Digitalizace obrazu

Princip snímání digitálními fotoaparáty

Světlo prochází skrze čočku/objektiv a dopadá na fotocitlivý prvek/snímač/senzor/čip, po uzavření závěrky je pak signál dále zpracováván. V zásadě se jako fotosnímače používají CCD a CMOS prvky. Oba prvky jsou barvoslepé. Od sebe se liší způsobem zpracování signálu.

Abych mohl snímat barevné objekty v barvě, je potřeba na "barvoslepý senzor" umístit filtry Bayerovu masku. V Bayerově masce zelený filtr propouští zelenou část spektra, modrý modrou, červený červenou.

Jak se vypočítá výsledná barva pixelu? Je dána 4 sousedícími body (2*2). Sousední pixel, má výslednou barvu, opět ze 4 bodů, přičemž 2 krajní jsou použity z předchozího výpočtu. Ve výsledku se každý posune o jeden pixel.

Buňka fotosenzoru - senzor je tvořen velkým množstvím buněk (v závislosti na rozlišení), tyto buňky však nejsou na povrchu senzoru, ale jsou mírně zapuštěny. Důvodem, je jednak technologická potřeba, ale také se tímto způsobem méně ovlivňují buňky navzájem.
Míra zaplnění buňky fotocitlivou částí se označují jako FillFactor, (čím je větší plocha tím více se ale ovlivňují tepelně).

Parametry, které sleduji

1. Rozlišení snímače - udává se v megapixelech Mpx. Na fotografii 10 x 15 cm mi stačí 3Mpx. Optimalní PPI (pixel per inch) je 300. Např. 8Mpx - 3500*2300 px -> 26,6 x 19,5 cm.
2. Velikost snímače - nepsaným standardem je políčko kinofilmu, které je 36 mm x 24 mm = FullFrame. Z velikostí roste cena, levné kompakty mají malý senzor, z toho plyne. Obraz dopadající na snímač se zmenší. Objektiv má větší mohutnost a více dioptrií. Čím je senzor menší, tím vzrůstá digitální šum (= ovlivňování jedné buňky druhou). S tím souvisí Crop factor (= Fator ořezu). Zmenšení zorného úhlu. Crop factor 1 = fullframe. Zrcadlovky mají mají 1,6 a méně, kompakty i více než 6. Čím menší číslo, tím lepší,
3. Citlivost snímače - jednotka ISO. má velký vliv na kvalitu fotografie. Čím vyšší citlivost, tím kratší expozice = osvit. Každé zdvojnásobení hodnoty ISO znamená, poloviční množství světla, potřebné k expozici. Základní citlivost je ISO 100. Maximální hodnoty jsou 800, 1600, 3200… Vysoké hodnoty ISO zvyšují digitální šum.
4. Objektiv
   • zobrazovací úhel
     s ním spjata ohnisková vzdálenost. Čím je zobrazovací úhel menší, tím je ohnisková vzdálenost větší.
     Rybí oko: Objektivy tohoto typu mají 180°-220°
     Teleobjektiv: ohnisková vzdálenost 1200mm, pozorovací úhel 2°
   • irisová clona je umístěna mezi čočkami objektivu. Jejím účelem je regulovat množství světla procházejícím objektivem. Otevření či uzavření clony bývá označeného tzv. clonovým číslem (ale u některých foto přístrojů nemusí být uvedena). c = 2ⁿ, kde n = 0-6 s krokem 0.5. Proto je řada clonových čísel následující: 1, 1.3, 2, 2.8, 4, 5. 6, 8, 11, 16, 22, 32, 45, 64
   • hloubka ostrosti
     - jedná se o prostorovou vzdálenost, kde budou všechny objektivy zobrazeny ostře nebo s malou tolerancí
     - čím je větší je hodnota clonového čísla (clona je více uzavřena), tím je hloubka ostrosti větší.
   • expoziční čas - určuje jak dlouho bude závěrka otevřená, tedy jak dlouho budu exponovat. Bývá vyjádřena ve Zlomku, či v celém čísle. Např. 1/30s znamená, že po tuto dobu bude závěrka otevřena. Je-li expoziční čas nad 1 sekundu, bývá toto označení barevné. U fotoaparátů bývají speciálně dlouhé expoziční časy, označovány jako Time či Bulk.

