Snímací čip

Bajonet Blesk Clona Firmware Hledáček Hranol Konektory LCD panel Napájení Objektiv Obrazové procesory Ovládání Paměťové karty Protiprachová ochrana Skelet Snímací čip Stabilizace obrazu Vyrovnávací paměť Zaostřování Závěrka Zoom Zrcátko Digitál pod lupu, rozcestník a menu

To co snímá obraz za objektivem digitálního fotoaparátu se jmenuje snímací čip. V drtivé většině případů typu CCD, nebo CMOS. Rozdíly mezi CCD a CMOS jsou spíše technického charakteru, pro uživatele nepodstatné, ale pokud vás to zajímá, tak o něco níže je přehled používaných typů.

U světločivných čipů rozeznáváme dva údaje, první je jeho velikost (myslí se velikost světločivné oblasti), která se udává v palcích a dnes se nejčastěji pohybuje okolo 2/3" 1/2", 1/1.8", 1/2.7" a 1/3.6", nebo se u jednookých zrcadlovek udává jeho rozměr v milimetrech, např. 28.7 x 19.1 mm. Tento údaj je důležitý pro přepočty ohliskových vzdáleností objektivu pro kinofilmový ekvivalent a pro posouzení míry ovlivnění čipu elektromagnetickým pozadím a tím vzniku nežádoucího šumu.

Daleko důležitějším údajem ovšem je:

Rozlišení

CCD a CMOS čipy se skládají z miliónů či až desítek miliónů jednotlivých buněk (někdy se jim říká pixel, i když pixelem se většinou rozumí zobrazovaný bod), z nichž každá dokáže registrovat světlo a vyhodnocovat jeho intenzitu. Jak ale pak takovvý čip rozeznává barvy? Jednoduše, světlo lze rozložit do konečného množství základních barev, většinou se používají tři - červená, zelená a modrá. Velké množství ostatních barev lze pomocí těchto základních nakombinovat (např. dáme 255 červené, 255 zelené a 0 modré a obdržíme jasně žlutou). Bohužel z omezeného počtu různých barev (vlastně ani z nekonečného pokud se jedná o spočetné nekonečno) se nedají nakombinovat všechny barvy co existují, ale i ze tří barev lze nakombinovat dosti značný výsek z prostoru všech barev, takže je lidské oko se svou s konečnou rozlišovací schopností spokojeno.

Nad každou světločivnou buňkou je pak malý barevný filtr, který propouští pouze jednu z těchto barev. Proto některé buňky registrují jen červenou, jiné jen modrou a ty poslední jenom zelenou. Celkem se filtru s těmito použitými barvami říká RGB filtr (Red=červená, Green=zelená, Blue=modrá), nebo také primární barevný filtr. Jak již název napovídá, existuje i sekundární barevní filtr zvaný CMY (Cynan=Tyrkysová, Margaret=Purpurová, Yellow-žlutá). Tento filtr je k filtru RGB duální - pomocí kombinací dvou barev RGB lze získat barvy CMY a naopak (R+G=Y, R+B=M, G+B=C). Třem barvám, které tvoří barevný filtr se říká barvy základní. Pro ilustraci - grafické karty v počítačích využívají RGB barevný prostor, kdežto tiskárny využívají barevný prostor CMYK (CMY + blacK=černá). U digitálních fotoaparátů je daleko častější primární filtr RGB nežli filtr CMY, který se většinou používal na prvních modelech digitálních aparátů.

Tyto barevně rozlišené světločivné buňky se združují po čtyřech do skupin. V takové skupině je jedna pro červenou barvu, jedna pro modrou a dvě pro zelenou barvu. Protože pro zelenou barvu jsou dvě, tak se jim přikládá pouze poloviční váha (počítá se průměr). Po čtyřech se združují z důvodu jednoduchosti výplně (je jednodušší vyplnit plochu čtverci nežli trojúhelníky). Z jedné této skupiny pak vzniká jeden obrazový bod, tedy pixel.

