DIGITÁLIS KAMERA ÉRZÉKELŐI

A digitális fényképezőgép több millió apró fényüregből vagy "fotohelyből" álló tömböt használ a kép rögzítéséhez. Amikor megnyomja a fényképezőgép exponáló gombját, és megkezdődik az exponálás, ezek mindegyike feltárul, hogy összegyűjtse a fotonokat, és elektromos jelként tárolja azokat. Az expozíció befejezése után a kamera bezárja ezeket a fotohelyeket, majd az elektromos jel erősségének mérésével megpróbálja felmérni, hogy hány foton esett az egyes üregekbe. A jeleket ezután digitális értékként számszerűsítik, a bitmélység által meghatározott pontossággal. A kapott pontosság ezután ismét csökkenhet attól függően, hogy melyik fájlformátumot rögzítjük (0-255 8 bites JPEG fájl esetén).

Üres tömb Könnyű üregek

A fenti illusztráció azonban csak szürkeárnyalatos képeket hoz létre, mivel ezek az üregek nem tudják megkülönböztetni, hogy mennyi van az egyes színekből. Színes képek rögzítéséhez minden üreg fölé egy szűrőt kell elhelyezni, amely csak bizonyos színű fényt enged meg. Gyakorlatilag az összes jelenlegi digitális fényképezőgép minden üregben csak egyet képes rögzíteni a három elsődleges szín közül, így a bejövő fény nagyjából 2/3-át dobja ki. Ennek eredményeként a kamerának közelítenie kell a másik két alapszínt, hogy minden pixelben teljes színt kapjon. A színszűrő tömb leggyakoribb típusát "Bayer tömbnek" nevezik, amely alább látható.

Színszűrő tömb Fotóoldalak színszűrőkkel

A Bayer tömb vörös-zöld és zöld-kék szűrők váltakozó soraiból áll. Figyelje meg, hogy a Bayer tömb kétszer annyi zöldet tartalmaz, mint piros vagy kék érzékelőt. Az egyes elsődleges színek nem kapják meg a teljes terület egyenlő hányadát, mivel az emberi szem érzékenyebb a zöld fényre, mint a vörös és a kék fényre. A zöld pixelekkel való redundancia olyan képet eredményez, amely kevésbé zajosnak tűnik, és finomabb részletekkel rendelkezik, mint ami az egyes színek egyenlő bánásmódjával lenne elérhető. Ez azt is megmagyarázza, hogy a zöld csatorna zaja miért sokkal kisebb, mint a másik két elsődleges színben (lásd a „Képzaj megértése” című példát).

Eredeti jelenet
(200%-nál látható) Amit a fényképezőgépe lát
(a Bayer tömbön keresztül)

Megjegyzés:Nem minden digitális fényképezőgép használ Bayer tömböt, de messze ez a leggyakoribb beállítás. Például a Foveon érzékelő mindhárom színt rögzíti minden pixel helyén, míg más érzékelők négy színt rögzíthetnek hasonló tömbben:piros, zöld, kék és smaragdzöld.

BAYER DEMOSAICING

A Bayer „demosaicining” az a folyamat, amelynek során az elsődleges színek Bayer tömbjét olyan végső képpé alakítják, amely minden pixelnél teljes színinformációt tartalmaz. Hogyan lehetséges ez, ha a kamera nem képes közvetlenül a teljes színt mérni? Ennek megértésének egyik módja, ha ehelyett minden 2x2-es vörös, zöld és kék tömböt egyetlen színes üregnek tekintünk.

→

Ez jól működne, azonban a legtöbb kamera további lépéseket tesz, hogy még több képinformációt nyerjen ki ebből a színtömbből. Ha a kamera minden 2x2-es tömbben lévő összes színt ugyanarra a helyre érkezettként kezelné, akkor vízszintes és függőleges irányban is csak a fele felbontást tudná elérni. Másrészt, ha egy kamera több, egymást átfedő 2x2-es tömb segítségével számítja ki a színt, akkor nagyobb felbontást érhet el, mint egyetlen 2x2-es tömbkészlettel. Az egymást átfedő 2x2-es tömbök következő kombinációja több képinformáció kinyerésére használható.

