Для матриц вводятся понятия «оптическое разрешение» и «интерполяционное разрешение».

Оптическое разрешение матрицы характеризует шаг дискретизации фиксируемого изображения. Оптическое разрешение выражается в пикселях на дюйм, ppi (pixels per inch).

Оптическое разрешение фотоматрицы задают двумя способами:

- ее размером в пикселях по горизонтали и по вертикали;

- общим количеством пикселей, которые она содержит. Например: изображение 1600х1200 пикселей или 1.92 млн. пикселей.

Увеличение оптического разрешения достигают или увеличением размеров ПЗС-матрицы, или уменьшением размеров ячейки.

Большинство любительских фотоаппаратов имеют разрешение 8-10 млн пикселов. Для сравнения, оптическое разрешение человеческого глаза составляет порядка 120 млн пикселов, традиционные 35-мм слайды, по разным оценкам, содержат от 10-20 млн элементов изображения.

Интерполяционное разрешение - это программное повышение оптического разрешения. Оно не повышает степень детализации изображения, а лишь понижает его зернистость. При интерполяции ПЗС-матрица считывает графическую информацию на пределе своего оптического разрешения. После этого каждый пиксель изображения разбивается на несколько более мелких пикселей, которым присваиваются усредненные значения цвета соседних, реально считанных пикселей.

4. Шумы матриц

Темновой ток складывается из электронов, попавших в яму при полном отсутствии светового потока, является следствием термоэлектронной эмиссии и возникает в ПЗС-элементе при подаче потенциала на электрод, под которым формируется потенциальная яма. Если световой поток слаб, то величина фототока может быть меньше, чем величина темнового тока. Именно это ограничивает порог чувствительности. Зависимость темнового тока от температуры сенсора: при нагревании матрицы на 90С её темновой ток возрастает в два раза. Название «темновой» обусловлено тем, что данный паразитный заряд образуется «просочившимися» в яму электронами, созданными не фотоэффектом, а термоэлектронной эмиссией, при его накоплении световые лучи не падали на поверхность сенсора.

Тепловой шум - явление обусловлено хаотичным движением носителей заряда в толще полупроводника, которое не прекращается и при отключении потенциала, подаваемого на электрод. Блуждая в материале матрицы, электроны либо дырки, в конце концов, притягиваются потенциальной ямой и оседают в ней при закрытом затворе и при отсутствии потенциала. При считывании сигнала паразитные заряды добавляются к заряду пикселя, искажая его истинное значение. При "длинной" выдержке их становится больше.

В каждом ПЗС-элементе уровни темнового тока и теплового шума не такие, как в соседних пикселях. Поэтому степень искажения фототоков паразитными зарядами распределена по матрице хаотическим образом. Это ведёт к появлению у каждого отдельного сенсора присущего только ему шума фиксированного распределения, выражающегося в виде раскиданных по всему кадру пикселей постороннего цвета. Особенно сильно наблюдаются шумы в тенях.

Физический размер матрицы и размер каждого пикселя в отдельности значительно влияют на кол-во шумов. Чем больше физический размер матрицы, тем больше ее площадь и тем больше света на нее попадает, в результате чего полезный сигнал матрицы будет сильнее и соотношение сигнал / шум будет лучше. Это позволяет получать более яркую, качественную картинку с естественными цветами. Так же при большом размере каждого отдельного пикселя, слой изоляции, разделяющий пиксели друг от друга, толще и меньше зарядов ее пробивает, т.е. токов утечки меньше, а соответственно шумов меньше.

Аналогом шумов ПЗС-матрицы у пленок является зернистость.

5. Чувствительность матрицы

Чувствительность -- способность определенным образом реагировать на световое излучение, характеризуется значением освещенности на объекте в люксах, обеспечивающее заданные параметры качества (полная разрешающая способность) выходного сигнала.

Число светочувствительности пленки можно изменить условиями проявления. В цифровых фотоаппаратах максимальная светочувствительность матрицы является постоянной и зависит от размеров пикселя - чем больше размеры пикселя, тем больше света он воспринимает и тем более чувствительной будет матрица. Увеличение чувствительности может быть достигнуто программными средствами (усилением сигнала при обработке).

Чувствительность матрицы является интегральной величиной, зависящей от чувствительности каждого элемента. Чувствительность пикселя матрицы зависит, во-первых, от площади светочувствительной области, во-вторых, от квантовой эффективности, т.е. отношения числа зарегистрированных электронов к числу упавших на поверхность сенсора фотонов.

Единицы измерения как интегральной, так и монохромной чувствительности отличаются от принятых обозначений, поэтому производители цифровой фототехники в характеристиках изделия указывают эквивалентную чувствительность матрицы в единицах ISO.

