Senzorul din cameră folosește efectul fotoelectric pentru a transforma lumina în electricitate. Mai simplu, vă puteți imagina ca un mic sistem solar: lumină intră, electricitate iese. Curentul este măsurat și măsurătorile sunt combinate în date de imagine digitală.
Alegerea unei anumit aparat foto este întotdeauna o alegere pentru un anumit senzor. Senzorii CMOS pot fi găsiți în marea majoritate a camerelor de astăzi, dar există și alte tehnologii
La toți senzorii, este necesar cel mai mare număr posibil de fotodiode pentru o rezoluție ridicată a imaginii în pixeli. Pe de altă parte, pentru o sensibilitate ridicată la lumină a senzorului, este bine ca fotodiodele individuale (pixelii individuali) să fie cât mai mari, astfel încât să poată capta multă lumină. Aceasta poate fi evitată, pe de o parte, prin creșterea zonei senzorului și, pe de altă parte, prin optimizarea ieșirii luminii și a structurii senzorului.
Pentru a optimiza lumina utilizabilă per pixel, lentile minuscule (numite microlentile) sunt plasate în fața fiecărui pixel individual, direcționând lumina către partea sensibilă la lumină a pixelului. Acestea au, de asemenea, avantajul de a redirecționa lumina din colțurile senzorului – acolo unde intră în unghi și în mod normal nu ar fi folosită la fel de bine – către senzor, astfel încât întunecarea din colțuri să fie mai mică.
Stratul real sensibil la lumină este parțial acoperit de o rețea de cabluri și componente electronice în majoritatea senzorilor utilizați în mod obișnuit astăzi, în special în camerele mai mari. Există, o construcție alternativă pe piață (senzorul Sony Exmor-R-CMOS) care inversează construcția: aici stratul sensibil la lumină este în partea de sus și cealaltă electronică în partea de jos (cunoscută și sub numele de back-illuminated sensor BSI), adică »senzor cu iluminare din spate«).
Schema unui senzor CMOS: În partea de sus există un strat de micro-lentile care concentrează lumina, astfel încât randamentul luminii în stratul sensibil la lumină să crească. Sub acesta este un filtru de culoare în roșu, verde sau albastru pentru fiecare pixel. Într-un senzor convențional (stânga), stratul de procesare a semnalului este deasupra stratului sensibil la lumină, motiv pentru care este, de asemenea, „iluminat frontal”. Senzorii recenti au straturile inversate, ceea ce permite o ieșire de lumină și mai mare și, astfel, un zgomot mai mic al imaginii la sensibilități mari (»back-iluminate«, dreapta).
Ieșirea luminoasă este și mai mare cu o astfel de construcție, ceea ce este deosebit de important cu pixelii minusculi ai camerelor compacte și telefoanelor mobile. Cu toate acestea, chiar și modelele convenționale pot folosi acum aproape toată lumina incidentă datorită unui aranjament inteligent a micro-lentilelor și optimizării suprafeței eficiente a senzorului. Cu toate acestea, nu este vorba doar de utilizarea luminii în cel mai bun mod posibil, ci și de electricitatea rezultată, de ex. semnalul de imagine este bine protejat împotriva așa-numitului zgomot de fundal. Din 2005 până în 2019, valorile ISO ajustabile au crescut de la ISO 3.200 la patru milioane ISO. Azi ISO 32.000 are o calitate a imaginii similară cu cea a ISO 3.200.
Aproape toți senzorii din camerele digitale funcționează cu așa-numitul model Bayer pentru înregistrarea culorilor, numit după inventatorul său Bryce E. Bayer. Celulele individuale ale senzorului înregistrează doar luminozitatea, deci o imagine ar conține doar nuanțe de gri.(foto 1) Pentru a putea înregistra culori, filtrele roșu, verde și albastru, fiecare având o dimensiune de doar un pixel, sunt atașate în fața celulele senzorilor. Filtrul verde este folosit de două ori mai des decât roșu și albastru, deoarece ochiul uman percepe în principal informațiile de luminozitate în verde și este cel mai capabil să distingă tonurile de verde. Ca efect secundar, obțineți o matrice simplă 2×2 care este relativ ușor de procesat. Rezultatul este modelul Bayer. (foto 2)
Prin urmare, fiecare pixel înregistrează informații despre luminozitate,
iar modelele care pot fi interpretate ca culori rezultă numai din filtrele de culoare din fața pixelilor.
Lucrurile se complică în zonele în care pixelii nu produc modele regulate,
ci valori diferite de luminozitate care sunt apropiate. Aici, software-ul camerei
trebuie să ghicească practic dacă acest lucru se datorează unor valori diferite de culoare sau luminozități diferite
În fotografia 4, modelul Bayer a fost suprapus cu informațiile de luminozitate capturate prin acest model de filtru. Dacă vă depărtați de această imagine și închideți ușor ochii, aveți o impresie despre formarea culorii amestecând roșu (R), verde (G) și albastru (B) - „imaginile RGB“. Dacă camera voastra are o rezoluție de 24 de megapixeli, atunci are de fapt 12 milioane de pixeli verzi și 6 milioane de pixeli roșu și albastru fiecare. Cu toate acestea, imaginea finală are 24 de milioane de pixeli RGB, adică de trei ori mai multă cantitate de informații. De aceea, un fișier brut poate fi atât de mic, deoarece trebuie doar să stocheze informațiile roșu, verde sau albastru pe pixel. Informațiile suplimentare sunt calculate folosind pixelii din jur (interpolare) - s-ar putea spune și că este ghicit. Acest lucru funcționează de obicei atât de bine încât nu observi nimic. Când modelul Bayer a fost calculat, veți vedea imaginea color finisată (foto 5).
Cu toate acestea, veți descoperi uneori că structurile foarte fine la limita de rezoluție a senzorului sunt interpretate ca culoare în loc de luminozitate. Poate apărea și cazul invers, adică structurile fine de culoare nu pot fi rezolvate, deoarece software-ul camerei nu le poate interpreta corect. Dacă fotografiați în format brut, puteți calcula aceste perturbări (Farbmoirés sau decolorare).
Între timp, alternative la aranjamentul clasic Bayer sunt din ce în ce mai folosite deci progresele tehnice nu se opresc aici. Camerele cu senzorul X-Trans de la Fujifilm folosesc un model de 6×6 pixeli ceva mai neregulat care reduce moiré efect chiar și fără un filtru AA (antialiasing). Filtrul AA creează o ușoară neclaritate și, de asemenea, distribuie lumina către pixelii adiacenți. În acest fel, camera poate distinge mai bine modul în care trebuie să interpreteze informațiile de luminozitate ale pixelilor individuali, deoarece pixelii vecini ajută.
Senzorii X-Trans de la Fujifilm
folosesc acest filtru de culoare.