Цифровая фотография

цветной бахромой. КЗС фильтры применяются в виде полосок, обычной или псевдослучайной мозаики в этом типе матриц. Эти шаблоны фильтров могут случайно привести к искажению объектов съемки с мелкими узорами, давая на изображениях муар.

На схемах показаны основные современные технологии ПЗС. Используемые иконки, как, например в разделе «Выбор вашего аппарата», показывают их атрибуты применительно к разрешению, освещению и движению объекта съемки.

Сканирующий трехлинейный

массив Одновременная регистрация изображения тремя матричными массивами

Каждый из трех параллельных линейных массивов имеет покрытие КЗС фильтрами. Цветное изображение формируется за дин проход. На каждом этапе перемещения по изображению показания считываются с трех массивов. В том случае, когда протяженность этапа такая же, как расстояние между каждым массивом, на этих последовательных этапах считывание КЗС показаний будет производиться с идентичной точки на изображении. Важно, чтобы была исключена возможность вибраций. Различная освещенность во время экспонирования будет регистрироваться как полоса. Линейные массивы созданы на базе более совершенной технологии, которая хорошо зарекомендовала себя в сканерах. Как правило, они обеспечивают более высокое разрешение по сравнению с матричными массивами.

Три отдельных матричных массива регистрируют информацию о цветах КЗС, исключая возможность уменьшения разрешения, имеющую место при использовании составных КЗС фильтров в одноматричных системах. Как правило, каждый массив регистрирует только один из КЗС компонентов. В некоторых случаях для регистрации зеленого цвета используются два массива, а третий снабжен составным красным и синим мозаичным фильтром. Зеленые массивы смещены относительно друг друга на половину пикселя, чем обеспечивается более высокое разрешение по зеленому каналу. Информация о красном-синем цветах, к которым глаз менее чувствителен, для заполнения промежутков интерполируется.

Трехкратная регистрация изображения одним матричным

массивом Одновременная регистрация изображения одним матричным

массивом

Считывание трех отдельных видов информации через КЗС фильтры, установленные на вращающемся барабане с фильтрами, позволяет регистрировать цветное изображение с помощью матрицы с ПЗС, не имеющих фильтрующего покрытия. Каждый элемент ПЗС обеспечивает последовательное считывание КЗС. Максимальное разрешение ПЗС достигается без интерполирования программными средствами. Для регистрации черно-белых изображений может быть установлен прозрачный фильтр. Для экспонирования каждого из КЗС цветов может использоваться вспышка. Изменение освещения в процессе экспонирования ведет к нарушению цветового баланса. Неточное положение фильтров может стать причиной образованию цветной каймы на кромках деталей.

* За исключением случаев получения черно-белых изображений, не следует допускать возможности перемещения аппарата или объекта съемки.

В этом случае мгновенно регистрируется полная информация о КЗС цветах. Элементы попеременно перекрываются КЗС фильтрами. Их конфигурация может быть в виде полос или мозаики. В некоторых случаях количество зеленых элементов может быть в два раза больше, чем красных и синих, за счет чего передача изображения будет более точной, так как наши глаза имеют наибольшую чувствительность к зеленому цвету. Недостаток составных КЗС фильтров заключается в том, что они имеют меньшую разрешающую способность: для регистрации одного пикселя используются три из четырех элементов массива. Для заполнения промежутков потребуется программная интерполяция, приводящая к появлению цветной каймы вокруг кромок высококонтрастных деталей, например, черного текста.

Многократное экспонирование, одна матрица, перемещение

подэлементов Многократное экспонирование,

одна матрица, перемещение

всего элемента

Разрешение и точность воспроизведения цветов маленькой матрицей, рассчитанной на регистрацию изображения при однократном экспонировании, возрастают за счет увеличения числа считываний, производимых либо путем перемещения массива, либо путем изменения положения светового луча после каждого считывания. Светочувствительная зона каждого элемента перекрывается маской и имеет небольшой размер. Пьезоэлектрические кристаллы смещают матрицу или световой луч всего лишь на 0,001 мм (1 микрон). Такой шаблон перемещения подэлементов позволяет элементам КЗС производить считывание с идентичных точек изображения, исключая необходимость выполнения интерполяции цветов. Считывание информации с матрицы без перемещений дает возможность мгновенно вывести на дисплей или монитор изображение с низким разрешением для предварительного просмотра. Важно использовать объективы с высоким разрешением.

