SENSORI DELLA FOTOCAMERA DIGITALE
Una fotocamera digitale utilizza una serie di milioni di minuscole cavità luminose o "siti fotografici" per registrare un'immagine. Quando si preme il pulsante di scatto della fotocamera e inizia l'esposizione, ognuno di questi viene scoperto per raccogliere fotoni e memorizzarli come segnale elettrico. Una volta terminata l'esposizione, la fotocamera chiude ciascuno di questi fotositi e quindi cerca di valutare quanti fotoni sono caduti in ciascuna cavità misurando la forza del segnale elettrico. I segnali vengono quindi quantificati come valori digitali, con una precisione determinata dalla profondità di bit. La precisione risultante può quindi essere nuovamente ridotta a seconda del formato di file in fase di registrazione (0 - 255 per un file JPEG a 8 bit).
Matrice di cavità 
Cavità luminose Tuttavia, l'illustrazione sopra creerebbe solo immagini in scala di grigi, poiché queste cavità non sono in grado di distinguere quanto hanno di ciascun colore. Per acquisire immagini a colori, è necessario posizionare un filtro su ciascuna cavità che consenta solo particolari colori di luce. Praticamente tutte le attuali fotocamere digitali possono catturare solo uno dei tre colori primari in ciascuna cavità, e quindi scartano circa 2/3 della luce in entrata. Di conseguenza, la fotocamera deve approssimare gli altri due colori primari per avere il colore pieno in ogni pixel. Il tipo più comune di array di filtri colore è chiamato "array Bayer", mostrato di seguito.
Matrice di filtri colorati 
Siti fotografici con filtri colore Un array Bayer è costituito da righe alternate di filtri rosso-verde e verde-blu. Si noti come l'array Bayer contenga il doppio dei sensori verdi rispetto a quelli rossi o blu. Ogni colore primario non riceve una frazione uguale dell'area totale perché l'occhio umano è più sensibile alla luce verde rispetto alla luce rossa e blu. La ridondanza con pixel verdi produce un'immagine che appare meno rumorosa e ha dettagli più fini di quanto si potrebbe ottenere se ogni colore fosse trattato allo stesso modo. Questo spiega anche perché il rumore nel canale verde è molto inferiore rispetto agli altri due colori primari (vedi "Capire il rumore dell'immagine" per un esempio).
Scena originale(mostrata al 200%)
Cosa vede la tua fotocamera(attraverso un array Bayer)
Nota:non tutte le fotocamere digitali utilizzano un array Bayer, tuttavia questa è di gran lunga la configurazione più comune. Ad esempio, il sensore Foveon acquisisce tutti e tre i colori in ciascuna posizione dei pixel, mentre altri sensori potrebbero acquisire quattro colori in una matrice simile:rosso, verde, blu e verde smeraldo.
DEMOSAICING BAYER
Il "demosaicing" di Bayer è il processo di traduzione di questa matrice Bayer di colori primari in un'immagine finale che contiene informazioni a colori completi su ciascun pixel. Com'è possibile se la fotocamera non è in grado di misurare direttamente il colore intero? Un modo per capirlo è invece pensare a ciascuna matrice 2x2 di rosso, verde e blu come a un'unica cavità a colori.
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Funzionerebbe bene, tuttavia la maggior parte delle fotocamere adotta ulteriori passaggi per estrarre ancora più informazioni sull'immagine da questa matrice di colori. Se la fotocamera trattasse tutti i colori in ciascuna matrice 2x2 come se fossero atterrati nello stesso punto, sarebbe in grado di ottenere solo metà della risoluzione sia in direzione orizzontale che verticale. D'altra parte, se una telecamera calcolasse il colore utilizzando diversi array 2x2 sovrapposti, potrebbe ottenere una risoluzione maggiore di quella che sarebbe possibile con un singolo set di array 2x2. La seguente combinazione di array 2x2 sovrapposti potrebbe essere utilizzata per estrarre più informazioni sull'immagine.
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Nota come non abbiamo calcolato le informazioni sull'immagine ai bordi dell'array, poiché presumevamo che l'immagine continuasse in ciascuna direzione. Se questi fossero effettivamente i bordi dell'array di cavità, i calcoli qui sarebbero meno accurati, poiché non ci sono più pixel su tutti i lati. Tuttavia, questo è in genere trascurabile, poiché le informazioni ai bordi di un'immagine possono essere facilmente ritagliate per fotocamere con milioni di pixel.
Esistono altri algoritmi di demosaicing che possono estrarre una risoluzione leggermente maggiore, produrre immagini meno rumorose o adattarsi per approssimare al meglio l'immagine in ogni posizione.
MANUATTI DI DEMOSAICAZIONE
Le immagini con dettagli su piccola scala vicino al limite di risoluzione del sensore digitale possono a volte ingannare l'algoritmo di demosaicing, producendo un risultato dall'aspetto irrealistico. L'artefatto più comune è il moiré (pronunciato "more-ay"), che può apparire come motivi ripetuti, artefatti di colore o pixel disposti in uno schema labirintico irrealistico:
Seconda foto a ↓ 65% delle dimensioni superiori
Sopra sono mostrate due foto separate, ciascuna con un ingrandimento diverso. Notare l'aspetto del moiré in tutti e quattro i riquadri inferiori, oltre al terzo quadrato della prima foto (sottile). Sia i manufatti labirintici che quelli colorati possono essere visti nel terzo quadrato della versione ridimensionata. Questi artefatti dipendono sia dal tipo di texture che dal software utilizzato per sviluppare il file RAW della fotocamera digitale.
Tuttavia, anche con un sensore teoricamente perfetto in grado di catturare e distinguere tutti i colori in ogni fotosito, potrebbero comunque apparire moiré e altri artefatti. Questa è una conseguenza inevitabile di qualsiasi sistema che campiona un segnale altrimenti continuo a intervalli o posizioni discreti. Per questo motivo, praticamente ogni sensore fotografico digitale incorpora qualcosa chiamato filtro ottico passa-basso (OLPF) o filtro anti-aliasing (AA). Questo è in genere uno strato sottile direttamente davanti al sensore e funziona sfocando efficacemente tutti i dettagli potenzialmente problematici che sono più fini della risoluzione del sensore.
MATRICI DI MICROLENTI
Potresti chiederti perché il primo diagramma di questo tutorial non ha posizionato ciascuna cavità direttamente l'una accanto all'altra. I sensori della fotocamera del mondo reale in realtà non hanno fotositi che coprono l'intera superficie del sensore. In effetti, possono coprire solo la metà dell'area totale per ospitare altri dispositivi elettronici. Ogni cavità è mostrata con piccoli picchi tra di loro per dirigere i fotoni verso una cavità o l'altra. Le fotocamere digitali contengono "microlenti" sopra ogni fotosito per migliorare la loro capacità di raccolta della luce. Queste lenti sono analoghe ai funnel che dirigono i fotoni nel fotosito dove i fotoni sarebbero stati altrimenti inutilizzati.
Microlenti ben progettate possono migliorare il segnale fotonico in ogni fotosito e successivamente creare immagini con meno rumore per lo stesso tempo di esposizione. I produttori di fotocamere sono stati in grado di utilizzare miglioramenti nel design del microobiettivo per ridurre o mantenere il rumore nelle ultime fotocamere ad alta risoluzione, nonostante abbiano siti fotografici più piccoli, a causa della compressione di più megapixel nella stessa area del sensore.
Per ulteriori informazioni sui sensori delle fotocamere digitali, visita:
Dimensioni dei sensori delle fotocamere digitali:in che modo influenzano la fotografia?