Některé firmy přišly s nápadem, že není nutné využívat pouze tří základních barev, ale když už se sdružují z důvodů geometrie světločivné buňky po čtyřech, tak proč nevyužít barev čtyř. Onou čtvrtou barvou se stala barva modro-zelená, která tak rozšiřuje vnímání takovéhoto čipu více směrem z zelené a modré části. Tyto čipy jsou doménou hlavně firmy SONY.

Počet pixelů se udává jako hlavní údaj o CCD či CMOS čipu. Proto rozeznáváme čipy s například s 10.5 Mpix (tedy 10.5 miliónem pixelů) a podobně. Toto číslo ale samo o sobě není ten nejdůležitější údaj o digitálním fotoaparátu, sice z něj ihned vyčteme, jakým čipem je aparát osazen, ale ne kolik procent z něj dokáže využít. Například OLYMPUS E-500 je size osazen 8.89 Mpix CCD čipem, ale používá z něj 90% světločivných bodů - efektivní rozlišení tohoto přístroje je tedy 8 Mpix. Oním velmi důležitým údajem je rozlišení snímku. To nám udává kolik bodů vodorovně a kolik bodů (pixelů) svisle, je schopen fotoaparát rozeznat.

Většina digitálních fotoaparátů dovoluje nastavování rozlišení snímku alespoň ze dvou hodnot. V současné době se vyskutují tři formáty stran rozlišení:
  • 4:3
    Tento poměr je převzatý z rozlišení monitorů a je nejběžnější. Při zhotovení fotografí klasických formátů je ovšem nutné počítat s ořezem - klasické fotoformáty jsou v poměru stran 3:2. Případně lze takovéto snímky vyhotovit v digitálních formátech papíru, např. s rozměry 11x15, 13x17, 15x20 cm, kdy bude ořez podstatně menší.

  • 3:2
    Poměr stran klasické fotografie odvozený od zlatého řezu. Stále více fotoaparátů nabízí alespoň jedno rozlišení s tímto poměrem stran. Jednooké digitální zrcadlovky disponují už prakticky pouze rozlišeními s tímto poměrem. Při tisku takového snímku je pouze minimální ořez.

  • 16:9
    HDTV širokoúhlý formát. Některé přístroje umožňují fotografovat v něm a to nejen prostým ořezem snímku, ale i speciálně uzpůsobeným objektivem. První vlašťovkou v tomto směru je Panasonic Lumic DMC-LX1 se současným nástupcem Lumic DMC-LX3.


Citlivost CCD-CMOS čipu

Drtivá většina digitálních fotoaparátů má tzv. nastavení citlibosti CCD nebo CMOS čipu. Pro jednoduchost se udává ve stejných jednotkách jako citlivost filmů, tedy v ASA (stupnice ISO). Tak můžeme nastavit citlivost čipu na 100 ASA, 200 ASA, 400 ASA atd.. (ISO 100, ISO 200, ISO 400 atd..). Většina digitálních fotoaparátů navíc umožňuje i nastavení citlivosti na automatiku.

Použití změny citlivosti je to, že vyšší nastavení citlivosti CCD či CMOS čipu nám umožní používat kratší časy a tím lze předejít rozmazání snímku při dlouhé expozici.

Jasově stejného výsledku jako použití vyšší citlivosti lze ale dosáhnout s libovolným programem pro editaci fotografií, kdy můžeme zvýšit jas a kontrast až do požadované úrovně, nebo ještě lépe přesnějším nastavením gamma korekce snímku. Digitální fotoaparáty jsou totiž velmi citlivá zařízení na malá množství světla a tak jim více vadí přeexpozice, nežli podexpozice. Podexponovaný záběr můžeme jednoduše zachránit výše uvedeným způsobem opravy fotoeditorem. Navíc při použití vyšších citlivostí se nám i násobí šum, který může velmi negativně poznamenat celou fotografii (barevně zrnitá tma).

ukázka Šum je jednou z bolestí digitální fotografie. Vzniká zejména díky elektromagnetickému pozadí, které generuje na jednotlivých světločivných buňkách malý náhodný náboj, který je posléze vyhodnocen jako dopadající světlo. Procesor fotoaparátu totiž nemá možnost rozeznat jak velká část náboje v té které světločivné buňce připadá na šum a jaká je vytvořená skutečným dopadajícím světlem.

Tomu je tak díky tomu, že intenzita šumu nezávisí na intenzitě dopadajícího světla, ale pouze na intenzitě elektromagnetického pozadí. Když je na jedné světločivné buňce nagenerováno např. 5 elektronů pozadím (šum) a 500 elektronů dopadajícím světlem, je poměr šumu jen 1%. Ale, když dopadajícího světla je jen dalších 5 elektronů, tak je najednou poměr šumu 50%. Tomuto poměru se říká SNR - Signal to Noise Ratio a naleznete jej i např. v audiotechnice.

Šum se také projevuje tím více, čím je snímací čip menší nebo má vyšší rozlišení - tím menší jsou i snímací buňky, tj. díky jejich menší ploše do každé z nich dopadne nižší množství světelné energie, ale šum se generuje ve zhruba stejné intenzitě, jako u např. 3x větší světločivné buňky. To opět zvyšuje SNR poměr - šum je patrnější. Menší snímací čipy se nacházejí u kompaktních přístrojů, větší a dražší modely jsou osazovány většími snímači.

Šum se projevuje tím více, čím je intenzita dopadajícího světla nižší - tomuto efektu se říká "efekt barevné tmy". Díky tomu, že každá světločivná buňka zaznamenává barvu v jedné ze základních barev RGB (červená, zelená, modrá), tak při fotografování tmy (téměř nulové dopadající světlo) se výsledná fotografie jeví jako by tma byla barevně zrnitá.

Dalším efektem, který se negativně může podepsat na míře šumu je nastavená citlivost snímacího čipu v kombinaci s nižší mírou dopadajícího světla. Např. citlovost 200 ASA značí, že výstup ze světločivného čipu bude pronásoben 2x - tj. 2x se zesílí nejen snímek, ale i šum v něm.

Pokud si tedy nastavíme citlivost 800 ASA a základní citlivost čipu je 100 ASA, tak zvýšíme sice citlivost čipu 8x oproti normálu, ale také zvýšíme velikost šumu 8x. Většina fotoaparátů sice se šumem bojuje pomocí nejrůznějších algoritmů pro jeho potlačení (nejčastěni konvolucí s vhodnou maskou nebo ořezem vysokých frekvencí snímku), ale výsledkem je většinou sice méně zašuměný obrázek, ale zato mírně rozmazaný. Pouze velmi málo aparátů má možnost vyfocení dvou po sobě jdoucích snímků, které budou diky malé časové prodlevně prakticky shodné, právě až na náhodný šum. To umožňuje dosti přesně stanovit jak velká je intenzita šumu v té které světločivné buňce a tak ho dosti precizně odstranit bez rozmazání konvolucí či frekvenčním ořezem. Zbývá dodat, že intenzita šumu také závisí na délce osvitu čipu - čím je expoziční doba delší, tím je také šum vyšší.

A několik rad jak zbytečně nezvyšovat šum CCD či CMOS čipu. Šum je způsoben elektromagnetickým šumem v prostoru kolem nás a v malé míře i např. kosmickým zářením. Zejména elektromagnetický šum generuje ve svetločivných buňkách různě velký náboj navíc, který se poté projevuje jako šum. Proto při fotografování nevystavujte aparát zbytečně elektromagnetickému poli. Mezi nejčastější generátory elektromagnetických polí patří mobilní telefony, detekční rámy v obchodech, tramvaje (v Brně šaliny) a elektrické lokomotivy vubec, transformátory, nestíněné reprosoustavy, retranslační stanice mobilních operátorů, a v omezené míře i počítač (i když zde je značným přínosem ke snížení kovový obal počítače).

