Entendo o sensor da camera digital
Uma câmera digital usa um sensor com uma matriz formada por milhões de minúsculos pixels com o objetivo de produzir a imagem final. Quando você pressiona o botão do obturador da câmera inicia-se a exposição, cada uma desses pixels possui um “photosite”, que é descoberto para recolher e armazenar fótons em uma cavidade. Uma vez concluÃda a exposição, a câmera fecha todos os photosites e, em seguida, tenta avaliar quantos fótons caÃram em cada cavidade. Conforme a quantidade de fótons em cada cavidade são atribuÃdos vários nÃveis intensidade, que são determinadas por um bit de profundidade (0 - 255 para uma imagem de 8-bits).
Cada cavidade é incapaz de distinguir a quanto de cada cor que foi armazenada recebida. Dessa forma, a imagem acima só seria capaz de registrar imagens em tons de cinza. Para capturar imagens coloridas cada cavidade tem que ter um filtro colocado sobre ela que só permite a penetração de uma determinada cor de luz. Virtualmente todas as atuais câmeras digitais só podem capturar uma das três cores primárias em cada cavidade, logo, eles “rejeitam” cerca de 2 / 3 da luz recebida. Como resultado, a câmara tem que harmoniza as outras duas cores primárias, a fim de ter informações sobre todas as três cores em cada pixel. O tipo mais comum de filtro array colorido é chamado de
A Bayer array consiste de linhas alternadas de filtros verde, vermelho, verde e azul. Observe como o Bayer array contém o dobro de verde do que vermelho ou azul. Cada cor primária não recebe uma fração igual da área total, pois o olho humano é mais sensÃvel a luz verde do que vermelha e luz azul. A redundância de pixels verdes produz uma imagem que parece com menos ruÃdo e com mais detalhes se cada cor fosse tratada na mesma proporção. Isso também explica por que o ruÃdo no canal verde é muito menor do que para as outras duas cores primárias (ver o post entendendo ruido em fotografia digital).
Nota: Nem todas as câmeras digitais usam o Bayer array, porém esta é de longe o mais comum setup. O sensor utilizado na Foveon da Sigma SD9 e SD10 capta todas as três cores em cada pixel. Câmeras Sony capturar quatro cores em uma mesma matriz: vermelho, verde, azul e verde esmeralda.
BAYER DEMOSAICING
Bayer “demosaicing” é o processo de tradução do Bayer array para as cores primárias na imagem final que contém informação completa de cor em cada pixel. OK, mas como é possÃvel para a câmera medir cada cor? Uma forma de entender isso é pensarmos que cada matriz de 2×2 vermelho, verde e azul como uma única cavidade de cor.
Isso funciona bem, porém cada vez mais câmeras utilizam processos adicionais para extrair mais informações para a imagem do array de cores. Se a câmara tratar todas as cores de cada matriz 2×2 como sendo de um único local, então ela só poderá atingir metade da resolução em ambas as direções, horizontal e vertical. Por outro lado, se no processo a câmera utiliza várias arrays de cores 2X2 sobrepostas, então ele poderá conseguir uma resolução maior do que seria possÃvel com um único conjunto de array 2×2. A seguinte combinação de sobreposição de matrizes 2×2 poderia ser utilizada para extrair mais informações de uma imagem.
Note que não são calculadas as informações de bordas da imagem, pois assumimos que a imagem continuou em ambas as direções. Se estas forem realmente as bordas do array, então os cálculos aqui serão menos precisos, uma vez que, não existem mais pixels por todos os lados. Isto não é problema, uma vez que as próprias informações de bordas de uma imagem pode facilmente ser cortada pela câmera.
Entre os algoritmos de demosaicing existem alguns que podem extrair um pouco mais resolução, produzir imagens que com menos ruÃdo ou adaptar-se e produzir imagens melhores dependendo da situação.
ARTEFATO DEMOSAICING
Imagens de pequena escala com detalhe perto do limite de resolução do sensor digital podem, algumas vezes, devido ao “truque” do algoritmo de demosaicing, produzir um resultado irreal. O mais comum é artefato moiré (pronunciado “mais-ay”), que podem aparecer como padrões de repetição, artefatos de cor ou formas de pixels irrealistas:
Duas fotos são mostradas acima - com tamanho diferentes. Note a aparência de moiré no fundo de todos os quatro quadrados, preste atenção ao terceiro quadrado da primeira imagem. Pode ser notado formas de pixels irrealistas como artefatos de e cor no terceiro quadrado da versão reduzidos. Estes artefatos dependem de ambos os tipos de textura e software usados para desenvolver o arquivo RAW da câmera digital.
Array MICROLENS
Você pode perguntar por que razão o primeiro diagrama neste tutorial não coloca cada cavidade diretamente próxima uma das outras. Sensores de câmera do mundo real, na verdade, não tem photosites que cobrem toda a superfÃcie do sensor. De fato eles, muitas vezes, cobrem apenas metade da área total, a fim de acomodar outros componentes eletroeletrônicos. Cada cavidade é mostrada com picos entre elas para direcionar os fótons de uma cavidade para a outra. As câmeras digitais contêm “microlenses” acima de cada photosite que possam aumentar a sua capacidade de coleta de luz. Essas lentes são análogas à s chaminés que direcionam os fótons direto para a photosite, pois senão os fótons teriam sido inutilizados.
Quando bem desenvolvido o microlenses pode melhorar a quantidade de fóton em cada photosite e, posteriormente, criar imagens que têm menos ruÃdo para o mesmo tempo de exposição. Os fabricantes de Câmeras têm sido capazes de desenvolver utilizar na concepção microlens para manter ou reduzir o ruÃdo nas câmeras mais recentes de alta resolução com isso podem ter um menor photosite e ter mais megapixels na mesma área sensor.
Até a próxima!
Fonte: cambridgeincolour.com
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