Používané snímače fotoaparátů

Fotoaparáty se dají rozdělit na dvě velké skupiny podle typu snímače, na kterém se zachycuje obraz: klasické filmové fotoaparáty (snímačem je kinofilm) a digitální fotoaparáty (snímačem je CCD nebo CMOS čip).

V tomto článku se budu popisu principu fotografie na kinofilm věnovat okrajově, hlavně se zaměřím na principy DSLR protože se dnes používají častěti.

Filmové fotoaparáty

Klasické filmové fotoaparáty využívají jako snímač obrazu kinofilm. U filmových fotoaparátů je možné použít různé druhy filmů, které lze měnit dle potřeby podle požadavků a nároků fotografa. Filmy se mohou lišit svou citlivostí, vykreslením barev nebo třeba dynamickým rozsahem (poměr mezi nejsvětlejším a nejtmavším místem na snímku).

Oproti digitálním fotoaparátům mají fotoaparáty na film větší výhody v oblasti výdrže. Klasické fotoaparáty dokáží zvládnout fotografování za mnohem extrémnějších podmínek než fotoaparáty digitální (např. vysokohorská fotografie - fotoaparát lépe zvládne silné mrazy).

Fotografický film je plastový pás (vyrobený z polyesteru, nitroceluózy aj.) pokrytý směsí světlocitlivých chemikálií. Rozdílná velikost krystalů chemikálií ve směsi určuje citlivost filmu na světlo.

Po dostatečném vystavení světelného záření na film, se vytvoří neviditelný obraz. Obraz se díky chemicým procesům přemění na viditelný obraz, který je možno dále zpracovat a vytvořit výslednou fotografii.

Černobílé fotografie obvykle používají vrstvu stříbrných solí, které se působením světelného záření přemění na stříbro. Filmy zachycující barevné spektrum jsou tvořeny minimálně třemi vrstvami světlocitlivých chemikálií, do kterých jsou přidaná různá barviva, která reagují na barevné spektrum. Zpracovávání zde probíhá obdobně jako u černobílých fotografických filmů.

Digitální fotoaparáty

Většina dnešních fotografií vzniká za použití právě digitálních fotoaparátů. Obliba digitálních fotoaparátů roste hlavně kvůli kompabilitě, nízkým nákladům na provoz a jednoduchému používání. Dnešní moderní fotoaparáty používají jako obrazový snímač CCD čip.

Oproti klasickému kinofilmu má CCD několik nevýhod: nedá se libovolně měnit, má nižší dynamický rozsah a nižší odolnost vůči teplotám. Proto je zapotřebí při výběru fotoaparátu dobře zvážit účel fotografování a poměr mezi kvalitou snímače a cenou fotoaparátu. U CCD snímačů v DSLR je možné měnit světelnou citlivost.

Optická soustava vytvoří obraz na snímači. Ten je tvořen z polovodičů s mozaikou fotocitlivých bodů. Na mozaice je zachycen obraz vytvořený optickou soustavou. Fotony (částice světla) dopadající na snímač dokáží při nárazu do atomu polovodiče převést některé jeho elektrony ze základního stavu do stavu tzv. excitovaného. Převod elektronu způsobí uvolnění energie. U běžných polovodičů lze zachycené elektrony odvést pomocí elektrod. U CCD je nutné, aby zachycené elektrony zůstaly na polovodiči po celou dobu expozice, proto je polovodič u CCD snímačů odizolován slabou vrstvou oxidu křemičitého.

Vytvořený obraz je snímačem převeden na digitální signál a následně zaznamenán na paměťovou kartu.

Pro zachycení barevného spektra, je před každou buňkou pixelu (každý pixel se skládá z několika buňek) snímače umístěný barevný filtr. Barevné filtry máme trojího typu: red, green a blue (RGB). Každý filtr buňky propustí pouze světlo dané vlnové délky, jehož výsledná energie udává jeho intenzitu.

Fungování CCD snímače je rozděleno na tři fáze. První fáze je příprava CCD na další exponování. Příprava probíhá, když je závěrka zavřená a na snímač nedopadá žádné světlo. Snímač maže stopy předchozího snímku odebíráním volných elektronů. Druhá fáze probíhá při exponování, při otevřené záklopce, kdy na snímač dopadá světlo z optické soustavy. Dopadající fotony excitují elektrony, které jsou pak přitahovány kladně nabitými elektrodami. Třetí fáze probíhá při zavřené závěrce. Pomocí postupné změny napětí na elektrodách se skupiny elektronů přesunou na pixel po pixelu k výstupu ze snímače. Výsledný signál postupuje do zesilovače, kde se signál zesílí. Zvýšením elektrického napětí v zesilovači, nastane to, že zesilovačem prochází větší elektrický proud. Procházející proud začne snímač zahřívat, tím se do signálu přidá tzv. tepelný šum.

CCD snímače se konstrukčně dělí na dva základní druhy: lineární CCD (snímají pouze jednosměrné obrazy, používají se především ve skenerech, faxech nebo čtečkách čárkových kódů) a plošný CCD (používá se při snímání dvojrozměrných obrazů).

Rozlišení CCD snímačů se udává v tzv. megapixelech (1 megapixel je 1 milion obrazových bodů). Dnešní běžní snímače mají rozlišení mezi jedním až dvanácti megapixely. Existují snímače, teré mají několika násobně větší počet megapixelů. Takové snímače se používají v rlzných věděcých aplikacích. Existují i snímače, teré mají méně než jeden megapixel (např. optická počítačová myš).

Ohledně rozlišení fotoaparátů existuje řada mylných domněnek. Mezi nejběžnější domněnky patří "čím víc má fotoaparát megapixelů, tím kvalitnější snímek vznikne". Pokud výrobce např. telefonu tvrdí, že jeho telefon má fotoaparát s dvanácti megapixely, jedná se de-facto pouze o marketing. O tom jak to výrobci udělají, aby nedělali klamavou reklamu, to by bylo na delší povídání. Bude-li mít někdo zájem, článek o této problematice velmi rád připravím.