TIPALA V FOTOGRAFIJI

Standardni film je imel širino 35 mm. Posamezna sličica pa je zavzela velikost 36 x 24 mm, kot je prikazano na [@fig:film135].

{#fig:film135}

• https://en.wikipedia.org/wiki/135_film
• standard za “full-frame”

Dimenzij senzorjev pa je precej več različnih dimenzij in jih zato velikokrat primerjamo s t.i. “full-frame” formatom.

Sama tehnologija svetlobnega tipala je relativno enostavna in podobna svetlobnim senzorjem, ki smo jih sestavljali pri elektroniki. Vrhunski tehnološki napredek je v:

• majhnosti teh senzorjev
  • pri Nikon D90 je dim. sl. točke 5.5 x 5.5 um
• gostota le - teh
  • pri Nikon-u D90 je tipalo dimenzije 23.6 x 15.8 mm na katerem je
  • 13 milijonov slikovnih točk v
  • resoluciji 4288 x 2848

Več podatkov o svetlobnih tipalih, ki so vgrajeni v različne naprave je zbranih na spletni strani Digital Camera Database.

TEHNOLOGIJA SVETLOBNEGA TIPALA

V splošnem imamo dve različni tehnologiji tipal:

• CCD (angl.: Charge-coupled device) in
• CMOS (angl: Complementary Metal Oxide Semiconductor)

{#fig:CCDvsCMOS}

CCD TIPALA

Ta tip tipala je dominiral v 80’ in 90’. Samo tipalo je bilo zelo domiselno načrtovano v AT&T Bell laboratorijih. W. Boyle in G. E. Smith sta si zamislila tipalo, katerega sprejemna površina fotonov:

• sploh ni bila razdeljena v posamezne slikovne točke in
• ni vsebovala posameznih žic (za odčitavanje napetosti)
  • elektrone so vodili z električnim poljem po sami površini tipala.

Imel je kar nekaj prednosti, zaradi katerih se je na tržišču obdržal do leta 2010.

• princip delovanja CCD tipala.

Prednosti:

• DOBRA SVETLOBNA OBČUTLJIVOST (relativno na velikost tipala)
• velika površina na katero vpada svetloba
• zanemarljiv električni šum

Slabosti:

• izguba elektronov pri prenosu od registra do registra
• počasno branje vrednosti senzorja (zaradi premikanja elektronov iz reg. v reg.)
• nujno mora vsebovati zaklop (senzor ne sme biti osvetljen mer premikanjem elektronov)
• premikanje elektronov zahteva nekaj več električne energije (potratno za baterijo fotoaparata)
• ob močni osvetlitvi so elektroni prešli tudi v kanal sosednjih celic!
• “blooming effect” - če je na enem mestu tipalo preveč osvetljeno se elektroni razporedijo tudi v sosednje celice

CMOS TIPALA

• princip delovanja CMOS tipala

Prednosti:

• transformacija in ojačanje je narejena na vsaki sl. točki
  • manjša poraba el. energije
• sočasno procesiranje = hitrejši (zaporedni) zajem fotografije
• ni potrebno več imeti zaklopa (manjši fotoaparati)

Slabosti:

• ne-enakost posameznih ojačevalnikov = VEČJI EL. ŠUM
• ne-sočasnost odčitavanja vseh sl. točk = “rolling shutter effect”
  • rolling shutter effect
  • RSE (vir: SmarterEveryDay)

RAZPOREDITEV BARVNEGA FILTRA NA TIPALU

Še danes je najbolj pogosta razporeditev barvnega filtra na tipalu t.i. “Bayer-jeva razporeditev”. Domislil se jo je Bryce Edward Bayer leta 1974, ko je delal za podjetje Kodak. Barvna matrika je zasnovana tako kot prikazuje [@fig:bayer_filter].

{#fig:bayer_filter}

• vsaka slikovna točka sicer vzorči le eno barvo

• a z interpolacijo podatkov sosednjih točk izračunamo še ostali dve barvi

• več točk je zelene barve, ker so naše oči najbolj občutljive na zeleno barvo, kot je razvidno iz [@fig:eye_sens].

{#fig:eye_sens}

Na naslednji [@fig:bayer_filter] imamo 4 sličice. Primer prikazuje:

• če fotografiramo objekte na sličici 1,
• bo senzor zabeležil naslednje vrednosti, ki so z intenziteto bele prikazani na sličici 2,
• sličica 3 prikazuje njihovo vrednost v barvni matriki filtra.
• Popolne podatke za vsako slikovno točko dobimo z interpolacijo podatkov sosednjih točk.

{#fig:bayer_data}

INTERPOLACIJA SLIKOVNIH TOČK

… out of scope …

• ne gledamo le povprečja sosednjih točk
• več različnih algoritmov… kompleksnejši:
  • preverijo če obstaja hor. ali navp. rob,
  • glede na ta podatek se izračuna zelena barva za vsako sl. točko,
  • preveriomo najmanjšo varianco v hor., navpični ali diagonalni smeri
  • povprečje izračunamo glede na smer katero varianca je najmanjša
  • (če je varianca po diagonali najmanjša = povprečje sosednjih vrednosti)

• več o interpolaciji barvnih vrednosti

• digitalna tipala CCD in CMOS [spletni vir:  A. Berger, CCD vs CMOS - Part 2] [spletni vir: Wikipedia, Charge-coupled device], [spletni vir: B. Green, Sensor Artifact and CMOS rolling shutter] [spletni vir:  VideoApexBlog, CMOS/CCD - rolling shutter] [spletni vir: CCD vs. CMOS-Chips: Smearing-Effekte] [spletni vir: CCD vs. CMOS-Chips: Blooming-Effekte] [e-skripta: Slikovni senzor]

• mikroleče [spletni vir: Microlens]

• točka, resolucija in ločljivost [spletni vir: A. Berger, What is a pixle? - Part 2]

• od točkje do barve [spletni vir: Michael, How a Pixel Gets its Color | Bayer Sensor | Digital Image,
• spletni vir]