Obrázek zaznamenaný digitálním fotoaparátem je složen z bodů (pixelů). Pokud jsou body umístěny „na plátně“ (papíře, monitoru) v dostatečně malých vzdálenostech, jeví se našemu oku jako obrázek. Jestliže je obrázek v elektronické podobě, např. na paměťové kartě digitálního fotoaparátu, je to velké množství jedniček a nul uspořádaných do souboru, který samozřejmě ještě nepředstavuje fotografii viditelnou okem. Můžeme použít srovnání s klasickým fotografickým procesem, kde je latentní obraz v osvícených halových sloučeninách stříbra nebo barvivu na filmu také neviditelný.
Rozdíl mezi analogovým (klasickým) a digitálním záznamem optických informací spočívá v tom, že u digitálního záznamu se informace nezaznamenávají přímo (např. na film), ale nejprve se převedou na číselné hodnoty a pak se zaznamenají. Uvnitř klasického fotoaparátu čeká na osvit film, kdežto uvnitř digitálního fotoaparátu zaznamenává obraz zachycený optikou nejčastěji CCD snímač a v něm polovodičové prvky.
Jak to tedy v digitálním fotoaparátu funguje?
Optická informace (snímaný obrázek) projde objektivem a je zaznamenána převážně CCD snímačem. CCD je zkratka Charge Coupled Device – zařízení pracující s propojeným nábojem. Každý prvek (fotodioda) CCD snímače představuje, zjednodušeně řečeno, budoucí obrazový bod (pixel). CCD snímač dnešních digitálních fotoaparátů má zhruba 1 milion až 16 milionů prvků, což znamená, že tyto aparáty jsou schopny zaznamenat obrázek složený asi z 1 až 16 milionů reálných obrazových bodů (pixelů) srovnaných do řad a sloupců. Prvky CCD snímače při dopadu světla získávají elektrický náboj. V jednotlivých prvcích se vytvářejí elektrony uvolněné z pravidelné struktury křemíku dopadajícími fotony. Čím více dopadne na snímač fotonů (světla), tím více se uvolní elektronů a ty vytvoří elektrický náboj.
Existuje dolní limit, kdy na prvek CCD snímače nedopadá žádný foton, a přesto se uvolní menší množství elektronů vnějšími vlivy (např. rozhlasovým a televizním vysíláním, teplem). Tomuto náboji se říká šum. Protipólem je i horní limit, kdy prvek vygeneruje maximální náboj a s dále se zvyšující světelnou energií, která dopadá na prvek již náboj neroste. Takto by ovšem CCD snímač neuměl rozeznat barvu (vlnovou délku), pouze světlo a stín, který se odrazil od objektu jakékoli barvy.
Pokračování 2 / 2
Jak vzniká barva?
Aby bylo možné rozeznat barvu, je před prvky snímače předřazen filtr - nejčastěji RGB – červená, zelená, modrá. Při zařazeném červeném filtru bude propuštěna pouze červená část spektra, prvek snímače zaznamená velikost elektrického náboje, která nezávisí jenom na intenzitě světla, ale i na jeho barevném složení. To se stane i při zařazení filtrů dalších dvou barev. V praxi se filtry nemění, ale pomocí mozaikového filtru se z příslušných prvků snímače odečtou příslušné hodnoty. Nejde o filtry celistvé, uložené přes celou plochu snímače, ale nad každý prvek je umístěn již při výrobě jeden miniaturní filtr. Nyní náš CCD snímač umí zaznamenat barvy, ale dosud se nedělo nic „digitálního“, výstup je analogový.
Typické složení barevné masky typu RGB (tzv. typ Bayer)
Za CCD snímačem je zařazen analogově–digitální převodník, ve kterém jsou analogové veličiny získané ze snímače převedeny na numerické (digitální). Prvek produkuje při dopadu světla napětí např. 0–4 mV a výstupem je 0–255 hodnot jasu pro danou barvu (červená, zelená, modrá), tedy převodník rozdělí rozsah 0–4 na 256 dílů. Nula je žádná barva, 255 je maximální odstín daného barevného kanálu. Z A/D převodníku putují numerické informace do procesoru, kde jsou poměrně složitým způsobem vyhodnocovány a vytvářena data pro barevné pixely obrázku, základní prvky digitální fotografie (kombinací základních RGB barev 256 × 256 × 256 = 16,7 mil. možných barev). Úplný zápis např. růžového barevného pixelu je R: 206, G: 152, B: 190. Do procesoru jdou tyto hodnoty ve dvojkové soustavě jedniček a nul. Barevné pixely obrázku vzniknou tak, že se porovnávají hodnoty ze skupin sousedních prvků snímače. Porovnáním skupiny prvků, jeden prvek má filtr červený, jeden modrý a dva zelený (vzor Bayer), se vytvoří jeden obrazový bod (pixel) a začne se porovnávat další skupina, která se však posune pouze o jednu pozici prvků ve snímači a vznikne další pixel atd.
Příklad vytvoření dvou barevných pixelů (růžový a okr)
Proto je počet prvků v CCD snímači (rozlišení aparátu) téměř shodné s počtem pixelů obrázku. Některé prvky snímače se nemohou efektivně zúčastnit výpočtu, protože se podílí na obslužných funkcích snímače - zde se náboje z jednotlivých prvků řadí a jsou posílány přes zesilovač do A/D převodníku. Efektivního rozlišení snímače se "neúčastní" také krajní buňky, které nejsou z vnější strany obklopeny sousedy. Proto je menší rozdíl mezi počtem fyzických prvků a efektivních prvků, a ty zaznamenávají body obrázku. CCD snímač o velikosti např. 5,24 mil prvků produkuje obrázek 2 560 × 1 920 px, tj. 4,91 mil. obrazových bodů. Tyto pixely jsou pak uloženy v souboru, nejčastěji JFIF (kompresní algoritmus JPEG) nebo TIFF, případně některý z formátů typu RAW. Data se ukládají na výměnné paměťové médium (CompactFlash, SecureDigital, xD, aj.), které, aniž si to v praxi uvědomujeme, je schopno uchovávat data i při vypnutí přístroje, tj. bez nutnosti napájení.
Tento článek je součástí balíčku PREMIUM+
Odemkněte si exkluzivní obsah a videa bez reklam na devíti webech.
Chci Premium a Živě.cz bez reklam
Od 41 Kč měsíčně