Что нужно знать начинающему фотографу о датчике изображения цифровой фотокамеры

Датчик изображения (сенсор) является одной из самых важных частей вашей цифровой фотокамеры, так как, по сути, он захватывает в кадр желаемое изображение. Но как же он работает? Давайте разберемся.

Если у вас есть фотокамера со сменным объективом, то вы можете увидеть датчик изображения, отсоединив объектив. Не трогайте его, так как любые его царапины или пятна сразу же будут видны на ваших фотографиях!

Как работают датчики изображения?

Разработанные с теми же предпосылками, что и традиционные фотопленки, цифровые датчики изображения предназначены для поглощения световых лучей. После того, как интенсивность и цвет попавшего на датчик света записана, информация преобразуется в электрические сигналы, которые, в свою очередь, используются для создания мгновенного цифрового изображения.

Из чего они сделаны?

Датчик изображения в основном состоит из трех слоев, каждый из которых играет определенную роль в записи света, который в свою очередь преобразовывается ими в изображение. Верхний слой датчика изображения чаще всего изготавливается из кремния, материала, который хорошо поглощает свет. Под этим слоем находятся маленькие микролинзы, которые направляют свет на находящийся под каждой линзой свой пиксель. Прежде чем свет достигает каждый пиксель, он проходит через слой фотодиодов, которые реагируют на различную длину световых волн. Они также помогают датчику определять интенсивность света (яркий и темный) и записывают его цвета.

Что такое пиксель?

Сенсором фотокамеры состоит из миллионов пикселей, каждый из которых отвечает за определенную область вашего цифрового изображения. Количество пикселей, которым располагает сенсор, определяет, сколько мегапикселей имеет данный тип фотокамеры. Чем больше количество мегапикселей, тем выше разрешение получаемого вами изображения.

Как записывается яркость света и его цвет?

Датчик изображения является монохромным. Он может определить интенсивность света, но не его цвет. Для того чтобы он имел такую возможность, поверх датчика укладывают слой светочувствительных фотодиодов. Фотодиоды фильтруют свет по длине его световых волн, помогая датчику правильно определять цвета.

Большинство фотокамер используют систему Bayer filter (фильтр Байера). Фильтр заставляет каждый пиксель реагировать на один из первичных цветов — красный, зеленый или синий (RGB). Эти цветные фотодиоды выложены чередующимися рядами, в одном из которых расположены красный и зеленый, а в другом синий и зеленый. Зеленых светодиодов больше, так как человеческий глаз наиболее восприимчив к этому цвету. Затем процессор фотокамеры с помощью метода цветовой интерполяции, обеспечивает правильность отображения всех оттенков и тонов полученного изображения.

Размеры датчиков изображения

Производители фотокамер часто хвастаются высоким значением количества их мегапикселей. Эти значения могут ввести в заблуждение потребителей в мышлении, что чем большим количеством мегапикселей обладает фотокамера, тем лучшие изображения она будет продуцировать. На самом деле, для того чтобы получить качественные фотоснимки, необходимо соблюдать баланс между физическими размерами датчика и количеством присутствующих в нем мегапикселей. Если ваш датчик не является достаточно большим, чтобы на нем надлежащим образом можно было разместить все пиксели, то в результате качество изображения не будет лучше, чем, если бы вы снимали фотокамерой с малым числом мегапикселей.

Для того, чтобы убедиться, что ваша фотокамера имеет потенциал для продуцирования качественных фотоснимков, посмотрите сколько мегапикселей расположено на вашем датчике по отношению к его размерам. Например, датчик типа APS-C, размер которого обычно составляет 23,6х15,7 мм, будет производить изображения гораздо лучшего качества, если на нем разместить всего 14 мегапикселей, а не скажем 22 мегапикселя. Это связано с тем, что более крупные пиксели являются более чувствительными к количеству света и деталям изображения, что приводит к получению более качественных фотоснимков.

•  Полноразмерный датчик изображения (35 мм). Устанавливается на профессиональных цифровых зеркальных DSLR фотокамерах, и обычно называется полноразмерной матрицей, которая имеет те же размеры, что и 35-мм фотопленка.
•  Датчик APS-C (23х15,7мм). Такой датчик изображения устанавливается на большей части зеркальных и CSC фотокамерах среднего класса и начального уровня.
•  7,5х5,7 мм. Датчики такого размера обычно встречаются в компактных фотоаппаратах. Однако, не смотря на свои небольшие размеры, они могут производить достаточно качественные фотоснимки, если на них расположено не слишком большое количество мегапикселей.

Типы датчиков изображения

Наряду с различными размерами, существуют два основных типа датчиков изображения — CMOS  и CCD. Оба они предназначены для преобразования, проецируемого на них света в электрические сигналы, которые фотокамера преобразует в цифровое изображение. Разница заключается в методе, с помощью которого они осуществляют эти преобразования.

CCD — В CCD (Charged Couple Device) сенсорах, каждый пиксель захватывает порцию света, а затем перемещает записанную информацию на края датчика, где она преобразуется в электрические сигналы. Эти электрические сигналы, в свою очередь, используются для получения цифрового изображения. Будучи достаточно точным, этот метод преобразования требует довольно большого количества энергии от аккумулятора фотокамеры.

CMOS – Сенсоры CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) автоматически преобразуют свет в электрический сигнал, как только он попадает на поверхность каждого пикселя. Это делает их гораздо эффективнее, дешевле и позволяет обходиться намного меньшим количеством энергии, что делает такие датчики весьма популярными.

Live MOS — Такие производители фототехники, как Leica, Panasonic и Olympus применяют в своих фотокамерах совершенно иной тип датчиков, которые называются Live MOS. Эти датчики можно считать переходным звеном между CMOS и CCD сенсорами. По оценкам специалистов качество их изображения соответствует сенсорам CCD типа, но при этом они обладают энергетической эффективностью датчиков CMOS.