6. Динамический диапазон матрицы

Динамический диапазон матрицы - величина, характеризующая способность фотоприемника воспроизводить с одинаковой степенью контрастности различия яркостей участков оптического изображения объекта. ДД определяется глубиной потенциальной ямы: потенциальные ямы матрицы должны удерживать минимальное количество электронов при слабой освещенности, а также вмещать большой заряд, получаемый при попадании на сенсор мощного светового потока. Таким образом ДД цифровой камеры может быть описан как соотношение между максимальной регистрируемой интенсивностью света, когда еще различимы детали в светах (при насыщении пикселя) и минимальной (на уровне погрешности считывания, при котором камера еще "видит" детали в тени). Как правило, чем больше геометрические размеры матрицы (не путать с числом пикселей!), тем шире ДД.

Чем шире ДД камеры, тем более широкий диапазон яркостей она способна без потерь передавать на снимке. При расширении динамического диапазона количество оттенков снимка будет увеличиваться, а переходы между ними будут максимально соответствовать изображению, формируемому объективом. Для матриц ЦФК характерен более узкий ДД по сравнению с негативной пленкой. Если снимать очень контрастный объект, имеющий большой интервал яркости, на камеру с узким ДД, то на фотографии темные детали (тени) окажутся черными, а светлые (света) -- белыми - произойдет потеря информации. ЦФК, пока что, теряют детали в светах -- в частности, делают небо на снимке молочно белым, хотя, на самом деле, оно голубое.

7. Глубина цвета

Эта величина показывает, сколькими полутонами может быть представлен каждый из цветов. Глубина цвета отражает разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и определяет максимальное число цветовых оттенков по каждому цвету. Например, разрядность 36 бит означает, что 12 бит информации отводится на каждый цвет.

Чем больше разрядность АЦП, тем большее количество оттенков каждого цветового канала может различать матрица, и тем более полными будут цвета изображения. Например, 3 канала по 8 бит каждый - 24 битовая глубина цвета - 256 оттенков по каждому цветовому каналу и 256^3это 16,7х106 цветов. Наиболее часто используется 24-битное представление цвета, т.е. значение яркости точки в каждом из каналов- СЗК- может быть представлено числом от 0 до 255 (2 в 8-ой степени).

Лаб. работа 8. Определение разрешающей способности фотопленки

ЗАДАНИЕ: Определить разрешающую способность черно-белой фотопленки и резольвометрическую широту фотопленки.

В отчете должны быть ответы на вопросы, таблица с измерениями резольвограммы, график Резольвометрическая кривая с указанным значением максимальной разрешающей способности и резольвометрической широты.

1. Разрешающая способность фотоматериала (определение).

2. Размерность разрешающей способности.

3. От каких свойств фотоматериала зависит разрешающая способность.

4. Факторы, влияющие на величину разрешающей способности.

5. Типы и параметры тест-объектов (мир).

6. Порядок проведения резольвометрических испытаний. Как определяется разрешающая способность по изображению тест-объекта (миры).

7. Оптическая схема резольвометра РП - назначение нейтрально-серых светофильтров, микрообъектива.

8. Резольвометрическая кривая.

9. Резольвометрическая широта.

Разные фотографические материалы неодинаково воспроизводят мелкие детали объекта. Разрешающей способностью, которая характеризует способность фотоматериала передавать мелкие детали объекта раздельно, называется предельная (самая высокая) пространственная частота, различаемая глазом в изображении тест-объекта (миры). Величину разрешающей способности принято определять по изображению тест-объекта (миры), впечатываемого в исследуемый фотоматериал. Мира представляет собой систему черно-белых штрихов разной пространственной частоты (ширины), нанесенных закономерно. Впечатывается тест-объект контактным способом либо проекционным

При этом под пространственной частотой N понимается количество периодов регулярной решетки (в виде черно-белых штрихов), приходящихся на единицу длины в направлении, перпендикулярном штрихам решетки : N = 1/L мм, где Lмм - ширина темного и светлого штрихов миры. Соответственно размерность разрешающей способности соответствует размерности пространственных частот [R]= лин/мм = мм-1.

На величину разрешающей способности фотопленки оказывают влияние следующие факторы: структурные свойства фотопленки, процесс экспонирования, процесс проявления, спектральный состав экспонирующего излучения, контраст тест-объекта (миры), по которому определяется разрешающая способность, метод определения разрешающей способности. В связи с этим основные условия измерения разрешающей способности (т.е. резольвометрического испытания фотопленки) регламентированы.

1.Тест-объект