Цифровият фотоапарат е камера, в която вместо фотографски филм се използва електронен сензор - CCD или CMOS матрица. Оптическата система (обектива) намалява изображението и то се проектира върху матрицата (сензора), като след това се записва върху съответния вид носител на информация. Матрицата се състои от милиони независими един от друг светлочувствителни елементи - пиксели. Пикселът е най-малкия елемент от едно изображение и се използва за описване на възможностите на матрицата и за пресмятания, т.е. ако фотоапаратът може да заснеме изображение с разделителна способност 1280x960 пиксела, това дава общ брой на пиксели от матрицата равен на 1228800. Всеки пиксел преобразува попадналата върху него светлина в електричен заряд. Генерираните от матрицата електрични заряди се насочват към процесора. Процесорът на фотоапарата генерира от множеството електрични заряди едно цифрово изображение, което се съхранява в електронната памет на фотоапарата. Различните фотоапарати създават и съхраняват изображенията в различен електронен формат - най-често JPEG, а по-новите и по-скъпи модели и в ROW. Електронното изображение може да се прехвърли на компютър, да се обработи с фотообработващи програми и да се разпечата на фотографска хартия, или да се визуализира чрез други електронни устройства - телевизор, монитор, мобилен телефон, таблет.

Матрицата е полупроводников елемент, изграден от светлочувствителни микроелементи. Поради несъвършенства на самата технология на производство на матриците, практически е невъзможно да се направи матрица със 100% работещи клетки. Разликата между общия и „работния” брой пиксели е около 5%. В някои матрици се използват микроскопични лещи, които служат за фокусиране и насочване на ф отоните към точно определен участък от пикселния елемент. След това фотоните се поглъщат и формират свободни токоносители във фотодиода, който е разроложен под микролупата в светлочувствителната област. Тази светлочувствителна област запазва електрическия заряд на принципа на кондензатора. За да може матрицата да съхрани следващия заснет образ тя периодично се инициализира (изчиства) с честота няколко десетки пъте в секунда.

CCD матрица

CCD (Charge-Coupled Device) матрицата се състои от фотодетектори, чиито брой е определящ за разделителната способност на изображението. Тя се определя пряко от броя на чувствителните елементи, изграждащи CCD матрицата и следователно е от първостепенно значение за качеството на изображението. Оптическата система фокусира изображението, така то се проектира върху CCD сензора и след това се записва върху съответния носител на информация.

Пикселът е най-малкия елемент от едно изображение и е най-удобно да се използва за описване на възможностите на матрицата и за пресмятания, т.е. ако фотоапаратът може да заснеме изображение с разделителна способност 1280x960 пиксела, това дава общ брой на пиксели от матрицата равен на 1 228 800. Повечето цифрови апарати от нисък и среден клас съдържат една CCD матрица. Съвременните цифрови фотоапарати от по-висок клас използват по три отделни сензора за RGB-съставките на входящия сигнал.

Най-разпространените CCD матрици, използвани в компактните фотоапарати от любителския клас са с размер на диагонала съответно 1/2.7", 1/2.5", 1/1.8" и 2/3". Потребителят трябва да се интересува какъв е размерът на матрицата при покупка на цифров фотоапарат. При съвременните CCD чипове 1/2.5" е добър размер за 3-4 Mpx, 1/1.8" за 5-6 Mpx, а 2/3" за 7-8 Mpx.

CMOS матрица

CMOS (Complementary Metal-Oxide Semi-conductor) матрица - някои модели все още използват CMOS сензори. CMOS матриците притежават по-високи нива на шума и по-ниска чувствителност, в резултат от което се получават снимки с по-ниско качество. За сметка на това CMOS сензорите са по-евтини и използват значително по-малко енергия при работата си, което увеличава живота на батериите. Има и изключения, при които производителите, чрез специален хардуер и софтуер компенсират недостатъците на CMOS матриците, но това е рядкост.

Live MOS матрици

Live MOS сензорът е търговска марка на сензорите за изображения, използвани от производителите Leica, Panasonic и Olympus, за Four Thirds System DSLR фотоапаратите, произведени от 2006 г. насам.

Този вид сензори са може би най изследвани и разработвани от Panasonic. Те твърдят, че сензорът може да постигне същото качество на изображението, като CCD сензорите, при запазване на консумацията на енергия до нивата на CMOS матриците. Поради ниска консумация на енергия, стана възможно да се добави функция Live View за всички Four Thirds камери след  2006 г. насам (с изключение на Olympus E-400, Е-410 и E-500). Също така, за да се намали проблема за шума в първото поколение DSLR камери, Olympus E-1, Е-300, Е-400 и E-500), които използват FFT CCD сензори, (поради по-малкия сензорен размер в сравнение с APS-C размера), матрицата Live MOS включва напълно нова технология за намаляване на шума.

Този сензор се използва също и в Panasonic Micro Four Thirds System камера, Lumix GH1, и в Panasonic DMC-GF1 и DMC-GF2. LCD дисплеите харчат много от заряда на батериите и затова почти всички DSLR фотоапарати, които имат Live View функция са със CMOS сензори. Изключение са Fujifilm, Olympus и Leica (последните използват Live MOS сензор, който изисква по-малко енергия). Общо взето CMOS и Live MOS сензорите започнаха бавно да изместват CCD в последно време дори и при DSLR фотоапаратите.

Разделителна способност на матрицата

Броят на чувствителните елементи, изграждащи матрицата, определят разделителната способност на изображението и следователно е от първостепенно значение за качеството му. Схематично можем да опишем сензора като милиони елементи, които при досег със светлина генерират електрически заряд. Този импулс впоследствие се превръща в картина и след преминаване през система от филтри се записва като снимка. Съвременните фотоапарати използват CCD или CMOS матрица. CMOS сензорите са въведени наскоро в цифровата фотография. Те са по-евтини за производство и по принцип се предполага, че осигуряват по-ниско качество на изображението от CCD. Последното твърдение може да се оспорва, защото професионалните огледално-рефлексни модели на Canon например са оборудвани със сензор CMOS, а качеството на снимките не отстъпва на еквивалентните модели на Nikon, използващи CCD матрица. При избор на удобен фотоапарат обаче рядко някой се интересува от технологията на матрицата, защото нещо друго привлича веднага погледа – стойността за мегапикселите. Един от най-ефикасните начини за съблазняване на купувача е предлагането на все по-големи резолюции (разделителни способности). Стандартът при компактните апарати в това отношение се повишава изключително бързо. Доскоро той беше 4-6 Mpx, но на пазара излязоха модели с 10, 12 дори 16 Mpx.

CCD има някои съществени предимства – висока чувствителност в съчетание с по-ниски нива на шума (което води до по-чиста и качествена картина). От друга страна, CMOS сензорите са много по-евтини за производство и консумират до 100 пъти по-малко енергия при работата си. Те могат да се окажат добър вариант, когато търсите ниска цена и дълъг живот на батериите.

Броят на пикселите е тясно свързан с размера на матрицата. Понякога повече пиксели във физически по-малка матрица, влошават качеството на снимката. При по-голяма матрица отделният пиксел заема по-голяма площ, следователно на него попада повече светлина при снимане. Това означава, че в снимката ще има по-малко шумове.

Източник: http://bg.wikipedia.org,  http://en.wikipedia.org/wiki/Live_MOS