Сензорите на цифрови фотоапарати

В цифрови фотоапарати използват за изображение сензор масив от милиони миниатюрни клетки пиксела. Когато натиснете бутона на затвора на фотоапарата си и започва експозиция, всеки един от тези пиксели е "fototermos", която се отваря за събиране и съхранение на фотони в качеството им. След приключване на камерата на експозицията затваря всички fototermosy и се опитва да се определи колко много фотони паднаха във всяка. Относителният брой фотони в всеки контейнер допълнително превърната в различни нива на интензитет, които се определят от точността на битовете (0-255 за 8-битов изображение).

Контейнерът не съдържа информация за това колко от всеки цвят има в нея, така че метода, описан по-горе може да се получи само черно-бели изображения. За да се получи на цветни изображения на върха на всеки контейнер е поставен филтър, който пропуска само с определен цвят. Почти всички съвременни цифров фотоапарат може да улови във всеки един от контейнерите, само един от трите основни цвята и по този начин губят около 2/3 от входящата светлина. В резултат на това на камерата трябва да добавите и други цветове, за да получат информация за всички цветове във всеки пиксел. Най-добре познат цветен филтър матрица, която се нарича "Bayer филтър" е показано по-долу.

Bayer матрица се състои от редуващи се редици от червено-зелено и синьо-зелен филтри. Имайте предвид, че в масива Bayer съдържа два пъти повече зелени сензори в синьо или червено. Дисбалансът е причинена от основните цветове, които човешкото око е по-чувствителна към зеления цвят от червено и синьо заедно. Излишъкът на зелени пиксели дава изображение, което изглежда да бъде по-малко шумни и по-ясно, отколкото би било в равно количество цветя. Той също така обяснява защо шум в зеления канал, е много по-малко, отколкото в другата (например вж. В статията "Какво е визуален шум").

оригиналното изображение
(А удвояване)

Той вижда вашия фотоапарат
(Via матрицата Bayer)

Забележка: Не всички цифрови фотоапарати използват матрица Bayer, но това е най-често срещаният вариант. Foveon сензор, използван в Sigma SD9 и SD10 камери записва всички три цвята в всеки пиксел. Sony камери за улавяне четири цвята по подобен масив: червено, зелено, синьо и смарагдово зелено.

debayer

Debayer - е процес на превод матрица Bayer основен цвят в окончателния образ, който съдържа пълна информация цвят на всеки пиксел. Как е възможно, ако камерата не е в състояние да измерват пряко пълен цвят? Един от начините да се разбере този процес - това е да се разгледа всеки 2x2 масив от червени, зелени и сини две клетки като пълноцветен клетка.

Като цяло, това е достатъчно, но повечето фотоапарати предприемат допълнителни стъпки за излизане от матрицата дори повече информация за изображението. Ако камерата е обсъдил всяка от масив 2x2 като една точка, своята резолюция ще падне наполовина, както хоризонтално и вертикално (т.е. четири пъти). От друга страна, ако камерата е цветът с помощта на няколко припокриващи се масиви от 2x2, той може да получи по-висока резолюция, отколкото е възможно за един 2x2 масив. За да се увеличи размерът на зрителна информация може да се използва следната комбинация от масивите припокриващи 2x2.

Имайте предвид, че не сме очаквали информацията за изображението на границите на матрицата, както е предложено, то ще продължи и през всяка от страните. Ако това беше наистина границите на матрицата, изчисления биха били по-малко точни, тъй като няма повече пиксела. Това не е проблем, тъй като за фотоапарати с милиони пиксели информация за границата може безопасно да се изхвърли.

Има и други матрици разбор алгоритми, които могат да извличат малко по-резолюция, събират по-малко шумни снимки или адаптивно отговарят на различни области от изображението.

дефекти dematrizatsii

Глоба изображение при нивото на решение на цифров датчик понякога може да е объркващо алгоритъм масив разбор, в резултат на неестествени изглеждащи резултати. Най-добре познат недостатък - това моаре, която може да се прояви като повтаряне текстура, или цвят дефекти на пиксела формира нереални лабиринти:

Посочено по-горе са две изображения с различни увеличения. Обърнете внимание на външния вид на моаре и в четирите долни площади, и на третия площад на първото изображение (не се чете). По-малката версия може да се разглежда като лабиринти, и цветови дефекти в третата площада. Такива дефекти зависят от вида на текстура, и на софтуера, който прави източника (RAW) файл е цифров фотоапарат.

микролещи масив

Може би се чудите защо на първата схема в тази глава, контейнери, които не са били разположени в непосредствена близост един до друг. В сензорите в камерите наистина няма пълно припокриване на повърхността. Всъщност, често под пикселите разпределя не повече от половината от общата площ на сензора, защото трябва някъде да се постави на останалата част от електрониката. За всеки резервоар има водачи, които изпращат фотони в дадена клетка. В цифрови фотоапарати прилага "микролещи" над всяка група от пиксели, за да се увеличи способността им да събират светлина. Тези лещи са като фунии събират фотони, които иначе биха могли да останат неизползвани.

Добре проектирани микролещи могат да подобрят събирането на фотони на всяка клетка и, следователно, да създавате изображения, които съдържат по-малко шум за едно и също време на експозицията (скорост на затвора). производители на камерата са били в състояние да използват подобрения в производството на микро-лещи, за да се намали или поддържа шум в най-новата камера с висока резолюция, въпреки намаляването на размера на клетката, свързана с опаковане на повече мегапиксели в същия размер сензор.