Come funziona il sensore di una fotocamera digitale | Tutto nei dettagli

Le fotocamere digitali sono ovunque intorno a noi e vengono utilizzate in una varietà di campi diversi. Troverai fotocamere digitali non solo nei nostri smartphone, ma anche in applicazioni di sorveglianza, monitoraggio del traffico, moderne linee di produzione e molti altri settori.

Una fotocamera digitale acquisisce un'immagine convertendo le informazioni dell'immagine dall'obiettivo e ciò che rende possibile il processo di conversione è il sensore di immagine. È anche considerato il cuore di una fotocamera digitale in quanto la fotocamera non può funzionare senza di essa. Quindi, come funziona il sensore di una fotocamera digitale ?

Cos'è un sensore della fotocamera?

Il sensore della fotocamera è il componente madre di ogni fotocamera e il sensore consente di acquisire un'immagine. Per formare un'immagine, ci vuole luce. Le luci provengono dall'oggetto e ha colpito il sensore della fotocamera.

Il sensore cattura la luce e la converte in una forma digitale. Questa forma digitale è ciò che abbiamo chiamato immagine digitale.

Il sensore è un dispositivo a stato solido, ed è composto da alcuni piccoli componenti. Questi sono

Matrice di filtri colorati

Il sensore della fotocamera può catturare solo la luce ma non il colore. L'array di filtri colorati offre al sensore la capacità di vedere il colore. Diversi produttori di sensori per fotocamere utilizzano diversi tipi di array; l'array più comune è Bayer GRGB.

Viene posizionato su ogni pixel per rilevare il colore e ogni pixel può rilevare solo un colore. Quindi, questa matrice di filtri colorati produce campioni di colore incompleti. Quindi, utilizzando il processo di demosaicizzazione, la fotocamera ricostruisce un'immagine a colori.

Filtro passa basso

Se la luce ad alta frequenza passa attraverso il sensore, alcune parti dell'immagine possono essere sfocate. Un filtro passa basso viene utilizzato per sopprimere la frequenza della luce incidente, proteggendo l'immagine dall'aliasing.

L'aliasing può causare dettagli ripetitivi in ​​un'immagine con una sfocatura. Ma limitando la frequenza della luce si riducono i dettagli nelle immagini. I produttori rendono più nitide le foto per farle sembrare dettagliate.

Filtro a infrarossi

La luce a infrarossi può causare sfumature di colore in un'immagine e il sensore di immagine è molto sensibile alla luce a infrarossi. C'è uno specchio tra l'obiettivo e il filtro passa basso per impedire alla luce infrarossa di raggiungere il sensore. Questo specchio è il filtro a infrarossi.

Circuito

Sebbene ogni sensore svolga lo stesso lavoro, questi differiscono nella loro costruzione. I due tipi di sensore più comuni sono il sensore della fotocamera CCD e CMOS. I sensori di tipo CCD raccolgono la carica da ciascuna cavità o sito fotografico e trasferiscono la carica dal sensore utilizzando una matrice verticale di pixel schermati dalla luce.

I sensori di tipo CMOS hanno un amplificatore di segnale su ogni pixel. Raccoglie la carica dalla cavità, quindi converte la carica in tensione e la amplifica sui pixel. Questo sensore produce tensione anziché caricare come un sensore CCD.

Ma poiché amplifica la carica a ogni pixel in modo che potrebbe esserci del rumore nell'immagine, la maggior parte del sensore COMS contiene un circuito di riduzione del rumore aggiuntivo.

Pixel

Pixel misura la quantità di luce incidente che cade su di esso utilizzando un fotorilevatore sensibile. Questa luce o fotoni provoca il rilascio di elettroni dal silicone, formando una carica nel sito della foto.

Microlenti

Le microlenti sono una parte molto importante del sensore. Aumenta la sensibilità del sensore incanalando la luce nei pixel. I circuiti del sensore prendono una porzione di ogni pixel, quindi le microlenti incanalano la luce e la luce non viene influenzata dai circuiti.

