Rozlíšenie senzora a jeho veľkosť

Veľkosť senzora v kamere a počet a veľkosť jeho svetlocitlivých buniek sú vlastnosti, ktoré určujú, ako veľké resp. malé detaily analyzovaných objektov na obraze uvidíme.

Veľkosť obrazového snímača sa udáva v palcoch. Nejde avšak o žiadny z rozmerov snímača, ide o priemer sklenenej trubice zodpovedajúci ekvivalentnej historickej snímacej elektrónke. Skutočné rozmery snímacej plochy najpoužívanejších obrazových snímačov v milimetroch ukazuje obrázok. Všetky senzory uvedené na obrázku majú pomer strán 4:3, nie je to ale stopercentne platné pravidlo. Existujú i kamery s neštandardnou veľkosťou obrazového snímača.

Počet svetlocitlivých buniek sa udáva ako veľkosť matice. Rozlišovacia schopnosť kamery sa najjednoduchšie určí ako dvojnásobná vzdialenosť stredu fotocitlivých buniek (zjednodušene dvojnásobok rozmeru svetlocitlivej bunky). Dvojnásobok preto, že sa do oddelených buniek naberajú vzorky obrazu a musí byť splnený vzorkovací teorém. Jednoduchým výpočtom možno rozlišovaciu schopnosť kamery zistiť i z rozmerov snímača a veľkosti matice.

Kvalita obrazovej informácie záleží tiež na veľkosti jednotlivých pixelov. Čím väčší je každý jednotlivý pixel, tým viac na neho dopadne svetla, a tým kvalitnejšiu informáciu poskytne na ďalšie spracovanie. Z toho plyne, že pokiaľ máme dva snímače rovnakej veľkosti a jeden z nich má menšie rozlíšenie, môžu byť jednotlivé pixely väčšie a môžeme teda predpokladať, že taký snímač bude poskytovať kvalitnejšiu informáciu.

Údaje o rozlíšení a rozmere svetlocitlivej bunky sa týkajú čiernobieleho snímača. Väčšine aplikácii strojového videnia čiernobiely snímač vyhovuje. Farebný snímač potrebuje pre údaje o jednom obrazovom bode tri svetlocitlivé bunky, pre každú farebnú zložku dopadajúceho svetla jednu. Tri bunky zaberú viac miesta než jediná v čiernobielej kamere a musíme počítať s tým, že veľkosť „náhradnej svetlocitlivej bunky“ poskytujúca farebnú informáciu je väčšia. Preto má farebná kamera pri rovnakej veľkosti obrazového senzora menšiu maticu a nižšie rozlíšenie než čiernobiela. Navyše, pretože sú bunky pre jednotlivé farby na čipe vzájomne posunuté, sú proti sebe posunuté i jednotlivé farebné zložky digitalizovaného obrazu. Pre aplikácie, kde je posun farebných zložiek zásadným problémom existujú zložité a nákladné kamery s optickou korekciou geometrického posunu farebných zložiek obrazu.

Kombinácia rozlíšenia senzora a jeho veľkosti udáva tzv. pixelovú hustotu. Je to vlastnosť, ktorá významne ovplyvňuje vlastnosti snímačov. Čím je pixelová hustota vyššia (teda je menšia uhlopriečka, vyššie rozlíšenie alebo oboje zároveň), tým horšie bývajú vlastnosti čipu a naopak. Čím nižšie rozlíšenie čip má, čím väčšiu má veľkosť, tým sú snímky kvalitnejšie. Samozrejme i v tomto prípade platí pravidlo „všetko s mierou“. Pokiaľ rozlíšenie čipu znížime až veľmi, nevylepšíme vlastnosti čipu o toľko, aby to vykompenzovalo stratu rozlíšenia.

Vlastnosti, ktoré sú rozmermi pixelov a celého senzora ovplyvnené, sú digitálny šum a dynamický rozsah. S vysokou pixelovou hustotou sa obvykle zvyšuje digitálny šum a klesá dynamický rozsah. Dynamický rozsah udáva rozsah odtieňov od čiernej k bielej, ktorý je senzor schopný rozlíšiť. Šum vzniká z mnohých rôznych príčin. Tou základnou je tepelný pohyb kryštálovej mriežky polovodiča. Pri ňom sa občas uvoľní elektrón bez akéhokoľvek pôsobenia fotónu, je pritiahnutý k expozičnej elektróde a pripočíta sa tak k hodnote svetelnej expozície danej bunky. Pretože okamžitá hodnota šumu sa líši bunkou od bunky, je nemožné z obrázkov tento šum stopercentne odstrániť. Na dosiahnutie veľkého dynamického rozsahu pri prijateľnej šumovej úrovni je potrebné, aby bunky snímača boli čo najväčšie (dosiahne sa tak veľkej kapacity bunky a tým i zväčšovanie odstupu signálu od šumu). Preto malé formáty snímačov a/alebo snímače s vysokým rozlíšením majú vždy výrazne horšie šumové vlastnosti než snímače väčšie a s nižším rozlíšením. (Pri vedeckých prístrojoch, kde je nutné veľmi veľké rozlíšenie, sa potom šum senzora znižuje jeho chladením.)