Pildisensor
Pildisensor on optoelektrooniline seadis, mis muundab kahemõõtmelise optilise kujutise analoogsignaaliks. Pildisensor on kasutusel peamiselt digitaalsetes pildindusseadmetes.
Pildisensorite põhitüübid
muuda
Pikemalt artiklis CCD-sensor- Pikemalt artiklis CMOS-sensor
Digikaamerates kasutatakse CCD- ja CMOS-tüüpi pildisensoreid ning nende täiustatud alatüüpe. Mõlema sensoritüübi puhul on igal pildielemendil ‒ pikslil ‒ valgustundlikuks elemendiks fotodiood, mis muundab piksli pinnale langeva valguse selle intensiivsusega võrdeliseks elektrilaenguks. Põhimõtteline erinevus tüüpide vahel seisneb selles, kuidas nendele elektrilaengutele vastav signaal sensorist välja juhitakse.
- CCD-sensori maatriksis nihutatakse laengupakette samm-sammult pildielemente mööda iga maatriksirea lõppu ja sealt väljundvõimendisse. Sensorist väljub analoogsignaal, mis läheb analoog-digitaalmuundurisse.
- CMOS-sensoris on igal pikslil oma transistorvõimendi, mis muundab elektrilaengu elektrisignaaliks. Neid pildielementide signaale loetakse maatriksist välja samamoodi kui muutmälust (suvapöördusmälust), kus igal mälupesal on oma aadress. Sensorikiibil on ka analoog-digitaalmuundur. CMOS-sensori sisult täpsem nimetus on aktiivpikselsensor ehk APS-sensor (Active Pixel Sensor).
Mõlemal juhul lähevad väljundsignaalid edasiseks töötlemiseks pildiprotsessorisse.
| Omadus | CCD | CMOS |
|---|---|---|
| Piksli väljundsignaal | Laengupakett | Analoogpinge |
| Kiibi väljund | Analoogsignaal | Digitaalsignaal |
| Signaali väljalugemise kiirus | Väiksem | Suurem |
| Sensori keerukuse tase | Madal | Kõrge |
| Süsteemi keerukuse tase | Kõrge | Madal |
| Süsteemi müratase | Madal | Mõõdukas |
| Optoelektroonilise trakti põhikomponendid | Objektiiv + sensor + mitu andmetöötluskiipi | Objektiiv + sensor (võimalik, kuid enamasti ka lisakiibid) |
| Arenduskulud | Suhteliselt madalad | Suhteliselt kõrged |
| Süsteemi maksumus | Sõltub rakendustest | Sõltub rakendustest |
| Süsteemi peamine eelis | Piksli pinna täielik ärakasutamine | Väike voolutarve |
| Süsteemi peamine puudus | Lisamüra tingituna liigvalgustatud pikslites laengute valgumisest kõrvalpikslitele (blooming) | Lisamüra tingituna aktiivpikslite tundlikkuse ebaühtlusest |
Värvikujutise signaali saamine
muudaPildisensori elemendid reageerivad üksnes kujutise heledusele. Värvilise kujutise saamine põhineb RGB-värvimudelil: kolme värvusega – punane (R red), roheline (G green), sinine (B blue) – kiirguste eri annustes liitmisel on võimalik saada kõik värvused ja ka hallvärvuste skaala valgest mustani. Seega peavad sensori väljundisse jõudma nende kolme põhivärvuse infot esitavad signaalid.
Objektiivist saabuvast valgusest põhivärvuste eraldamiseks on peamiselt kasutusel värvifilter, harvemini optiline prisma.
Värvifiltriga süsteem
muudaSensori elementide ees asetseb niisuguseid värvusi neelavate elementidega värvifilter, et moodustuvad kolmele värvusele reageerivad sensorielementide rühmad. Inimsilma värvitaju iseärasustest tingituna määrab lahutusvõimet kõige enam roheline värvus, seepärast on pooltel elementidel rohelised filtrid ning ülejäänutel vaheldumisi punased ja sinised. Niisuguse filtriga sensorit nimetatakse Bayeri sensoriks.
