Сенсоры цифровых камер

Сенсор- полупроводниковый чип с набором светочувствительных элементов (светодиодов), которые часто называют матрицей. Свет попадает на светодиоды, сенсор реагирует на получаемые фотоны, что фиксируется фотоаппаратом. Далее вычислительный блок анализирует полученную информацию и определяет необходимые значения выдержки и фокуса, цвет (баланс белого), необходимость вспышки. Потом сенсор захватывает изображение и передает его на чип АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который анализирует импульсы и преобразует их в цифровой вид (поток 0 и 1). Сенсор является сердцем цифровой камеры, и в качестве сенсора выступает ПЗС или КМОП чип. 1им из главных отличий КМОП и ПЗС сенсоров является то, что в КМОП сенсор аналого-цифрового преобразователя (АЦП) интегрирован, а при использовании ПЗС сенсора он находится на внешнем чипе. Но по этой же причине КМОП сенсор более зашумлен. АЦП преобразует различные уровни напряжения в двоичные цифровые данные.От характеристики сенсора зависит следующее: детализация, уровень шумов, цветопередача и т.д. Важной характеристикой является чувствительность, выраженная в единицах ISO (чем выше этот показатель, тем меньше света нужно сенсору для формирования изображения.Но при этом вырастает шум на получаемом снимке- “электронные шумы”-в крапинки в темных обл. кадра.

Методы считывания сигнала в цифровых камерах

Цифровые камеры предназначены для получения цифрового изображения путем фотографирования различных оригиналов, предметов, документов, объектов природы у него есть линейные или матричные ПЗС-датчики, они преобразуют проецируемое на них изображение в цифровую форму. Считывание может осуществляться поэлементно точка за точкой (одноэлементным фотоприемником), построчно (линейкой светочувствительных элементов) или по всей площади (матрицей светочувствительных элементов). Поэлементное сканирование не имеет практическое значение в цифровой фотографии. При съемке цветных объектов световой поток с помощью цветных светофильтров разделяется по 3м каналам цветности(RGB). Если приемник содержит 3 рядом размещенные линейки светочувствительных элементов, то считывание информации о цвете происходит одновременно по 3м каналам цветности. Камеры, работающие по принципу построчного сканирования, требуют постоянных условий освещения. В дополнение к этому записываемые объекты не должны перемещаться в процессе съемки. В отличие от линейки, матрица ПЗС обычно остается в процессе считывания неподвижной. Сопоставительный анализ методов считывания сигналов: а) камера с задней разверткой. Производит сканирование в плоскости изображения. Сканирует построчно. Обладает высоким разрешением. Невозможно снимать движущиеся предметы. Время экспонирования составляет несколько мин. Необходимо использовать постоянное освещение. б) трехкадровая камера. Светочувствительный датчик - двухмерная матрица ПЗС. Каждый эл-т матрицы форм-т одну точку изображ. Имеют маленькое разрешение. Для регистр. цв. изображ. делают 3 отдельных снимка ч-з 3 св-фильтра(к.з.с). Регистр. неподвижн.объекты. в) однокадровая камера с 1ой матрицей.Св-чувств. датчик- плоская матрица. Данные о цвете регистр. ч-з нанесенные на поверхность ПЗС-матрицы пленочный фильтр (к.з.с.). Данные о каждой точке изображ. регистр. в 1ом из 3х цветов. Можно снимать движущиеся предметы. г) однокадр-е камеры с 3мя матрицами. Имеет 3 матрицы, каждая из которых регистрирует свой цвет. Интерполяция цветового сигнала в цифровых камерах, недостатки, возможности улучшения цветоделения.Интерполяция- функция цифровых камер, позволяющая добавлять некоторое число пикселей к уже существующему изображению для увеличения его размера. Стандартная для современных ПЗС матриц структура цветных фильтров с основными цветами, больше известная как структура Байера или Bayer pattern (по фамилии инженера фирмы Кодак, получившего патент на изобретение этой структуры фильтров). Подобная структура оказалась дешевой и простой альтернативой трехматричным видеокамерам, у которых изображение расщепляется с помощью спец. призмы на 3 изображения, которые попадают на 3 ч\б ПЗС матрицы, перед каждой из которых установлен свой фильтр 1ого из основных цветов (красный, зеленый, синий). Основным недостатком подобных структур является либо резкое падение разрешающей способности (в случае практически точного восстановления сигнала в 1ой точке, формируемой 4мя пикселями), либо появление цветных артефактов при попытке выделения яркостного сигнала из всех пикселов (алиасинг) и потеря точности цветопередачи. Поэтому, как правило, с помощью различных алгоритмов цветовой интерполяции получают значения недостающих цветов в каждом из пикселов, а яркостной сигнал выделяют из всех пикселов структуры. После этого обычно применяют фильтр низких частот. Т.о., выполняется процедура антиалиасинга, подавляющая артефакты в яркостном канале (для подавления алиасинга в цветовых каналах, видимого обычно как цветной муар, используется фильтрация с более низкими пространственными частотами).