5.3
Čip digitálního fotoaparátu
"Jak vzniká digitální fotografie?" V převodu analogové světelné informace na digitální binární kód hraje nezastupitelnou úlohu digitální snímač neboli čip fotoaparátu. Jeho rozlišení udáváme v megapixelech, tedy v milionech obrazových bodů (pixelů), které je čip schopný zaznamenat.
Výhody
Čím více megapixelů čip má, tím více detailů je schopný na fotografii zachytit. Výsledný snímek je také možné tisknout na větší formát bez nutnosti dalšího zvětšování, které degraduje obrazovou kvalitu tisku (případně z něj lze pořídit stále ještě použitelný výřez).
Nevýhody
Fotografie o velkém rozlišení znamenají velké datové soubory. Nejvyšší rozlišení čipů současných "full-frame" zrcadlovek se pohybuje kolem 50 megapixelů, což odpovídá datové velikosti souboru ve formátu RAW těsně pod 100 MB. Datová velikost zpomaluje zpracování dat a tím i rychlost sériového snímání fotoaparátu.
Na jeden GB úložného prostoru se v tomto rozlišení zároveň vejde maximálně 12 fotografií. Po pár letech se tedy fotograf (obzvláště ten, který poctivě zálohuje data) začíná díky řadě externích harddisků vyrovnaných u počítače cítit spíš jako provozovatel výpočetního střediska.
+
Zdroj: Autor C-M, A CCD image sensor on a flexible circuit board, licence Creative Commons BY-SA 3.0.
Obr. 36. Obrazový snímač typu CCD na ohebné desce s tištěnými spoji.
Zajímavost
Digitální technologie pronikly i do světa středoformátových fotoaparátů a s tím narostlo i rozlišení jejich čipů. Zářným příkladem je přístroj Hasselblad H6D-400c. Jeho čip o velikosti 53,4 x 40 mm má rozlišení 100 megapixelů, díky multiexpozici s posunutím však dokáže pořizovat snímky v rozlišení až 400 megapixelů (tato technologie je pochopitelně vhodná hlavně pro studiovou fotografii či snímání nehybných objektů v exteriéru). Datová velikost jednoho snímku ve formátu TIFF se pohybuje kolem 2,4 GB. Mamutí rozlišení také není pro každého. Cena přístroje je vyšší než 1 350 000 Kč. Takový fotoaparát používají především fotografové, kteří pořizují reklamní snímky tištěné na velký formát – například billboardy pro automobilky.
Poznámka
V digitální době je možné využít i starší filmové fotoaparáty středního formátu. Místo kazety s filmem se pak k zadní části přístroje připojí digitální zadní stěna, jejíž rozlišení může rovněž atakovat hranici 100 megapixelů.
Jak tedy digitální fotografie vzniká?
- Energie světla dopadajícího na čip je v jednotlivých obrazových bodech převáděná na elektrický signál a ukládaná v podobě elektrického náboje.
- Po expozici jsou elektrické náboje odváděné z čipu a měřené speciálním zesilovačem pro každý pixel (obrazový bod).
- AD (analog/digital) převodník převede signály na binární kód.
- Vzniklá data upraví mikroprocesor fotoaparátu a uloží je do jednoho z datových formátů (RAW, TIFF, JPEG).
Zajímavost
CCD nebo CMOS?
Obě zkratky označují typy obrazových snímačů. Většina dnešních fotoaparátů používá snímače CMOS (Complementary Metal-Oxid-Semiconductor). Protože u nich má každá světločivná buňka svůj zesilovač, čtou se z nich informace rychleji a fotoaparát může při sériovém snímání v plném rozlišení nasnímat i více než deset snímků za sekundu. Více zesilovačů však také znamená více digitálního šumu. Výroba a implementace CMOS snímačů je zároveň celkově levnější.
Informace ze snímače CCD (Charged Coupled Device) se čtou po řádcích (nikoli po buňkách), celý proces tedy trvá déle a rychlost sériového snímání se snižuje. Snímače CCD byly citlivější na světlo než čipy CMOS (protože u CMOS byla fotocitlivá vrstva uložena až za kovovými obvody), uvedení technologie CMOS back illuminated však tuto nevýhodu v podstatě odstranila. Vylepšení spočívá v tom, že se vrstva s elektronickými součástmi čipu přesunula pod světločivné buňky. V opačném uspořádání dříve blokovala část příchozího světla.
Bayerova maska není karneval
Barevný obraz vzniká na čipu většiny fotoaparátů díky Bayerově masce. Je to soustava tří barevných filtrů před čipem, přičemž každý z nich je propustný pro jednu ze základních barev (červená, zelená, modrá, tedy RGB). Každý pixel čipu je citlivý na jednu z barev a informace o zbývajících barvách se musejí dopočítávat. Základní jednotkou Bayerovy masky jsou čtyři pixely v uspořádání RGGB. Na jeden červený, respektive modrý pixel v ní připadají dva zelené. Je to proto, že je naše oko nejcitlivější k zeleným odstínům, a proto je žádoucí, aby byly tyto barvy podané nejvěrněji.
+
Obr. 37. Znázornění Bayerovy masky na čipu digitálního fotoaparátu.
Zajímavost
Maska RYYB není maska ryby (i když tuto alternativu strýček Google pohotově nabízí)
Některé čipy používají uspořádání filtrů, kde je zelený filtr nahrazený žlutým (yellow), uspořádání čtveřice pixelů je tedy RYYB. Taková barevná maska propustí mnohem více světla než ta se zelenými filtry. Informace o zelené barvě se pak následně dopočítává. Alternativou k Bayerově masce je také čip typu Foveon X3. Každý z jeho pixelů snímá údaje o všech třech barvách, pouze v různých hloubkách čipu.
Poznámka
Na velikosti záleží
Snímače v různých fotoaparátech mají rozdílnou velikost, která ovlivňuje výsledné zobrazení scény daným objektivem. Říkáme tomu ořezový faktor neboli "crop-factor" a budeme se mu blíže věnovat v druhé části tohoto materiálu v kapitole o různých typech objektivů.
Video 4. Vývoj digitální fotografie.