Hem > Artiklar > Fotografering > Digitalsensorn

Digitalsensorn

Digitalsensorn är hjärtat i digitalkameran och är en ljuskänslig yta som samlar in infallande ljus. Sensorn är indelad i ett enormt antal mindre element som är de minsta beståndsdelarna i ett digitalfotografi. Dessa element kallas bildpunkter eller vanligare pixlar (eng. pixelpicture element). Nedan följer en schematisk illustration av en mikroskopisk liten del av digitalsensorn där man ser de individuella punkterna som grå fält (varje grå fyrkant är bara några få mikrometer stor):

Bildsensor

Eftersom det ryms miljontals bildpunkter på en digitalsensor använder fotovärlden det vetenskapliga prefixet mega för att beskriva antalet: 1 megapixel = 1 000 000 bildpunkter.

Order pixel används i överförd betydelse när man pratar om digitalsensorer. Den korrekta termen är sensel, vilket är en förkortning för sensor element.

Sensorstorlek

Digitalsensorer förekommer i en hel räcka med storlekar, från de minimala (ca. 6 x 4 mm) sensorer som sitter i mobiltelefoner eller kompaktkameror till digitalt mellanformat som är 45 x 30 mm eller större.

Den övervägande majoriteten av digitala systemkameror har någonting som kallas för halvformatssensor, som beroende på tillverkare ligger någonstans i häraden 17–29 mm (bredd) och 13–19 mm (höjd).

Detta står i kontrast till fullformat, som finns i ett fåtal digitala systemkameror. Fullformat syftar på att digitalsensorns dimensioner överensstämmer med måtten på en 35 mm filmruta, dvs. 36 x 24 mm. (Det förekommer alltså ingen förlängningsfaktor.)

Här följer exempel på sensorformat, med några gamla klassiska filmformat medkastade för skojs (och jämförelsens) skull:

FormatBreddHöjdYta
Storformatfilm127 mm102 mm12 954 mm2
Mellanformatfilm60 mm60 mm3 600 mm2
35 mm film36 mm24 mm864 mm2
Canon/Sony fullformat/Nikon FX36 mm24 mm864 mm2
Canon APS-H28,7 mm19,1 mm548 mm2
Nikon DX/Sony/Fuji/Pentax23,7 mm15,5 mm367 mm2
Canon APS-C/EOS M22,2 mm14,8 mm329 mm2
Olympus/Panasonic 4/317,3 mm13 mm225 mm2
Nikon CX13,2 mm8,8 mm116 mm2

Stor- och mellanformat finns i en massa olika dimensioner; här listas två vanliga, nämligen 4x5-tums bladfilm respektive 120-/220-film med 6 x 6 cm bildyta. Det är inte för inte som 35 mm film i många år kallades för småbildsfilm!

Konsekvenserna av sensorns storlek slår igenom på flera olika områden: bildvinkel, skärpedjup, och inom digitalfoto bildkvalitet.

Bayer-filter

Digitalsensorn har i sig ingen färgkänslighet. Varje pixel reagerar på den sammanlagda intensiteten av de röda, gröna och blå komponenterna i ljus. Där inget ljus alls når pixeln förblir den svart. Däremellan finns det ett otal schatteringar inom gråskalan tills man kommer till maximal signal, vilket ger en vit pixel.

För att skapa en färgbild från detta grundmaterial placeras ett färgfilter framför digitalsensorn. Detta kallas för Bayer-filter efter sin uppfinnare, och är ett schackrutigt mönster med överlappande rader av röda/gröna och blå/gröna rutor:

Bayer-filter

Som du ser skapar alltså ingen av alla dessa pixlar fullständig färginformation. Den översta till vänster registrerar bara grönt ljus, nästa till höger rött ljus, nästa nedåt blått, och så vidare. För att skapa en användbar bild, med rött, grönt och blått på varje pixel, analyserar kamerans processor varje pixel tillsammans med de omkringliggande, och utför en mer eller mindre kvalificerad gissning om vilka färgvärden som registrerats.

Sedan finns det också lika många gröna pixlar som blå och röda tillsammans. Detta beror på att det mänskliga ögat är väsentligt känsligare för grönt än för rött eller blått.

Den färdiga bilden

Nästa förbluffande avslöjande i sammanhanget är att en digitalsensor faktiskt inte ens är digital, utan analog. Konverteringen till digitalt format sker inte förrän efter bilden har registrerats och processorn har gissat sig fram till de två saknade färgerna på varje pixel. (Undantag: råformat; se nedan.)

Skillnaden mellan analogt och digitalt är att analogt är steglöst, medan digital hantering kräver att varje liten nyans mellan svart och rött, svart och grönt respektive svart och blått får sitt eget litet fack. Hur många sådana fack som skapas – följaktligen kamerans förmåga att återge nyanser – hänger ytterst på bildens bitdjup.

Bit står för binary digit, vilket betyder binär siffra. Det binära talsystemet har bara två olika tal: 0 och 1, eller "av" och "på". En digitalbild som har bitdjupet 1 är svartvit i ordets extremt konkreta betydelse: varje pixel är antingen vit eller svart. Ju fler bitar, desto fler nyanser mellan svart och vitt går att registrera. Man räknar ut detta genom att ta 2 upphöjt till antalet bitar:

BitdjupFormelAntal nyanser
1212
2224
42416
828256
122124096
1421416384
1621665536

Bildformat

JPEG

Så gott som alla digitalkameror sparar bilderna i det så kallade JPEG-formatet. JPEG är ett bildformat som bygger på s.k. förstörande komprimering. Kompressionsalgoritmen tar medvetet bort nyanser och graderingar som är för fina för att ögat skall kunna uppfatta dem för att kunna hålla filstorleken inom rimliga gränser. Formatet är ändå en hygglig kompromiss mellan detaljrikedom och hanterbara filstorlekar, varför det förblir ett av de vanligast förekommande bildformaten på Internet. Dessutom kan man i ett grafikprogram (eller till och med rakt ur kameran) välja hur mycket kompression man vill göra på varje bild.

Råformat

Systemkameror och mer avancerade kompaktkameror kan även spara i råformat. Råformat är inget bildformat per se, utan en rak kopia av exakt den data som bildsensorn samlade in under det att bilden togs. För att få en användbar bild som går att e-maila, posta på webben eller skriva ut på en printer måste man köra rådatan genom en råkonverterare. På så sätt kan man använda den fulla kraften hos en persondator för att utföra det som kamerans lilla processor annars måste göra i flygande fläng.

Det extra arbetsmomentet i och med råkonvertering är den kanske största nackdelen med formatet. Sedan får man heller inte glömma att råfiler är betydligt större än JPEG-bilder, vilket innebär att du får plats med färre bilder på ett minneskort. Långsiktig arkivering är också ett problem som inte kan ignoreras: vilken programvara kan läsa råfiler från min Nikon D50 om tio år?

Men råfilen sparar så ohyggligt mycket mer bildinformation att det för många avancerade fotografer är ett självklart val. Siffrorna talar sitt alldeles eget språk i det här fallet. JPEG sparar 8 bitars information per pixel och kanal (röd, grön, blå). Eftersom 28 = 256 finns det 256 olika nyanser på varje kanal. I kombination ger dessa 2563 = 16 miljoner olika färger. Råformat kan ha större bitdjup, t.ex. 12 (4096 nyanser/kanal) eller 14 (16384 nyanser/kanal).