Senzori de Imagine

Introducere

In ultimii 2-3 ani, majoritatea aparatelor foto se pe piata sunt "digitale", adica inregistreaza imaginea direct in format electronic transferabil pe calculator. Motivul pentru care aceasta este posibil este ca in loc de film foto, aparatele respective au in planul focal al obiectivului un "cip'.

Respectivul detector este numit "cip CCD" ( sau o varianta numita CMOS), este un detector electronic, un mic patratel de siliciu, inventat si folosit initial de astronomi dar care si-a facut rapid loc in camerele video comerciale si mai nou, in aparate foto "digitale".

Camerele cu CCD. Constructie si functionare

CCD-ul este un mic cip din siliciu, care are delimitate pe el niste mici patrate sau dreptungiuri numiti pixeli. Pixelii nu sunt delimitati fizic pe cip, ci prin intermediul unor voltaje aplicate pe cip Marimea tipica a unui cip CCD este de 5-10 mm pe o latura, marimea pixelilor de pe suprafata cipului fiind intre 4 si 24 microni. Astfel, un cip CCD este o matrice de pixeli, avand de la 200x300 pixeli pana la 3000x5000 de pixeli si mai mult.

Siliciul este sensibil la lumina, si cand lumina cade pe suprafata lui, materialul produce electroni = efectul fotoelectric.

Cam acelasi principiul sta si la baza CCD-urilor, lumina (gandita ca fiind alcatuita din fotoni) cade pe "pixeli" delimitati pe suprafata cipului CCD si "smulge" electroni din fiecare pixel. In CCD, acesti electroni sunt "stocati" si se acumuleaza intr-o structura gen condensator electric, cate un mic condensator pentru fiecare pixel. "Condensatorii" nu sunt macroscopici, ci sunt de fapt "crescuti" pe cipul CCD in procesul de creare al cipului.

Deci expunem siliciul la lumina, el transforma fotonii in electroni, cu cati mai multi fotoni pe un pixel, cu atat mai multa sarcina se acumuleaza "sub" pixelul respectiv. Dupa ce "expunem" CCD-ul, mai vrem sa-l si "citim". Din limitari de hardware, nu putem citi toti pixelii odata, de fapt ii putem citi numai cate unul odata.

Asa ca de fapt electronica cipului incepe si citeste sarcina acumulata in primul pixel din coltul din dreapta jos a chipului, apoi sarcina de pe linia de jos este "mutata" un pixel mai la dreapta, al doilea pixel la rand este citit si tot asa, pana se termina cu primul rand.

Cand am terminat cu primul rand, toate sarcinile sunt "mutate" o "linie" mai jos, linia doi de jos devenind linia unu si fiind citita pixel cu pixel ca mai sus. Si tot asa, pana se termina de "citit" tot cipul. Cumva, citirea merge ca o masina de scris, litera dupa litera, apoi "enter" si trecem la randul urmator, si tot asa, pana terminam toata pagina.

Dupa citire, softul CCD-ului converteste semnalul citit intr-o imagine electronica, care se poate prelucra mai departe folosind un calculator. Formatul acestei imagini nu este un format grafic obisnuit, adica nu e gif, jpg., sau nici chiar tif-ul folosit de artistii grafici. De obicei, este o variatie a unui format numit fits, format folosit de astronomii de pe toate meridianele. De aceea software-ul obisnuit pentru grafica, Adobe PhotoShop sau Corel PhotoPaint si tot asa nu poate fi folosit chiar direct la prelucrarea imaginilor CCD. Pentru Adobe Photoshop exista un mic "plugin" care permite importul direct al unei imaginii fits in Adobe Photoshop, numit "fits liberator". Pluginul este gratuit. Din fericire, mai orice camera CCD vine cu ceva soft special si in plus exista multe pachete soft scrise de amatori si profesionisti.

Cei care ruleaza Unix/Linux/Mac OSX au un avantaj mare aici. Pot folosi software gratuit - pachetul IRAF, scris de catre astronomii profesionisti pentru prelucrarea imaginilor CCD, ca doar nu credeati ca CCD-urile au fost inventate special pentru folosirea in camere foto digitale sau camere video!

Universitatea "Gh. Asachi"Iasi

Facultatea de inginerie chimica si Protectia Mediului