Значение сенсора

Вы обязательно должны понимать принципы работы сенсора , так как разрешение и качество цифрового изображения по большей части определяется именно этим устройством. Конечно, объектив, который «собирает» и передает изображение на сенсор, играет не менее важную роль, но оптические технологии постоянно развиваются, начиная с момента создания первого увеличительного стекла (которое использовали для чтения) еще в XIII веке. Даже такие недавние разработки, как асферические (не сферические) объективы и оптика, созданные специально для цифровых фотоаппаратов, не более чем совершенствуют применение хорошо понятных законов.

Цифровой сенсор — совсем другое дело. Первый CCD-сенсор был создан около тридцати лет назад, а в 1986 году компания Kodak представила первый мегапиксельный сенсор (с неимоверным количеством пикселей — 1,4 миллиона). Технология развивалась в нескольких направлениях, самым важным из которых для фотографов является увеличение разрешения и снижение цены. В настоящее время существуют сенсоры с 16 миллионами пикселей и даже больше, а стоимость их производства упала настолько, что фотоаппараты с разрешением до 8 мегапикселей или более стоят гораздо дешевле 1000 долл. Можно рассчитывать, что за время выхода в свет этой книги количество пикселей удвоится, а цена снизится наполовину.

Самые интересные разработки связаны с технологией, используемой в сенсоре Foveon X3 , — первом сенсоре, способном захватить любой из основных цветов света в любой пиксельной позиции. Сенсоры стандартного цифрового фотоаппарата захватывают только часть изображения и для «угадывания» значения отсутствующих пикселей используют математический процесс, называемый интерполяцией (он будет более подробно описан далее).

На рис. 2.9 показана часть CCD-сенсора размером шесть на шесть пикселей. Полный сенсор 6-мегапиксельной камеры содержит около 3000 столбцов и 2000 строк пикселей, но этот массив, в сущности, идентичен части, показанной на рисунке. На рис. 2.9 сенсор разделен на два слоя. Серый нижний слой содержит реальные детекторы света, которые захватывают фотоны, несущие информацию о каждом пикселе. Цветной верхний слой состоит из фильтров, каждый из которых пропускает красный, зеленый или синий свет и задерживает остальные. Благодаря наличию фильтров каждый из 6 миллионов пикселей в конкретном месте сенсора способен регистрировать интенсивность только одного из трех цветов.

Конечно, пиксель, предназначенный для регистрации зеленого света, может оказаться недостаточно «везучим», чтобы получить зеленый свет. На этот пиксель может прийтись синий или красный оттенок. К счастью, при наличии 6 миллионов пикселей зеленый свет получит достаточное количество пикселей с зеленым фильтром. Это же касается остальных цветов. Используемые в фотоаппаратах алгоритмы «просматривают» окружающие пиксели и с некоторой точностью вычисляют недостающие значения. Эти «восстановленные» пиксели и сохраняются на карте памяти при записи изображения в виде файла JPEG или TIFF. (Сохранение данных в неинтерполированном формате RAW выполняется иначе. Принцип записи файлов в данном формате рассматривается в главе 4, «Форматы файлов для цифровой фотокамеры».)

По ряду причин, погребенных в недрах науки о цветах, пиксели сенсорного массива не подчиняются строгому чередованию красного, зеленого и синего цветов. Они расположены в виде узора Байера (см. рис. 2.9): в одной строке чередуются красные и зеленые пиксели, в следующей — синие и зеленые. При этом преобладает зеленый цвет, что объясняется физиологией восприятия света глазом — он намного чувствительнее к зеленому излучению. Так, в монохромных мониторах компьютеров темные углы черных экранов часто кажутся зелеными. В некоторых сенсорах в целях улучшения цветокоррекции установлено чередование полностью зеленых пикселей с короткими пикселями, чувствительными к сине-зеленому, или так называемому изумрудному цвету.

Такое расположение называется мозаикой или узором Байера. Вследствие подобной конфигурации большое количество света, который достигает сенсора, тратится зря. Захватывается только половина приходящего зеленого света, так как каждый ряд содержит только половину зеленых пикселей, а вторую половину составляют синие или красные. Что еще хуже, регистрируется лишь 25% красного и синего света. На рис. 2.10 проиллюстрирован этот процесс. Сегмент из 36 пикселей содержит только 18 детекторов зеленого света и по девять красного и синего соответственно. Поскольку большая часть света не регистрируется, чувствительность сенсора снижается (для создания изображения требуется больше света), а реальное разрешение в результате коренным образом уменьшается. Цифровая фотокамера, имеющая разрешение 6 миллионов пикселей, практически захватывает три отдельных изображения: 3-мегапиксельное зеленое, 1,25-мегапиксельное синее и 1,25-мегапиксельное красное.