Tehnologija: kako rade CMOS i CCD
kategorija: 
Bilo da se radi o CMOS handycamu ili o profesionalnoj kameri s 3 CCD senzora, ti maleni čipovi odrađuju hrpu posla koji su nekada odrađivali mehanički dijelovi kamere.
Video je savršen primjer – upotrebljavaju se procesi razvijeni za snimanje zvuka, pokretne slike, obične fotografije i televiziju, što zajedno čini jednu sasvim novu tehnologiju. No, kao sa svakom tehnologijom, ne radi se o magiji – način na koji senzor vidi svjetlo rezultat je znanosti.
CCD SENZOR: ŽIVČANI SUSTAV KAMERE
Od samog izuma kamere, u 19. st, leća objektiva fokusirala je zrake svjetlosti na foto-osjetljive soli srebro-halida na samom filmu, bilo da se bilježila pokretna slika ili fotografija. Kod današnje kamere leća fokusira svjetlo na elektronički senzor zvan CCD (charge-coupled device). CCD senzor sastavljen je od stotina tisuća foto-osjetljivih dioda koje bilježe jakost svjetla koje prime i tu vrijednost pretvaraju u električni naboj. Jakost tog naboja proporcionalna je jakosti svjetla koje ta dioda primi.
OD SIVILA DO BOJE
Naboj koji se očita s pojedine fotodiode na kraju se pretvara u piksel, kao dio ukupne video slike, no ne bez jednog važnog međukoraka. CCD senzor ne bilježi boje, samo jakost svjetla koje pada na njega, u nijansama sive. Odakle onda slika u boji? Tako nastala slika šalje se u zasebne filtere za boju, koji bilježe crvenu, zelenu i plavu boju.
Skuplji modeli kamera upotrebljavaju više CCD senzora, od kojih svaki bilježi jedan element spektra boja. Kako bi sva tri senzora bila osvijetljena, unutar kamere koristi se prizma koja svjetlost koja je došla kroz objektiv rastavlja na crvenu, zelenu i plavu, a zatim te boje šalje odgovarajućem CCD senzoru. Na taj se način individualno bilježi jakost svjetla za svaku pojedinu boju. Broj (i veličina) CCD senzora ujedno je i jedan od razloga zašto su ti modeli osjetno skuplji od amaterskih CMOS kamera. CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) senzori u jednom paketu sadrže i fotosenzore i kamerin CPU, odnosno procesor.
Ipak, senzor bilježi ono što mu objektiv šalje, što nas dovodi do kvalitete leća, odnosno – optike.
ELEKTRONIČKI ŠUM
Bilježenje svjetlosti ne uključuje samo elektroniku; leća objektiva koji se koristi igra možda i veću ulogu. Mehanika objektiva važna je danas kao i prije stotinu godina. Veličina otvora koji kontrolira blenda mora se mijenjati u skladu s time koliko svjetla ulazi u objektiv – više svjetla sužava blendu, manje svjetla je širi. U amaterskim kamerama to kontrolira automatika, odnosno foto-osjetljiva elektronika u samom uređaju. Na boljim kamerama te se postavke mogu kontrolirati i ručno.
U slučaju da je slika pretamna, jednostavno neće biti dovoljno svjetla koje bi bilo zabilježeno na senzoru i kvaliteta slike, ako je uopće bude, bit će vrlo loša, bez obzira koliko je blenda otvorena. Takvi uvjeti mogu rezultirati elektroničkim šumom koji će biti vidljiv i na slici, pogotovo u tamnijim dijelovima.
U svakom elektroničkom uređaju postoji i određena količina šuma, koji je rezultat samog rada uređaja. Taj je šum inače preslab u odnosu na zabilježeni naboj pri dobroj osvijetljenosti. Kada zabilježeni naboj slike koja se snima padne na niže vrijednosti (tamna slika), jedna od opcija je povećanje osjetljivosti senzora, što u praksi znači umjetno pojačavanje zabilježenog naboja. Pri tom pojačavanju diže se i razina šuma, a kako je sada razlika u razini šuma i slabog zabilježenog naboja mala – na slici se prikazuje i jedno i drugo.
Kao i kod fotoaparata, to je razlog zašto je za ravnomjerno osvijetljenu i čistu sliku potrebno dovoljno svjetlosti.
SHUTTER
Shutter je još jedan dio koji utječe na to kako kamera “vidi” svjetlost. Okretanje objektiva kamere s CCD senzorom izravno u neko rasvjetno tijelo rezultirat će blještećim vertikalnim linijama, za razliku od filma.
Mnoge CMOS kamere koriste “rolling electronic shutter”, što je naziv za način na koji se očitavaju vrijednosti pojedinih fotodioda na senzoru. Redosljed očitavanja je od vrha prema dnu, u tankim redovima, preko cijelog senzora. Pri kratkoj ekspoziciji to nije problem, no pri dužoj dolazi do distorzije slike. Auto koji je snimljen kako prolazi s lijeva na desno pred objektivom takve kamere izgleda će kao da je nagnut u jednom smjeru. Krov će, zbog načina očitavanja slike, biti “uhvaćen” prije kotača, a ta vremenska razlika izaziva distorziju. Isti će rezultat dati i prebrzi švenk (panning).
POHRANA UHVAĆENOG SVJETLA
U današnje vrijeme medija za pohranu digitalnih podataka zaista je mnogo. Bilo da se radi o DV ili HDV traci, hard disku ili flash kartici, svaki medij u konačnici bilježi digitalnu verziju jakosti svjetla koje je prošlo kroz objektiv.
Vaš kompjuterski monitor ili digitalni TV uređaj primaju te informacije i postupak kreće u suprotnom smjeru – jakost pojedinih piksela na ekranu povećava se u skladu s podacima o jakosti naboja na tom mjestu.
Srećom, sve je to puno lakše izvesti u praksi nego objasniti riječima, što nam omogućuje da se usredotočimo na produkciju i kretivnost, bez zamaranja sa svim detaljima funkcioniranja pojedine tehnologije. Kao što kompjuter uzimamo zdravo za gotovo i ne brinemo kako svaki od milijardi procesa u njemu funkcionira, tako se i svjetlost pretvara u sliku gotovo istovremeno, a sve što mi moramo učiniti je držati kameru okrenutu prema objektu snimanja. Najmanje od njih stanu u dlan ruke.
Možda rečenica s početka i nije sasvim točna, možda sva ova tehnologija zapravo je magija.. ili bar nešto što se ne može razlikovati od nje.
Izvor:
www.videomaker.com
www.elphel.com
Našli ste članak preko pojmova:
- ccd senzor
- ccd senzori
- ccd ili cmos
- cmos ili ccd
- ccd tehnologija
- cmos tehnologija
- ccd cmos
- slike boja
- CMOS senzor
- slike U BOJI
O, yeah. It’s some kind of magic!