Фотопейзаж и компьютер

На самом деле разница еще более впечатляющая, чем это видно на рисунке. Во-первых, скриншоты потеряли цвета, невоспроизводимые на обычном мониторе (при преобразовании из «якобы ProPhoto» в ЦП монитора), и, во-вторых, при печати изменились цвета, невоспроизводимые на печатной машине (при преобразовании из «якобы ProPhoto» в ЦП принтера).

В качестве альтернативы системе управления цветом Window следует отметить популярную библиотеку модулей управления цветом Little CMS. Этот программный продукт с открытым кодом, первая версия которого вышла в 1998 году, широко используется во многих приложениях благодаря полноте функционала, экономному использованию ресурсов компьютера и простоте использования. Поддерживает все типы профилей и модель CIECAM02 с учетом степени адаптации наблюдателя.

3.2. Цифровые камеры

Сенсоры цифровых камер

Перейдем к сенсорам цифровых камер. Наиболее распространены сенсоры двух типов: CCD (charge-coupled device, приборы с зарядовой связью, ПЗС) и CMOS (complementary metal-oxide semiconductor, КМОП). Оба типа имеют одинаковые фотодиоды, основанные на использовании внутреннего фотоэффекта, но разные способы считывания накопленного в них заряда.

В CCD-сенсоре в каждом фотопикселе (или сенселе, от sensor element, по аналогии с «пиксель», от picture element) под воздействием света происходит накопление электронов. В начале экспозиции заряд обнуляется. Если количество накопленных электронов превысит пороговое значение (несколько десятков тысяч электронов), пиксель достигает насыщения. После чего лишние электроны могут попадать на соседние пиксели, вызывая эффект растекания цвета (blooming). Пока количество накопленных электронов мало по сравнению с порогом насыщения, оно пропорционально количеству фотонов, попавших на пиксель. По мере приближения к насыщению коэффициент пропорциональности падает. Когда экспозиция прекращается, накопленные в пикселях одной строки заряды передаются от одной строки к другой и, в конце концов, попадают в регистр, из которого заряды одной строки по очереди попадают в АЦП (один на все пиксели, в отличие от сенсоров типа CMOS).

Только часть поверхности пикселя используется для измерения освещенности (остальная занята буферными регистрами сдвига). Поэтому над каждым пикселем установлены микролинзы, направляющие свет на нужную часть пикселя. Существуют разные подтипы CCD-сенсоров с разным соотношением чувствительность-скорость чтения.

Источники шума для сенсоров типа CCD:

• фотонный шум, связанный с «пуассоновостью» потока фотонов; пропорционален времени экспозиции (количеству фотонов);

• тепловой шум, растет с ростом температуры сенсора; пропорционален времени экспозиции; горячие пиксели – пиксели с повышенным уровнем теплового шума;

• ошибки чтения при преобразовании количества электронов в аналоговую величину; основной источник шума при коротких выдержках.

Достоинства CCD-сенсоров:

• высокое качество получаемого изображения (высокая чувствительность к свету, точность, низкий шум), часто бо́льшая плотность фотодиодов, большее количество пикселей, большее разрешение;

• реагирует на излучение от гамма-излучения до инфракрасного.

В CMOS-сенсоре в каждом пикселе находятся несколько транзисторов (усилитель считывания) и технологический процесс близок к тому, который используется при производстве микропроцессоров. В начале экспозиции пиксель заряжается, фототок уменьшает заряд. Преобразование оставшегося после экспозиции заряда в соответствующее напряжение производится для каждого пикселя, которые адресуются по принципу строка-столбец. Поскольку только часть поверхности пикселя используется для измерения освещенности (остальная занята транзисторами), то чувствительность к свету пикселя меньше, чем у зерна фотопленки. Микролинзы, расположенные над каждым пикселем, уменьшают этот эффект. В сенсорах типа CMOS эффект растекания цвета отсутствует, потому что насыщению соответствует нулевой заряд. Считывание накопленного заряда происходит индивидуально для каждого пикселя, как и в карте памяти.

Источники шума для сенсоров типа CMOS:

• фотонный и тепловой, как и для CCD-сенсоров;

• шум kTc, который возникает при приведении сенсора в исходное состояние;

• Fixed Pattern Noise, постоянный шум, вызванный неидентичными характеристиками транзисторов пикселей.

Достоинства CMOS-сенсоров:

• потребляют почти в 100 раз меньше энергии;

• дешевле, чем CCD-сенсоры.

По размерам сенсоров DSLR-камеры (Digital Single Lens Reflex) делятся на четыре группы:

• сенсор «четыре трети» (кроп-фактор 2.0),

• сенсор типа APS-C (Advanced Photo System, кроп-фактор 1.5 или 1.6),

• сенсор типа APS-H (кроп-фактор 1.3),

• сенсор типа full frame (кроп-фактор 1.0).

Недавно появились специального вида сенсоры, способные снять HDR-сцену за один снимок. Одна из идей состоит в том, что к фотопикселям добавляются оптические маски с разной прозрачностью. Тем самым в одном raw-файле содержатся данные для разных экспозиций. Но разрешение при этом падает.

Другие типы матриц: