В большой массе цифровых фотокамер применяются в качестве сенсоров CCD матрицы. Какие особенности CCD матриц существуют рассмотрим в этой статье, но для начала разберем как она работает, чтобы иметь общее представление.
Особенности работы CCD матриц
Перед съемкой происходит зарядка электронами фотосайтов. При попадании света на фотосайт происходит сбор электронов пропорционально интенсивности и количеству упавшего света. После засветки CCD матрицы проводится замер накопленного заряда и его перекодирование в цифру, которая сопоставляется с глубиной цвета, предусмотренной для данного типа матрицы. Как правило, чаще всего глубина цвета составляет 8 бит.
Название CCD матрицы пошло от способа считывания заряда с фотосайтов. Все дело в том, что считать заряды можно только с одного ряда фотосайтов, а все ряды связаны между собой. Поэтому после того, как произошел процесс считывания заряда с первого рада фотосайтов, заряд с него удаляется, а на его место переходит заряд со следующего ряда и процесс повторяется до тех пор, пока не осуществится считывание всех рядов. После этого происходит перезаряд матрицы, и она снова готова к получению нового изображения.
Рисунок 1. Процесс считывания информации из одного ряда фотосайтов и передача заряда от ряда к ряду.
Фотосайты не способны определять цвета. Они могут только различать интенсивность света. Поэтому для получения цветного изображения применяют маски для матрицы. Наиболее распространенной является схема в основе которой находится шаблон Байера. Шаблон собран из 4 фильтров – двух зеленых, красного и синего.
Человеческий глаз наиболее хорошо воспринимает зеленый цвет, поэтому изображение, насыщенное зеленым цветом чисто субъективно воспринимается более реалистичным. Иногда схему Байера называют GRGB (зеленый, красный, зеленый, синий).
Рисунок 2. Шаблон Байера.
Фотосайты воспринимают цвет, прошедший через маску с определенной интенсивностью. Конечное изображение формируется с помощью интерполяции соседних фотосайтов. Сам процесс интерполяции называется демозайкой. Алгоритм, по которому происходит демозайка у каждого производителя фототехники свой и от него очень сильно зависит качество получаемого изображения.
Особенности CCD матриц
Особенностью CCD матриц является их малые размеры по отношению к стандартному кадру 35 миллиметровой пленки. В дешевых компактных фотоаппаратах устанавливаются CCD матрицы размером 1/1,27’’. В более качественных фотоаппаратах размер CCD матрицы может быть 1/1,8’’, а в полупрофессиональных моделях может достигать размера 2/3’’.
От геометрических размеров CCD матрицы зависит разрешение, цветопередача изображения и количество шумов, вносимых матрицей при съемке. Ориентироваться на количество мегапикселей матрицы не стоит, так как далеко не все они задействованы в формировании изображения.
Поэтому максимальное разрешение матрицы следует определять не по количеству мегапикселей, а по эффективному разрешению. Для его вычисления необходимо узнать максимальное разрешение снимка, который способна сделать фотокамера, а затем помножить эти числа друг на друга. Например, 2048Х1536. Получим 3,1 млн. пикселей. Это и есть эффективное разрешение.
Особенностью CCD матриц являются также повышенные уровни шумов, особенно если матрица имеет малые размеры при большом количестве мегапикселей. На некоторых моделях бюджетных фотокамер матрица начинает шуметь даже на светочувствительности в ISO 400! Поэтому проводить оценку следует не по количеству мегапикселей, как это делают продавцы в магазине, а по уровню шумов на конкретном значении светочувствительности.
Еще одной особенностью CCD матриц, имеющих большое количество мегапикселей, является размытие изображения из-за дифракции света. Особенно это заметно у фотокамер с низким качеством оптических систем. Изображение вследствие дифракции света приобретает замыленный эффект. Вероятно, отсюда и пошло название «цифромыльница».
