По ту сторону сенсора.

Еще сравнительно недавно замена элементов питания камеры производилась крайне редко. Фиксация изображений на пленку не нуждалась во внешнем энергетическом источнике. Электрическая энергия требовалась разве что для вспышки, автофокуса, системы экспозамера и, в некоторых случаях, для моторного механизма. Теперь же, когда цифровые технологии правят миром, энергетические проблемы выходят на передний план.

Цифровые фотокамеры интенсивно разряжают батарею не только из-за наличия прожорливого ЖК-экрана, но еще и потому, что в процесс формирования снимка вовлечена электроника. И если пленочная фотография основывалась на химических реакциях, возбуждаемых действием света, то цифровая использует микросхемы для преобразования световых потоков в бинарный код.

«Глазами» цифровой фотокамеры является графический сенсор — полупроводник, состоящий из миллионов диодов, соответствующих пикселям. Попадание света на сенсор генерирует электрические заряды, величина каждого из которых зависит от интенсивности потока, достигшего конкретного логического элемента. Далее заряды конвертируются в бинарный код, описывающий яркость всех фрагментов «световой мозаики».

Затем наступает фаза распознавания цветов. Цветовой сенсор, использующий фильтрационную систему Байера, состоит из матрицы цветных фильтров и микролинз, «обволакивающих» диоды. Состав фильтров, как правило, такой: красный, голубой, и два зеленых – человеческий глаз особенно чувствителен к зеленому цвету.

Чтобы на выходе получить RGB-изображение, информацию с каждого диода необходимо согласовать с «отфильтрованным» цветом. Для выполнения подобных вычислений требуется миникомпьютер. Дело в том, что добавляемый изображению цвет имеет меньшее разрешение, чем яркость или интенсивность. В профессиональных цифровых видеокамерах для поддержания разрешения цвета используются три разных сенсора: красный, зеленый и синий. Однако в фотокамерах такая схема встречается крайне редко.

Хотя, подобно солнечной батарее, сенсор фотокамеры сам генерирует электричество, ему необходима подпитка, чтобы обеспечить напряжение возбуждения. К списку энергопотребляющих компонентов нужно отнести и микрокомпьютер камеры, который «склеивает» изображения, осуществляет подавления шума, преобразует данные согласно формату файла и записывает их на карту памяти. А есть еще такие прожорливые устройства, как оптический стабилизатор или привод для управлением зумом. И в то время как цифровые фотографические технологии шагнули далеко вперед, особого прогресса в области портативных питающих элементов что-то не наблюдается.

Проблемы муара и неправильной цветопередачи характерны для многих камер высокого разрешения. Поместив перед CMOS-сенсором фильтр нижних частот, Canon почти полностью подавил эти нежелательные явления. На рисунке приведена схема трехслойного фильтра, который разработан для матриц CMOS с большим количеством пикселей.

Два из трех слоев имеют однокристальную структуру и служат для разделения графической информации по горизонтальной и вертикальной осям. Между ними втиснута фазовая пластина, преобразующая линейно поляризованный свет в циркулярно-поляризованный. Данный подход обеспечивает эффективное разделение графических данных, что позволяет получить более точную картину происходящего и минимизировать фальшивые цвета.

Оптический фильтр нижних частот соседствует с инфракрасным фильтром, призванным компенсировать искажения цветов и подавлять инфракрасные «призраки». Поверхность ИК-фильтра представляет собой дихроичное зеркало, отражающее инфракрасные световолны. Далее идет стекло гибридной структуры, частично отражающее и частично поглощающее инфракрасный свет.

Компания Fuji пошла другим путем. Ее технология SuperCCD изначально основывалась на 8-угольных чувствительных элементах, образованных фотодиодами сравнительно большего размера. А чем больше фотодиод, тем лучше его чувствительность, динамический диапазон и соотношение сигнал/шум. Кроме того, данная технология способствовала улучшению разрешения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В CCD четвертого поколения задействовано по два сенсора на каждый логический элемент в целях расширения динамического диапазона. Преимущества CCD-сенсоров над CMOS – более точная цветопередача, однако первые потребляют большое количество энергии, от них трудно добиться высокой скорости обработки, а также CC-сенсоры более сложны в производстве, что отражается на их цене. К преимуществам CMOS технологии можно отнести низкое энергопотребление, высокую скорость, унифицированные цепи. А к недостаткам – необходимость подавления дисперсии пикселей.