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. pixel – picture 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):

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

Sensorstorlek

Digitalsensorer förekommer i en hel räcka med storlekar. För jämförelses skull har jag även tagit med några vanliga filmformat:

Kommentarer:

• 120- och 220-film är 6 cm bred, och används i flera olika format där 6 x 6 cm är vanligt förekommande, t.ex. hos Hasselblad. Det finns även 6 x 4,5 cm, 6 x 7 cm eller diverse vidare format.
• Digitalt fullformat kallas så därför att det matchar bildytan för 135-film.
• Jag kommer hädanefter att kollektivt referera till de olika digitala APS-C-formaten och Micro FourThirds som digitalt halvformat.
• De olika digitala formaten motsvarar inte alltid exakt de givna dimensionerna, utan kan variera med några tiondelar hit eller dit.

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:

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:

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).