Jak se zbavit šumu na fotografii je celá věda. Od jednoduchých a hrubých softwarových filtrů, které jsou často integrovány přímo do fotoparátů až po sofistikované matematické filtry využívající např. waveletové transformace. Pro běžného uživatele většinou stačí nějaký dostupný editor fotografií, který nabízí několik základních postupů a filtrů pro snížení míry šumu.


Vyvážení bílé barvy

Vyvážení bílé barvy je zvláštní nutností pro digitální fotoaparáty. Protože CCD a CMOS čipy jsou velice barevně citlivá zařízení, dochází k jevům, kdy například zářivkové osvětlení místnosti natónuje celkový záběr do modré barvy. Tento efekt lze pozorovat i u klasické fotografie, ale tam kromě chemických úprav při vyvolávání nebo korekčních filtrů v minilabu nelze na rozdíl od digitální fotografie téměř nic dělat. K potlačení tohoto nežádoucího jevu u digitálních aparátů slouží právě vyvážení bílé barvy.

Každý digitální fotoaparát umožňuje automatické nastavení, ale dokonalejší (a dražší) modely nabízejí i něco navíc. První stupeň jsou přednastavené hodnoty (Slunečno, Podmrakem, Zářivky, Žárovky atd..), které lze rychle a jednoduše uplatnit. Dalším stupněm je nastavení teploty chromatičnosti, kdy si uživatel může měnit barevnou teplotu po stupních jak sám chce, až dosáhne nejlepšího barevného nastavení.

Dalším stupněm je tzv. jednotlačítková volba vyvážení bílé barvy. V podstatě spočívá v tom, že při světelně obtížných podmínkách (např. mix žárovkového a denního světla) přednastavené hodnoty nestačí a nejsou zcela přesné, automatika si také nemusí poradit a tak zbývá na uživateli aby si poradil sám. S touto volbou stačí namířit fotoaparát na nějakou bílou plochu (např. list papíru, nebo omítnutá stěna) a potvrdit mu, že tato barva je bílou barvou. Fotoaparát na základě tohoto údaje propočítá barevný posun a provede korekci i pro ostatní barvy.

Poslední možností je vyvážení bílé barvy pomocí bracketingu (někdy se počešťuje jako expoziční vějíř nebo sloupkování). Znamená to, že je vyfocen jeden záběr, který je automatikou zkopírován na udaný počet (většinou 3, 5 nebo 7) snímků a u každého je provedeno vyvážení bílé barvy v jiném rozsahu. Uživatel si pak vybere ten záběr, kde bylo dle jeho soudu vyvážení bílé barvy nejlepší. Tuto funkci mívají dražší digitální fotoaparáty.


Barevná hloubka

Barevná hloubka se udává v bitech a nejčastěji používanou hodnotou je 24 bitů nebo dnes již 32-36 bitů. Obrazový formát JPEG je vždy pouze 24 bitový. U vyšší barevné hloubky je nutné používat formýt TIFF nebo RAW. Čím větší je toto číslo, tím více barev je možné rozeznat na výsledném snímku. 24 bitů znamená, že na každou barvu připadá 8 bitů (8 na červenou, 8 na zelenou a 8 modrou), což je pro lidské oko blízko hranice rozlišitelnosti. Jinými slovy více než 32 bitů na barvu lidské oko nerozezná, pokud se nebudeme dívat na jasové přechody jen jedné barvy (např. červené). Více napoví tato tabulka, kde jsou veškeré důležité údaje:

Barevná hloubka Množství rozlišitelných barev Použití
16 bit 65.536 Snímky do počítače
24 bit 16.777.216 Obecné použití
32 bit 4.294.967.296 Fotografie
36 bit 6.871.947.673 Velkoformátový tisk
42 bit 4.398.046.511.000 Velkoformátový tisk


Barevná hloubka nad 16 a 24 bitů je někdy značena jako High Color a barevná hloubka 32 bitů a více je značena jako True Color.

