Ostatnie lata były czasem bardzo dynamicznego rozwoju aparatów cyfrowych, które zdobyły ogromną popularność między innymi dlatego, że wyeliminowały konieczność używania negatywów w aparatach.

Określenie "cyfrowy" pochodzi właśnie od sposobu zapisywania obrazu w aparacie – odbywa się to na zasadzie „zbioru” wartości liczbowych określających kolor i jasność każdego punktu na fotografii. Elementem, który w aparacie cyfrowym rejestruje obraz jest matryca. Składa się ona z bardzo dużej ilości czujników natężenia światła, potocznie zwanych pikselami. W praktyce oznacza to, że zarejestrowany obraz jest jakby mozaiką składającą się z kwadratowych "cegiełek". Ilość pikseli w matrycy to właśnie ilość takich "cegiełek" składających się na cały obraz. Im większa ilość pikseli w matrycy, tym większa zdolność odwzorowania szczegółów, ponieważ każdy obiekt na zdjęciu jest odwzorowany za pomocą ograniczonej ilość „cegiełek”.

Każdy z czujników matrycy potrafi zarejestrować określoną ilość światła padającą na niego. Im większa ilość światła tym "zapamiętana" przez czujnik wartość jest wyższa.

Ważne jest abyśmy mieli świadomość, że zarejestrowane w ten sposób obrazy odwzorowane są jedynie w odcieniach szarości, ponieważ czujniki nie potrafią rozpoznać koloru świata a jedynie jego natężenie. Rozwiązaniem tego problemu jest wykorzystanie cech światła, opisanych przez tak zwaną teorię koloru, autorstwa J. C. Maxwella. Podczas swoich badań Maxwell odkrył, że składając trzy podstawowe kolory: czerwony, zielony i niebieski, można otrzymać każdy inny.

Światło białe jest w rzeczywistości mieszanką tych trzech kolorów. Poniższy obrazek ilustruje zasadę tworzenia się kolorów poprzez mieszanie się trzech podstawowych:




Proces odwrotny - czyli "rozszczepienie" światła białego na wszystkie składowe przez pryzmat można zaobserwować na zdjęciu poniżej.


Aby uzyskać obraz kolorowy, na czujniki nakłada się filtry, które powodują przepuszczanie tylko jednego ze składowych kolorów dla konkretnego piksela.


Typowa matryca składa się z wielokrotności 4-sekcyjnych bloków (rys. poniżej):




na które nałożono filtry: czerwony, niebieski i 2 zielone.




Fragment tak przygotowanej matrycy pokazano poniżej.


W ten sposób do każdego z pikseli trafia światło o jednym z kolorów: czerwonym, zielonym, bądź niebieskim. Łatwo można zauważyć, że w celu uzyskania pełnej informacji o kolorze i natężeniu światła danego punktu należy wziąć dane z „pakietu” 4 komórek.




Za pomocą skomplikowanych obliczeń matematycznych, bazujących także na wartościach natężenia światła sąsiednich czujników, procesor aparatu oblicza kolor i jasność każdego punktu, czyli piksela fotografowanego obrazu.


Warto w tym miejscu zwrócić uwagę na jeszcze jeden fakt. Otóż matryca do zdefiniowania koloru jednego punktu potrzebuje informacji z pakietu 4 sąsiednich komórek światłoczułych. Oznacza to, że jeśli ma ona np. 8 mln punktów (pikseli) to może zdefiniować 2 mln punktów świetlnych. Aby uzyskać założoną w tym przykładzie rozdzielczość 8 mln, procesor aparatu lub komputera dokonuje interpolacji, czyli ponownego podziału rejestrowanego obrazu na 8 mln punktów. Piszę o tym także w artykule „Formaty zapisu obrazu cyfrowego”.


Po zrobieniu zdjęcia, w pliku zapisywane są informacje na temat jasności i koloru każdego z punktów obrazu. Na podstawie tych informacji komputer, lub urządzenie wykonujące odbitki jest w stanie dokładnie odtworzyć zarejestrowany przez matrycę obraz.


W następnych artykułach opiszę rodzaje matryc, rozdzielczości oraz ich wpływ na wykonywane zdjęcia.