OBRAZ
UTWORZONY
NA MATRYCY CCD

REJESTROWANA
SCENA

CYFROWY APARAT

FOTOGRAFICZNY

Z PRZETWORNIKIEM

OBRAZU CCD

ZINTEGROWANA

MATRYCA

FILTRÓW

OPTYCZNYCH

POD¸O˚E KRZEMOWE

ELEKTRON

IZOLATOR
Z DWUTLENKU
KRZEMU

OBRAZ PRZED PRZETWORZENIEM BARW

OBRAZ PO PRZETWORZENIU BARW

FOTONY ODBITE
OD REJESTROWANEGO
OBRAZU

ELEKTRODA
Z DOMIESZKOWANEGO
KRZEMU

FILTR
OPTYCZNY

OBSZAR
KOLEKCYJNY

88 Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 1998

Michael D. McCreary,

dyrektor Oddzia∏u Mikroelektroniki w Eastman Kodak

S

ercem cyfrowego aparatu fotograficznego jest Êwiat∏oczu∏a matryca pó∏prze-
wodnikowa, rodzaj „b∏ony filmowej”, którà mo˝na u˝ywaç bez koƒca. Najbar-
dziej rozpowszechnionymi przetwornikami Êwiat∏a sà uk∏ady o sprz´˝eniu ∏a-

dunkowym CCD (charge-coupled devices), które pojawi∏y si´ we wczesnych latach
siedemdziesiàtych i znalaz∏y zastosowanie w takich urzàdzeniach, jak kamery wi-
deo, telefaksy i podr´czne skanery. Aparaty fotograficzne z uk∏adami CCD umo˝li-
wiajà natychmiastowe przes∏anie zarejestrowanego obrazu, na przyk∏ad przez pracu-
jàcego w terenie fotoreportera lub z kosmosu przez satelit´ zwiadowczego. Uk∏ad
CCD jest matrycà Êwiat∏oczu∏ych elementów obrazu, czyli pikseli, z których ka˝dy ma
wymiar poprzeczny 5–25 mm. Na matrycy tej za pomocà uk∏adu optycznego jest ogni-
skowany rejestrowany obraz. Podobnie jak rozdzielczoÊç zwyk∏ej b∏ony fotograficz-
nej wià˝e si´ z wielkoÊcià ziarna, tak rozdzielczoÊç uk∏adu CCD mierzy si´ liczbà
pikseli tworzàcych matryc´. Cyfrowy aparat fotograficzny, przeznaczony g∏ównie
dla amatorów, ma najcz´Êciej matryc´ o wymiarach 640 na 480 pikseli – matryca
w najwy˝szej klasy aparacie profesjonalnym sk∏ada si´ z kilku ich milionów.

Uk∏ady CCD powstajà w procesie produkcyjnym z∏o˝onym z setek

etapów i trwajàcym kilka tygodni. Mimo ˝e obecnie dominujà na
rynku Êwiat∏oczu∏ych elementów pó∏przewodnikowych, firmy takie
jak Eastman Kodak, Motorola, Intel, Rockwell oraz Toshiba zain-
westowa∏y znaczne Êrodki w technologi´ konkurencyjnà – prze-
tworniki obrazu CMOS. Oczekuje si´, ˝e elementy te znajdà zasto-
sowanie m.in. w cyfrowych amatorskich aparatach fotograficznych
ni˝szej klasy.

T∏umaczy∏

Tomasz Zmierczak

CYFROWE APARATY FOTOGRAFICZNE

NAUKA W ZAPRZ¢GU

PIKSELE

sà monochromatyczne – aby zare-

jestrowaç barwy fotografowanej sceny, trzeba
zastosowaç filtry optyczne. W wi´kszoÊci cyfro-
wych aparatów fotograficznych matryca filtrów
(powy˝ej) rejestruje w ka˝dym pikselu nat´˝e-
nie tylko jednego koloru. Nat´˝enie innych barw
w tym pikselu jest szacowane przez interpola-
cj´ za pomocà odpowiednich algorytmów na
podstawie nat´˝enia barw w sàsiednich elemen-
tach obrazu. Ta informacja jest nast´pnie wy-
korzystywana do wytworzenia obrazu w pe∏nej
gamie kolorystycznej (poni˝ej).

FOTONY

wpadajà do kolekcyjnego obszaru elementu

obrazu (piksela). Im wi´cej Êwiat∏a padnie na piksel, tym
wi´cej elektronów ze struktury krystalicznej pó∏przewod-
nika zostanie uwolnionych. Dopóki ich liczba – miernik
iloÊci Êwiat∏a padajàcego na dany piksel – nie zostanie od-
czytana, pole elektryczne zatrzymuje je i izoluje od elek-
tronów sàsiednich pikseli. Maleƒki filtr optycz-
ny przepuszcza do obszaru kolekcyj-
nego ka˝dego piksela wy∏àcz-

nie fotony okreÊlonej barwy.

JARED SCHNEIDMAN DESIGN