Matryca światłoczuła jest integralną częścią aparatu cyfrowego, odpowiedzialną za niemal wszystkie funkcje rejestracji obrazu. Jest to malutka płytka, osadzona na mikrochipie,  zawierająca elementy światłoczułe pokryte tablicą filtrów koloru, wraz z ogromną ilością obwodów elektrycznych umieszczonych na płytce krzemowej (długość obwodów elektrycznych w matrycy przekracza często 200 metrów). Wysoka skala miniaturyzacji pozwala na umieszczenie tych wszystkich elementów w malutkim urządzeniu umieszczonym wewnątrz aparatu cyfrowego.

 

Element światłoczuły

Najważniejszą składową matrycy jest płytka zawierająca elementy światłoczułe. Ich liczba wpływa na liczbę megapikseli danego aparatu fotograficznego. Zazwyczaj element światłoczuły wyposażony jest w malutkie urządzenie zwane fotodiodą, która ma za zadanie przekształcić padające na nią fotony (światło) na ładunek elektryczny – im więcej światła dotrze do fotodiody, tym większy ładunek elektryczny zostanie zebrany. Ładunki elektryczne są zbierane podczas naświetlania, po zakończeniu czasy naświetlania, ładunki są odczytywane i przekształcane na sygnał cyfrowy. Każdy sygnał z pojedynczego elementu światłoczułego jest wiadomością o ilości światła w danym miejscu.

 

Filtr kolorów (CFA – Color Filter Array)

Element światłoczuły zbiera informację o natężeniu światła w danym pikselu, ale nie przekazuje informacji o kolorze, gdybyśmy utworzyli obraz korzystając tylko z elementów światłoczułych, powstałoby zdjęcie czarno-białe (złożone tylko z informacji o rozkładzie jasności w obrazie). Aby stworzyć obraz kolorowy, należy wydobyć informację o natężeniu oraz o kolorze światła. W celu rozróżnienia koloru światła padającego na matrycę, używa się kolorowych filtrów (CFA): czerwonego, niebieskiego oraz zielonego. Filtry przepuszczają światło o określonych długościach fal. Najczęściej stosowanym filtrem kolorów jest Mozaika Bayera.

Mozaika Bayera nałożona na matrycę światłoczuła

Mozaika Bayera nałożona na matrycę światłoczuła

Składa się ona z dwukrotnie większej ilości elementów o kolorze zielonym. Związane jest to z czułością ludzkiego wzroku na informacje wysokoczęstotliwościowe zawarte w falach świetlnych tego koloru. sensory pokryte filtrem zielonym zwane są elementami czułymi na luminancję (ang. luminance-sensitive elements), sensory pokryte filtrami czerwonymi i niebieskimi zwane są elementami czułymi na chrominancję (ang. chrominance-sensitive elements). Z wykorzystaniem informacji o trzech kolorach, niebieskim, zielonym oraz czerwonym, można stworzyć praktycznie wszystkie barwy. Aby wydobyć dokładne wartości koloru pikseli w obrazie wynikowym, na podstawie danych zgromadzonych w matrycy, używa się tzw. algorytmów demosaicingu, odpowiednio obliczających wartości RGB pojedynczych pikseli obrazu.

 

Filtr dolnoprzepustowy oraz filtr podczerwieni

Aby elementy światłoczułe znajdujące się na matrycy, zebrały tylko potrzebne informację (np. tylko zakres fal świetlnych widzialnych przez człowieka), matryca jest pokrywana specjalnym zestawem filtrów. Warstwy filtra są odpowiedzialne za przepuszczanie tylko niezbędnych fal świetlnych oraz za odpowiednie przekształcenie ich w celu wyeliminowania zakłóceń. Lustro dichroniczne, odbija światło podczerwone, szkło absorpcyjne jest odpowiedzialne za absorpcję światła podczerwonego, filtr dolnoprzepustowy odpowiada za „odcięcie” fal świetlnych które mogłyby wprowadzić zakłócenia.