Dnes se většinou ve specifikacích fotoaparátu udává šířka A/D převodníku. A/D převodník je zařízení, které transformuje (digitalizuje) analogový (spojitý) signál na digitální (diskrétní). Pokud tedy máme A/D převodník 10 bitový značí to, že pro každý barevný kanál (většinou RGB) je použito 10 bitů. Celkem tedy A/D převodník pracuje s barevnou hloubkou 30 bitů. Výsledná barevná hloubka však může být menší - dosti často se provádí po A/D konverzi ještě ořez "přebytečných" bitů. A tak ačkoliv máme A/D převodník 10-ti bitový, může být výsledná barevná hloubka klidně 24 bitů.


CCD čip

ukázka CCD čip je nejčastěji používaným obrazovým čipem v komapktních fotoaparátech. Jeho výroba je relativně jednoduchá, ale nákladná. Výstup informací z CCD čipu ještě není digitální, ale analogový a proto za CCD čipem musí následovat obvody pro digitalizaci obrazu (A/D převodník), což znamená vyšší odběr elektrické energie a zpomalení toku dat.

Světločivné buňky na CCD čipu mají tvar čtverce a výstup z CCD čipu je pomocí sběrnice. Jednotlivé řádky, případně sloupce světločivných buněk jsou napojeny na sběrnici a tak když se odečítají údaje o obrazu nejprve hlásí údaje jeden sloupec, poté druhý atd.. a to všechno po jedné sběrnici. Jednodušší provedení, ale pomalejší čtení dat. Takovémuto uspořádání CCD čipu se říká progresivní CCD čip. Naproti tomu čip označovaný jako prokládaný CCD čip je sice složitější na pohled, ale výrobně jednodušší. Princip je velice jednoduchý. Nenačítají se řady či sloupce světločivných buněk postupně, ale po blocích, kdy např. první až třetí sloupec ná svůj vlastní registr (jakási minipaměť pro odčítání), čtvrtý až šestý mají také vlastní atd. Odečítají se pak postupně právě tyto hodonoty jednotlivých registrů, což vede k urychlení získávání dat z čipu (v uvedeném případě by to bylo 2-3x). Prokládaný CCD čip je tak výhodnější pro případy, kdy je nuné fotografovat několik snímků za sebou (sériové snímání).


Super CCD čip

ukázka Super CCD čip je konstrukčně stejný jako normální CCD čip, pouze tvar světločivných buněk je osmiúhelníkový a tak pokrytí plochy Super CCD čipu je lepší nežli u CCD čipu. Proto se Super CCD čip velmi hodí pro interpolované snímky. Potenciál Super CCD čipu je větší nežli u CCD čipu, pokud z CCD dostaneme jisté maximální rozlišení, tak ze Super CCD lze zhruba při stejné kvalitě získat rozlišení podstatně větší. Tyto čipy používá např. Fujifilm.

Čtvrtá generace Super CCD čipů přinesla zlepšení v podobě podružné světločivné buňky - osmiúhelníková světločivná buňka je doplněna o další menší, která je využívána pro zisk doplňkové, vyvažovací informace (zejména pro vyvážení bílé barvy).


Super CCD EXR čip

ukázka Fujifilm vyvinula zcela nový snímací čip jenž vykazuje velmi zajímavé výsledky zejména při obtížných světelných podmínkách jako jsou velmi kontrastní scény a nedostatečný osvit. EXR čip sdružuje tři základní technologie a dosahuje zatím nejlepšího podání snímků. Jedná se o Fine Capture Technology (vysoké rozlišení), Pixel Fusion Technology (vysoká světelná citlivost s velmi nízkým šumem) a Dual Capture Technology (široký dynamický rozsah).

