Всяческая цифровая техника нынче начинает распространяться практически экспоненциально. В такие традиционно аналоговые ниши, как звук, радио, телевидение, она пришла уже достаточно давно и прочно там утвердилась. Цифровая фотография - явление более молодое, но тоже уже хорошо известное. Помнится, Хайнлайн говорил, что человек не должен знать, как сделать самому любую вещь, которой он пользуется, но знать, как она работает, он обязан. Так как же работает цифровая фотокамера?

Вообще, цифровая камера - это аппарат, позволяющий получать изображения объектов в цифровой форме. По большому счету, разница между обычным и цифровым фотоаппаратом - только в приемнике изображения. В первом случае это фотоэмульсия, требующая затем химической обработки. Во втором - специальный фотоэлектронный датчик. Это, так сказать, изложение на уровне "а внутрях у ей неёнка, и она ей думаеть". А теперь перейдем к подробностям.

Датчик этот называется матрицей и действительно представляет из себя прямоугольную матрицу светочувствительных ячеек, помещенных на одном полупроводниковом кристалле.

ПЗС-матрица

При попадании света на элемент матрицы он вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный количеству попавшего света. Затем сигналы (пока что это аналоговые сигналы) с элементов матрицы считываются и преобразуются в цифровую форму цифро-аналоговым преобразователем. Дальше цифровые данные обрабатываются процессором (да, в ней тоже есть процессор) камеры и преобразуются собственно в картинку.

Но сердцем любой цифровой камеры является все-таки матрица. Чем они различаются? Первое - это технология изготовления. Сейчас наиболее распространены камеры на основе CCD (charge coupled device - устройство с зарядовой связью) матриц. Называются они так потому, что во время экспозиции в светочувствительных элементах накапливается заряд, пропорциональный интенсивности падающего света. Затем, при считывании данных, эти заряды сдвигаются из строки в строку, пока не будет считана вся матрица. Производятся ПЗС-матрицы по МОП-технологии и для получения качественного изображения требуют высокой однородности параметров по всей площади чипа. Если не вдаваться в технологические дебри, то CCD-матрицы дают лучшее качество изображения, но дорогие, причем цена быстро растет с увеличением разрешения (то есть количества элементов, а значит, и размера).

Альтернативой CCD являются CMOS (то бишь, по-русски, КМОП) матрицы. Их преимущество - относительная дешевизна изготовления (все-таки КМОП - основная технология для всех компьютерных компонентов), большая плотность упаковки элементов (пикселов) и меньшее энергопотребление. Правда, до недавнего времени CMOS не выдерживал конкуренции с CCD в области качества. Однако в последний год сразу несколько компаний (в частности, такой монстр индустрии, как KODAK) объявили о разработке собственных улучшенных технологий производства CMOS-матриц высокого разрешения (до 16 мегапикселов). Так что в скором времени можно ожидать на рынке весьма качественные CMOS-камеры.

Теперь следующий момент - элементы матрицы воспринимают только интенсивность падающего света (то есть, дают черно-белое изображение). Откуда берется цвет? Для получения цветного изображения между объективом и матрицей располагается специальный светофильтр (фильтр Байера), состоящий из точек основных цветов (зеленого, красного и синего), находящихся над соответствующими ячейками. Причем, для зеленого цвета обычно используются два пиксела, поскольку глаз наиболее чувствителен именно к этому цвету. Окончательный цвет пиксела на картинке в такой системе высчитывается с учетом интенсивностей соседних элементов разных цветов, так что в результате каждому одноцветному пикселу матрицы соответствует цветной пиксел на картинке.

Главным параметром матрицы является ее разрешение - то есть как раз количество светочувствительных элементов. Большинство камер сейчас делается на основе мегапиксельных (миллион пикселов) или бОльших матриц. Естественно, чем больше разрешение матрицы, тем более детализированный снимок можно на ней получить. Конечно, чем больше матрица, тем она дороже. Но за качество всегда приходится платить.

Как связано разрешение матрицы и размер полученных снимков? Напрямую. На мегапиксельной камере мы получим картинку размером 1024х960 = 983040. А примерная таблица соответствия размера картинки и размера фотографии получается такая:

Как видите, для больших отпечатков это соответствие нелинейное - и это правильно, поскольку бОльший отпечаток рассматривается с бОльшего расстояния, и детализацию на нем можно уменьшить.

(Продолжение следует)

Константин АФАНАСЬЕВ,
[email protected]