SENSORES DE CAMARAS DIGITALES

SENSORES DIGITALES CAMARAS

Una cámara digital utiliza una matriz de millones de diminutas cavidades de luz o "photosites" para grabar una imagen. Cuando se presiona el botón del obturador de la cámara y comienza la exposición, cada una de ellas se destapa para recoger y almacenar fotones. Una vez que finalice la exposición, la cámara se cierra cada uno de estos fotolitos, y luego trata de evaluar cuántos fotones cayó en cada una. La cantidad relativa de los fotones en cada cavidad se clasifican en varios niveles de intensidad, cuya precisión se determina por la profundidad de bits (0 - 255 para una imagen de 8-bits).

sensor de cámara digitalLa cavidad de matriz
cavidades de luzLas cavidades de luz

Sin embargo, la imagen de arriba no haría sino crear imágenes en escala de grises, ya que estas cavidades son incapaces de distinguir lo mucho que tienen de cada color. Para capturar imágenes en color, un filtro tiene que ser colocado sobre cada cavidad que permite sólo los colores particulares de la luz. Prácticamente todas las cámaras digitales actuales sólo puede capturar uno de los tres colores primarios en cada cavidad, por lo que descarta aproximadamente 2/3 de la luz entrante. Como resultado, la cámara tiene que aproximar los otros dos colores primarios con el fin de tener todo color en cada píxel. El tipo más común de color matriz de filtro se denomina una "matriz Bayer," que se muestra a continuación.

bayer arrayFiltro de color de matriz
Cámara digital sensor de filtro de colorPhotosites con filtros de color

Una matriz de Bayer consiste en alternar hileras de filtros rojo, verde y azul-verde. Observe cómo la matriz Bayer contiene verde dos veces más que los sensores de color rojo o azul.Cada color primario no recibe una fracción igual de la superficie total debido a que el ojo humano es más sensible a la luz verde que el rojo y el azul claro. Redundancia con píxeles verdes produce una imagen que aparece menos ruidoso y tiene un detalle más fino de lo que podría lograrse si cada color se trataron igual. Esto también explica por qué el ruido en el canal verde es mucho menor que para los otros dos colores primarios (ver " ruido de la imagen Entendimiento "para un ejemplo).

Escena original 
(que se muestra al 200%)
Lo que la cámara ve 
(a través de una matriz de Bayer)

Nota: No todas las cámaras digitales utilizan una amplia Bayer, sin embargo esto es, con mucho, la configuración más común. El sensor Foveon utilizado en SD9 y SD10 de Sigma capturas de los tres colores en cada píxel. Cámaras Sony capturar cuatro colores en una gama similar: rojo, verde, azul y verde esmeralda.

BAYER demosaicing

Bayer "demosaicing" es el proceso de traducir esta matriz Bayer de colores primarios en una imagen final que contiene la información a todo color en cada píxel. ¿Cómo es esto posible si la cámara no puede medir directamente a todo color? Una manera de entender esto es pensar en lugar de cada matriz 2x2 de color rojo, verde y azul como una cavidad única a todo color.

Bayer matrizConstrucción de matriz Bayer

Esto funciona bien, sin embargo la mayoría de las cámaras de tomar medidas adicionales para obtener información aún más la imagen de esta matriz de color. Si la cámara trató a todos los colores de cada matriz 2x2 como al aterrizar en el mismo lugar, entonces sólo sería capaz de alcanzar la mitad de la resolución en las direcciones horizontal y vertical. Por otro lado, si una cámara calcula el color mediante varias superpuestas matrices 2x2, entonces se podría alcanzar una resolución mayor que la que sería posible con un único conjunto de matrices de 2x2. La siguiente combinación de la superposición de las matrices 2x2 podría ser utilizado para extraer más información de la imagen.

interpolados array sensor de Bayer

Nótese cómo no se calculó información de la imagen en los bordes mismos de la matriz, ya que supone la imagen continuó en cada dirección. Si éstos eran realmente los bordes de la matriz de cavidad, a continuación, cálculos aquí sería menos precisa, ya que hay pixeles ya no en todos los lados. Esto no es un problema, ya que la información en los bordes mismos de una imagen puede ser fácilmente recortado en la salida para las cámaras con millones de píxeles.

Otros algoritmos demosaicing existe y que puede extraer resolución ligeramente más, producir imágenes que son menos ruidosos, o adaptarse a la mejor aproximación de la imagen en cada lugar.

ARTEFACTOS demosaicing

Las imágenes con detalles a pequeña escala cerca del límite de resolución del sensor digital a veces puede engañar a la demosaicing algoritmo que produce un resultado irreal mirar. El artefacto más común es el moiré (pronunciado "más-ay"), que puede aparecer como patrones repetitivos, artefactos de color o píxeles organiza en un laberinto poco realista-como el patrón:


Foto segundo lugar en  65% de tamaño superior

Dos fotografías separadas se muestran encima de-cada uno a una diferente de magnificación.Obsérvese el aspecto de moiré en los cuatro cuadrados de fondo, además de la tercera cuadrícula de la primera foto (sutil). Ambos artefactos laberínticas y el color se puede ver en la plaza de la tercera versión reducida. Estos artefactos dependen tanto del tipo de textura y el software utilizado para desarrollar el archivo RAW de la cámara digital .

Microlente ARRAYS

Usted podría preguntarse por qué el primer diagrama en este tutorial no colocar cada cavidad justo al lado de la otra. Mundo real sensores de la cámara no tiene que realmente photosites que cubren toda la superficie del sensor. De hecho, a menudo cubren sólo la mitad de la superficie total con el fin de dar cabida a otros aparatos electrónicos. Cada cavidad se muestra con pequeños picos entre ellos para dirigir los fotones a una cavidad u otro. Las cámaras digitales contienen "microlentes" por encima de cada photosite para aumentar su capacidad de captación de luz. Estas lentes son análogas a las chimeneas que los fotones directas en la photosite donde los fotones de otro modo habría sido utilizado.

Microlens Diagrama de matriz

Microlentes bien diseñadas pueden mejorar la señal en cada fotón photosite y, posteriormente, crear imágenes que tienen menos ruido para el mismo tiempo de exposición.Los fabricantes de cámaras han sido capaces de utilizar las mejoras en el diseño de microlentes para reducir o mantener el ruido en las últimas cámaras de alta resolución, a pesar de tener menor photosites debido a la compresión más megapíxeles en el área del sensor mismo.


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