Pildisensor

Pildisensor on optoelektrooniline seadis, mis muundab kahemõõtmelise optilise kujutise analoogsignaaliks. Pildisensor on kasutusel peamiselt digitaalsetes pildindusseadmetes.

Pildisensorite põhitüübid

Digikaamerates kasutatakse CCD- ja CMOS-tüüpi pildisensoreid ning nende täiustatud alatüüpe. Mõlema sensoritüübi puhul on igal pildielemendil ‒ pikslil ‒ valgustundlikuks elemendiks fotodiood, mis muundab piksli pinnale langeva valguse selle intensiivsusega võrdeliseks elektrilaenguks. Põhimõtteline erinevus tüüpide vahel seisneb selles, kuidas nendele elektrilaengutele vastav signaal sensorist välja juhitakse.
CCD-sensori maatriksis nihutatakse laengupakette samm-sammult pildielemente mööda iga maatriksirea lõppu ja sealt väljundvõimendisse. Sensorist väljub analoogsignaal, mis läheb analoog-digitaalmuundurisse.
CMOS-sensoris on igal pikslil oma transistorvõimendi, mis muundab elektrilaengu elektrisignaaliks. Neid pildielementide signaale loetakse maatriksist välja samamoodi kui muutmälust (suvapöördusmälust), kus igal mälupesal on oma aadress. Sensorikiibil on ka analoog-digitaalmuundur. CMOS-sensori sisult täpsem nimetus on aktiivpikselsensor ehk APS-sensor (Active Pixel Sensor). 

Mõlemal juhul lähevad väljundsignaalid edasiseks töötlemiseks pildiprotsessorisse.

+ Sensorite võrdlus  OmadusCCDCMOSPiksli väljundsignaalLaengupakettAnaloogpingeKiibi väljund	AnaloogsignaalDigitaalsignaalSignaali väljalugemise kiirusVäiksemSuuremSensori keerukuse taseMadal KõrgeSüsteemi keerukuse taseKõrgeMadalSüsteemi mürataseMadalMõõdukasOptoelektroonilise trakti põhikomponendidObjektiiv + sensor + mitu andmetöötluskiipiObjektiiv + sensor (võimalik, kuid enamasti ka lisakiibid)ArenduskuludSuhteliselt madaladSuhteliselt kõrgedSüsteemi maksumusSõltub rakendustestSõltub rakendustestSüsteemi peamine eelisPiksli pinna täielik ärakasutamineVäike voolutarveSüsteemi peamine puudusLisamüra tingituna liigvalgustatud pikslites laengute valgumisest kõrvalpikslitele (blooming) Lisamüra tingituna aktiivpikslite tundlikkuse ebaühtlusest

Värvikujutise signaali saamine
Pildisensori elemendid reageerivad üksnes kujutise heledusele. Värvilise kujutise saamine põhineb RGB-värvimudelil: kolme värvusega – punane (R red), roheline (G green), sinine (B blue) – kiirguste eri annustes liitmisel on võimalik saada kõik värvused ja ka hallvärvuste skaala valgest mustani. Seega peavad sensori väljundisse jõudma nende kolme põhivärvuse infot esitavad signaalid.

Objektiivist saabuvast valgusest põhivärvuste eraldamiseks on peamiselt kasutusel värvifilter, harvemini optiline prisma.
pisi|Värvifiltri Bayer-maatriks
pisi|Kiirte käik dikroilises RGB-prismas (Philipsi seadme skeem)
Värvifiltriga süsteem
Sensori elementide ees asetseb niisuguseid värvusi neelavate elementidega värvifilter, et moodustuvad kolmele värvusele reageerivad sensorielementide rühmad. Inimsilma värvitaju iseärasustest tingituna määrab lahutusvõimet kõige enam roheline värvus, seepärast on pooltel elementidel rohelised filtrid ning ülejäänutel vaheldumisi punased ja sinised. Niisuguse filtriga sensorit nimetatakse Bayeri sensoriks. 

