Разделы

Рубрики

Страницы

Свежие записи

Детектор

24 Мар 2014

До сего времени практически все камеры на рынке оценивались по количеству пикселей, которые может снять цифровой фотоаппарат (чем их больше, тем паче детализированной будет фото). Количество пикселей находится в зависимости от физического размера и концентрации частей на детекторе. Детектор является сердечком цифровой камеры, и в качестве детектора выступает ПЗС либо КМОП чип. Детектор состоит из огромного количества светочувствительных частей (photosites), содержащих фотодиоды. Элементы на чипе упорядочены и образуют матрицу. Таким макаром, элементы матрицы можно сравнить с пикселями (равно как и именовать). Элементы реагируют на свет и делают электронный заряд, величина которого пропорциональна количеству попавшего света. Количество пикселей детектора можно определять по числу строк и столбцов AxB (к примеру, 640×480), а можно — по общему числу частей (к примеру, 1 000 000 пикселей). Миллион пикселей обычно именуют Мегапикселем (1 MP). В любом случае пиксель является минимальным элементом цифрового изображения. Потому этот термин употребляется также и при описании мониторов и сканеров.

Детектор Детектор Kodak ColorVGAНекоторые производители время от времени дают в технической спецификации две пиксельные свойства КМОП/ПЗС детектора. 1-ая из их указывает общее число пикселей (к примеру, 3 340 000 пикселей либо 2,11 MP), а 2-ая — число активных пикселей, которые употребляются для получения изображения. Разница меж этими числами обычно не превосходит 5%.

Существует несколько обстоятельств такового расхождения. Во-1-х, при производстве детектора создаются «черные», дефектные пиксели (создание стопроцентно исправного детектора фактически нереально при имеющихся разработках). Во-2-х, некие пиксели употребляются для других целей, к примеру, для калибровки сигналов детектора. Свет не попадает на часть пикселей, расположенных по бокам. Эти пиксели помогают найти фоновый шум, который потом будет вычитаться из данных других пикселей. Также часть детектора может не учитываться для сотворения изображения с требуемым форматом кадра (отношение количества точек по горизонтали к количеству точек по вертикали).

Кстати, зависимость размера фото от числа пикселей не линейная, а логарифмическая. Переход от 3 MP к 4 MP детектору наращивает размер изображения не на 25%, а на наименьшее значение. По этой причине даже в новейших цифровых фотоаппаратах с увеличенной концентрацией пикселей на детекторе размер изображения некординально отличается от прошлых моделей, что навряд ли так принципиально для большинства юзеров.

Детектор Ход светового пучка через линзы в фотоаппарате MinoltaСейчас все цифровые камеры любительского уровня употребляют один КМОП либо ПЗС детектор. Некие high-end проф аппараты (равно как и многие портативные камеры) употребляют несколько детекторов. В их входящий свет делится призмой на ряд пучков, любой из которых попадает на собственный детектор. Такая разработка позволяет предупредить наложение цветов (когда границы красноватого, голубого и зеленоватого цвета смещены на изображении). Но подобные камеры требуют более осторожного процесса производства, а из-за наличия призмы они более массивны и наименее выносливы. Также в их должна употребляться усовершенствованная оптика, так что общая стоимость таковой камеры значительно выше.

Что любопытно, внедрение нескольких детекторов не приводит к линейному росту количества пикселей. В большинстве фотоаппаратов (равно как и в многосенсорных камерах) употребляется три отдельных КПОМ/ПЗС детектора для красноватого, зеленоватого и голубого цвета. Любой из их получает 1/3 цветовой инфы. Таким макаром, при использовании 3-х 3 MP детекторов они будут работать как один 3 MP детектор. Но часто в цифровых фотоаппаратах механизм использования инфы, приобретенной от детекторов, отличается. Практически он находится в зависимости от модели и от производителя.

В неких трех-сенсорных фотоаппаратах каждый детектор захватывает 1/3 от разрешения полного изображения, а потом происходит интерполяция. Другие камеры употребляют какую-либо комбинацию основных цветов на каждом детекторе и используют сложные методы для получения изображения. К примеру, сейчас уже не выпускающаяся Minolta RD-175 была вооружена 3-мя ПЗС детекторами, два из которых были зеленоватыми, а 3-ий был красно-синим. (Такое удвоение зеленоватого детектора припоминает технологию Bayer Pattern, о которой будет поведано ниже). Любой из детекторов RD-175 содержал меньше 1 MP, но благодаря предстоящему математическому преобразованию получавшееся изображение состояло из 1,7 Мегапикселей.

