Sensorn, det som fångar bilden

Jag började skriva ett inlägg om varför jag fotar i RAW och inte JPEG, men insåg ganska snart att det snabbt blev väldigt tekniskt. Så jag bestämde mig för att bryta upp ämnet i flera dela och börjar här med, bildsensor som är den del i kameran som fångar bilden och kan liknas vid filmen i gamla kameror. Har man en grundläggande förståelse för hur sensorn i kameran fungerar kan man också förstå varför resultatet, bilden, blir som den blir. Jag skall också försöka förklara hur en bildsensor som bara registrerar en gråskalla från ljust till mörkt kan ge oss färgbilder.

Det finns två typer av sensorer för digitalkameror, CCD (charge-coupled device) och CMOS (complimentary metal-oxide semiconductor). De utför båda samma uppgift, omvandla ljus till elektriska signaler som kan sparas på ett minneskort. Det är hur dessa elektriska signaler avläs som skiljer sensor teknikerna åt, i en CCD sensor transporteras den elektriska signalen från varje pixel till kanten av sensorn där det sitter en A/D omvandlar som konverterar varje pixels värde till ett digitalt värde. På en CMOS sensor sitter en avläsare och förstärkare för laddningen bredvid varje pixel och signalen skickas till A/D omvandlare i “sladdar”, fördelen är att olika delar av sensorn kan läsas av samtidigt.

  • - CCD sensorn ger bilder med lägre brus, medans CMOS sensorn traditionellt har större problem med brus.
  • - Båda sensor typerna uppfanns i slutet på 60-talet, men under många år var det bara CCD tekniken som användes eftersom den gav bättre resultat med dåvarande teknik.
  • - Eftersom CMOS sensorn har massor av elektronik sittande runt varje ljuskänslig pixel, har de lägre ljuskänslighet. Upp till 50 % av sensorns yta kan vara icke ljuskänslig.
  • - CMOS sensorn är väldigt energi snål, motsvarande CCD sensor kan konsumera över 100 gånger så mycket ström.
  • - Tillverkningen av CMOS sensorer är mycket enklare och därigenom biligare än tillverkning av CCD sensorer.
  • - CCD sensorer har massproducerats under längre tid och tenderar därför traditionellt att ha högre kvalitet.
  • - Under senaste åren har utvecklingen av CMOS sensorerna gått i fatt och i vissa fall om CCD sensorerna när det gäller känslighet och bildkvalitet.

Enligt de jag radat upp här borde alla de “bättre” kamrena ha CCD sensorer och enkla mobilkamrer CMOS sensorer, men tyvärr är det inte så enkelt för det sitter CMOS sensorer i alla Canons och Nikons bästa systemkameror, och det fins mobilkameror som har CCD sensor. Så vilken sensor som idag sitter i din kamera är av underordnad betydelse, däremot är det bra att veta det för de beter sig lite olika. Om man t.ex. kraftigt överexponerar delar av en CCD sensor kommer man att få konstiga effekter över hela bilden, medans man med en CMOS sensor fotar saker som rör sig fort i förhållande till kameran få en förskjutning i sida på bilden, exemplet här är visserligen från en filmkamera som rörts för fort men ni får iden. Om du vill läsa mer om det olika sensor teknikerna kan du göra det här.

Sensor som samlar in ljus

Sensor som samlar in ljus

Om man nu tänker sig en sensor som fångar in allt ljus och sedan omvandlar det till digitala signaler skulle vi få en gråskale bild, där precisionen bestäms av sensorns bit djup. Då den inte kan skilja på hur mycket av signalen som kom från

bayer

Bayer filter

gron_studs

Insamling av grön ljus

ljus med olika färg. För att lösa detta problem placerar men ett filter framför varje ljuskänslig pixel som bara släpper igenom ljus med en specifik färg (se bilden), så grovt sätt kommer man att kasta bort 2/3 av det infallande ljuset här också. Det finns massor med olika filter men den vanligaste är “Bayer filter” (se bilden)

Ett Bayer filter består av rader med röda-gröna och gröna-blåa filter, värt att notera är att det på det här sättet blir dubbelt så många pixlar som är känsliga för grönt än för blått och rött, men detta funkar eftersom det mänskliga ögat är mer känsligt för gröntljus än blått och rött. En bieffekt av detta är att den gröna färgkanalen i en bild är mindre brusig och innehåller mer detaljer än de andra två, vilket man kan utnyttja vid bildbehandling.

För att få en fram vilken färg som bilden skall ha kan man behandla varje block om 2×2 rutor som en pixel i den slutliga bilden med rätt färg, den uppenbara nackdelen är att man förlorar halva upplösningen i både höjd och bred, och i dag vill man ha sensorer med så hög upplösning som möjligt. Den enkla och uppenbara lösningen är att man låter flera 2×2 block överlappa varandra (se bilden) och på så sätt får upp upplösningen. Man kommer att få problem längst ut i kanterna av sensorn men det kan vi bortse ifrån. Det finns andra metoder och filter för att göra detta med som har andra fördelar och nackdelar när det kommer till den resulterande bilden, vill du läsa mer om det kan du göra det här.

Olika 2x2 block

Olika 2x2 block

När 2x2 blocken liger över varandra

När 2x2 blocken liger över varandra

Jag hoppas att du efter att ha läst det här har fått en liten inblick i hur sensorn i din kamera arbetar, och att det tekniska inte blev för svårt.


Andra inlägg i min blog som kan vara av intresse:

  1. Hur fel det kan bli när man jämför kameror
  2. GIMP det fria alternativet
  3. Är det bara Amerikaner?

One Response to Sensorn, det som fångar bilden

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *

*

Följande HTML-taggar och attribut är tillåtna: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Teknikblogg

Jag Om inget annat nämns är bilderna i denna blogg tagna av mig Johan Beijer

Disclaimer

Alla som står i denna blogg är enbart mina åsikter och felaktigheter kan förekomma. Jag ansvarar heller inte för innehållet på sajter, bloggar eller andra internetkällor som länkas till från denna blogg. Alla varumärken och produkter som nämns är de enskilda företagens varumärken.