Принцип работы цифрового фотоаппарата: фиксация изображения

Цифровое изображение создается в момент отражения источника света от объекта. Некоторая часть света поглощается самим объектом, остальная же проникает к объективу камеры. Триллионы частичек света – фотоны - ведущие себя подобно волнам, попадают на линзу. Количество линз в объективе может варьироваться от 4-х и до 20-ти, это зависит от конструкции объектива. Линзы могут перемещаться синхронно или по отдельности, в зависимости от способа съемки, фокусного. Эффект дрожания камеры, возникающий при нестабильном положении, можно убрать как раз с помощью сдвига элементов объектива.

Самые простые объективы - те, у которых фиксированный фокус (т.е. фокусное расстояние не изменяется). Они фокусируют изображение на сенсор только одним способом. Только дополнительные элементы могут усложнить функции объектива, которые будут позволять корректировку изображения путем изменения фокусного расстояния. В любом случае цель у объектива одна – собрать лучи в четко сфокусированную позицию на сенсоре камеры.

Еще десять лет назад про сенсоры ничего не знали, в фотоаппараты вставлялась пленка, которая содержала вещество, чувствительное к свету. С появлением более современных технологий пленка ушла в далекие 90-е годы, а на смену ей пришел светочувствительный сенсор.

В современной электронике используют несколько видов сенсоров. Наиболее распространенными являются CCD (charge coupled device — прибор с зарядовой связью, ПЗС) и CMOS (complementary metal oxide semiconductor — комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, КМОП).

В принципе достаточно понимать, что сенсор – это набор строк и столбцов, состоящий их крохотных диодов. Ну а дальше чистая физика - при столкновении фотонов с диодами образуется электрон. Для создания яркого, насыщенного изображения необходимо чтобы максимально большое количество фотонов достигло ячеек диодов, а созданные электроны в свою очередь насытят пиксели фокусируемого изображения.

Чувствительность сенсора определяет минимальное число фотонов, необходимое для регистрации изображения. Сенсоры с очень большой чувствительностью требуют наличия всего нескольких фотонов, что позволяет делать изображение с минимальным количеством света. При настройке параметров ISO (например, меняете значение с ISO200 на ISO800) в цифровом фотоаппарате вы указываете минимальный пропускной порог фотонов для конкретного пикселя при регистрации изображения. Эффект зернистого шума возникает при высоких параметрах ISO. Также может возникнуть фиксация интерференции электронов или другая, не относящаяся к изображению информация, но это происходит только при большой чувствительности сенсора. Отсюда делаем вывод, что чем больше чувствительность сенсора, тем больше шума.

КМОП-сенсоры в среднем шумят меньше, но вследствие своей конструкции имеют не совсем точную цветопередачу. ПЗС сенсоры, наоборот, дают очень интересный цвет, но ощутимо сильнее шумят и стоят заметно дороже. В течение довольно продолжительного времени КМОП использовался для производства бюджетных фотокамер, сканеров и т.п, а ПЗС – для дорогих фотоаппаратов, в первую очередь – полупрофессиональных и профессиональных зеркальных. Сегодня практически все фотоаппараты, включая дорогие модели выпускаются с КМОП-сенсорами. – это связано со значительным улучшением их характеристик. Последним массовым зеркальным фотоаппаратом с ПЗМ сенсором был Nikon D3000. Что касается зеркалок Canon, все они, начиная с Canon EOS 300D, оснащались КМОП сенсорами, имевшими посредственную цветопередачу, но при этом весьма шумными по причине высокого разрешения. Эта проблема была решена только в фотоаппарате Canon EOS 550D.