В почти всех цифровых камерах только часть пикселя реагирует на свет, потому принципиально навести как можно больше света на подходящую область пикселя (это явление именуется коэффициентом наполнения, fill factor). Для этого на детекторах большинства фотоаппаратов любительского уровня употребляются микролинзы, располагающиеся конкретно над каждым пикселем и направляющие фотоны впрямую на светочувствительную область (well). Фотоны преобразуются в электроны при помощи кремниевого фотодиода, размещающегося в высшей части светочувствительной области, а сама область работает как конденсатор, потому что обладает возможностью сохранения электронного заряда.

Потому что детекторы по собственной сущности есть черно-белые устройства, не различающие цвет, в цифровых фотоаппаратах в большинстве случаев употребляется массив цветных светофильтров (color filter array, CFA), располагающихся меж микролинзой и светочувствительной областью пикселя. При помощи светофильтра каждому пикселю присваивается собственный цвет. Производители цифровых камер употребляют разные архитектуры светофильтров, обычно, задействующие комбинацию главных цветов (красноватого, зеленоватого и голубого) либо дополнительных цветов (голубой, пурпуровый и желтоватый). Но в любом случае механизм работы фильтра заключается в пропуске только подходящего цвета (с определенной длиной волны). При всем этом требуется уменьшать проявления цветовых реликвий и избегать обоюдного воздействия примыкающих пикселей, в то же время сохраняя правильную цветопередачу. (Ниже мы разглядим, как микропроцессор камеры делает изображение из отдельных битов цвета).

Детектор
Массив цветных светофильтров

В большинстве случаев массив цветных светофильтров употребляет технологию Bayer Pattern, при которой красноватые, зеленоватые и голубые фильтры размещаются в шахматном порядке, при этом число зеленоватых фильтров в дважды больше чем бардовых либо голубых. Это связано с тем, что человечий глаз более чувствителен к свету с длиной волны в зеленоватом спектре, чем к голубому либо красноватому спектрам. Соответственно удвоение числа зеленоватых пикселей должно обеспечивать наилучшее восприятие яркости и поболее естественные цвета для людского глаза (что очень припоминает соотношение яркостей полного видеосигнала, где яркость (Y) = 0,59G + 0,30R + 0,11B).

Также в итоге использования этой технологии получаются более резкие изображения. Неувязка соответствия воспринимаемого цвета и фактического цвета решается несколькими методами. Разные производители употребляют различные цветовые модели и методы для улучшения цветопередачи цифрового фотоаппарата.

Все цифровые камеры обустроены электрическим эквивалентом затвора (он отличается от обычного механического затвора в пленочных фотоаппаратах), который встроен в детектор. Он нужен для четкой регуляции времени приема света детектором. Электрический затвор — это тумблер, который включает (либо выключает) детектор для приема приходящего светового потока. Некие цифровые камеры также употребляют и поболее дорогой механический затвор, но никак не для избыточности, а для предотвращения попадания на детектор света после окончания времени выдержки. Таким макаром, предотвращаются артефакты типа возникновения нимба, затуманивания и смазывания.

Если вы нажимаете кнопку затвора наполовину, то в цифровом фотоаппарате фиксируются фокус и время выдержки в ожидании следующей съемки. Точно также все происходит и на обыкновенной пленочной камере типа «навелся и снял» при нажатии кнопки затвора наполовину. Но последующие действия в цифровом фотоаппарате принципно отличаются от пленочного. При полном нажатии кнопки затвора в цифровой камере практически сразу происходят последующие деяния.