CCD

využívá fyzikálního jevu zvaného fotoeffekt. Tento jev spočívá v tom, že foton při nárazu do atomů, vyrazí elektron do excitovaného stavu na vyšší energetickou hladinu a předá mu přitom energii E = h*v [v = řecké ný].

Na Obr č. 1 dochází k expozici. Ta způsobí, že se elektrony s SI vrstvy, přesunou do vyšších energetických hladin, že elektrony exvitují. Kladně nabité elektrody, pak tyto elektrony k sobě přitáhnou. Hranice pixelů jsou k obrázku znázorněny čárkovaně.

Obr č. 2 po expozici se závěrka uzavře a dochází ke zpracování signálu. Přičemž napětí na elektrodách Obr č. 3 roste a souběžně na elektrodách Obr č. 2 klesá. To je dáno trojfázovým hodinovým signálem.

Obr. č. 3 - elektrony se přesouvají dál směrem k výstupu a to postupným snižováním, resp zvyšováním napětím na elektrodách.

CCD senzor je vyráběn unikátní metodou a to jinou než ostatní integrované obvody (processory, paměti apod.), proto bývá problém u senzorů z vysokým rozlišením a rovněž a bývá problematické integroval do CCD jinou elektorniku, z toho vyplívá že většina řídících obvodů včetně zesilovačů či AD převodníků je mimo senzor.

Scéma CCD senzoru a elektroniky fotoaparátu

CMOS

- využívá stejnou technologii výroby jako integravané obvody (plocesory paměti) díky tomu je možné integrovat celou řadu dalších obvodů přímo do senzoru.
- na rozdíl od CCD má CMOS každá buňka svůj vlastní zesilovač -> tyto senzory mají menší hodnotu fillfactoru
- dříve byly CMOS senzory používány pouze u méně kvalitních fotoaparátů (vyšší šum), dnes již CCD snímače převálcovaly
- každá buňka je zde zvlášť adresována a čtena.

CMOS / APS - (active pixel sensor) - jelikož zesilovače zabírají část plochy senzoru, změnšuje se fill-faktor z toho plyne nutnost většího zesílení signálu

1. podle tvaru senzoru
   • plošný
   • lineární
   • trinieární
2. podle způsobu expozice
   • skenovací princip
     • jednoprůchodový (trilineární)
     • tříprůchodový (lineární)
   • plošná expozice
     • s představitelnými filtry (MegaVision)
       {obr 2.}
     • s 3 plošnými snímači (Minolta)
       {obr 3. - rozdělený paprsek do 3 částí}
     • s barevnou mozaikou (Kodak, Canon)
       {obr 4. }
     • Foveon X3 (Olympus)

Některé firmy (např. FujiFilm) využívají super CCD prvků (mysto CCD či CMOS), konstrukčně je podobný CCD prvků, odlišnost je ve tvaru fotocitlivé buňky - není čtvercový ale osmiúhelníkový.
Je to prvek 4. generace, menší buňka nad osmiúhelníkem slouží k získávání doplňkové vyvažovací informace. Dynamický rozsah super CCD je výrazný vyšší. Myšlenka tohoto prvku spočívá ve skutečnosti, že lidské oko vnímá citlivěj, horizontální a vertikální linie než diagonální. Z toho plyne struktura buňek superCCD je pootočena o 45°.

Barevná hloubka je počet barev, který může nabývat každý bod obrázku. Barevné fotografie většinou obsahují 16,7 miliónu barev (barevná hloubka 24 bitů na bod), grafické prvky na webu 256 barev (barevná hloubka 8 bitů na bod). Obrázky určené pro tisk na černobílé laserové tiskárně můžeme převést do 256 stupňů šedi.

16,7 mil. barev

v 256 barvách

v 256 stupních šedi

Rozměry pro výrobu digitálních fotografií

Kvalita výsledných fotografií úzce souvisí s rozlišením vašich digitálních předloh. Pokud máte například digitální fotografie v malém rozlišení 640x480 bodů, mohli byste být zklamáni, pokud byste z ní nechali vyrobit papírovou. Takové rozlišení můžete však s výhodou používat při internetových prezentacích.

Rozlišení osvitové jednotky FotoStar Südcolor je 294 dpi. Potřebný počet obrazových bodů získáte vynásobením dpi a požadovaném rozměru v palcích.

Například fotografie 10x15cm je 4x6 palců, tj. delší strana by měla mít v ideálním případě 6 x 294 = 1764 bodů.