Základní filozofií je na základě snímané scény uzpůsobit parametry čipu, aby výsledný obraz byl co nejlepší. EXR čip umí aktivně měnit své preference právě v těchto tří mezích - v případě nízkého osvitu zvýší svou citlivost a přímo na čipu potlačí šum na úkor rozlišení. Podobně v případě vysokého kontrastu na úkor rozlišení zvýší svůj dynamický rozsah, aby nedošlo k přepálení některých částí snímku.

Fine Capture Technology
Neboli preference maximálního rozlišení. V případě, že snímaná scéna není ani příliš kontrastní ani příliš tmavá je preferováno co největší rozlišení snímku a Super CCD EXR se chová prakticky stejně jako klasické Super CCD s téměř stejnými výsledky. Síla nového EXR čipu spočívá právě v oněch hraničních neoptimálních a obtížných scénách.

Dual Capture Technology
Tato technologie je použita v případě záběru s velmi velkým kontrastem. Jistě jste to zažili sami - u velmi kontrastních snímků mají digitální fotoaparáty problém zobrazit scénu. Světlé části mají tendenci se přepálit (slít do maximální bílé) a tmavé části jsou zase silně zašuměné a nevýrazné. A právě takovýto případ řeší pomocí dynamického rozsahu EXR čip velmi elegantně. Díky své geometrii osmiúhelníkových buněk a diagonálně uspořádaných barevných filtrů se může virtuálně rozdělit na dva snímací čipy jejich matrice se prolínají - jakoby liché buňky tvořily jeden čip a sudé druhý čip. Jeden z těchto virtuálních čipů se nastaví aby byl citlivější v oblasti vysokého osvitu a druhý aby byl citlivější v oblasti nízkého osvitu. Následně jsou data z obou virtuálních čipů sjednocena. Tak získáme dvojnásobný dynamický rozsah oproti běžným čipům a to bez dodatečného zvýšení šumu. Snížení rozlišení přitom nemusí být dvojnásobné - většina plochy záběru bude pravděpodobně jasově v mezích obou virtuálních čipů.

Pixel Fusion Technology
V nedostatečného osvitu scény standardní CCD a CMOS čipy používají zvýšení své citlivosti čímž ovšem dochází i úměrně ke zvýšení šumu. Při trojnásobné citlivosti čipu tak naroste i trojnásobně úroveň šumu. Šum sám o sobě je poměrně malý, ale ve vztahu k temnějším barvám je již procentuelně velmi výrazný - tak vzniká nežádoucí tzv. barevná tma - černá barva snímku s přidaným barevným šumem.

EXR čip postupuje poněkud jinak. Díky své geometrii může snížit své rozlišení na polovinu - diagonálně sousedící světločivné buňky detekující stejnou barvu sloučí do virtuální jedné buňky s dvojnásobnou plochou. Díky geometrii zůstane plně zachováno rozložení světločivných buněk detekujících jednotlivé barvy. Zvýšení plochy buňky efektivně zvyšuje její citlivost aniž by došlo ke zvýšení šumu. Samozřejmě na úkor rozlišení, avšak je dozajista lepší vyhotovit např. kvalitní 6 Mpix snímek s minimálním šumem nežli zašuměný 12 Mpix snímek.

Prvním fotoaparátem s tímto čipem je Fujifilm FinePix F200 EXR.


CMOS čip

ukázka CMOS čipy jsou dominantně používány u digitálních zrcadlovek a pozvolna se rozšiřují i do digitálních kompaktů.

CMOS čip je konstrukčně velmi složitou záležitostí, ale je výrobně levnější, protože se vyrábí stejným způsobem jako procesory pro počítače. Obvody, které digitalizují obraz u CCD čipu pro všechny pixely postupně jsou zde již přímo součástí CMOS čipu - každá světločivná buňka má tyto obvody přímo u sebe. Digitalizace obrazu se tak provádí v každé světločivné buňce zvlášť a proto v jeden okamžik. To snižuje dobu nutnou pro přečtení obrazu z CMOS čipu a snižuje spotřebu energie.

