Цифровая фотосъемка

Основы цифровой фотографии были заложены еще в 1969 году. Именно тогда американские физики Джордж Смит и Уиллар Бойл изобрели прототип современной ПЗС – прибор с зарядовой связью. Сенсор этого типа сегодня использует большинство цифровых фотоаппаратов. В основе разработки ПЗС лег эффект высвобождения электрона из атома при его фотонной «бомбардировке». Для неспециалистов данное объяснение звучит, по меньшей мере, непонятно. Если его максимально упростить, то сенсор ощущает количество падающего на него света, переводя полученный световой отпечаток в электронную форму. Высвобожденные электроны аккумулируются конденсаторами, а их заряды определяют яркость изображения. 

С тех пор эволюция фотосенсора превратила его из довольно громоздкого устройства в меленькую деталь, которая легко умещается в корпусе фотоаппарата. В «доцифровую» эру фотографы для записи изображений применяли светочувствительную пленку, которая проявлялась химическим способом. Главным достоинством пленки было ее высокое разрешение, т.е. большое количество светочувствительных кристаллов на единицу площади. Только недавно фотосенсоры приблизились к пленке по данному параметру, и это стало окончательным аргументом массового перехода профессиональных фотографов на «цифру». 

Однако и электронные фотосенсоры не лишены недостатков. Одна из основных проблем заключается в том, что длинные световые волны проникают в сенсор на неодинаковую глубину, а короткие – отражаются от его поверхности. Но, тем не менее, цифровая технология в этом смысле гораздо превосходит пленку, поскольку квантовая эффективность последней составляет всего 2% против 70% аналогичного параметра ПЗС. 

 Цифровая фотосъемка сегодня уже ни у кого не вызывает скепсиса. Миниатюрные цифровые камеры имеются теперь практически в каждом мобильном телефоне, а пленочные фотоаппараты становятся музейными экспонатами. Сейчас эффект «пленки» с высокой точностью можно воссоздать на этапе постобработки изображения, полученного цифровой камерой. 

Как происходит считывание изображения? Доставка информации от матрицы к процессору осуществляется посредством поочередного «сдвига» линий зарядов вниз по сенсорной решетке. После считывания ячеек нижнего ряда аналого-цифровой конвертор переводит величину заряда в цифровой код. Очевидно, что чем больше разрешение матрицы, тем сильнее нагружается процессор. В свою очередь, чем быстрее обрабатывается информационный поток, тем быстрее записывается изображение. При серийной съемке графическая информация записывается в буферную память, откуда потом извлекается для дальнейшей обработки и хранения. 

Разрешение цифровых фотокамер существенно выросло за последние годы. Если в средине 80-ых цифровая фотосъемка была доступна только с использованием сенсоров разрешением всего 0,25 мегапикселя, то сегодня этот показатель вырос до 22 мегапикселей и более. Кроме того, компании научились производить малошумные сенсоры, передающие более четкую картинку. Шумом называют различные визуальные погрешности снимка, известные также как «цифровой шум». Производители постоянно улучшают и такие важные для изображений параметры, как динамический диапазон, быстродействие, чувствительность, разрешение. 

 В описаниях матриц современных фотоаппаратов часто можно встретить т.н. «эффективные пиксели».  К примеру, общее количество пикселей матрицы равно 10,8 млн. пикселей, а эффективное только 10 млн. Дело в том, что у матриц некоторых типов имеются дополнительные пиксели, которые служат не для фиксации изображения, а только для управления основными пикселями. Поэтому при сравнении различных сенсоров по разрешению необходимо учитывать только эффективные пиксели. 

 Важно понимать, что не только количеством эффективных пикселей характеризуется тот или иной фотосенсор, но еще и его физическими размерами. Большое количество пикселей (светочувствительных элементов матрицы) при малой площади сенсора не делает изображения лучше. Если сравнивать две матрицы с одинаковым количеством пикселей, но разные по размерам, то лучше всегда окажется та, что больше. Цифровая фотосъемка на маленькую матрицу не отличается качеством изображения из-за отсутствия детализации. Именно поэтому профессиональные камеры класса хай-энд имеют полноформатные матрицы, размер которых совпадает с размером кадра 35-мм пленки. В специальной фототехнике для получения цифровых снимков очень высокого разрешения применяются и боле крупные сенсоры.  

—