Tutti questi componenti lavorano insieme per convertire le informazioni sulla luce in un'immagine digitale.

Come funziona il sensore di una fotocamera digitale?

Una fotocamera digitale non impiega nemmeno un millisecondo intero per acquisire un'immagine, ma in questo breve tempo completa molte attività. Il sensore della fotocamera stesso esegue le operazioni primarie.

Quello che fa è catturare la luce incidente e convertire la luce in forma digitale. Questo è tutto, ma il processo per farlo non è molto semplice.

Quando si preme il pulsante di scatto della fotocamera, le cavità del sensore vengono esposte alla luce. Ci sono milioni di pixel in un sensore e i numeri di pixel di un sensore sono gli stessi delle cavità e queste cavità sono chiamate siti fotografici.

I siti fotografici sono fotosensibili e questa parte del sensore cattura la luce. Quando si preme il pulsante di scatto della fotocamera, questi siti fotografici vengono esposti alla luce e si chiudono al termine dell'esposizione.

Tra questo breve tempo di esposizione, la luce colpisce i siti fotografici e i siti fotografici producono una piccola carica elettrica o segnale.

Più lungo sarà il tempo di esposizione, maggiore sarà la quantità di luce che colpirà i siti fotografici. Lo stesso vale per la luce più brillante, il che significa che condizioni di illuminazione intensa consentono a più fotoni di colpire i siti fotografici.

Più fotoni colpiscono i siti fotografici, più segnale elettrico verrà prodotto e più nitida sarà l'immagine.

Quindi, ogni sito di foto di pixel produrrà una diversa quantità di segnale elettrico. La fotocamera misurerà questi segnali e il risultato misurato verrà ulteriormente convertito in un valore digitale utilizzando un convertitore da analogico a digitale. Il valore risultante è ciò che chiamiamo immagine.

Poiché i siti fotografici non possono vedere il colore, il segnale elettrico può essere convertito, notando ma in una scala di grigi. Quindi, il sensore di immagine utilizza una serie di filtri colorati per rilevare il colore. Il tipo più comune di filtro colore array è l'array di filtri Bayer.

In cima a ogni sito di foto, c'è questo filtro Bayer. Un quarto di pixel misura il colore rosso, un altro quarto misura il colore blu e metà di un pixel misura il colore verde. Ogni pixel può catturare un solo colore.

Il filtro blu cattura il blu, il rosso cattura il rosso e il verde cattura il colore verde. La luce che non corrisponde al colore del filtro viene rimbalzata. Ciò significa che perdiamo due terzi della luce indecente catturando ogni colore, quindi la luminosità di un'immagine è tre volte superiore alla risoluzione del colore.

Ciascun sito fotografico acquisisce un colore della luce, quindi la fotocamera indovina gli altri due colori preimpostati in quella luce. Nel complesso, la telecamera ora interpola il segnale del colore da tutti i pixel vicini e calcola il valore del colore completo per ciascun pixel.

Le informazioni sul colore di tutti i pixel sono unite e questo crea un'immagine digitale.

Leggi successivo:come leggere l'obiettivo di una fotocamera

Domande frequenti (FAQ)

In che modo il sensore della fotocamera può vedere la luce?

Il sensore della fotocamera digitale ha milioni di siti fotografici sensibili alla luce. Quando si preme il pulsante di scatto della fotocamera, questi siti fotografici vengono esposti alla luce, catturando la luce (fotone) che li colpisce.

In che modo il sensore acquisisce un'immagine?

Quando la luce colpisce le cavità del sensore, crea un segnale elettrico. Il sensore della fotocamera misura le informazioni e converte tali dati in un formato digitale. Quindi, ha unito tutti questi dati digitali e ciò si traduce in un'immagine.

Le ultime parole

Catturare un'immagine non è un grosso problema. Ma il processo che avviene all'interno del sensore della fotocamera non è affatto semplice. Si spera che questa guida ti dia una buona idea di come funziona il sensore di una fotocamera digitale .