Díky tomu, že každá světločivná oblast má rovnou u sebe své digitalizační obvody zajímají oblasti citlivé na světlo pouze nepatrnou část celé plochy čipu. Ostatní plocha jsou právě ony digitalizační obvody. To se řeší tak, že každá takováto buňka dostane nad sebe, kromě RGB či CMY filtru i miniaturní čočku, která soustředí paprsky dopadající na plochu světločivné buňky pouze do místa citlivého na světlo. Počet takovýchto mikronových čoček tak stoupá do miliónů či desítek miliónů.

Další výhodou je výstup dat z CMOS čipu. Neděje se tak postupně po sběrnici, ale najednou. Vývod dat totiž má každá světločivná buňka zvlášť (milióny vývodů!). To zvyšuje rychlost odběru dat z CMOS čipu, zejména je tato vlastnost žádoucí při sériovém snímání.

U starších a levnějších CMOS čipů docházelo k nežádoucímu roznášení náboje do okolních světločivných buněk. Zejména pak těch sousedících celou hranou, ne jenom rohem. Celkově se tento jev projevoval jako světlější nebo tmavší pásy na záběru, proto se mu říká efekt proužkované košile - člověk v jednobarevné košili pak na záběru vypadá jakoby měl košili proužkovanou. Tento nežádoucí jev "průsaku" elektronů lze někdy pozorovat i na CCD čipech. CMOS nové generace samozřejmě již touto vadou netrpí.


CMOS Foveon X3

ukázka Foveon X3 je novinkou roku 2002 a to novinkou valmi zajímavou. Jedná se skutečně o průlomovou technologii, která umožňuje bez zýšení počtu světločivných bodů dosáhnout až 4x většího barevného rozlišení. Jak je to možné? U klasických CCD či CMOS čipů se detekují pouze tři základní barvy a to červená (Red), zelená (Green) a modrá (Blue). Často se tomuto barevnému modelu proto říká RGB. Vhodným složením těchto barev lze nakombinovat ohromné množství barev, s rezervou postačující pro barevné rozlišení člověka. Tak např. složením červené, zelené a modré s maximální intenzitou dává bílou, složení jen červené a zelené žlutou, složení červené a modré fialovou atd..

Světločivná buňka na CCD či CMOS čipu ovšem dokáže rozpoznat pouze intenzitu dopadajícího světla. Pokud bychom to nechali pouze takto, tak bycho dostali pouze černobílý obrázek. Řeší se to následujícím způsobem. Pokud nad vlastní světločivnou buňku umístíme filtr v inverzní barvě, tj. filtr, který pohltí všechny barvy kromě jediné na kterou je nastaven, tak nám tato buňka bude detekovat pouze intenzitu jedné barvy. A dál je to jasné, sdružíme buňky po třech, každá z této trojice dostane jeden filtr v barvě inverzní k červené, zelené či modré a tak nám jedna buňka z trojice detekuje pouze intenzity červené barvy, druhá intenzity zelené a ta poslení jen modré. Dohromady jsou tak schopny detekovat všechny barvy, které mohou vzniknout složením červené, zelené a modré.

V praxi se ovšem buňky seskupují po čtyřech, protože vyplnit čtvercovou plochu světločivných buněk na CCD či CMOS čipu identickými trojicemi není zas tak jednoduché, ovšem vyplnit ji čtveřicemi je triviální. Některá barva tak musí být v takovéto čtveřici zastoupena dvakrát. Volí se zelená, protože lidské oko je nejcitlivější právě na tuto barevnou složku. Máme tak jednu buňku červenou, jednu modrou a dvě zelené, které se ovšem počítají při sestavování barvy jako buňka jedna (mají poloviční váhu, chcete-li hlas), aby celý obrázek nešel do zelena.

