня. CCD-матрица состоит из множества чувствительных к свету элементов, которые называют фотоэлементами. Каждый из них преобразует фотоны (свет) в электроны (электрический заряд). Следующим шагом на пути к получению цельного изображения является считывание значение заряда со всех фотоэлементов. В CCD-матрице преобразование заряда в каждом пикселе в цифровую форму происходит при помощи аналогово-цифрового преобразователя (АЦП). CMOS-устройства используют для передачи сигнала более подходящую для обработки форму. В них возможно непосредственное определение цифрового значения освещенности от каждого отдельного пикселя. Есть несколько весьма заметных различий между двумя описанными основными типами матриц. CCD-матрицы формируют высококачественные, мало зашумленные изображения. CMOS-устройства, наоборот, более склонны к цветовому шуму. Особенности используемой в них технологии требуют наличия в непосредственной близости от пикселя нескольких транзисторов. В результате часть света теряется на площади транзисторов, чем и можно объяснить несколько меньшую светочувствительность CMOS-матриц. Однако энергопотребление CMOS-устройств почти в 100 раз меньше, чем у конкурирующей технологии. CCD-матрицы производятся и используются сравнительно давно, они позволяют получать высококачественные изображения с большим разрешением при выдающейся светочувствительности. CMOS-устройства почти всегда имеют меньшее разрешение, меньшую чувствительность и, в целом, выдают снимки гораздо худшего качества. Безусловно, потенциал этой технологии скоро даст о себе знать. Возможно, он позволит достичь некоторого паритета между двумя технологиями производства матриц. Но это дело будущего, хоть и недалекого. Как разделяют свет Теперь коснемся проблемы определения цвета. К сожалению, фотоэлементы сами по себе являются нечувствительными к цвету. Они позволяют только различать разные уровни освещенности своей поверхности. Чтобы добиться полноцветного изображения, в большинстве случаев применяют метод разделения поступающего в объектив камеры света на три основных цвета. Соединенные воедино образы первоначального изображения в трех базовых цветах позволяют получить в дальнейшем, например на экране монитора, полноцветную картинку. Есть несколько способов сохранения отдельных образов изображения в трех цветах. Самые качественные камеры посредством специального разделителя проецируют картинку в разных частях спектра на три различные ПЗС-матрицы. Свет, словно вода, разделяется на несколько струй, потоков. Благодаря примененным светофильтрам, идентичное, но хроматически различное изображение формируется на всех трех матрицах. Достоинством данного метода работы с цветом является возможность сохранить пропорции любого из основных цветов в каждом пикселе изображения. К сожалению, камеры, использующие такой метод, имеют большие размеры и высокую цену. Еще один метод учета разных цветов состоит в поочередном помещении красного, синего и зеленого фильтров перед одной матрицей. Три отдельных изображения сохраняются последовательно. Такой способ позволяет также независимо рассматривать все три основных цвета для каждого пикселя. Однако вследствие неодновременности формирования всех трех изображений объект съемки на протяжении довольно длительного времени должен быть неподвижен перед объективом. Таким образом, данная схема не применима для съемок движущихся объектов и не используется в камерах, удерживаемых руками. Более практичный и экономичный способ определения цвета пикселей состоит в размещении светофильтров в некоторой последовательности непосредственно перед фотоэлементами. Заполнив сенсор множеством красных, синих и зеленых пикселей вполне возможно получить достаточную информацию о цветности конкретного участка изображения. Качество распознавания повышается, если дополнительно учитывать информацию от соседних пикселей, применяя интерполяцию. О пикселях поговорим попозже, пока для простоты считайте одним пикселем каждый фотоэлемент. Наиболее распространенной схемой размещения пикселей разных цветов является чередование рядов, состоящих из красных и зеленых пикселей, с рядами из синих и зеленых элементов. Возможно, для вас будет сюрпризом тот факт, что количество пикселей разных цветов неодинаково. Например, зеленых на матрице в два раза больше, чем синих и красных, число которых равно. Это имеет свою причину. Дело в том, что глаз человека неодинаково чувствителен к разным цветам. Ему требуется больше информации о зеленом цвете в изображении, иначе полученный цифровой снимок не будет воспринят глазом как нормальный, естественный. Достоинством последнего описанного метода является потребность только в одной CCD-матрице, в то время как в один и тот же момент записывается информация о трех основных цветах. Такой подход позволит удешевить цифровые камеры, уменьшить их размеры, упростить применение цифровой техники в самых различных ситуациях. Другими словами, описанная схема цветоделения дает возможность создавать широкодоступные портативные цифровые камеры, снимать которыми можно, просто держа камеру в руках, и не волноваться о качестве снимка. На выходе сенсора подобной камеры можно получить мозаику из красных, синих и зеленых пикселей различной интенсивности. Вероятно, вызовет удивление способность цифровых камер сохранять цветные изображения довольно большого разрешения без потери информации о цвете. Все просто: цифровые камеры используют специальные алгоритмы для конвертирования мозаики пикселей трех базовых цветов в изображение с определенным разрешением, состоящее из пикселей "реальных" цветов. Каждый пиксель матрицы при работе подобных алгоритмов обрабатывается не один раз, плюс учитываются цвета всех окружающих его элементов. Существует также и другие способы распознавания цвета, которые кое-чем отличаются от рассмотренных моделей. Хотя по популярности, безусловно, лидирует трехцветный метод, некоторые камеры анализируют изображение в варианте двух- или четырехцветной модели. Павел Корнеенко aka DonTek
Весь номер

Новости партнеров: