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resolução de imagens digitais ao contrário das imagens analógicas, onde a resolução das mesmas é medida em linhas (resolução vertical e resolução horizontal), a resolução das imagens digitais é medida em quantidade de pixels. Quanto maior a quantidade de pixels no CCD maior é a resolução da imagem. No entanto diversos processos ocorrem desde a captação da imagem até sua exibição final, processos estes que normalmente alteram a quantidade de pixels na imagem. Assim, a resolução de imagens digitais capturadas pela câmera aplica-se a 3 etapas distintas: a captação da imagem, o seu armazenamento e a exibição da mesma.

A primeira etapa é a da aquisição da imagem. Nesta etapa, quanto maior for a fragmentação da imagem em pixels maior será sua resolução. Para CCDs com mesmo tamanho (mesma área de exposição), o que tiver mais pixels terá maior resolução, pois o tamanho de seus pixels será menor, conseguindo assim individualizar fragmentos menores da imagem, tornando mais fiel a cópia eletrônica da imagem. Os desenhos abaixo mostram porque o tamanho do pixel (decorrente de sua maior ou menor quantidade no CCD) influencia o detalhamento (e consequentemente a resolução) da imagem captada: não existe "meio" pixel, o pixel registra a luminosidade que atinge a área correspondente ao mesmo de maneira uniforme. No exemplo, a imagem de um círculo preto sobre fundo branco é projetada na superfície do CCD; as linhas azuis representam os pixels em um pequeno trecho da borda do círculo:

O desenho mostra que os pixels recebem luz em diferentes proporções em sua superfície com 4 exemplos de pixels, um que recebe luz em 40% de sua superfície, outro que recebe luz em 90% de sua superfície, outro que não recebe nenhuma luz e um último que recebe 100% de luz. Como o pixel é uma célula fotoelétrica em miniatura, cada um desses pixels mencionados vai gerar energia elétrica, com exceção do localizado na parte escura da imagem. E de acordo com a intensidade luminosa que recebe, cada pixel gerará uma intensidade diferente de energia elétrica. Cada pixel possui um ‘acumulador’ de energia associado ao mesmo. Assim, com o passar do tempo (milisegundos) a energia gerada em cada um deles vai sendo armazenada individualmente. Esses acumuladores são a seguir lidos pelo circuito eletrônico gerando um sinal elétrico de intensidade variável (conforme a carga acumulada para cada pixel) que, após sofrer algumas transformações e ajustes é armazenado em uma fita ou disco. No momento de reproduzir a imagem, a informação armazenada para cada pixel é recuperada. Para um dos pixels da borda do círculo por exemplo, será "área com 40% de luminosidade", o que fará com que a área correspondente ao mesmo na tela do monitor fique cinza, como mostra o segundo desenho. A conclusão: perdeu-se o detalhe da curvatura do círculo.

Porém, como o CCD contém uma quantidade muito grande de pixels, o tamanho de cada pixel fica pequeno, da mesma forma como também fica pequena a imprecisão perdida no contorno do círculo, como mostram os desenhos seguintes, onde o tamanho da imagem foi gradativamente sendo reduzido para mostrar isso. Na realidade, sempre que observarmos imagens digitais ampliadas será possível perceber essa característica, conhecida como pixelamento da imagem. O uso do zoom digital com valores grandes de aumento também acarreta pixelamento na imagem. Em outras palavras, quanto mais pixels, menores eles serão e menos perceptível será o efeito do pixelamento na imagem: as curvas serão mais perfeitas, os contornos mais suaves e portanto a imagem ficará mais nítida e fiel à realidade. Será possível ‘resolver’ com mais precisão pequenos detalhes da imagem, por isso diz-se que o CCD terá maior resolução.

Existem inúmeros tipos de CCDs em termos de resolução. A relação abaixo mostra alguns exemplos de CCDs, com seu tamanho e quantidade de pixels. Quando a quantidade total de pixels no CCD ultrapassa 1 milhão, a mesma pode ser expressa utilizando o prefixo "mega" (1 mega = 10 elevado à sexta potência = 1 milhão):

Embora muitos CCDs possuam uma quantidade imensa de pixels, quase nunca a totalidade desses pixels é utilizada integralmente para a formação da imagem: durante a etapa de armazenamento da imagem (fita / disco) uma parte da informação obtida é descartada, o que leva à segunda etapa da resolução das imagens digitais.

A segunda etapa é a do armazenamento dos dados adquiridos na primeira. Conforme visto acima, uma parte dos pixels é desprezada (effective pixels) e um dos motivos para isso é a adequação dos diferentes tamanhos de imagens produzidas pelas diversas lentes nas diversas câmeras e o tamanho da área do CCD, que por motivos de escala de produção industrial tem geralmente tamanhos pré-definidos. Existem ainda outros motivos: permitir o uso de tamanhos diferentes de imagem pela mesma câmera (16:9 e 4:3 por exemplo), o que faz com que formas retangulares de diferentes proporções tenham que ser acomodadas dentro da mesma área, propiciar alguma "folga" na projeção da imagem sobre o CCD (evitando a necessidade de exagerada precisão no alinhamento do conjunto óptico das lentes e o CCD) e o uso de recursos como o estabilizador eletrônico de imagem (EIS).

