CCD snímače II. - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

30. prosince 1999, 00.00 | Jaký je rozdíl mezi prokládaným a progresivním snímačem? Který z nich je lepší? Pochopte svůj digitální fotoaparát, videokameru a skener.

Dnešní pokračování seriálu věnovaného CCD snímačům bude celé věnované plošným snímačům, se kterými se nejčastěji můžete setkat právě u digitálních fotoaparátů nebo videokamer. Jak jsme si řekli v minulém díle, jde o prvky obdélníkového tvaru složené z miliónů snímacích buněk. Buňky samotné jsou buď obdélníkové (video snímače), čtvercové (klasické pro DF) nebo plástvové ( Super CCD). Každá buňka měří dopadající světlo a podle jeho intenzity generuje elektrický náboj. Ten se musí ze snímače odvést na analog-digitální převodník, který zpracuje elektrický náboj na digitální informaci. Podle toho, jakým způsobem se provádí zpracování náboje se rozlišují dva základní typy snímačů.

Prokládané snímače ( interlaced )
Byly původně vyvinuty pro televizní a video techniku, ale můžeme se s nimi setkat i u mnoha digitálních fotoaparátů. Jejich konstrukce je přizpůsobena tomu, jak se zpracovává televizní obraz, tedy řádkově. Televizní obraz je rozložen na řádky a zvlášť se přenášejí liché a zvlášť sudé řádky. Pro tuto technologii jsou uzpůsobeny prokládané snímače. Ty po expozici nejprve zpracují liché řádky obrazu a pak zpracují sudé. U video kamer je to postup zcela přirozený a expozice sudých a lichých řádků je prováděna separátně stejně jako zpracování. U digitálních fotoaparátů je potřeba obraz zpětně složit. Úplně nejjednodušší variantou je pracovat pouze s lichými řádky. S tím jsme se mohli setkat třeba u CASIA QV-10, ale protože rozlišení snímače je příliš cenné, je to postup velmi výjimečný. Složitější cestou je elektronicky obraz složit. Samozřejmě je potřeba zaručit, že po dobu zpracování všech řádků se obraz nezmění, což se musí realizovat mechanickou závěrkou.

Postup práce u digitálního fotoaparátu je tedy následující :

1. Proběhne expozice senzoru.
2. Pomocnými registry je odveden náboj z lichých řádků do hlavního registru, řádek po řádku.
3. Následně je stejnou cestou zpracován náboj ze sudých řádků.
4. Mimo snímač je obraz složen dohromady.

Vše je znázorněno na obrázku. Ve skutečnosti jsou snímače u fotoaparátů otočeny o 90 stupňů, takže z řádků se stávají sloupce, což je vidět i na našem obrázku.

Výhody :

• Pro záznam video signálů je prokládané prvky ideální. Jednotlivé půlsnímky (sudé a liché řádky) se zpracovávají separátně a nevznikají žádné technické problémy.
• Díky masové výrobě video kamer jsou prvky poměrně levná a výrobní technologie je přijatelně komplikovaná.

Nevýhody pro digitální fotografii:

• Je nutné skládat obraz nebo se spokojit s polovičním rozlišením.
• Zpracování je pomalé a vylučuje rychlé časy závěrky.
• Vyžaduje mechanickou závěrku, aby nedošlo ke změně obrazu v době zpracování. Pokud není použita může docházet k rozostření nebo řádkovému posunu obrazu.
• Většina prvků používá pomocné registry a výrobci často používají interpolační algoritmy na dopočítání rozlišení.

Progresivní snímače (progressive)
Druhou velkou skupinu snímačů tvoří takzvané progresivní snímače. Ty zpracovávají celý obraz najednou, což je sice technologicky složitější, ale přináší to velké výhody. Progresivní snímače se vyrábějí poměrně velmi komplikovanou technologií v malých sériích, takže jsou velmi nákladné. Co je důležité, informace se zaznamenává a zpracovává ve všech buňkách součastně. To přináší vyšší ostrost, přesnost podání obrazu a samozřejmě to umožňuje použití elektronické závěrky s velmi krátkými časy. Celkově se tedy dá říct, že progresivní snímač je zatím nejlepším řešením pro digitální fotografii, které je k dispozici.

Zpracování může probíhat dvěma způsoby. U nejdražších modelů se používá technologie FTD (Frame Transfer Device), u které se ze všech buněk najednou odvede náboj do pomocných registrů a pak se dále sériově zpracovává. To je ta nejlepší a také nejkomplikovanější alternativa, takže se s ní můžeme setkat jen opravdu zřídka. Mnohem častější je takzvané řádkové čtení, které si detailněji popíšeme:

1. Dojde k expozici všech buněk.
2. Náboj z prvního řádku se přenese do pomocného registru a z něj je postupně zpracován bránou
3. Do prvního řádku se posune náboj z druhého řádku a postupně dojde k posunu náboje po celém snímači o jeden řádek dolů.
4. Opakuje se postup od bodu jedna, dokud není načten celý obrázek.

Výhody :

• Přesné zachycení obrazu s minimálním zkreslením.
• Umožňuje velice krátké časy a použití elektronické závěrky

Nevýhody :

• Výrobně velmi nákladné a složité řešení
• Nevhodné pro videokamery z čehož plyne malosériová výroba