CCD snímače III. - Barvy - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

3. ledna 2000, 00.00 | Dnes se podíváme na to, jak se u CCD snímačů pracuje s barvou. V čem se liší skenery od digitálních fotoaparátů?

V předchozích dílech našeho seriálu (ZDE a ZDE)jsme si vysvětlili, jak pracují CCD snímače a jakým způsobem se rozdělují. Zcela jsme však opominuli otázku zpracování barev. Doposud jsme se bavili pouze o tom, že snímače jsou citlivé na světlo, ale jak je to vlastně s barvou světla?

Snímače jako takové barvu dopadajícího světla nerozlišují. Každá buňka registruje pouze intenzitu světla, nikoli jeho frekvenci, která udává barvu světla. Snímač samotný je tedy barvoslepý a přirozeným výstupem je obrázek ve škálách šedé. S černobílou fotografií se v současnosti vystačit nedá, takže je k dispozici celá řada technologií, jak rozlišovat barvu světla dopadajícího na snímač. V dnešním a příštím dílu si popíšeme běžně požívané technologie.

Barevný filtr
Všechny dále popsané postupy vycházejí z použití barevných filtrů. Barevný filtr slouží k odfiltrování určité části spektra a propouští pouze vybrané frekvence. Například červený barevný filtr propustí pouze světlo s vlnovou délkou odpovídající odstínu červené barvy, všechny ostatní vlnové délky pohltí.
Protože snímače pracují s dopadajícím světlem, jeho barvu zaznamenávají v takzvaném RGB barevném režimu. Ten vychází z toho, že každá barva se dá reprezentovat jako poměr tří základních barev. Zkratka RGB reprezentuje tyto základní barvy : R - red - červená, G - green - zelena, B - blue - modrá. Použití právě RGB režimu má své výhody i nevýhody. RGB se používá při zobrazování u televizorů nebo počítačů, takže obrázky není potřeba převádět. Naopak při tisku na papír je nutný převod do CMY nebo CMYK, ale to již se snímači nesouvisí.

Řádkové snímače
Asi nejjednodušším použitím barevných filtrů jsou třířádkové snímače. Tyto prvky mají tři řádky buněk a nad každou řádkou je umístěn jeden barevný filtr. To znamená, že první řádka zaznamenává pouze červenou složku světla, druhý řádek zelenou a třetí řádek modrou. K získání barvy jednoho konkrétního bodu je tedy potřeba, aby se snímač 3x posunul tak, aby požadovaný bod změřila v každém řádku jedna buňka. To je přesně princip jednoprůchodových stolních skenerů vybavených CCD snímačem. Snímací hlava obsahuje třířádkový snímač a optiku, která zaručuje, že snímač obsáhne přesně maximální šířku předlohy. Snímací hlava se pak postupně pohybuje po řádcích od shora dolů a tím je zaručeno, že každý bod, který se snímá je přečten celkem 3x ( každým řádkem snímače jednou). Podmínkou úspěchu je pochopitelně to, že snímací hlava se pohybuje tak, aby docházelo ke snímání krokově v každém bodě. Třířádkový (tri-linearni) snímač se používá i v některých specifických oblastech digitální fotografie.

Výhody:

• poměrně snadná a levná výroba

Nevýhody:

• vhodné pouze pro statické scény se statickým osvětlením
• vyžaduje přesnou mechaniku pro posun snímače
• snímání trvá dlouho a neumožňuje krátkou expozici

Multi-shot
Další technologie, kterou si popíšeme je anglicky označena jako multi-shot, což ve volném překladu znamená více-snímková digitalizace. Princip je poměrně jednoduchý. Snímač jako takový není vybaven žádným barevným filtrem, ale barevný filtr je součástí optické soustavy. Snímání neprobíhá v rámci jedné expozice, ale celkem ve třech expozicích. Při každé expozici se vymění filtr se základní barvou a provede se snímání. Po dokončení všech tří expozic se pak obraz složí elektronicky dohromady.
Podmínkou úspěchu je samozřejmě statická scéna, fixní fotoaparát a stálé osvětlení. S touto technologií se můžeme setkat u studiových digitálních fotoaparátů, které lze používat pro fotografování produktů a jiných dalších statických scén.

Výhody:

• nesnižuje rozlišení a umožňuje velmi přesné snímání barev

Nevýhody:

• vhodné pouze pro statické scény se statickým osvětlením
• systém výměnných filtrů je poměrně velký

Multi-CCD
Poslední technologií, které se budeme dnes věnovat je použití více snímačů součastně. Jde v podstatě o obměnu Multi-shotu odstraňující její největší nevýhodu. V jednom přístroji je umístěno více snímačů a před každým je jiný barevný filtr. Světlo přicházející z objektivu je pomocí optického hranolu rozloženo na jednotlivé snímače. V rámci jedné expozice je tedy možno provést snímání na všech CCD. Nejběžnější je varianta se třemi snímači, při které je před každým snímačem jeden z RGB filtrů. Existuje i varianta pouze se dvěmi snímači, ale ta využívá postupů, o kterých si řekneme příště.

Výhody :

• nesnižuje rozlišení a umožňuje velmi přesné snímání barev
• umožňuje krátké expozice a snímání pohyblivých scén

Nevýhody :

• více snímačů výrazně zvyšuje cenu přístroje
• optika a více snímačů zvětšují rozměr fotoaparátu