Этот альтернативный вариант трехматричной системы с однократной регистрацией изображения имеет разрешение, полностью соответствующее разрешению матрицы только с одним массивом. Эта матрица перемещается три или четыре раза по всей ширине пикселя, обеспечивая возможность заполнения промежутков информацией о цветах КЗС не прибегая к интерполяции программными средствами. Аппараты, в которых применяется данная система могут иметь два режима работы.

* Используется как матрица с однократной регистрацией изображений с интерполяцией программными средствами; с их помощью снимки подвижных объектов будут иметь меньшее разрешение, также возможно использование электронной вспышки. В режиме многократной регистрации неподвижные объекты съемки могут быть засняты при максимальном разрешении без помощи интерполяции.

Понятие о светочувствительности

Чувствительность для цифровых аппаратов обычно указывают так же, как и для фотопленок, используя условные обозначения ASA (американская организация стандартов), DIN (немецкий промышленный стандарт) или ISO (международная организация по стандартизации). Шкала ASA имеет линейную зависимость: если числовое значение в два раза больше, это значит, что чувствительность пленки будет также в два раза выше. Для значений DIN принята логарифмическая прогрессия, так как от них зависит плотность пленки. Если к значению DIN прибавить 3, это будет означать увеличение чувствительности в два раза. В системе ISO используются значения как ASA, так и DIN (ISO 100/21о).

Соотношение ASA/DIN

ISO ASA 25 50 64 100 125 2000 400

DIN 15о 18о 19о 21о 22о 24о 27о

Чувствительность фотопленок и ПЗС

Пленка с ISO 100 Пленка с ISO 400 Пленка с ISO 800

После обработки в фотопленке остаются только голубой, пурпурный и желтый красители. По мере увеличения чувствительности пленки размер частиц красителя растет. Наложенные друг на друга частицы воспринимаются как зерна.

ПЗС с ISO 100 ПЗС с ISO 400 ПЗС с ISO 800

Большинство ПЗС полностью заряжены количеством света, потребным для экспонирования фотопленки чувствительностью 100 ISO. Уменьшение значения ISO в фотоаппарате ведет к уменьшению количества воспринятых зарядов (сигналов).

Пределы чувствительности ПЗС

А: Полное заполнение

В: Насыщение

Сигнал  Шум С: Уровень допустимого шума

Чтобы уровень зарядов не доходил до точки насыщения, устанавливается минимальное значение ISO. Когда отношение сигнал-шум находится на минимально допустимом уровне, значение ISO максимально.

Высокая чувствительность или светочувствительность требуется при низких уровнях освещенности или когда требуются короткие выдержки и маленькие отверстия диафрагмы. По мере того, как чувствительность пленки повышается, ее разрешение и качество изображения снижаются в связи с тем, что зернистость эмульсии увеличивается. Грубые, произвольно расположенные зерна высокочувствительной пленки зачастую находят хорошее применение для получения текстурной поверхности. Низкочувствительные пленки применяют для съемки архитектурных сооружений, пейзажей или натюрмортов, где не нужны короткие выдержки. При необходимости, чувствительность обращаемых пленок можно повысить в два раза по сравнению с указанной на пленке, специально произведя фотографирование с недодержкой. Увеличение времени проявления (проявление с повышением чувствительности) обеспечивает приемлемую плотность изображения, но возможны и такие побочные эффекты, как уменьшение диапазона тональности, увеличение размера зерен и общего цветового дисбаланса.

Принцип действия ПЗС

Линейный ПЗС Матричный ПЗС

На рисунке показан только один ряд трехлинейных ПЗС. В начале экспозиции все светочувствительные фотоэлементы возвращаются в исходное состояние, удаляя свои заряды. После этого под действием света снова происходит формирование заряда, который перемещается затем в смежные регистры с переносом или сдвигом. Регистры включают элементы ПЗС, которые не чувствительны к свету. Происходит сдвиг зарядов вдоль регистров и их считывание или измерение по мере того, как они покидают кромку регистра. Применение двух сдвиговых регистров ускоряет этот процесс. Общее время экспонирования и считывания для всех трех КЗС рядов фотоэлементов в любом линейном массиве называется линейным временем.

Фотоэлемент

 Заряд На рисунке показаны три колонки фотоэлементов матрицы монохромного ПЗС.

(1) После экспонирования происходит одновременный перенос всех