Sensore Fotocamera perchè è Importante

Le fotocamere analogiche, tranne in alcuni casi, sono state sostituite da quelle digitalil giò da diversi anni . La corretta integrazione di tutti i componenti di una fotocamera garantisce prestazioni di sistema ottimali. Prima di approfondire qualsiasi argomento è importante comprendere il sensore della fotocamera, perchè  così importante per la bontà e qualità di immagini realizzate da macchinette fotografiche e smartphone.

Che cos’è il sensore di una fotocamera

Il cuore di ogni fotocamera è il sensore; i sensori moderni sono dispositivi elettronici a stato solido contenenti fino a milioni di siti di fotorilevatori discreti chiamati pixel.

Sebbene esistano molti produttori di fotocamere, la maggior parte dei sensori è prodotta solo da una manciata di aziende. Tuttavia, due telecamere con lo stesso sensore possono avere prestazioni e proprietà molto diverse a causa del design dell’elettronica dell’interfaccia.

In passato, le telecamere utilizzavano fototubi come Vidicon e Plumbicon come sensori di immagine. Sebbene non vengano più utilizzati, il loro segno sulla nomenclatura associata alla dimensione e al formato del sensore rimane ancora oggi. Oggi, quasi tutti i sensori nella visione artificiale rientrano in una di due categorie:

• imager Charge-Coupled Device (CCD)
• Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS).

CCD

Per anni, è stata la tecnologia prevalente per l’acquisizione di immagini, dall’astrofotografia digitale all’ispezione della visione artificiale. Il sensore CCD è un chip di silicio che contiene una serie di siti fotosensibili .

Il sensore CCD è esso stesso un dispositivo analogico, ma l’uscita viene immediatamente convertita in un segnale digitale per mezzo di un convertitore da analogico a digitale (ADC) in fotocamere digitali.

I pacchetti di carica sono limitati alla velocità con cui possono essere trasferiti, quindi il trasferimento di carica è responsabile del principale svantaggio CCD della velocità, ma porta anche all’elevata sensibilità e coerenza pixel-to-pixel del CCD. Poiché ogni pacchetto di carica vede la stessa conversione di tensione, il CCD è molto uniforme nei suoi siti fotosensibili. Il trasferimento di carica porta anche al fenomeno della fioritura, in cui la carica da un sito fotosensibile si riversa su siti vicini a causa di una profondità del pozzo finita o della capacità di carica, ponendo un limite superiore alla gamma dinamica utile del sensore. Questo fenomeno si manifesta come la sbavatura di punti luminosi nelle immagini delle telecamere CCD .

Per compensare la bassa profondità nel CCD, vengono utilizzate microlenti per aumentare il fattore di riempimento, o area fotosensibile efficace, per compensare lo spazio sul chip occupato dai registri di spostamento accoppiati a carica. Ciò migliora l’efficienza dei pixel, ma aumenta la sensibilità angolare per i raggi di luce in entrata, richiedendo che colpiscano il sensore vicino all’incidenza normale per una raccolta efficiente.

CMOS

In un sensore CMOS, la carica del pixel fotosensibile viene convertita in una tensione nel sito dei pixel e il segnale viene multiplexato per riga e colonna in multipli su convertitori digitale-analogico (DAC) su chip. In linea con il suo design, CMOS è un dispositivo digitale. Ogni sito è essenzialmente un fotodiodo e tre transistor, che svolgono le funzioni di ripristino o attivazione del pixel, amplificazione e conversione della carica e selezione o multiplexing . Questo porta all’elevata velocità dei sensori CMOS,

CMOS VS CCD

Sulla base di queste differenze, puoi vedere che i CCD tendono ad essere utilizzati nelle fotocamere che si concentrano su immagini di alta qualità con molti pixel e un’eccellente sensibilità alla luce. I sensori CMOS hanno tradizionalmente qualità inferiore, risoluzione inferiore e sensibilità inferiore. I sensori CMOS stanno migliorando proprio ora al punto da raggiungere quasi la parità con i dispositivi CCD in alcune applicazioni. Le fotocamere CMOS sono generalmente meno costose e hanno una durata della batteria eccezionale .