A zde je již vidět kámen úrazu klasických CCD či CMOS čipů. Ačkoliv máme rozlišení např. 800 x 600 světločivných buněk, tak jsou sdruženy po čtyřech a každá čtveřice představuje jeden barevný pixel na obrazovce. Barevné rozlišení je tak pouze 200 x 150. To zní otřesně, ale lze to sice zlepšit takovým způsobem, že se jednotlivá buňka z každé čtveřice použije pro výpočet barev z dalších čtyř okolních, což nám zvýší barevné rozlišení na 800 x 600, ale při detailním pohledu jsou barvy nějak spité do sebe a drobné detaily, které by mohl čip rozlišit jsou rozmazané. Proto pokud jde o co největší rozlišení je výhodné použít režim černobílé fotografie, kdy každá světločivná buňka vygeneruje skutečně jeden pixel a není ovlivněna sousedními buňkami. Takováto černobílá digitální fotografie je v detailech skutečně mnohem ostřejší nežli na stejném rozlišení fotografie barevná, pokud samozřejmě fotoaparát netvoří černobélou fotografii tak, že "odbarví" pořízený barevný záběr.

Jak je to řešeno u klasického filmu? Klasický barevný kinofilm má totiž tři světločivné vrstvy nad sebou a ne jako mozaika uspořádané čtveřice. První vrstva je v barvě inverzní k modré a pohlcuje tedy pouze modré světlo, další vrstva je v inverzní barvě k zelené a pohlcuje světlo zelené. Poslední je v barvě inverzní k červené a pohlcuje ten zbytek světla co nechaly projít dvě vrtvy nad ní, tedy červenou. V praxi se ale žádná barevná složka nepohlcuje přesně a beze zbytku v té které určené vrstvě, ale část projde a je pohlcena až vrstvou následující. To se velmi blíží uspořádání lidského oka a tak díky těmto chybám je výsledný snímek hodnocen jako subjektivně pěkný.

Čip Foveon 3X si počíná stejně jako klasický kinofilm. Využívá totiž vlastnosti silikonu, který pohlcuje různé složky světla různě, podle toho jak tlustá je jeho vrstva. Každá světločivná buňka Faveonu X3 tak nezískává údaj jen o intenzitě jedné složky (např. červené), ale všech tří a to naráz! U klasického CCD či CMOS byla zapotřebí plocha 2x2 buněk jen na to, abychom detekovali jednu libovolnou barvu, zde stejnou práci vykoná jedna jediná buňka. Ihned je patrné, že barevné rozlišení takovéhoto čipu zvětšilo 4x. Černobílé digitální fotografie z čipu Foveon 3X a klasického CCD či CMOS se stejným rozlišením jsou size stejně kvalitní, ale barevná digitální fotografie z čipu Foveon 3X vypadá jakoby byla dělána klasickým čipem s rozlišením 3-4x větším. 2 Mpix čip Foveon 3X tak může v barevných fotografiích zastat až 8 Mpix čip klasický! Již dnes lze zakoupit aparát s klasickým CMOS čipem 16.7 Mpix. Pokud by tento aparát měl čip Faveon o stejném rozlišení, tak barevná fotografie z něj pořízená by při optimálním případu vypadala jako z čipu s rozlišením 66.8 Mpix! (rozlišení negativu kinofilmu je zhruba 6-8 Mpix).

Prvním fotoaparátem vybaveným tímto novým zázrakem je Sigma SD9, Sigma SD10 a Sigma SD14, jednooké zrcadlovky s celou řadou výměnných objektivů a s čipem Foveon X3.

Snímací čip


Snímací čip


Zařízení fotoaparátu sloužící k zachycení obrazu scény a jeho převedení do digitální podoby.
0
Ukázka "barevné tmy" - projevu šumu při nedostatečném osvětlení.
1
CCD čip.
2
CMOS čip.
3
Schéma super CCD čipu.
4
Schéma CMOS čipu Foveon X3.
5
Znak Super CCD EXR čipu.
zavřít