Чутливість, динамічний діапазон і тепловий шум

Чутливість ЭОП| є|з'являється,являється| інтегральною характеристикою і залежить від чутливості кожного піксела. Чутливість піксела в абстрактному розумінні аналогічна КПД| (коефіцієнту корисної дії), тобто|цебто| є якимсь|деяким| дробовим співвідношенням. Знаменником цього співвідношення буде загальна|спільна| кількість фотонів, що потрапили|попали| на світлочутливу область піксела, а чисельником — об'єм|обсяг| електронів, що згенерували фотоелементом матриці і що потрапили|попали| до потенційної ями. Таким чином, чим вище цей уявний КПД|, тим вище чутливість матриці. Проте|однак| для отримання|здобуття| якісного кадру повинна виконуватися ще одна умова.

Щоб сенсор міг працювати і у сутінках, і на яскравому сонці, від кожного піксела потрібна досить «ємка|ємна|» потенційна яма. Ця яма, з одного боку, повинна «утримати» мінімальну кількість електронів при слабкій|слабій| освітленості, а з|із| іншою -вместить великий заряд, що одержується|отримується| при попаданні на сенсор могутнього світлового потоку. Слід пам'ятати також, що кадр може містити|утримувати| як яскраво освітлені ділянки, так і глибокі тіні, і бажано, щоб всі їх відтінки відображалися|відображувалися| на сформованому сенсором зображенні.

Здатність|здібність| накопичувати|скупчувати,нагромаджувати| електрони іменується граничним рівнем заряду (quantum efficiency), саме від цієї характеристики залежить динамічний діапазон сенсора.

ПРИМІТКА|тлумачення|

Динамічний діапазон — здатність|здібність| ЭОП| відрізняти найтемніші відтінки від найсвітліших. Залежить від граничного рівня заряду, що накопичується|скупчує,нагромаджується| елементом ЭОП|. Чим ширший динамічний діапазон, тим більша кількість відтінків буде присутня на знімку.

В деяких випадках того мінімального заряду, який утримала яма, все-таки недостатньо для подальшої|дальшої| обробки. І тут в хід йде збільшення чутливості.

На відміну від світлочутливості фотоплівки, яка не може змінюватися від кадру до кадру, чутливість цифрової камери може настроюватися|набудовуватися,налаштовуватися| індивідуально для кожного кадру. Робиться|чиниться| це шляхом простого посилення сигналу на виході з матриці, така процедура чимось схожа на поворот регулятора|регулювальника| гучності радіоприймача.

Збільшення чутливості дозволяє одержати|отримати| нормальну експозицію кадру в тих випадках, коли один або інший експо-параметр (а деколи|почасти| і обидва) не може бути більше або менше певного значення. Найбільш поширений приклад|зразок| — необхідність мати велику глибини різкості (малу діафрагму) при зйомці рухомих об'єктів («коротка» витримка|витяг|). Проте|тим не менше| застосування|вживання| високої чутливості має оборотні сторони.

У звичайній|звичній| фотографії світлочутливі плівки володіють підвищеною зернистістю. У цифровій фотографії присутній інший неприємний ефект — розкидані по всьому кадру піксели різного кольору|цвіту|. Виною тому тепловий шум.

Під цією назвою мають на увазі паразитні заряди, які при закритому|зачиненому| затворі хаотичним чином скоплюються в елементах матриці під впливом ефекту термогенерации| електронів. При прочитуванні сигналу вони додаються|добавляються| до заряду піксела, спотворюючи його дійсне значення. Саме вони є|з'являються,являються| причиною точок сторонніх кольорів|цвіту|, розкиданих по кадру.

При збільшенні чутливості, тобто|цебто| посиленні сигналу, що йде з матриці, їх кількість значно росте|зростає|. Слідуючи|прямуючи| аналогії з|із| радіоприймачем — чим вища гучність, тим сильніше шум від перешкод.

Крім того, тепловий шум зростає при великих витримках|витягах| -чем більше час експонування, тим більше «теплових» електронів встигає|устигає| «набитися» до потенційної ями.

Таким чином, користувач може зіпсувати кадр двома способами — або збільшити чутливість, або вибрати «довгу» витримку|витяг|. Справедливості ради варто сказати, що великий час експонування все-таки менше спотворює кадр, ніж маніпуляції з|із| чутливістю.

У будь-якому випадку|в будь-якому разі| з|із| тепловим шумом треба боротися. І щоб мінімізувати цей шкідливий вплив, застосовується ряд|лава,низка| заходів.

Іноді|інколи| проблему вирішують «в лоб». Щоб зменшити вплив термоелектричних ефектів, використовують різні схеми теплоотвода|. Зокрема, іноді|інколи| як теплообмінник використовується металевий корпус камери, в студійній фототехніці працюють складніші схеми. Проте|однак| цей підхід не застосовний до любительських камер, обмежених по вазі і габаритам.

Для визначення усередненого значення теплового шуму використовуються «черные»- піксели — стовпці і рядки на краях матриці, покриті чорним світлофільтром. Усереднене значення заряду, знятого з «чорних» пікселів, називається рівнем чорного кольору|цвіту|. Зрозуміло, що за різних умов експлуатації (температура навколишнього середовища і самої камери, струм|тік| акумуляторів і т. д.) рівень чорного кольору|цвіту| буде різним. Якщо брати його значення за «нульову відмітку», то можна визначити дійсний заряд «робочих» пікселів.

Проте|однак| проблема в тому, що в кожному пікселі по-різному протікають процеси термогенерации|, тому «чорні» піксели панацеєю не стали.

Для вирішення проблеми фотографи стали застосовувати «народний засіб|кошт|» — зйомку кадру при закритому|зачиненому| кришкою об'єктиві. В цьому випадку користувач одержує|отримує| на чорному фоні «маску», яку можна використовувати для «віднімання» теплового шуму із|із| зображення. Даний спосіб зарекомендував себе настільки добре, що використовується як штатна система шумозаглушення|шумозаглушування| в деяких нових моделях любительських камер. При включенні|приєднанні| режиму придушення шумів методом «темного кадру» (dark frame) камера спочатку фотографує кадр, а потім при закритому|зачиненому| затворі знімає «маску» з матриці при тих же значеннях чутливості і витримки|витягу|. Звичайно ж, даний метод неприйнятний для безперервної зйомки, проте|однак| незамінний для фотографування при слабкій|слабій| освітленості.