СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ МАТРИЦЫ <<---  --->> продолжение

Получить цветное изображение можно разными способами. В профессиональной съемочной аппаратуре применяется схема с тремя светочувствительными матрицами. Сфокусированное объективом изображение расщепляется специальной призмой на три идентичных световых потока, каждый из которых засвечивает свою матрицу через светофильтр одного из базовых цветов красного, зеленого и голубого (RGB Red, Green, Blue). Эта технология позволяет добиться очень высокого качества цветопередачи, но усложняет конструкцию камеры и отражается на ее стоимости. Чаще всего три матрицы устанавливаются в дорогих цифровых видеокамерах.

В фотоаппаратах же (кроме профессиональных камер специального назначения) используется другая технология - с одним сенсором. При этом каждая ячейка матрицы состоит из трех субэлементов, то есть из трех светочувствительных ячеек, каждая из которых прикрыта тонкопленочным светофильтром одного из трех базовых цветов. Совокупный электрический сигнал триады субэлементов конечном результате дает информацию о цвете каждого элемента изображения. Стоит лишь представить, насколько сложна конструкция светочувствительного сенсора, чтобы понять трудности, которые приходится преодолевать разработчикам цифровой фототехники.

Еще одна важная деталь устройства светочувствительных матриц — способ регистрации изображения. Матрица CCD состоит из двух идентичных наборов ячеек светочувствительных элементов, образующих секцию накопления зарядов, и элементов, образующих секцию хранения зарядов. Электрические заряды, которые возникают при облучении элементов сенсора световым потоком, поступают в ячейки секции накопления и перемещаются в ячейки секции хранения зарядов, откуда затем через регистры вертикального сдвига в выходной усилитель матрицы. Ячейки секции хранения прикрыты светонепроницаемым фильтром, потому на световой поток не реагируют. Но при переходе зарядов из секции накопления в секцию хранения следует изолировать непроницаемой заслонкой и светочувствительные ячейки, чтобы не смешивать возникшие при облучении новые заряды с уже сохраненными (иначе изображение просто не получится), используя для этого в цифровых фотоаппаратах обычный электромеханический затвор.

Эта особенность касается матриц с построчным переносом зарядов. В фотоаппаратах с матрицами с покадровым переносом зарядов затвор оказывается ненужным, поскольку заряды ячеек накапливаются сразу со всей поверхности матрицы и с сигналами ячеек накопления не смешиваются. При этом регистрами вертикального сдвига, представляющими собой простые проводники, снабжается каждая светочувствительная ячейка секции накопления зарядов, а светоизолированная секция хранения зарядов занимает отдельную область сенсора. Проблема в том, что применение покадрового переноса зарядов увеличивает размеры сенсора и в то же время уменьшает его разрешение. Поэтому сегодня применяется технология комбинированного построчно-кадрового переноса. Что позволяет, с одной стороны, получать постоянный сигнал матрицы использовать его для построения изображения на встроенном контрольном дисплее фотоаппарата, другой получать высококачественные изображения построчным считыванием зарядов и применением электромеханического затвора. В фотоаппаратах с сенсорами CMOS (в самых простых из них) электромеханический затвор не применяется, поскольку информация состоянии ячеек подобной матрицы считывается непосредственно выводов полевых транзисторов, образующих матрицу.

Элементарные сведения о принципе действия сенсоров CCD важны для фотолюбителя и с практической точки зрения. Дело в том, что при покупке нового фотоаппарата, вне зависимости от уровня техники и ее стоимости, у фотографа, как это ни печально, всегда есть шанс угодить на камеру с "битыми" пикселами. "Битый" пиксел - это светочувствительный элемент, в силу разных причин утративший способность реагировать на световое облучение. При этом бездействующая ячейка может быть совершенно незаметна на снимке, если находится в нижней части матрицы, на которую приходится та часть кадра, где обычно фиксируется земля. В нижней части кадра мало светлых участков, на которых одна черная точка может быть хорошо заметна. Другое дело - верхняя часть матрицы, где изображается небо и прочие светлые объекты.

Один "битый" пиксел - вещь для любительской камеры обычная. Хуже, когда таких пикселов несколько и они  объединены в группу. Тогда темная точка на снимке становится различимой даже при съемке с самым высоким разрешением, когда в построении изображения участвуют все светочувствительные ячейки матрицы. Именно по этой причине для цифровых фотоаппаратов актуальна модель продаж money back, при которой камеру можно обменять в течение определенного срока эксплуатации (обычно не более двух недель). В магазине "битые" пикселы матрицы увидеть очень трудно, а в ходе практической работы с камерой подобная неприятность будет непременно обнаружена.

Для фотоаппаратов с сенсорами CMOS проблема "битых" пикселов почти не актуальна. Из-за невысокого разрешения матрицы (от 350 тысяч пикселов  до 1,3 мегапиксела) и больших размеров ячеек "битые" пикселы встречаются редко. Да и на качестве изображения, которое способна дать дешевая матрица CMOS, "битый" пиксел скажется мало. Во всяком случае у навечно погасшей точки мало шансов быть явно различимой среди множества цветовых артефактов в тенях и на границах цветовых переходов.