Um outro fator associado à redução da resolução da imagem na etapa de armazenamento é a opção, presente geralmente na geração de imagens fotográficas (still) de se economizar espaço no(s) arquivo(s) gerados, diminuindo seu tamanho. Issso porque quanto mais pixels existirem, mais informação será gerada para uma determinada imagem e maior será portanto o espaço ocupado por essas informações. Estas opções empregam um software na câmera para calcular a média da intensidade luminosa de alguns pixels adjacentes e gerar a partir daí a informação para um único pixel. A grosso modo, seria como ler o pixel da esquerda, ler o da direita, somar a luminosidade dos dois, dividir por dois e gerar um único pixel com esse novo valor. A quantidade de pixels "somada / dividida" varia conforme a opção de se economizar mais ou menos espaço no arquivo, permitindo com isso que mais imagens sejam armazenadas pela câmera. Geralmente as opções utilizadas nesse processo recebem nomes como "Standard" (pior resolução, arquivo menor), "Fine" (resolução média, arquivo de tamanho médio) e "Super-Fine" (resolução máxima, arquivo grande):

Existem outros fatores, no entanto, diretamente ligados ao formato das imagens que se quer gerar. Isto porque cada formato possui seu próprio padrão definido de resolução. O padrão de vídeo DV (Mini-DV, Digital-8, DVCAM) do tipo NTSC por exemplo, estabelece 720 x 480 pixels (largura x altura da imagem). Assim, se o CCD gerar quantidade de pixels maior do que esta, os mesmos serão descartados para gerar uma imagem de vídeo no formato Mini-DV por exemplo, em um processo de "agrupamento" de pixels. Se o CCD gerar quantidade de pixels menor do que esta, a resolução horizontal da câmera será inferior a 720 linhas; ao gerar o sinal DV (que possui 720 pixels por linha horizontal) em trechos alternados da imagem mais de um pixel adjacente será empregado para representar a mesma informação. Assim, supondo-se 2 câmeras de vídeo digital com as características acima, embora as duas gerem sinal do mesmo tipo (DV, com 720 linhas de resolução horizontal), apenas uma delas estará aproveitando integralmente, um a um todos os pixels disponíveis.

Em câmeras digitais que fazem duplo papel (foto / vídeo) a quantidade maior de pixels do CCD é utilizada somente no modo foto, não no modo vídeo, ocorrendo descarte de informação, conforme visto acima. A resolução no modo vídeo é sempre fixa, determinada pelo padrão utilizado (DV por exemplo). A figura abaixo mostra a resolução em pixels dos padrões NTSC e PAL de vídeo digital:

A proporção (altura x largura) da imagem gerada nos dois sistemas (frame aspect ratio) é a mesma (4:3), embora no sistema PAL a quantidade de linhas seja maior (resolução vertical). Isso ocorre porque se por um lado a imagem no PAL é um pouco mais extensa verticalmente, também é um pouco mais extensa horizontalmente: embora a quantidade de pixels por linha também seja 720 como no NTSC, seus pixels são mais largos (pixel aspect ratio).

Antes de ser gravado no meio de armazenamento, as informações passam por diversos processos gerenciados por softwares de compressão, que empregam diversos tipos de algoritmos para reduzir o tamanho final do arquivo a ser gravado. Esta etapa no entanto não diminui a resolução da imagem, apenas diminui o tamanho ocupado pelas informações que compõem a mesma, informações estas que serão lidas e recuperadas pelos processos de exibição da imagem, que compõem a terceira etapa na qual aplica-se a resolução da imagem digital.

A terceira etapa é a da reprodução da imagem. Conforme visto acima, uma determinada imagem digital (foto ou vídeo) conterá sempre um determinado número de pixels. Assim, quanto mais pixels a imagem possuir, maior será a sua resolução. A resolução da imagem está diretamente associada à quantidade de pixels que possui.

Os principais meios de exibição de uma imagem são a tela do monitor e, para imagens fotográficas, também o papel.

Monitores analógicos (monitor de vídeo, TV por exemplo) tem sua resolução medida em linhas verticais e linhas horizontais. Imagens de vídeo digital, ao serem exibidas em monitores deste tipo, devem ser convertidas através de um circuito eletrônico do modo digital para analógico.

Monitores digitais (tela de microcomputador por exemplo) tem sua resolução medida em quantidade de pixels. Neste caso, existem sempre dois valores de resolução: um deles, determina a quantidade máxima de pixels que o monitor pode apresentar na tela. O outro, a quantidade para a qual o monitor está ajustada no momento. A tabela abaixo mostra alguns valores possíveis para ajuste da resolução de monitores, com o valor mais comum e mais utilizado em destaque:

Para uma dada imagem (quantidade fixa de pixels, portanto), quanto maior for a resolução ajustada para o monitor, menor será o tamanho com que a imagem será apresentada na tela. Isto ocorre porque o monitor mostra pixels, a imagem contém pixels e existe uma relação de um para um entre a imagem e o monitor: com a maior resolução do monitor os pixels tormam-se menores, aumentando com isso a densidade dos mesmos na tela (mais pixels por área).

Ao contrário da impressão em papel, onde a área a ser impressa é medida em polegadas e a densidade de pontos impressos em pontos por polegada (dpi - dot per inch) , na exibição de imagens na tela não existe o conceito de polegadas. O que determina a resolução de uma imagem mostrada na tela é a quantidade de pixels que a imagem possui e a densidade de pixels ajustada para o monitor. Assim, uma mesma imagem com resolução 800x600 pixels preencherá toda a tela de um monitor ajustado para 800x600 pixels, somente parte da tela de outro ajustado para 1024x768 pixels e não caberá em um terceiro ajustado para 640x480 pixels.

Em outras palavras, imagens com qualquer resolução podem ser exibidas na tela do monitor de um microcomputador: conforme a resolução ajustada para o monitor, a imagem caberá ou não na tela (se não couber, apenas um trecho da mesma será mostrado). O tamanho da imagem na tela depende naturalmente do tamanho físico da tela do monitor: em dois monitores ajustados para mostrar 800x600 pixels na tela, o primeiro com tela menor do que o segundo, as imagens ficarão maiores no segundo e com a mesma resolução nos dois (no caso o tamanho de cada pixel no segundo é maior) .

Já na impressão em papel o conceito de polegadas é utilizado: softwares que tratam impressão de imagens (Adobe Photoshop por exemplo) indicariam para a imagem referida acima, que possui resolução 800x600 pixels, valores como "72 pixels/inch" no item "Resolution" em "Document Size", o que significa que em cada polegada linear do papel (medida em uma linha horizontal) serão impressos 72 pixels. A imagem, ao ser assim impressa, terá 11, 1 polegadas de largura (800 / 72 = 11,1).

A informação "Resolution" fica armazenada junto com o arquivo de imagem, em um campo deste arquivo denominado SPR - Scaled Printing Resolution. Sempre que uma nova imagem é gerada este campo é carregado com o valor inicial (valor default) "72". No entanto essa é uma resolução baixa para impressão e geralmente o valor é aumentado para um número maior (pelo menos 300 dpi) para obter-se trabalhos de ótima qualidade.

O uso do valor "72" como default para resolução de impressão no papel tem sua origem na tentativa de aproximar o tamanho da imagem impressa ao tamanho da imagem exibida no monitor. Assim, em 1984 a Apple criou um novo microcomputador, onde sua tela, com 9 polegadas (medida da diagonal da tela) trabalhava no modo gráfico. Pela primeira vez era possível a exibição de fontes de diversos tamanhos na tela, com efeitos como negrito ou itálico, ao contrário dos caracteres de forma e tamanho fixos das telas de fósforo verde, em uso até então. Com resolução fixa de 512x234 pixels a nova tela exibia 72 pixels por polegada, não por acaso.

Historicamente (desde antes dos computadores) o tamanho das fontes impressas (medida da largura e altura das letras) é dimensionado em número de pontos: quanto mais pontos, maior o tamanho da fonte. Cada ponto é definido como 1/72 de polegada medida no papel, ou seja, uma polegada = 72 pontos. Assim, uma fonte de tamanho 10 pontos tem 10 vezes 1/72 polegada de tamanho, ou seja, 10/72 polegadas de largura / altura quando impressa. Como, no monitor da Apple, uma polegada correspondia também a cerca de 72 pixels, as fontes exibidas na tela e impressas ficavam com tamanho semelhante, qualquer que fosse o tamanho escolhido.

Os monitores mudaram desde então, mas a Apple continuou a usar esse número, chamado "polegada lógica", para dimensionamento de textos. E o que acontecia para o antigo monitor de 9 polegadas (semelhança entre texto impresso e texto na tela) é o mesmo que ocorre para os atuais monitores de 15 polegadas (medida da diagonal da tela) se ajustados para a resolução de 800x600 pixels, onde uma polegada na tela corresponde aproximadamente a 72 pixels. Este tipo de monitor com este ajuste é o mais utilizado para visualização de imagens na Internet. A imagem de uma régua com marcações em polegadas, se capturada através de um scanner ajustado para 72 dpi, será exibida em um monitor com essas características de forma bem semelhante ao original.

Mais tarde a Microsoft passou a utilizar 96 pixels ao invés de 72 para representar uma polegada (referência válida somente para telas de 15 polegadas ajustadas para 800x600 pixels), com a finalidade de melhorar a legibilidade dos textos (ajuste "Font Size" no Windows). Este valor pode ser no entanto alterado, por exemplo para 120, quando se seleciona "Large Fonte Size" no Windows, afetando somente o tamanho dos textos exibidos na tela (imagens e ícones não são afetados). O monitor não utiliza este número para exibição de imagens do tipo foto / vídeo; a resolução destas na tela depende somente da quantidade de pixels que possuem, da resolução ajustada para a tela do monitor no momento da exibição e do tamanho físico da tela.

Além de servir para dimensionamento de fontes nas telas, a polegada lógica também é utilizada, como visto acima, como valor default para o campo SPR de imagens digitais. Neste caso, enquanto alguns softwares utilizam o valor 72, outros utilizam 96.

Se alterar o valor de "Print Size" não afeta o arquivo de imagem (só a qualidade de impressão), alterar a quantidade de pixels na imagem (sua resolução) afeta o arquivo. O programa comprime a imagem (descartando pixels e piorando a resolução obtida na fase de captura) se o valor for ajustado para menos, ou aumenta a imagem (criando artificialmente pixels entre os existentes - processo chamado interpolação, o que geralmente piora a qualidade da imagem) se o valor for ajustado para mais.

riscos luminosos verticais (vertical smear) na imagem são gerados quando aponta-se a câmera para uma fonte intensa de luz concentrada em um ponto pequeno da imagem. Esta situação (que ocorre por exemplo ao apontar a câmera para um ambiente interno iluminado por uma lâmpada incandescente, onde a mesma seja enquadrada na imagem) ilustra o processo de leitura da imagem no CCD, onde a informação é transportada verticalmente para baixo através de fileiras de registradores.

Ocorre que a intensidade luminosa em determinado pixel é tão forte, que a carga gerada no registrador torna-se também muito intensa, 'transbordando' para os registradores acima e abaixo do mesmo, o que forma o risco luminoso vertical na imagem. Excluindo-se a fonte intensa de luz da imagem enquadrada, o risco desaparece.

rolling shutter x global shutter o processo de captura de imagens (registro da luz que incide no sensor projetada pelas lentes da câmera) é o mesmo, tanto para sensores do tipo CCD como para sensores do tipo CMOS. O sensor na verdade é um array (conjunto de elementos dispostos em fileiras, formando linhas e colunas) de minúsculas células fotoelétricas, onde cada uma delas corresponde a um pixel na imagem. Nestas células, partes mais claras da imagem geram quantidade maior de energia e partes mais escuras, quantidade menor, o que permite, desta forma, a tradução da imagem em impulsos elétricos. A energia gerada é acumulada em dispositivos eletrônicos - acumuladores, que a seguir são lidos e o resultado irá compor o sinal de vídeo extraído do sensor.

Para ambos, CCD e CMOSs portanto, existe um período de exposição à luz, onde a energia gerada em cada pixel é individualmente armazenada (acumulada) em dispositivos que fazem essa função - acumuladores de carga - ou seja, para cada pixel existe um acumulador associado.

Após determinado tempo de exposição (por exemplo 1/30seg., para uma câmera registrando 30 quadros por segundo no modo progressive scan) a leitura do que foi armazenado deve ser feita, repetindo-se no exemplo, outras 29 vezes até completar a cadência de 30qps. Trata-se da velocidade do obturador (shutter speed), que pode nas câmeras de vídeo ser a mesma do padrão escolhido para captura (como 30p no exemplo acima) ou ser ajustada para tempos diferentes. Se for por exemplo ajustada para 1/120 de segundo, ao invés do sensor considerar a carga acumulada para cada pixel em 1/30seg., deve considerar a carga acumulada em um tempo 4x menor. Isso é feito apagando eletronicamente ("zerando") o que foi armazenado nos acumuladores após 3/4 do tempo de exposição, restando somente o tempo de 1/120seg. para o sensor registrar luminosidade.

Após esse tempo o sensor é lido, mantendo-se a cadência do formato escolhido (30qps no exemplo), ou seja, tem-se ainda 30 quadros, mas expostos, cada um, por um tempo menor do que 1/30seg..

De forma análoga opera-se a situação inversa (tempos maiores de exposição), onde os acumuladores demoram mais do que 1 leitura de quadro para serem limpos ("zerados").

De todo modo, sempre ocorrerá uma leitura desses acumuladores a cada 1/30seg. para o formato escolhido (30p).

Existem 2 formas diferentes para efetuar-se essa leitura, decorrente das quais derivam-se os nomes global shutter e rolling shutter.

Na forma global shutter o sensor, após ter ficado exposto à luz pelo tempo estabelecido e ter nesse tempo armazenado energia em seus acumuladores, tem o processo de acumulação de energia interrompido em todos eles simultaneamente.

Em CCDs, a carga acumulada para cada pixel é então medida (verificação da intensidade de voltagem) e o valor obtido é armazenado em um registrador - cada pixel possui seu próprio registrador. Em seguida, todos os acumuladores são simultaneamente limpos (descarregados, "reseted"), no sensor inteiro, iniciando-se um novo tempo de exposição à luz. Os registradores passam a seguir cada um para seus adjacentes ("vizinhos") os valores medidos das cargas, na direção vertical e a seguir horizontal, formando fileiras de indicadores de cargas, as "cargas acopladas" que dão nome ao CCD (charged coupled device). Essas informações, transferidas para fora do sensor, são direcionadas a chips que irão interpretá-las e convertê-las em sinais elétricos analógicos. Outros diferentes processos são empregados a seguir, um deles efetuando a conversão do sinal analógico para sinal digital se a câmera estiver utilizando um formato dessa forma.

Em CMOSs, a implementação mais comum chama-se APS (Active Pixel Sensor), onde a carga acumuada para cada pixel é, ao invés de medida fora do local físico do pixel como nos CCDs, convertida em corrente elétrica e a seguir, amplificada, ainda dentro desse local, através de transistores ali existentes. Desta forma, cada pixel possui seu conjunto individual de transistores, normalmente 3: um para efetuar essa conversão, outro para controlar o "reset" da carga do pixel e outro para controlar o direcionamento da energia para fora da área do pixel.

Essa corrente elétrica é enviada a seguir por cada pixel, para um setor lateral do sensor, destinado a efetuar o processamento desse sinal analógico convertendo-o para sinal digital. O envio é feito através das linhas e colunas que formam o painel de pixels, possibilitando a leitura a qualquer momento, da energia gerada em cada pixel, diretamente. Na montagem do CCD, as cargas são transferidas em fileiras, através dessas linhas e colunas, para fora do sensor (em direção aos processadores ali localizados), impossibilitando essa leitura direta. Esse processo mais rápido de leitura nos CMOS, além de outras características descritas adiante, propicia maior facilidade no uso de velocidades muito rápidas de obturador (shutter speed), viabilizando a construção de câmeras capazes de obter imagens em slow motion a altíssimas taxas.

Além disso, essa forma integrada de trabalho (processamentos de sinal efetuados dentro do próprio sensor e alguns até dentro de cada área individual de pixel) resulta, para o sensor, em menor tamanho, menor consumo elétrico, menor aquecimento e outras características vantajosas em relação aos CCDs.

Por outro lado, a presença dos transistores montados dentro da área de cada pixel prejudica ligeiramente sua a sensibilidade à luz (há menor espaço para captar luz dentro de cada pixel: mais da metade da área reservada para cada pixel é ocupada pelos transistores, sobrando uma pequena área para a célula sensora de luz) o que resulta na menor sensibilidade desse tipo de sensor em áreas de baixas luzes nas imagens capturadas, reduzindo assim o valor de dynamic range do sensor CMOS quando comparado ao sensor CCD.

O processo de interrupção simultânea do registro da luz no sensor mencionado acima (global shutter) pode ser encontrado tanto em CCDs quanto em CMOSs, embora seja pouco comum nestes últimos. Já em se tratando de CCDs, todos eles empregam a forma global shutter.

A implementação de controle variável de tempo de exposição (obturador eletrônico variável) em CMOS é dificultada por exigir o uso de mais transistores ainda, somente para efetuar este controle, dentro da área reservada para cada pixel. A solução utilizada na maioria dos casos é colocar esses transistores na "borda" de cada linha horizontal inteira do sensor, passando a utilizar um processo de leitura linha a linha, ao invés de simultâneo para todo o quadro de imagem, denominado rolling shutter.

Na forma rolling shutter o reset (processo de "zerar" acumuladores, descrito acima) não ocorre ao mesmo tempo para todos os acumuladores de cargas de pixels no sensor, e sim, linha a linha. É como se cada linha horizontal fosse uma "miniatura" de sensor sendo tratada na forma global shutter.

A figura abaixo mostra esquematicamente o funcionamento das duas formas de leitura. Para melhor entendimento, foi suposto nas figuras um sensor com somente 5 linhas (sensores reais possuem número muito maior de linhas, capazes de gerar resoluções como 1.080p por exemplo).

No desenho existem duas fileiras horizontais de quadros, a superior representa o modo de funcionamento do global shutter e a de baixo, a do rolling shutter. O primeiro quadro, acima e à esquerda mostra o que acontece quando o tempo de exposição é encerrado e o sensor está 100% carregado: é feita a leitura das cargas armazenadas em todos os pixels, gerando o sinal de saída "S". A seguir, à direita, ocorre o reset das cargas, quando o sensor inteiro é "limpo" para nova exposição, indicado por "R". O quadro da direita (no setor "b" do desenho) representa o estado de 20% das cargas acumuladas. O próximo, 40%, o seguinte 60% e o último, 80%. Na sequência viria novamente o primeiro quadro da esquerda, com 100%. O exemplo supõe uma imagem totalmente branca enquadrada pela câmera.

Na linha inferior vê-se o que ocorre com o sensor funcionando no modo rolling shutter. O processo é o mesmo, no entanto, ocorre linha a linha, e não quadro a quadro como no global shutter.

Nada muda em termos de tempos de captura e velocidade de shutter, apenas tudo é aplicado linha a linha ao invés de quadro a quadro. Ao término do tempo de exposição (ex. 1/30seg.) tem-se um quadro completo montado tanto em um modo de funcionamento quanto em outro.

No entanto essa forma de montagem linha a linha gera a ocorrência de alguns efeitos na imagem não existentes na montagem quadro a quadro. Esses efeitos são visíveis apenas em determinadas situações não muito comuns de captura, como quando a câmera efetua um movimento rápido de pan por exemplo (durante esse movimento). A figura abaixo exemplifica isso:

Conforme as imagens, uma haste vertical aparece borrada com o movimento horizontal no modo global shutter e aparece inclinada com o modo rolling shutter, durante o movimento, retornando às formas normais quando o movimento cessa, tanto em um modo como em outro. Esse efeito denomina-se skew.

Outros efeitos decorrentes, da mesma forma, são o wobble e o exposição parcial.

CMOSs funcionando no modo rolling shutter tem fabricação menos dispendiciosa do que funcionando no modo global shutter, daí a quase totalidade deles funcionarem dessa forma e o uso decorrente do termo "rolling shutter" para referenciar-se às vezes aos efeitos causados ao invés da técnica utilizada.

Apesar desses efeitos ("defeitos"), os CMOSs permitem algumas características impraticáveis com CCDs; um exemplo é a construção de sensores em tamanhos grandes, como os do tipo full frame (em relação a especificações de fotograma 35mm).

Row-Pair Summation processo de soma das linhas lidas no CCD no modo interlace.

skew efeito de distorção momentânea apresentado em imagens gravadas com câmeras utilizando alguns tipos de sensores do tipo CMOS, sob a forma de inclinação das linhas verticais de pixels. O efeito decorre da forma como esses sensores são lidos (rolling shutter x global shutter), em um processo feito linha a linha, de alto a baixo e que aparece quando há deslocamento horizontal rápido na imagem (movimento de pan rápido), somente enquanto dura esse movimento. O valor de frame rate utilizado também influi, realçando o efeito em velocidades mais baixas de captura. A figura abaixo simula o efeito skew:

spot meter tipo de fotômetro que mede a luz refletida pelas pessoas e objetos de uma dada cena, para a partir dela determinar o valor de abertura de íris a ser utilizado. Ao contrário do fotômetro de luz refletida comum, o spot meter possui um tubo visualizador que permite enquadrar e medir somente uma área específica da imagem, possibilitando aferir a exposição precisamente nessa área. A figura abaixo ilustra um fotômetro do tipo spot meter da empresa Cambron:

squeeze processo de compressão de imagens no sentido horizontal para permitir sua gravação em formatos de registro de imagens que utilizam menor largura. O efeito tem sua origem no cinema ( widescreen ), com o CinemaScope e suas imagens anamórficas (ou, em outras palavras, na forma squeeze).

still o mesmo que fotografia; tanto câmeras de vídeo analógicas como digitais possuem em alguns modelos (principalmente os do segmento consumidor / semi-profissional) a função "still", para geração de fotos a partir da cena que está sendo gravada. Em alguns modelos de câmeras analógicas, esta função é integrada com o vídeo - ao ser pressionado o botão still (às vezes chamado photo) um circuito eletrônico captura em uma memória temporária um dos quadros que está sendo gravado neste momento. A gravação na fita continua sendo feita, mas a partir desse momento, e durante um intervalo determinado de segundos (5 segundos por exemplo) a imagem desse quadro é gravada continuamente na fita (imagem "congelada"). Terminado o processo, a gravação volta a ser feita como antes (com a imagem "ao vivo" captada pelas lentes). Existem diferentes implementações do processo, como por exemplo acompanhar o início do congelamento com um som de "click" e a simulação de um obturador fechando e abrindo sobre a imagem, assim como uma moldura branca ao redor da mesma.

Outra possibilidade, existente em alguns modelos de câmeras é registrar um quadro da imagem que está sendo captada, quando o botão para esta função é pressionado, em uma memória removível, do tipo cartão Flash. Neste caso o vídeo que está sendo gravado simultaneamente não sofre nenhuma interferência. E ainda outras câmeras de vídeo digitais possuem função dupla, ou seja, podem registrar vídeo ou fazer fotos de forma totalmente independente. Tanto para uma como para outra função, com raras exceções, o mesmo CCD é utilizado, no entanto não os mesmos pixels do mesmo. Como o vídeo possui resolução fixa (é estabelecida pelo formato utilizado) e a foto não, normalmente nesses casos o CCD contém uma quantidade muito maior de pixels do que a que o vídeo precisa - utilizada somente no modo foto (still).

teoria das zonas técnica utilizada na obtenção da exposição correta, com precisão, de um negativo fotográfico ou digital, formulada pelos fotógrafos americanos Ansel Easton Adams e Fred Archer no final da década de 30. Desenvolvida inicialmente para as chapas fotográficas P&B da época, pode ser aplicada também a outros meios de registro de imagem, como o cinema em película e a fotografia e cinema digitais. O objetivo é realizar a exposição adequada tanto das áreas mais claras da imagem quanto das mais escuras. O contraste, na fotografia, é um dos maiores obstáculos para a realização de fotos de maneira geral nem super-expostas nem sub-expostas - à parte desvios como estes que sejam propositais.

Na realidade cada área de determinado tamanho em uma imagem tem seu valor individual de luminosidade: se este valor for maior, a íris tem que ser fechada em certo grau ou então o tempo de exposição tem que diminuir. Se for menor, o inverso disso tem que ocorrer. No entanto, como combinar na mesma imagem essas diferentes áreas, sendo que a íris ou o controle de exposição são um só para o registro da imagem toda? Neste caso, algumas áreas dessa cena serão expostas adequadamente e outras não, qualquer que sejam os valores dos controles de exposição utilizados na câmera. Já que não se pode escolher expor corretamente todos os elementos da cena, então a escolha natural recai sobre os elementos principais ou o elemento principal dessa cena. Para auxiliar nessa escolha, Adams e Archer desenvolveram a teoria das zonas.

Nesse processo é utilizado um aparelho denominado fotômetro , para medir as intensidades de luz em cada área específica da imagem. Existem fotômetros que medem a luz de diferentes modos, no processo de Adams e Archer empregam-se fotômetros do tipo luz refletida. Essa opção foi escolhida porque, para fazer os ajustes, é necessário medir a intensidade luminosa nos diversos trechos da imagem e muitas vezes pode ser impossível ou impraticável chegar perto desses elementos para medir sua luminosidade - caso do uso do fotômetro de luz incidente. Por outro lado, conforme visto, é necessário medir trechos específicos da cena: o fotômetro utilizado na tarefa não poderá efetuar a leitura geral da cena, como é feito na maioria das câmeras quando em modo automático de exposição.

A grande vantagem da técnica das zonas é sua ajuda em encontrar o melhor ajuste para expor corretamente o elemento escolhido, ao aliar o ajuste técnico com a percepção de realidade por parte do fotógrafo, unindo um processo mecânico a um processo manual. Assim por exemplo, quando um fotômetro é apontado para um pano preto na cena, tentará determinar o ajuste necessário de abertura da íris para expor corretamente o pano, o que poderá levar a uma exposição que resulte em uma tonalidade cinza, não preta, no registro desse trecho pela câmera. Nesse momento entra a ação do fotógrafo, que corrige o valor obtido para que a superfície apareça como preta e não cinza. O mesmo vale para a situação oposta, de muita claridade, como a neve acumulada no chão.

Adams e Archer criaram uma escala numerada de 0 a 10 indicando onze diferentes zonas (intensidades de luminosidade). O valor 10 representa a zona do branco total, o valor 0 a zona do preto total e o valor 5 a zona do cinza médio. Quando a escala foi impressa, medições determinaram que a porcentagem de luz refletida por essa zona de cinza médio era de 18%. Esse valor ficou conhecido como cinza médio, ou neutro (neutral gray). Fabricantes comercializam cartões de cinza 18%: ao determinar a exposição para essa área média, o resultado esperado é a exposição adequada na maioria das zonas vizinhas, tanto mais claras como as mais escuras.

Para referenciar esses valores em seus textos diferenciando-os de outros valores numéricos, decidiram utilizar algarismos romanos para identificar as zonas, ou seja, I, II, III, IV até X, como representado na figura abaixo:

A zona 0 (zero) corresponde ao preto puro e a X ao branco puro. Entre os dois, localizam-se diversos valores intermediários:

• I = tonalidade próxima do preto puro, não mostra textura
• II = parte mais escura de uma imagem onde ainda é possível ver textura
• III = textura das partes escuras das imagens
• IV = áreas de sombras não muito escuras
• V = ponto intermediário da escala
• VI = áreas de sombras mais claras
• VII = textura das partes claras das imagens
• VIII = parte mais clara de uma imagem onde ainda é possível ver textura
• IX = tonalidade próxima do branco puro, não mostra textura

A intensidade luminosa de uma determinada zona qualquer na escala é o dobro da anterior (à sua esquerda) e é metade da zona subsequente, à sua direita. Associando cada uma dessas zonas com a exposição obtida no negativo ou no sensor CCD / CMOS, pode-se da mesma maneira dizer que a exposição correspondente a uma determinada zona qualquer é o dobro da exposição da zona anterior e metade da posterior. Como, na íris das câmeras, os valores numéricos de f-stops também determinam o dobro ou metade da exposição em relação aos números anteriores ou posteriores de ajuste de abertura, é possível associar as duas escalas.

Os pesquisadores compararam o registro em papel fotográfico das imagens seguindo esta escala e verificaram ser muito difícil representar toda a extensão de tonalidades, especialmente as superiores à zona X, na ampliação da foto em papel, apesar dessas tonalidades poderem ser observadas no negativo. Determinaram então a possibilidade de fazer o registro em papel a partir de trechos menores da escala; assim, por exemplo, o intervalo a que chamaram "dinâmico" (dynamic range) corresponde à faixa das zonas I até IX, excluindo as zonas extremas 0 e X. Em outras palavras trata-se do trecho da escala que pode efetivamente ser transferido para o papel e reter sua visualização. Outro trecho considerado é o trecho de II a VIII, onde predomina a sensação de textura na imagem com sua maior intensidade.

Cada tipo de negativo cobre um intervalo específico da escala; assim, determinados tipos permitem a exposição na zona VII do branco ainda com textura e, a partir daí, perdem-se os detalhes. Deste modo a folha de um livro deve ser exposta com esse negativo até uma abertura máxima correspondente à essa zona. Essa situação leva ao ajuste manual acima referido.

Vamos supor uma parede branca iluminada por um refletor pouco potente e em outro ambiente, uma parede preta iluminada por um refletor muito potente. Teoricamente a parede branca deveria refletir toda a luz que a atinge, mas parte dessa luz é absorvida. Por outro lado a parede preta deveria absorver toda a luz que a atinge, mas parte dessa luz é refletida. Isso ocorre, em ambos os casos, por imperfeições dos pigmentos que as compõem. Assim, as duas paredes refletem luz e, fato interessante, dependendo da potência desses refletores, a luz refletida pode em dada situação ter a mesma intensidade nos dois casos. Isso se traduz para um fotômetro efetuando a leitura em cada um dos casos. O fotômetro indicará então a mesma exposição nos dois casos. No entanto, ao observar a imagem capturada com essa indicação, observaremos que nem o preto ficou igual ao real nem o branco ficou igual ao real. É necessário então efetuar ajustes manuais - o que a teoria das zonas permite fazer.

A chave para resolver a questão é procurar o elemento principal da cena e colocá-lo na zona desejada. Para tanto, deve ser conhecida a faixa de zonas coberta pelo meio utilizado. Por exemplo um determinado negativo pode representar bem detalhes em áreas de sombra a partir da zona III. Assim, se o elemento principal da cena for escuro e necessitar ser exposto com seu detalhamento (e não de forma "chapada", com preto uniforme), o mesmo deverá ser colocado nessa zona, o que significa que essa exposição será obtida ajustando-se a íris da câmera para o valor correspondente a essa zona. Se não for o elemento principal mas se quiser que até os elementos mais escuros tenham textura, escolhe-se o elemento mais escuro e coloca-se na referida zona. Com isso as demais intensidades luminosas da cena recairão cada qual em sua zona específica.

A figura abaixo ilustra a localização das diversas zonas em uma imagem P&B:

É possível observar uma área muito clara (o local onde encontra-se o Sol) juntamente com outras com gradações diferentes de tonalidades de cinza. É interessante notar que para a fotometria o que importa é a intensidade da luz e não sua cor, por isso a imagem está em P&B, para melhor ilustrar suas diferentes graduações. Os fotômetros são sensíveis somente à luminosidade, não a cor.

Quanto mais zonas diferentes um determinado sistema de captura de imagem conseguir abranger, maior será sua fidelidade na reprodução da imagem. Denomina-se essa capacidade de representação como "intervalo dinâmico", ou dynamic range. De maneira geral a película fotográfica ou cinematográfica colorida apresenta um valor de dynamic range menor do que o da película P&B. Transpondo a definição para uma câmera digital, poderia-se dizer que dynamic range descreve o contraste em uma determinada cena que a câmera é capaz de reproduzir.

