Érzékelés
Minden képpont a szenzoron a napelem panelek működéséhez hasonlóan a fény energiáját villamos töltéssé alakítja, nagysága arányos a fény intenzitásával. Modellezni úgy lehet, hogy minden pixel egy vödör, a fotonok pedig homokszemcsék a vödrökben, ezeket megszámlálva valósul meg a képérzékelés.
CCD szenzor
Az elnevezés a Charge-Coupled Device kifejezést rövidíti. Félvezető kondenzátorok alakítják a fényt töltéssé, majd a rács egyik sarkában egymás után minden pixel töltése leolvasásra kerül. Töltésüket egymásnak adják tovább úgy, mint ahogyan az emberek láncot alkotva homokzsákokat pakolnak árvíz idején. Innen származik a Charge-Coupled név. A CCD technológia jelent meg először, ezt követte a CMOS.
CMOS szenzor
A CCD-vel ellentétben a Complementary MOS szenzorok minden pixelnél egy fotodiódát és általában 3-4 tranzisztort tartalmaznak, helyben kerül feldolgozásra a töltés. A CMOS érzékelők energiatakarékosabbak, gyorsabban képesek felvételt rögzíteni, tömeggyártásuk olcsóbb, SoC-ként megvalósíthatnak zajszűrést, alapszintű képfeldolgozást. Különböző CMOS technológiák például a DPAF, BSI CMOS vagy Stacked CMOS.
Rolling shutter (CMOS)
Videófelvétel és elektronikus zár alkalmazásakor a kamerák szenzorainak vertikális, nem azonnali olvasása torz, hullámző jelenséget produkál, ennek neve rolling shutter. A global shutter technológiával ez elkerülhető, az erre képes szenzorok azonban nagyon költségesek, vagy alacsony felbontásúak. Mivel a torzítás a gyorsan mozgó, forgó témáknál jelentős, ipari gépi látó rendszerek szinte kizárólag GS kamerákat alkalmaznak.
Interlaced Scan
Adott felbontás és képfrissítési frekvencia mellett képkockát továbbítani lehet úgy, hogy minden lépésben minden információ továbbításra kerül, ez a Progressive Scan. Régen azonban a technológiai korlátok miatt gyakran Interlaced Scan módszert alkalmaztak, amely egyszerre csak a páros vagy páratlan sorokat továbbítja. Minden képkocka fele így egy képkockányi lemaradásban volt. Körülbelül a 2000-es évek elejéig párhuzamosan használták mindkét módszert. A híreket például elég volt 1080i-ben sugározni, azonban akciófilmeket vagy sportközvetítéseket inkább 720p-ben továbbítottak, hogy a mozgások tisztábban jelenjenek meg. Mára szinte teljesen eltűnt az Interlaced Scan a technika minden területéről.
Zaj definíciója
A zaj a jel nem kívánt módosulása rögzítés során, amely keletkezhez AD konvertálás közben, a jel átvitelekor, vagy annak feldolgozásakor. A zaj miatt a kép szemcsés lesz, hiszen az általában azonos vagy hasonló színű szomszédos pixelek jelentősen eltérnek. Homogén területeken a legfeltűnőbb a hatás.
Zajok forrásai
Amikor esik az eső, az esőcseppek véletlenszerűen esnek, ez ugyan úgy igaz a fotonokra is, amelyeket a képérzékelő mér. Emiatt eltérés lesz az ismétlődő mérések között, amely zaj formájában jelenik meg.
A fotonok zaja a szenzortól független, a feszültséggé alakításkor, vagy a jel kvantálásakor bevezetett zajt azonban a szenzor okozza. A modern 12-16 bites ADC-k miatt a kvantálás zaja minimális. Az FPN, azaz Fixed Pattern Noise a pixelek konstans különbségei miatt észlelhető zaj, a technika fejlődésének köszönhetően ma már ez sem releváns probléma (4T pixel architektúra, Correlated Double Sampling).
Zajt generál az is, hogy a szenzor felmelegszik. A szilícium chip-ek spontán elektronokat generálnak, amely szintén nem egységesen történik, vagyis zajos képet produkál. A csillagászati szenzorokat emiatt folyékony nitrogénnel hűtik. Hosszú expozíciós idő használatakor jellemző igazán.
Dinamikai tartomány
A legmagasabb és legalacsonyabb mérhető fotonenergia aránya. Minél nagyobb ez az arány, annál jobb minőségű a szenzor képe. A jelenség akkor látszik, amikor egy világos témánál az árnyékos területek részletei elvesznek, vagy hasonlóan egy gyengébb fényű témánál a világos részek kiégnek. Az emberi szem dinamikai tartománya sem végtelen, hiszen akkor nem kellene soha „megszokni” a fényt.
A dinamikai tartomány külön erre a célra tervezett, saját fényforrást alkalmazó eszközökkel mérhető, például a XYLA Test Chart segítségével. Több módon ki lehet fejezni értékét, akár a definíció szerinti aránnyal, akár decibelben, vagy expozíciós értékekkel. Az iparban a decibel népszerű, mozifilmes kameráknál fényértékben adják meg, a consumer termékek (fényképezőgépek, okoseszközök) esetében pedig fel sem tüntetik.
XYLA Test Chart (ALEXA 35):
# ARRI Dynamic Range - https://www.arri.com/en/learn-help/learn-help-camera-system/technical-downloads
$ \dfrac{E_{max}}{E_{min}} $
$ 20 ⋅ lg \left( \dfrac{E_{max}}{E_{min}} \right) $
$ log_2 \left( \dfrac{E_{max}}{E_{min}} \right) $
| Eszköz | Arány | dB | Expozíciós érték |
| Emberi szem | 1000000:1 | 120 | 20 |
| ARRI ALEXA 35 | 130000:1 | 102 | 17 |
| Apple iPhone 15 Pro | 2048:1 | 66 | 11 |
| Panasonic GH1 (2009) | 256:1 | 48 | 8 |
| Panasonic GH6 (2022) | 4096:1 | 72 | 12 |