Iga pildielemendi kohta registreerib pildiprotsessor üheaegselt kolme põhivärvuse väärtused: üheks värvuseks on piksli enda värvus (täpsemalt elemendi ees oleva filtrielemendiga määratud värvus), kahe ülejäänud värvuse väärtused arvutab protsessor interpoleerimise teel, hinnates infot naaberpikslite rühma kohta. Interpoleerimise täpsus mõjutab oluliselt pildikvaliteeti, nii et ühesuguse pikslite arvuga kaamerate pildid võivad detailide esitustäpsuselt ja värvipuhtuselt üksteisest tunduval määral erineda.

Optilise prismaga süsteem
Objektiivist saabuv valgusvihk lahutatakse kolmeks põhivärvustega osapildiks. Iga osapilt suunatakse eraldi sensorikiibile (nt süsteem 3CCD). Kasutatakse dikroilist prismat, mille pinnad peegeldavad interferentsinähtuse põhimõttel üksnes teatud kindla lainepikkusega valgust, vaadeldaval juhul punast, rohelist või sinist.

pisi|Pildisensorite suuruste võrdlus
Sensorite mõõtmed
Sensori suurust väljendatakse enamasti murdarvuna tollides, nt 1/1,8". See arv ei näita siiski sensori diagonaali (nagu näiteks pildinäidiku tollid), vaid on tingmõõt, mis väljendab omaaegse televisiooni-saatetoru vidikoni klaaskesta läbimõõtu; selle sisse mahtuva sensori mõõtmed on märksa väiksemad.

Mida suurem on sensor, seda suurem on iga pildielemendi valgustundlik pind (ühesuguse pikslite arvu korral) ning vastavalt ka tundlikkus. Tundliku sensori väljundsignaal vajab vähem võimendamist, mistõttu elektrisignaalile lisandub ka vähem müra. 

Sensori mõõtmetest sõltub samuti kujutise teravussügavus: mida väiksem sensor, seda suuremas kaugusvahemikus on pilt terav.

+Pildisensorite mõõtmed Tüüpmõõt Laius
(mm) Kõrgus
(mm) Diagonaal
(mm) Pindala
(mm²) Kaamera (näiteid) Täiskaader 35,8...36 23,8...24 43...43,3 852...864 Canon EOS 5D, Canon EOS-1Ds (CMOS-sensor) APS-H 28,1...28,7 18,7…19,1 33,8...34,5 525,5...548,2 Canon EOS-1D Mark III (CMOS-sensor) APS-C, DX, 1,8" 20,7...25,1 13,8...16,7 24,9...30,1 285,7...419,2 Pentax K10D 4/3" 17,3...18 13…13,5 21,6...22,5 224,9...243 Olympus E-330 1" 12,8 9,6 16 122,9 Sony ProMavica MVC-5000 2/3" 8,8 6,6 11 58,1 Pentax EI-2000 1/1,6" 8 6 10 48 Panasonic Lumix DMC-LX3 1/1,7"7,65,79,543,3 Canon PowerShot G10 1/1,8" 7,176 5,319 8,9 38,2 Casio EXILIM EX-F1 1/2" 6,4 4,8 8 30,7 Sony DSC-D700 1/2,3" 6,16 4,62 7,70 28,46 Olympus SP-560 UZ 1/2,5" 5,8 4,3 7,2 24,9 Panasonic Lumix DMC-FZ8 1/2,7" 5,27 3,96 6,6 20,9 Olympus C-900 zoom 1/3" 4,8 3,6 6 17,3 Canon PowerShot A460 1/3,2" 4,536 3,416 5,7 15,5 Canon HF100 1/3,6" 4 3 5 12 JVC GR-DZ7

Vaata ka
CCD-sensor 
CMOS-sensor

Viited

Välislingid
Image Sensors World
Sensorentypen

Kategooria:Digitaalfotograafia
Kategooria:Elektroonika