Как работает цифровая матрица фотоаппарата
Цифровая матрица или ПЗС-матрица – это электронное сердце любого цифрового фотоаппарата, будь-то профессионального или любительского. Ее функция заключается в преобразовании световой картинки, спроецированной на поверхность при помощи объектива, в набор электронной информации, понятной для следующих модулей обработки и хранения изображений в фотоаппарате. Как же она работает? Давайте разберемся.
Цифровая матрица фотоаппарата представляет собой совокупность множества отдельных электронных ячеек, которые преобразуют попадающий на них свет в электрический заряд. Каждая такая ячейка именуется пикселем. В современных фотоаппаратах матрицы состоят из нескольких миллионов ячеек (пикселей). А некоторые модели, такие например как Sony DSC-TX10, имеют целых полтора десятка миллионов пикселей. Такая плотность ячеек позволяет получать более четкие и качественные снимки.
По сути, в ПЗС матрице происходит преобразование фотонов, составляющих световое изображение в электроны, с помощью которых создается электрический аналог картинки. Сама матрица состоит из кремниевой подложки (полупроводника), обычно p-типа (носителями электрического заряда являются положительные частицы – дырки). На ее поверхности размещены каналы из полупроводника n-типа (носителями заряда выступают электроны). Область из полупроводников двух типов проводимости образует отдельную ячейку матрицы. Таким образом, фотоны, попадая на одну из ячеек, называемую пикселем, вызывают появление в ней электрического заряда. Чем больше фотонов попадет на конкретную ячейку, тем выше накопленный в ней заряд.
Поскольку световая картинка состоит из неравномерного количества фотонов – в одной области больше, в другой меньше, то и заряды по всей цифровой матрице фотоаппарата распределяются также неравномерно. Там где попало фотонов больше, там и электрический заряд будет больше, а где меньше – следовательно, и заряд меньше. Таким образом, сформированное электронное изображение видимой в объектив картинки будет точной копией ее светового отображения, которое сформировалось при помощи объектива.
Следующим элементом ПЗС-матрицы является функциональный блок для считывания сформированного электронного изображения. Если бы запись информации, созданной матрицей происходила одновременно со всех ее пикселей, то устройство считывания состояло бы из миллионов транзисторов и их схем управления. Примерно столько же, а может и больше понадобилось бы электрических контактов для переноса информации в последующие блоки ее обработки и хранения. Конечно же, это крайне иррационально. Представьте какой величины был бы фотоаппарат, имеющий цифровую матрицу на 10 миллионов пикселей. А сколько бы он потреблял электрической энергии.
На самом деле все организовано намного удобнее. ПЗС-матрица разделена на отдельные части – столбцы. Считывание информации (электрического заряда) происходит последовательно. То есть сначала считывается заряд из первого пикселя данного столбца, потом со второго и так далее. А благодаря тому, что быстродействие современных электронных компонентов очень велико, то мы не замечаем такой последовательной структуры считывания информации. Нам кажется, что как только щелкнул затвор фотоаппарата, изображение моментально отображается на его дисплее и также моментально записывается в память.
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|