→

Figyeljük meg, hogy a képinformációkat nem a tömb legszélein számoltuk ki, mivel feltételeztük, hogy a kép minden irányban folytatódik. Ha ezek valójában az üreges tömb élei lennének, akkor itt a számítások kevésbé lennének pontosak, mivel már nem minden oldalon vannak pixelek. Ez azonban általában elhanyagolható, mivel a kép szélein lévő információk könnyen kivághatók a több millió pixeles kameráknál.

Léteznek más demoszaicin algoritmusok is, amelyek valamivel nagyobb felbontást tudnak kivenni, kevésbé zajos képeket készítenek, vagy alkalmazkodnak ahhoz, hogy az egyes helyeken a legjobban közelítsék a képet.

DEMOSAICOLÁSI TERMÉKEK

A kis léptékű, a digitális érzékelő felbontási határához közel eső képek néha becsaphatják a demoszaicin algoritmust, és irreálisnak tűnő eredményt adnak. A leggyakoribb műtermék a moaré (ejtsd:"more-ay"), amely ismétlődő mintákként, színes műtermékekként vagy irreális labirintusszerű mintázatba rendezett képpontokként jelenhet meg:

Második fotó ↓ a fenti méret 65%-ánál

Két külön fotó látható fent – ​​mindegyik más-más nagyításban. Vegye figyelembe a moaré megjelenését mind a négy alsó négyzetben, az első fénykép harmadik négyzetén kívül (finom). A kicsinyített változat harmadik négyzetében labirintusszerű és színes műtárgyak egyaránt láthatók. Ezek a műtermékek mind a textúra típusától, mind a digitális fényképezőgép RAW-fájljának fejlesztéséhez használt szoftvertől függenek.

Azonban még egy elméletileg tökéletes érzékelővel is, amely képes rögzíteni és megkülönböztetni minden színt az egyes fotóhelyeken, a moaré és egyéb műtermékek továbbra is megjelenhetnek. Ez elkerülhetetlen következménye minden olyan rendszernek, amely különálló időközönként vagy helyen mintavételez egy egyébként folyamatos jelet. Emiatt gyakorlatilag minden fényképészeti digitális érzékelő tartalmaz valamit, amit optikai aluláteresztő szűrőnek (OLPF) vagy élsimító (AA) szűrőnek neveznek. Ez általában egy vékony réteg közvetlenül az érzékelő előtt, és hatékonyan elhomályosítja a potenciálisan problémás részleteket, amelyek finomabbak az érzékelő felbontásánál.

MIKROLENCSÖMBÖK

Elgondolkodhat azon, hogy az oktatóanyag első diagramja miért nem helyezte el az egyes üregeket közvetlenül egymás mellé. A valós kamera érzékelőinek valójában nincsenek olyan fotóhelyei, amelyek az érzékelő teljes felületét lefedik. Valójában a teljes területnek csak a felét fedik le, hogy más elektronikai elemeket is elhelyezhessenek. Mindegyik üreg kis csúcsokkal látható közöttük, hogy a fotonokat az egyik vagy a másik üregbe irányítsák. A digitális fényképezőgépek "mikrolencséket" tartalmaznak az egyes fotóhelyek felett, hogy fokozzák fénygyűjtő képességüket. Ezek a lencsék hasonlóak a tölcsérekhez, amelyek a fotonokat a fotohelyre irányítják, ahol a fotonok egyébként nem használnák volna fel.

A jól megtervezett mikrolencsék javíthatják a fotonjelet minden fotóhelyen, és ezt követően ugyanolyan expozíciós idő mellett kisebb zajjal rendelkező képeket hozhatnak létre. A fényképezőgépgyártók a mikrolencsék kialakításának fejlesztéseit felhasználva csökkentették vagy fenntarthatják a zajt a legújabb nagyfelbontású kamerákban, annak ellenére, hogy kisebb fotóhelyek vannak, mivel több megapixelt nyomnak ugyanarra az érzékelőterületre.

A digitális fényképezőgépek érzékelőivel kapcsolatos további információkért látogasson el a következő oldalra:
Digitális fényképezőgép-érzékelők méretei:Hogyan befolyásolják ezek a fotózást?