Digitální fotoaparáty

Dnes už si asi nový běžný fotoaparát pořídí málokdo, raději si koupí digitální, a proto bych se o nich také měla zmínit. I když vypadají velmi složitě a dokáží mnoho věcí, pracují na stejném principu. Světlo prochází do temné komory přes objektiv, který má také clonu, nakonec dopadne na světlocitlivou vrstvu, kterou v tomto případě netvoří film, ale na světlocitlivý čip. Dalším rozdílem může být, že některé digitální fotoaparáty nemají mechanickou závěrku, ale dobu expozice řídí vypnutím a zapnutím čipu.

čip je tvořen polovodičovými buňkami, kterým se říká pixely (slovo pixel se používá také ve významu „bodu, puntíku” na obrázku.) Pro vaši představu, pokud si chcete snímek prohlížet na monitoru, nebo budete chtít udělat fotografii 10 × 15 cm bohatě vám postačí čip s 2 Mpx, na dvakrát větší fotografii stačí asi 3 - 4 Mpx, čip s 5- 6 Mpx postačí pro kvalitní fotografii formátu A4.

A teď, jak čip vlastně funguje. Při dopadu fotonu na buňku, vyrazí každý foton jeden elektron. Podle toho jaký tedy bude v každé takové buňce náboj, můžeme určit kolik světla na ni dopadlo. Potřebujeme ale určit také barvu obrazu. Různě barevné světlo můžeme složit ze tří barev červené, zelené a modré ( RGB, R - red, G - green, B - blue ) (viz sklání barev, program - skládání barev). Abychom mohli zaznamenat barvu, je před každou buňku umístěn barevný filtr. červeným filtrem projde jen červené světlo a ostatní odrazí, zeleným projde pouze zelené a modrým modré. Na každou buňku nám tedy dopadá jen světlo jedné barvy a podle velikosti náboje máme informace o jeho množství. Z praktických důvodů jsou buňky srovnány do čtveřic, tudíž musí být buněk jedné barvy více. Dvakrát je v každé čtveřici vždy zelená, protože i lidské oko je nejcitlivější právě na zelenou barvu. Z každé čtveřice se potom vyhodnotí barva. Používá se nejčastěji 24 bitová barevná hloubka, tedy na každou ze tří barev připadá 8 bitová informace, to znamená 28 tedy 256 odstínů každé barvy. Celkem pak získáme 2563, což je 16 777 216 odstínů barev a to je pro reálný obraz postačující. Každé barvě je přiřazeno číslo od 0 do 255. Pokud dostaneme od všech barev 0, získáme bílý puntík, pokud bude naopak hodnota každé barvy 255, vznikne barva červená. Každý barevný element je vyhodnocován jako součást několika čtveřic. Takto vznikne mnoho barevných bodů, ale procesor provádí ještě interpolaci, to znamená, že mezi každými dvěma body dopočítává barvy ještě dalších bodů. Například pokud jsou dva bílé body vedle sebe, procesor přiřadí mezi ně také bílý bod, pokud je jeden bílý a druhý zelený, přiřadí budu uprostřed nějakou hodnotu mezi.

Obr. 1 Filtry nad buňkami čipu. červený propustí jen červené světlo a zbytek odrazí, modrý jen modré a zelený zelené.

Existuje několik druhů čipů, dělí se především na dva typy, CCD a CMOS.

CCD čipy potřebují pro buňku každé barvy různá napětí. Rozdělují se ještě dále podle způsobu, jakým náboj sbírají na progresivní a prokládané. Jak vypadá progresivní čip, je znázorněno na obrázku 2. V poslední řadě je načítací registr, kde se náboj z jednotlivých elementů řadí a postupně odchází přes zesilovač do analogově-digitálního převodníku, odkud jde do procesoru, kde jsou již zpracovávány informace ze sousedních buněk.

Mezi progresivní čipy se řádí čipy s plošným sbíráním náboje (FTD). Tady přecházejí všechny náboje najednou do přenosového registru náboje. Z něho pak náboje odcházejí do zesilovače a analogově-digitálního převodníku a potom do procesoru. čipy s plošným sbíráním, tedy sbírají náboj z elementů najednou, a proto tyto čipy nepotřebují mechanickou závěrku. Prokládaný čip je na obrázku 3. Z elementů přechází náboj nejdříve do pomocných registrů a teprve potom se řadí do hlavního registru a dále přichází opět přes zesilovač do analogově-digitálního převodníku a potom do procesoru.

Obr. 2 - Progresivní čip

Obr. 3 - Prokládaný čip

CMOS čipy jsou polovodičové součástky řízené elektrickým polem. Narozdíl od čipů CCD potřebují jen jedno napájecí napětí. CMOS čipy jsou konstruovány tak, že každý jednotlivý pixel má vlastí připojení. Dělí se na dva typy, pasivní a aktivní.

Pasivní čipy produkují náboj úměrný energii dopadajícího světla, který jde přes zesilovač do analogově-digitálního převodníku stejně jako u čipu CCD. Tento typ má problémy s šumem. Aktivní čipy jsou vybaveny analytickým obvodem, který šum odstraňuje.

Nově se objevuje ještě další typ čipu CMOS Foveon X3. Tento čip nepoužívá filtry. Je třívrstvý. Využívá vlastností křemíku, který pohlcuje různě barevné složky světla v různé hloubce. Protože nejdříve je pohlcováno modré světlo, pak žluté a nejméně červené, jsou takto řazeny i vrstvy čipu (viz obr. 4). Tímto způsobem vznikne mnohem lepší rozlišení, než když jsou buňky citlivé na různé barvy vedle sebe.

Obr. 4 čip CMOS Foveon X3