Érzékelés
Minden képpont a szenzoron a napelem panelek működéséhez hasonlóan a fény energiáját villamos töltéssé alakítja, nagysága arányos a fény intenzitásával. Modellezni úgy lehet, hogy minden pixel egy vödör, a fotonok pedig homokszemcsék a vödrökben, ezeket megszámlálva valósul meg a képérzékelés.
Fotodióda
A fotodióda egy PN-átmenetes félvezető eszköz, amelyben a beeső fény elektron-lyuk párokat, ezáltal mérhető töltést vagy áramot hoz létre. Képérzékelőkben a záróirányban előfeszített fotodióda töltésintegráló elemként működik. Az expozíciós idő, azaz képkészítés alatt az elektronok felhalmozódnak, a tárolt töltést a fotodióda csomóponti kapacitása és a kapcsolódó potenciálgödör határozza meg, viselkedése kondenzátorszerű.
CCD szenzor
Az elnevezés a Charge-Coupled Device kifejezést rövidíti. Fotodiódák alakítják a beérkező fényt töltéssé, majd a szenzor egyik sarkában sorban egymás után minden pixel töltése leolvasásra kerül. Töltésüket egymásnak adják tovább úgy, ahogy az emberek láncot alkotva homokzsákokat pakolnak árvíz idején. Innen származik a Charge-Coupled elnevezés. A CCD technológia jelent meg először, ezt követte a CMOS.
CMOS szenzor
A CCD-vel ellentétben a CMOS szenzorok minden pixelnél a fotodióda mellett 3 (3T) vagy 4 (4T) tranzisztort tartalmaznak, helyben kerül feldolgozásra a töltés. A CMOS érzékelők energiatakarékosabbak, gyorsabban képesek felvételt rögzíteni, tömeggyártásuk olcsóbb, SoC-ként megvalósíthatnak zajszűrést, alapszintű képfeldolgozást. Különböző CMOS technológiák például a DPAF, BSI CMOS vagy Stacked CMOS.
Rolling shutter (CMOS)
Videófelvétel és elektronikus zár alkalmazásakor a kamerák szenzorainak vertikális, nem azonnali olvasása torz, hullámző jelenséget produkál, ennek neve rolling shutter. A global shutter technológiával ez elkerülhető, az erre képes szenzorok azonban nagyon költségesek, vagy alacsony felbontásúak. Mivel a torzítás a gyorsan mozgó, forgó témáknál jelentős, ipari gépi látó rendszerek szinte kizárólag GS kamerákat alkalmaznak.
Interlaced Scan
Adott felbontás és képfrissítési frekvencia mellett képkockát továbbítani lehet úgy, hogy minden lépésben minden információ továbbításra kerül, ez a Progressive Scan. Régen azonban a technológiai korlátok miatt gyakran Interlaced Scan módszert tudtak csak alkalmazni, amely képkockánként csak a páros vagy páratlan sorokat továbbítja. A sorok fele így folyamatosan egy képkockányi lemaradásban volt. Körülbelül a 2000-es évek elejéig párhuzamosan használták mindkét módszert. A híreket például elég volt 1080i-ben sugározni, azonban akciófilmeket vagy sportközvetítéseket inkább 720p-ben továbbítottak, hogy a gyors mozgások tisztábban jelenjenek meg. Mára teljesen eltűnt az Interlaced Scan a technika minden területéről.
Zaj definíciója
A zaj a jel nem kívánt módosulása rögzítés során, amely keletkezhez AD konvertálás közben, a jel átvitelekor, vagy annak feldolgozásakor. A zaj miatt a kép szemcsés lesz, hiszen az általában azonos vagy hasonló színű szomszédos pixelek jelentősen eltérnek. Nyilvánvalóan homogén területeken a legfeltűnőbb a hatás.
Zajok forrásai
Amikor esik az eső, az esőcseppek véletlenszerűen esnek, ez ugyanúgy igaz a fotonokra is, amelyeket a képérzékelő mér. Emiatt eltérés lesz az ismétlődő mérések között, amely zaj formájában jelenik meg.
A fotonok zaja a szenzortól független, azonban a feszültséggé alakításkor vagy a jel kvantálásakor bevezetett zajt a szenzor okozza. A modern nagyfelbontású, 12-16 bites ADC-k miatt a kvantálás zaja szerencsére ma már minimális. Szenzorhiba az FPN (Fixed Pattern Noise), ami a pixelek konstans különbségei miatt kialakuló zaj, a technika fejlődésével ma már ez sem releváns probléma (4T architektúra, Correlated Double Sampling).
Zajt generál az is, hogy a szenzor melegszik. A szilícium chip-ek spontán fotonokat generálnak, amely szintén nem egyenletesen történik, zajos képet produkál. A csillagászati képalkotó szenzorokat ezen okból folyékony nitrogén keringetésével hűtik. A hiba hosszú expozíciós idő használatakor jellemző leginkább.
Dinamikatartomány
A legmagasabb és legalacsonyabb mérhető fotonenergia aránya. Minél nagyobb ez az arány, annál szebb a szenzor képe. A jelenség akkor látszik, amikor egy világos témánál az árnyékos területek részletei elvesznek, vagy hasonlóan egy gyengébb fényű témánál a világos részek kiégnek. Az emberi szem dinamikatartománya sem végtelen, hiszen akkor nem kellene soha „megszokni” a fényt.
A dinamikatartomány külön erre a célra tervezett, saját fényforrást alkalmazó eszközökkel mérhető, például a XYLA Test Chart segítségével. Több módon ki lehet fejezni értékét, akár a definíció szerinti aránnyal, akár decibelben, vagy expozíciós értékekkel. Az iparban a decibel népszerű, mozifilmes kameráknál fényértékben adják meg, a consumer termékek (fényképezőgépek, okoseszközök) esetében pedig fel sem tüntetik.
XYLA Test Chart (ALEXA 35):
# ARRI Dynamic Range - https://www.arri.com/en/learn-help/learn-help-camera-system/technical-downloads
$ \dfrac{E_{max}}{E_{min}} $
$ 20 ⋅ lg \left( \dfrac{E_{max}}{E_{min}} \right) $
$ log_2 \left( \dfrac{E_{max}}{E_{min}} \right) $
| Eszköz | Arány | dB | Expozíciós érték |
| Emberi szem | 1000000:1 | 120 | 20 |
| ARRI ALEXA 35 | 130000:1 | 102 | 17 |
| Apple iPhone 15 Pro | 2048:1 | 66 | 11 |
| Panasonic GH1 (2009) | 256:1 | 48 | 8 |
| Panasonic GH6 (2022) | 4096:1 | 72 | 12 |