Vertigo

Digital bir sensör chip. CCD ya da CMOS sensör.

Dijital video kameralar ve fotoğraf makineleri görüntünün film yerine dijital sensör üzerine düşmesi dışında temel olarak 100 yıl önceki bir film ya da fotoğraf makinesi ile aynı şekilde çalışırlar.

Objektif, diyafram, perde aynalar tamamen aynı prensiplerle ışığı film üzerine düşürürler. Tek fark görüntünün düştüğü yerdedir, bu noktadan sonra farklılık başlar, görüntü film yerine sensör adı verilen ışığa hassas tabaka üzerine düşer, sensör milyonlarca, ışığa duyarlı küçücük elektronik devrenin, mozaik taşları gibi örülerek birleştirildiği bir algılayıcı tabakadır.

Sensörün üzerine düşen ışık bu küçücük devreler tarafından algılanır. Her biri kendi üzerine düşen ışığın şiddeti kadar bir sinyal oluşturur. Bu sinyaller işlemci tarafından yorumlanarak ışık şiddetinin büyüklüğüne karşılık gelen bir renk tonu pikseli oluşturur. Örneğin hiç ışık gelmeyen bir piksel 0 değerini, maksimum beyaz değerine karşılık gelen bir piksel 254 değerini verirsek, 255 ayrı gri tonu elde etmiş oluruz. Piksel (Pixel) İngilizce picture element yani resim zerresi kelimelerinden türetilmiş bir kelimedir, dijital resimlerin mozaik taşlarıdır. Her pixel tek renktir, piksellerin çokluğu resmin büyüklüğünü belirtir. Daha büyük bir resim daha çok piksel gerektirir dolayısı ile daha fazla ayrıntı içerir.·

Aslında sadece siyah beyaz resim çekseydik bu açıklama yeterli olacaktı, ama işin içine renk girdiğinde işler karışır. Problem sensörün küçük hücrelerinin ışığın rengini algılayamaması ve bu yüzden bütün resmi siyah beyaz olarak meydana getirmesidir. Bunu çözmek için  ışığın ana renklerini filtreleme prensibi kullanılır. Işığı kırmızı, mavi ve yeşil rengine ayırdığımızda, bunların farkli orantılarda karıştırılması sayesinde milyonlarca farklı renk kombinasyonu elde edebiliyoruz. Eğer sensör hücrelerinin üzerine gelen ışığı renklerine ayırabilirsek her rengin şiddetini ölçüp ona göre renk değeri verebiliriz. Bunun sonucunda da renkli resim elde etmiş oluruz.

Seneler evvel bilgisayara bu yöntemle resim aktarıyorduk. Kamera önüne konan objeyi kamerayı veya nesneyi hareket ettirmeden 3 ayrı renk filtresi 3 farklı resim bilgisayara aktarılırdı, sonra da bilgisayar bu 3 resimden renkli resmi hesaplardı. Dijital sensörlü fotoğraf makinesi ya da video kameralar resimleri hızlı çekmek ve genellikle hareket etmek zorunda olduğu için 3 ayrı filtrenin teker teker sensör üzerine uygulanması mümkün olamazdı. Bunun için farklı yöntemler geliştirilmiştir.

Mesela yüksek model video kameralarda ışık filtrelendikten sonra 3 renk 3 ayrı sensöre gönderilir. 3CCD teknolojisi budur, ve çok büyük bir kalite farkı yaratır. Aşağıda açıklanan bayer algoritmasına göre her pixel konumu 3 ana renk için hesaplanır.

Sensörün üzerinde renkleri ayırmak için matrix renk filtresi

Bir çok video kamera ve Fotoğraf makinelerinin hemen hepsinde mozaik renk filtresi kullanılır. Bu filtreye mucidi olan Bryce Bayer ismiyle anılarak, Bayer filtresi denir. Bu filtre sensör hücrelerinin üzerine eklenir ve her hücre ayrı bir renk değeri ölçebilecek hale gelir. Sensör üzerinde her piksele karşılık gelen hücre üzerine mozaik renkli filtre eklenmiştir. Yani her hücre artık Kırmızı, Yeşil ve Mavi üç ana renginden sadece birini algılayacak hale gelir. Yeşil renk doğada dominant ve insan gözü yeşil renge daha hassas olduğu yeşil, diğer renklerin iki katı daha fazla kullanılır. Bu durumda aslında 10 megapixel bir fotoğraf makinesi 5 megapixel yeşil, 2.5 megapixel mavi ve 2.5 megapixel kırmızı fotoğraf çeker.

Bu şekilde elde ettiğimiz resim, görmek istediğimiz resimden oldukça farklıdır. Her pixel 3 renkten birinin belli bir tonundadır. Bundan sonra fotoğraf makinesi üzerindeki işlemci bu resme Bayer algoritması uygular, Algoritma her pixelin renk değerini komşu piksellerin değerleriyle kıyaslayarak kompleks işlemler sonucunda doğru değeri elde etmeye çalışır. Bu algoritmanın zayıf yanı, her pixelin renginin belirlenmesinin komşu pixel renk değerlerine bağlı olmasıdır. Aslında hiç bir pikselin rengi 3 ayrı renk değerleri ile tam olarak bilinmez. Bu yüzden bazı durumlarda hatalar oluşabilir. Bu hatalar bir çok farklı şekilde ortaya çıkabilir. Uzun yıllardır geliştirildiği için problemlerine rağmen olukça başarılı sonuçlar elde edilmektedir. Hemen hemen bütün digital resim üreten fotoğraf makineleri bu şekilde çalışır.

Renkli Matrix  filtresinden geçen resmin Bayer algoritması uygulanmamış hali.

Bayer algoritması ile her pixel için doğru renkler hesaplanır.