Dijital Sensörler Nasıl Çalışır?

Bu sefer elektronik sensörlerin aynı sonucu elde etmesini sağlayan çok farklı yöntemleri araştıracağız.

Yirminci yüzyılda en yaygın elektronik görüntüleme sensörü türü, şarj bağlantılı cihaz veya CCD idi. Bir CCD , 1950’lerin sonlarında Bell Laboratuvarları tarafından icat edilen metal oksit yarı iletken (MOS) kapasitörlerden oluşur . Bir MOS kapasitörüne çarpan fotonlar, ona ışığın yoğunluğuyla orantılı bir yük verir. Yükler, sensörün kenarlarındaki çıkışlar tarafından okunmak üzere bitişik kapasitörler aracılığıyla hat boyunca iletilir. Bu teknikler veri çıkışının hızını sınırlar.

Sanyo’nun doksanların başındaki analog 8 mm video cihazı olan ilk kameram tek bir CCD içeriyordu. O zamanın profesyonel kameralarında üç tane vardı: kırmızı, yeşil ve mavi için birer sensör. Prizmalar ve dikroik filtreler, görüntüyü mercekten bu üç CCD’ye bölerek yüksek renk doğruluğu sağlıyor.

Bir CCD, geleneksel bir film kamerasındaki filmin görüntüyü kaydetmek için duraklamasına ve ardından deklanşör kapalıyken kapıdan geçmesine benzer şekilde, yakalama ve okuma aşamaları arasında geçiş yapar . Bu nedenle CCD sensörleri global bir deklanşöre sahiptir , bu da görüntünün tamamının aynı anda kaydedildiği anlamına geliyor.

CCD’ler bugün hala bilimsel uygulamalarda kullanılmaktadır, ancak yavaş veri çıktıları, daha yüksek maliyetleri ve daha fazla güç tüketimleri, bunların eğlence amaçlı görüntülemede CMOS lehine kenara itilmesine neden olmuştur.

CMOS

Tamamlayıcı metal oksit yarı iletken sensörler (APS veya aktif piksel sensörleri olarak da bilinir) CCD kuzenleri kadar uzun süredir ortalıktaydı, ancak milenyumun başına kadar aynı görüntüleme kalitesini sağlayamıyorlardı.

Tipik bir CMOS sensörünün her pikseli, ışığı tespit etmek için sabitlenmiş bir fotodiyot ve bir metal oksit yarı iletken alan etkili transistörden oluşur . Bu MOSFET, gürültüyü azaltan ve fotodiyotun yükünü voltaja dönüştüren, “aktif” kelimesini “aktif piksel sensörü” ismine koyan bir amplifikatördür. Sensöre başka görüntü işleme teknolojileri de yerleştirilebilir.

CMOS sensörlerinin birincil dezavantajı panjurlarıdır . Bir görüntüyü tek seferde değil, yukarıdan aşağıya sıra sıra yakaladıklarından, hızlı hareket eden nesneler bozuk görünecektir. Klasik örnekler arasında kamera hızlı bir şekilde üzerlerinde gezinirken dikey sütunların bükülmesi veya bir fotoğrafçının flaşının çerçevenin yalnızca yarısını aydınlatması yer alır. (Bir iPhone çekimiyle ilgili başka bir örnek için aşağıdaki videoya bakın.) En iyi CMOS sensörleri satırları hızlı bir şekilde okur, bu bozulmayı azaltır ancak ortadan kaldırmaz.

Bugün Blackmagics’ten Alexas’a kadar tüm büyük sinema kameraları CMOS sensörlerini kullanıyor. Orta format fotoğraf kameraları, daha yüksek görüntü kalitesi için en uzun süre CCD teknolojisine bağlı kaldı, ancak bunlar bile artık CMOS’tur.

CMOS sensörleri daha ucuzdur, daha az güç tüketir ve CCD’lerin parlamasını veya lekelenmesini vurgulama konusunda şüphe uyandırmaz. Veri çıkışı açısından da daha hızlıdırlar ve son yıllarda düşük ışık hassasiyetleri CCD teknolojisini de geride bırakmıştır.

SENSÖRÜN ÖTESİNDE

İster CCD ister CMOS olsun, sensörden gelen analog voltajlar daha sonra bir analogdan dijitale dönüştürücüye (ADC) ve oradan da dijital sinyal işlemcisine (DSP) aktarılır. DSP’nin ne kadar iş yaptığı, RAW formatında kayıt yapıp yapmadığınıza bağlıdır, ancak gama ve renk dengesinin düzeltilmesi ve doğrusal değerlerin günlüğe dönüştürülmesi gibi şeyleri içerebilir. Görüntüyü ayıklamak DSP için çok önemli bir görevdir ve bunu rengin nasıl çalıştığına ilişkin makalemde ayrıntılı olarak ele alacağım.

Ali Değişmiş