Iga pildielemendi kohta registreerib pildiprotsessor üheaegselt kolme põhivärvuse väärtused: üheks värvuseks on piksli enda värvus (täpsemalt elemendi ees oleva filtrielemendiga määratud värvus), kahe ülejäänud värvuse väärtused arvutab protsessor interpoleerimise teel, hinnates infot naaberpikslite rühma kohta. Interpoleerimise täpsus mõjutab oluliselt pildikvaliteeti, nii et ühesuguse pikslite arvuga kaamerate pildid võivad detailide esitustäpsuselt ja värvipuhtuselt üksteisest tunduval määral erineda.
Optilise prismaga süsteem
muudaObjektiivist saabuv valgusvihk lahutatakse kolmeks põhivärvustega osapildiks. Iga osapilt suunatakse eraldi sensorikiibile (nt süsteem 3CCD). Kasutatakse dikroilist prismat, mille pinnad peegeldavad interferentsinähtuse põhimõttel üksnes teatud kindla lainepikkusega valgust, vaadeldaval juhul punast, rohelist või sinist.
Sensorite mõõtmed
muudaSensori suurust väljendatakse enamasti murdarvuna tollides, nt 1/1,8". See arv ei näita siiski sensori diagonaali (nagu näiteks pildinäidiku tollid), vaid on tingmõõt, mis väljendab omaaegse televisiooni-saatetoru vidikoni klaaskesta läbimõõtu; selle sisse mahtuva sensori mõõtmed on märksa väiksemad.
Mida suurem on sensor, seda suurem on iga pildielemendi valgustundlik pind (ühesuguse pikslite arvu korral) ning vastavalt ka tundlikkus. Tundliku sensori väljundsignaal vajab vähem võimendamist, mistõttu elektrisignaalile lisandub ka vähem müra.
Sensori mõõtmetest sõltub samuti kujutise teravussügavus: mida väiksem sensor, seda suuremas kaugusvahemikus on pilt terav.
| Tüüpmõõt | Laius
(mm) |
Kõrgus
(mm) |
Diagonaal
(mm) |
Pindala
(mm²) |
Kaamera (näiteid) |
|---|---|---|---|---|---|
| Täiskaader | 35,8...36 | 23,8...24 | 43...43,3 | 852...864 | Canon EOS 5D, Canon EOS-1Ds (CMOS-sensor) |
| APS-H | 28,1...28,7 | 18,7…19,1 | 33,8...34,5 | 525,5...548,2 | Canon EOS-1D Mark III (CMOS-sensor) |
| APS-C, DX, 1,8" | 20,7...25,1 | 13,8...16,7 | 24,9...30,1 | 285,7...419,2 | Pentax K10D |
| 4/3" | 17,3...18 | 13…13,5 | 21,6...22,5 | 224,9...243 | Olympus E-330 |
| 1" | 12,8 | 9,6 | 16 | 122,9 | Sony ProMavica MVC-5000 |
| 2/3" | 8,8 | 6,6 | 11 | 58,1 | Pentax EI-2000 |
| 1/1,6" | 8 | 6 | 10 | 48 | Panasonic Lumix DMC-LX3 |
| 1/1,7" | 7,6 | 5,7 | 9,5 | 43,3 | Canon PowerShot G10 |
| 1/1,8" | 7,176 | 5,319 | 8,9 | 38,2 | Casio EXILIM EX-F1 |
| 1/2" | 6,4 | 4,8 | 8 | 30,7 | Sony DSC-D700 |
| 1/2,3" | 6,16 | 4,62 | 7,70 | 28,46 | Olympus SP-560 UZ |
| 1/2,5" | 5,8 | 4,3 | 7,2 | 24,9 | Panasonic Lumix DMC-FZ8 |
| 1/2,7" | 5,27 | 3,96 | 6,6 | 20,9 | Olympus C-900 zoom |
| 1/3" | 4,8 | 3,6 | 6 | 17,3 | Canon PowerShot A460 |
| 1/3,2" | 4,536 | 3,416 | 5,7 | 15,5 | Canon HF100 |
| 1/3,6" | 4 | 3 | 5 | 12 | JVC GR-DZ7 |
Vaata ka
muudaViited
muuda- ↑ "Arhiivikoopia" (PDF). Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 10. juuni 2015. Vaadatud 7. oktoobril 2013.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: arhiivikoopia kasutusel pealkirjana (link)