Матрица фотокамеры — это микросхема, состоящая из светочувствительных элементов — фотодиодов (пикселей). На следующем рисунке показана матрица, расположенная на плате цифрового фотоаппарата.
Матрица предназначена для преобразования спроецированного на неё оптического изображения в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных, который в последствии обрабатывается процессором фотокамеры и сохраняется в виде фотографии на карте памяти фотоаппарата. То есть матрица — это устройство фотокамеры, где получается изображение.
Можно сказать, что это аналог плёночного кадра. Лучи света, собранные объективом, так же как и на пленке создают картинку. Разница лишь в том, что на плёнке эта картинка хранится, а на датчиках матрицы, как это было уже сказано, электрические сигналы, обрабатываются процессором камеры, и в виде файла сохраняют изображение на карте памяти.
Устройство матрицы
Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждый пиксель при попадании на него света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. То есть чем больше световой поток, тем больше вырабатывается электрический сигнал.
Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, для того, чтобы она была цветной, пиксели покрывают цветными светофильтрами – красным, либо синим, либо зеленым фильтром, в соответствии с известной цветовой схемой RGB, которая дословно переводится, как red-green-blue – основные цвета, а все остальные получаются путем их смешения и уменьшения или увеличения их насыщенности. Стоит оговориться, что каждый пиксель покрывают только одним цветом. Не может быть такого, чтобы пиксель был одновременно красным и синим.
На матрице светофильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному, это делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету.
Из школьной физики все мы знаем, что световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в каждую ячейку (в каждый пиксель) лучи только своего цвета.
Красный пиксель будет пропускать только световые лучи красного спектра, зеленые — зеленого, а синие — синего. Показанное на картинке расположение фильтров на ячейках матрицы называется шаблоном Байера.
Основные типы матриц
Основных однослойных типов матриц два. Это матрицы типа CCD и матрицы типа CMOS. Они различаются только способом считывания информации с сенсора. С многослойными матрицами познакомимся чуть позже.
В матрицах типа CCD (можно перевести, как ПЗС (прибор с зарядовой связью)) информация считывается с ячеек последовательно, поэтому время обработки файла может занять довольно много времени.
В матрицах типа CMOS (дословно можно перевести, как КМОП(комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник)) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. В ней каждый пиксел обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера и автофокусировки.
К плюсам первого типа матрицы можно отнести их дешевизну и наверное главное их преимущество в том, что уровень шума на полученных с их помощью снимках меньше.
Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные. В них каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн.
Поступающий в камеру свет, попадая на пару дихроидных призм, делится на три основных цвета: красный, зелёный и синий. Каждый из этих пучков направляется на отдельную матрицу (чаще всего используется CCD матрицы, поэтому в наименовании соответствующей аппаратуры употребляется обозначение 3CCD). Трёхматричные системы применяются обычно в видеокамерах среднего и высокого класса.
Теперь Вы знаете что такое матрица фотокамеры, её принцип и из чего она состоит. В следующей статье мы расскажем Вам о размерах матрицы и как она влияет на формат кадра.