Che cos’è un pixel

Ogni singolo pixel quadrato rappresenta un piccolo campione della composizione dell’immagine nel suo insieme, costituito da un singolo colore. La combinazione di milioni di piccoli pixel di vari colori crea l’immagine nel suo insieme.

La griglia del sensore è un oggetto reale che raccoglie informazioni sulla luce di una scena, usando i pixel. La griglia dell’immagine è un oggetto immaginario che spezza la scena o la composizione del mondo reale in milioni di piccoli quadrati.

L’unico lavoro del pixel è quello di registrare il singolo colore specifico di ogni piccolo quadrato immaginario sulla griglia dell’immagine. Ogni pixel quindi raccoglie solo un singolo colore corrispondente a un campione molto piccolo della scena che si sta fotografando.

Quando vengono selezionate le impostazioni corrette della fotocamera, la velocità dell’otturatore, ISO e f-stop, ciascun pixel sulla griglia del sensore raccoglierà e registrerà il colore esatto del quadrato corrispondente sulla griglia dell’immagine.

A sua volta, viene prodotta un’immagine digitale, da milioni di pixel, che corrisponde alla composizione del mondo reale vista attraverso il mirino.

Quando vengono selezionate le impostazioni errate della fotocamera, i quadrati sulla griglia dei pixel non corrispondono alla griglia dell’immagine dei quadrati, producendo un’immagine digitale che non corrisponde alla scena che si sta fotografando.

La fotografia digitale è il processo di registrazione delle informazioni sul colore del mondo reale rappresentate dalla griglia dell’immagine e della sua trasmissione nel mondo digitale rappresentato dalla griglia dei pixel.

L’obiettivo del fotografo è selezionare le impostazioni della fotocamera corrette trasmettendo queste informazioni con precisione e accuratezza, producendo un’immagine digitale che corrisponda a ciò che vedono attraverso il mirino.

Il sensore della fotocamera, che contiene la griglia dei pixel, è lo strumento utilizzato per raccogliere queste informazioni ed eseguire l’attività.

Smartvphone Vs Macchinetta fotografica per fare foto

la differenza sostanziale sta nella grandezza del sensore, nelle macchinette fotografiche portatile è di 1 pollice.

Con un formato di 8,8 x 13,2 millimetri, questi sensori si rivelano circa quattro volte più grandi di quelli presenti sugli smartphone che risultano essere solo di 4,6 x 6,2 millimetri. Tutto questo migliora soprattutto la qualità dell’immagine che consente di riprendere i soggetti con ricchezza di dettagli e contrasto elevato.

Le fotocamere dotate di grandi sensori si rivelano migliori solo quando le condizioni di luce sono pessime e se viene impostata una sensibilità ISO molto elevata (ISO 6400).

Megapixel e colore

Le telecamere sono classificate in base al numero di pixel totali contenuti nei loro sensori.

Mega è il termine matematico che indica 10 ^ 6 indicato anche come “10 alla sesta potenza” che può essere scritto come 1.000.000 o 1 milione.

Megapixel, quindi, significa 1 milione di pixel. Questa è un’unità di misura standard in elettronica.

Ad esempio, un sensore della fotocamera da 36,6 Megapixel (36,6 milioni di pixel) potrebbe essere largo 7360 pixel e alto 4912 pixel.
Moltiplicando la larghezza di 7360 pixel per l’altezza di 4912 pixel si ottiene una valutazione del sensore di 36,6 milioni di pixel.
In poche parole, sarebbe una larghezza di 7360 pixel della griglia alta 4912 pixel, contenente un totale di 36,6 milioni di pixel.
Più megapixel non equivalgono sempre a una migliore qualità dell’immagine!

Dimensioni del sensore

Oltre al numero di pixel, i sensori sono anche classificati in termini di dimensioni fisiche del sensore o area della superficie. La superficie del sensore determina anche la dimensione di ciascun pixel.

Le dimensioni dei sensori fisici sono fornite in termini di larghezza e altezza, generalmente in millimetri. Una dimensione del sensore standard come 36 mm × 24 mm è nota come fotocamera full frame da 35 mm.