Фотопейзаж и компьютер

• SIMD WRD (Wide dynamic range, каждый пиксель имеет систему настройки времени его экспонирования, что позволяет увеличить динамический диапазон),

• Super CCD (два разных размера зеленых пикселей, один увеличен в 4 раза, отсюда высокая чувствительность в тенях, так как работает большой пиксель, что позволяет увеличить динамический диапазон до четырех раз),

• QuantumFilm (использование квантовых точек, полупроводниковые нанокристаллы, эффективность захвата света до 95 %, высокая чувствительность и большой динамический диапазон).

Особенно интересен фотодетектор на основе графена (графен – углеродная плёнка толщиной в один атом), позволяющий увеличить светочувствительность в тысячу раз. Когда такие камеры дойдут до рынка, станет возможно получать приличные снимки даже при лунном свете!

Существует несколько способов расположения светофильтров фотопикселей. Эти способы различаются чувствительностью и цветопередачей, при этом, чем выше светочувствительность, тем хуже цветопередача:

• RGGB – фильтр Байера;

• RGBW (W – белый) имеют чувствительность в 1,5–2 раза выше, а динамический диапазон шире на одну ступень;

• RGEB (E – изумрудный);

• CGMY (голубой – зелёный – лиловый – жёлтый).

Разработаны следующие способы получения сразу трех цветов для каждой точки изображения:

• свет разлагается на три составляющие, каждая из которых попадает на свою матрицу;

• Foveon X3 – три слоя фотодетекторов; используется тот факт, что глубина проникновения в кремниевую пластину красного, зеленого и синего цветов различна; в результате каждый пиксель сенсора, состоящий из трех фотодетекторов, воспринимает все три координаты цвета;

• в каждом пикселе находятся одна микролинза, три фотодиода и три зеркала, пропускающие на каждый фотодиод соответствующую составляющую света.

В конце параграфа опишем идею безлинзовой камеры с сенсором, состоящим из одного пикселя, разрабатываемой в Bell Labs. Перед единственным пикселем расположена жидкокристаллическая панель, состоящая из многих пикселей, которые могут открываться и закрываться независимо. Узор из открытых и закрытых пикселей панели меняется случайным образом с определенной частотой, а ответы сенсора запоминаются. По истечении некоторого интервала времени накопленные значения анализируются, и по ним восстанавливается изображение.

Достоинства такой камеры:

• отсутствие аберраций и геометрических искажений (нет объектива);

• не нужно фокусироваться;

• бесконечная глубина резкости;

• простая регулировка степени детализации: чем больше длительность съемки, тем больше детализация.

Основной недостаток – это очень большое время экспозиции.

Еще одна интересная штука – камера световых полей (light field camera, пленоптическая камера), благодаря достаточно сложной конструкции, регистрируют более полную информацию о трехмерной сцене, чем это нужно для получения плоского изображения. А именно, регистрируется не только освещенность и цвет точек изображения, но и направления соответствующих световых лучей. Эта информация позволяет получать 3D-изображения, расширенную глубину резкости и так называемый пост-фокус (преобразование, эквивалентное перенастройке дистанции фокусировки для выделенного участка изображения на этапе пост-обработки). Правда, пока что разрешение итогового изображения маловато.

Разрешающая способность сенсора

Для сенсора камеры можно определить следующие геометрические характеристики:

• размеры и площадь матрицы;

• размеры и площадь фотопикселя;

• площадь светочувствительной области фотопикселя;

• количество фотопикселей;

• плотность фотопикселей;

• расстояние между центрами фотопикселей по горизонтали и вертикали;

• промежутки между светочувствительными областями соседних фотопикселей по горизонтали и вертикали;

• форма фотопикселей (квадрат или прямоугольник).

Очевидно, эти параметры не являются независимыми. Так площадь светочувствительной области пикселя равна площади матрицы сенсора, деленной на количество пикселей, минус площадь обвязки пикселя. Для справки: размер пикселя у большинства современных сенсоров камер равен 2.5 ÷ 8 микрон, а площадь обвязки может достигать 70 % всей площади пикселя.

Я сначала намеревался составить таблицу простых зависимостей между геометрическими характеристиками сенсора и параметрами камеры, важными для фотографа, вида «чем больше площадь светочувствительной области пикселя, тем больше динамический диапазон». Но подумал, что такая таблица будет вводить в заблуждение.