Как работает сенсор цифровой камеры | Все в деталях

Цифровые камеры окружают нас повсюду, и они используются в самых разных областях. Вы найдете цифровые камеры не только в наших смартфонах, но и в приложениях для наблюдения, мониторинга дорожного движения, современных производственных линиях и во многих других отраслях.

Цифровая камера захватывает изображение путем преобразования информации об изображении от объектива, и то, что делает процесс преобразования возможным, - это датчик изображения. Он также считается сердцем цифровой камеры, поскольку без него камера не может работать. Итак, как работает сенсор цифровой камеры ?

Что такое сенсор камеры?

Сенсор камеры является основным компонентом каждой камеры, и сенсор позволяет захватывать изображение. Для формирования изображения требуется свет. От объекта исходит свет, и он попадает в датчик камеры.

Датчик улавливает свет и преобразует свет в цифровую форму. Эту цифровую форму мы назвали цифровым изображением.

Датчик представляет собой твердотельное устройство, состоящее из нескольких небольших компонентов. Это

Массив цветных фильтров

Датчик камеры может улавливать только свет, но не цвет. Массив цветных фильтров дает датчику возможность видеть цвет. Разные производители датчиков камер используют разные типы массивов; наиболее распространенным массивом является Bayer GRGB.

Он размещается на каждом пикселе для определения цвета, а каждый пиксель может определять только один цвет. Таким образом, этот массив цветовых фильтров создает неполные образцы цветов. Затем, используя процесс демозаики, камера воссоздает полноцветное изображение.

Фильтр нижних частот

Если высокочастотный свет проходит через сенсор, некоторые части изображения могут быть размытыми. Фильтр нижних частот используется для подавления частоты падающего света, защищая изображение от алиасинга.

Псевдонимы могут привести к повторяющимся деталям изображения, что может привести к размытию. Но ограничение частоты света снижает детализацию изображений. Производители повышают резкость фотографии, чтобы она выглядела детализированной.

Инфракрасный фильтр

Инфракрасный свет может вызывать цветовые оттенки на изображении, а датчик изображения очень чувствителен к инфракрасному свету. Между объективом и фильтром нижних частот находится зеркало, предотвращающее попадание инфракрасного света на сенсор. Это зеркало — инфракрасный фильтр.

Схема

Хотя все датчики выполняют одну и ту же работу, они различаются по своей конструкции. Двумя наиболее распространенными типами датчиков являются датчики камеры CCD и CMOS. Датчики ПЗС-типа собирают заряд с каждой полости или фотосайта и передают заряд от датчика с помощью вертикального массива светозащищенных пикселей.

КМОП-сенсоры имеют усилитель сигнала на каждом пикселе. Он собирает заряд из резонатора, затем преобразует заряд в напряжение и усиливает его на пикселях. Этот датчик производит напряжение, а не заряд, как датчик CCD.

Но поскольку он усиливает заряд каждого пикселя, поэтому на изображении может быть шум, большая часть датчика COMS содержит дополнительную схему шумоподавления.

Пиксели

Пиксель измеряет количество падающего на него света с помощью чувствительного фотодетектора. Этот свет или фотоны вызывают высвобождение электронов из силикона, образуя заряд на фотосайте.

Микролинзы

Микролинзы являются очень важной частью сенсора. Он увеличивает чувствительность сенсора, направляя свет в пиксели. Схемы сенсора берут на себя часть каждого пикселя, поэтому микролинзы направляют свет внутрь, и схемы не влияют на свет.

Все эти компоненты работают вместе для преобразования информации о свете в цифровое изображение.

Как работает сенсор цифровой камеры?

Цифровой камере не требуется даже целой миллисекунды для захвата изображения, но за это короткое время она выполняет множество задач. Сенсор камеры сам выполняет основные операции.

Что он делает, так это улавливает падающий свет и преобразует его в цифровую форму. Вот и все, но процесс сделать это не очень просто.

Когда вы нажимаете кнопку спуска затвора камеры, полости сенсора освещаются светом. В сенсоре миллионы пикселей, и количество пикселей сенсора такое же, как и полостей, и эти полости называются фотосайтами.

Фотосайты светочувствительны, и эта часть сенсора улавливает свет. Когда кнопка спуска затвора камеры нажата, эти фотосайты подвергаются воздействию света и закрываются по окончании экспозиции.

Между этим коротким временем экспозиции свет попадает на фотосайты, и фотосайты производят небольшой электрический заряд или сигнал.

Чем дольше будет время выдержки, тем больше света попадет на фотосайты. То же самое относится и к более яркому свету, что означает, что яркие условия освещения позволяют большему количеству фотонов попадать на фотосайты.

Чем больше фотонов попадет на фотосайты, тем сильнее будет электрический сигнал и тем четче будет изображение.

Таким образом, каждый пиксель фотосайта будет производить разное количество электрического сигнала. Камера будет измерять эти сигналы, и измеренный результат будет далее преобразован в цифровое значение с помощью аналого-цифрового преобразователя. Полученное значение — это то, что мы называем изображением.

Поскольку фотосайты не видят цвета, электрический сигнал можно преобразовать, заметив, но в шкале серого. Таким образом, датчик изображения использует набор цветовых фильтров для определения цвета. Наиболее распространенным типом цветового фильтра массива является массив фильтров Байера.

Поверх каждого фотосайта есть фильтр Байера. Одна четверть пикселя измеряет красный цвет, другая четверть измеряет синий цвет, а половина пикселя измеряет зеленый цвет. Каждый пиксель может отображать только один цвет.

Синий фильтр улавливает синий, красный улавливает красный, а зеленый улавливает зеленый цвет. Свет, не соответствующий цвету фильтра, отражается. Это означает, что мы теряем две трети неприличного света для захвата каждого цвета, поэтому яркость изображения в три раза превышает цветовое разрешение.

Каждый фотосайт фиксирует один световой цвет, а затем камера угадывает два других цвета, предустановленных в этом свете. В целом, теперь камера интерполирует цветовой сигнал от всех соседних пикселей и вычисляет полное значение цвета для каждого пикселя.

Информация о цвете всех пикселей сшивается вместе, и получается цифровое изображение.

Читать дальше:Как читать объектив камеры

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как сенсор камеры может видеть свет?

Сенсор цифровой камеры имеет миллионы светочувствительных фотосайтов. Когда кнопка спуска затвора камеры нажата, эти участки фотографии подвергаются воздействию света, захватывая свет (фотон), попавший на них.

Как датчик захватывает изображение?

Когда свет попадает на полости датчика, он создает электрический сигнал. Датчик камеры измеряет информацию и преобразует эти данные в цифровую форму. Затем он объединил все эти цифровые данные, и в результате получилось изображение.

Заключительные слова

Захват изображения не имеет большого значения. Но процесс, который происходит внутри сенсора камеры, совсем не прост. Надеемся, что это руководство даст вам хорошее представление о том, как работает сенсор цифровой камеры. .