  1. Если фотоаппарат обустроен механическим затвором, то он запирается. Дальше детектор немедля освобождается от всех электронных зарядов. Это связано с неизменной активностью детектора, что приводит к скоплению электронных зарядов в разных точках. (На неких улучшенных камерах детектор должен находиться в режиме сна перед съемкой изображения для исключения воздействия нагрева и роста соотношения сигнал/шум). Если камера не получает никаких инструкций, то детектор будет безпрерывно освобождаться от заряда приблизительно каждую 1/60 долю секунды. Таким макаром, перед съемкой изображения весь электронный заряд должен быть сброшен.
    Что любопытно, некие цифровые фотоаппараты (типа Olympus Camedia E-100RS) сохраняют последнее «удаленное» с детектора изображение во временном буфере памяти. Они могут показать «удаленное» изображение после съемки, так что юзер может избрать идеальный вариант из 2-ух. Таковой «подготовительный» режим съемки оказывается полезен для получения фото малышей либо животных, которые часто моргают либо двигаются при любом щелчке фотоаппарата.
  2. Удаляет ли камера скопленный электронный заряд перед съемкой либо конвертирует ли его в изображение во временном буфере, в любом случае один из микропроцессоров камеры употребляет эти данные для регуляции и выбора характеристик будущей фото. К примеру, один из микропроцессоров камеры, занимающийся регуляцией баланса белоснежного (цветокоррекцией), может использовать приобретенные значения для определения, какие пиксели текущего изображения должны быть белоснежными. Он может попробовать отрегулировать все цвета для устранения смещения от «точки белоснежного». Точно также на базе приобретенных данных выбирается фокус, необходимость вспышки и другие неотклонимые характеристики (еще перед фактической съемкой изображения). Эти характеристики сохраняются в буфере и могут быть применены дальше на фазе обработки изображения. Если для съемки употребляется ЖК видоискатель, то на него также поступят эти данные.
  3. Как электронные заряды будут сброшены с детектора и нужные характеристики съемки будут выбраны, детектор готов к принятию требуемого изображения (которое вы ждете получить при нажатии на кнопку затвора). Дальше камера открывает механический затвор и активизирует электрический затвор. Оба из их остаются открытыми на время выдержки (определенное ранее). По окончании времени выдержки механический затвор запирается.
  4. Пока камера занимает обработкой, затвор вновь раскрывается. Он будет закрыт только при следующем нажатии на кнопку затвора (когда будет начат процесс сброса заряда для подготовки к получению последующего изображения). Если микропроцессор (либо фотограф) решит использовать электрическую вспышку для получения фото сцены (обычно применяется интегрированный в камеру стробоскопический источник света), то вспышка будет освещать сцену до того времени, пока отдельный световой детектор не решит, что вспышка довольно осветила сцену для данного времени выдержки и не выключит вспышку.
Примечание: Olympus представляет для себя процесс получения цифрового изображения в последующем виде.

Детектор Процесс получения цифрового изображения исходя из убеждений Olympus

Потому что для сброса заряда детектора требуется некое время (равно как и для чтения инфы и установки характеристик), всегда существует некая неминуемая задержка меж полным нажатием на кнопку затвора и временем съемки изображения. На рядовой любительской цифровой камере эта задержка начинается от 60 миллисекунд (этот просвет так мал, что вы навряд ли его заметите) до 1 секунды.

Внедрение огромных буферов памяти и высокоскоростных микропроцессоров может уменьшить задержку, по этой причине дорогие фотоаппараты снимают резвее собственных дешевеньких братьев. Посреди самых дорогих проф камер можно выделить новый Nikon DH1 с 128 Мб буфером. Другие камеры типа Kodak DCS 520, 620 и Fuji S1 обустроены 64 Мб буфером. Очень маленькое количество проф и high-end любительских камер обустроено буферами размером 16 Мб либо 32 Мб.

Не считая того, ряд детекторов (в особенности КМОП) являются функциональными чипами с неким интегрированным умом, что помогает им уменьшать время, затрачиваемое на передачу и на обработку приобретенной инфы. Подобно хоть какой другой цифровой системе, цифровая камера работает тем резвее, чем выше ее внутренняя пропускная способность.

Когда детектор конвертирует попавшие на него фотоны в электроны, то он работает с аналоговыми данными. Последующим шагом является снятие сохраненных электронных сигналов из пикселей и предстоящее их преобразование в электронный ток средством встроенного выходного усилителя. Ток посылается на наружный либо интегрированный аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Одним из основных различий меж КМОП и ПЗС детекторами будет то, что в КМОП детекторе АЦП интегрирован, а при использовании ПЗС детектора он находится на наружном чипе. Но по этой же причине КМОП детектор более зашумлен. АЦП конвертирует разные уровни напряжения в двоичные цифровые данные. Цифровые данные подвергаются предстоящей обработке и организуются в согласовании с битовой глубиной цвета для красноватого, зеленоватого и голубого каналов, что выражается в интенсивности данного цвета для избранного пикселя.

Похожие записи :

  • Детекторы - это устройства, определяющие только градации сероватого (градации интенсивности света - от стопроцентно белоснежного до стопроцентно темного ...

  • Чересстрочные ПЗС В чересстрочных ПЗС каждый пиксель обладает как фотоприемником, так и областью для накапливания заряда. Эта область ...

  • При длительной работе хоть какой цифровой фотоаппарат греется. Потому в проф цифровых камерах детектор интенсивно охлаждается - или при помощи конвекции ...

  • ПЗС, в отличие от КМОП, не способен совершать некие операции прямо на чипе, но то обычное изящество, с которым ПЗС делает операции, обеспечивает изображ ...

  • Большая часть детекторов сделаны на базе кремния. Когда фотоны ударяются о кремний, электроны в кремнии возбуждаются и ковалентная связь, удерживающая э ...

Отзывов нет »

No comments yet.

RSS-лента комментариев. Адрес для трекбека

Ваш отзыв