Os sensores CCD e CMOSs nas câmeras fotográficas e de vídeo podem-se beneficiar do mesmo processo de ajuste. Para estes sensores, de maneira geral o valor de dynamic range é inferior ao da película colorida, o que explica o fato das imagens de vídeo serem normalmente mais contrastadas do que as captadas em película e também sua conhecida dificuldade em representar adequadamente as inúmeras nuances de meios tons da imagem. No entanto essa limitação vem diminuindo dia a dia e não demorará a alcançar cedo ou tarde a da película.

upscaling processo em que a resolução de imagens digitais de um determinado conteúdo de vídeo é aumentada, copiando-se o original de um formato de menor resolução para um de maior resolução. Invariavelmente ocorre em maior ou menor grau degradação da qualidade da imagem nessa transformação, degradação essa geralmente perceptível na visualização da imagem. O processo inverso é denominado downscaling.

vertical pixel shift técnica de deslocamento do CCD correspondente à cor verde, para aumentar a resolução da imagem em uma câmera; similar à técnica horizontal pixel shift, porém aqui efetuada no sentido vertical. A técnica exige tecnologia de precisão acurada na montagem do bloco óptico para permitir o deslocamento de 1/2 pixel no CCD verde em relação aos demais. A técnica Frame Movie obtém resultado análogo, porém trabalhando com a leitura das linhas do CCD ao invés de usar deslocamento do CCD verde.

vertical pixel shift (Frame Movie) processo que simula imagens capturadas no modo progressive scan, utilizado em algumas câmeras que trabalham com 3 CCDs, em um processo denominado Frame Movie mode.

O olho humano possui em seu interior receptores sensíveis à cores (chamados cones) e outros sensíveis à luminosidade (chamados bastonetes). Os sensíveis a cores são de 3 tipos: os sensíveis ao vermelho, os sensíveis ao verde e os sensíveis ao azul (as 3 cores básicas RGB a partir das quais é possível obter-se todas as outras cores). No entanto, entre estes 3 tipos de cones, o que percebe a cor verde é mais sensível do que os outros dois tipos: a cor verde é vista com mais clareza e facilidade do que as cores vermelha e azul. De uma forma geral, em média para uma imagem qualquer decomposta nas 3 cores, 60% dos detalhes serão percebidos na parte verde, 20% na vermelha e os outros 20% na azul.

Aproveitando-se deste fato, a tecnologia vertical pixel shift (Frame Movie) desloca o sinal do CCD verde no processo de leitura: cada CCD é lido da maneira tradicional (modo interlaced utilizando Row-Pair Summation), mas em relação a este modo, as linhas pares dos sinais Red / Blue iniciam-se com 3+4, 5+6 ao invés de 2+3, 4+5 (deslocamento de 1 linha) e as do sinal Green iniciam-se com 4+5, 6+7 (deslocamento de 2 linhas), conforme esquematiza o desenho abaixo.

O sinal de uma linha, por exemplo a linha 2, é formado pela soma das linhas 3+4 (Red) com 3+4 (Blue) e com 4+5 (Green). Em outras palavras, o sinal do CCD verde é deslocado (shift) uma linha abaixo (vertical) em relação aos demais e com isso é obtido a partir de linhas intermediárias às linhas vermelhas e azuis. Na realidade somente a parte de brilho (luminância) do CCD verde é somada.

Quando os sinais são somados (2R + 2G + 2B no desenho acima por exemplo) as leituras interlaced em todos os CCDs já ocorreram, tanto para o campo ímpar como para a seguir o par. No entanto, embora as linhas pares sejam formadas 1/60 seg. após as ímpares, como o sinal de um dos CCDs está deslocado 1 linha em relação ao dos outros dois, isso é o mesmo que capturar os dois campos (par / ímpar) ao mesmo tempo. Com isso, praticamente desaparecem os problemas decorrrentes dessa diferença de tempo (combing). Mesmo assim, a eficiência do processo depende de um certo equilíbrio de luminosidade entre verde e vermelho/azul: trechos de imagens onde exista muito pouco verde ou então muito pouco vermelho/azul ficarão com menor resolução vertical no resultado final. O nome vertical pixel shift (Frame Movie) provém do fato de que captar um dos sinais uma linha abaixo é o mesmo que captar, para um derminado pixel do CCD, seu sinal combinado com o do pixel imediatamente abaixo do mesmo (deslocamento - shift - vertical).

Como consequência positiva deste processo, além da diminuição do efeito da cintilação (devido ao Row-pair summation) e do efeito combing, a sensibilidade de cada CCD é aumentada (o sinal de cada pixel passa a ser a soma dos sinais de dois pixels, o da linha superior e o da linha inferior situado abaixo do mesmo). Como consequência negativa, a resolução vertical da imagem cai inicialmente cerca de 25% devido ao processo Row-Pair - a resolução vertical efetiva passa de 486 para 360 linhas (das 525 linhas, somente 486 são utilizadas efetivamente para formar a imagem). E, a seguir, mais um pouco por conta do processo vertical pixel shift (Frame Movie), ficando em torno de 320 linhas.

O quadro com todas as linhas (que foi montado em 1/30 seg..) é armazenado em um buffer de memória. A seguir este buffer é descarregado da seguinte forma: em 1/60 seg. são descarregadas uma a uma as linhas pares e nos próximos 1/60 seg. as ímpares. Com isto, o sinal armazenado na fita na câmera continua sendo interlaced (alternância de campos pares e ímpares), porque este é o padrão NTSC, assim a câmera deve gerar um sinal que seja compliance com o mesmo. E a imagem isolada individual de um frame, obtida com o pause do equipamento, embora seja interlaced está agora livre do problema de combing.

Existe uma outra forma de deslocamento de pixels a partir de 3 CCDs, utilizada em algumas câmeras para aumentar artificialmente a captura de detalhes no sistema sem aumentar a quantidade de pixels, denominada horizontal pixel shift.

wobble efeito de distorção momentânea apresentado em imagens gravadas com câmeras utilizando alguns tipos de sensores do tipo CMOS, sob a forma de "oscilação" rápida e aparente nos pixels. O efeito decorre da forma como esses sensores são lidos (rolling shutter x global shutter), em um processo feito linha a linha, de alto a baixo e que aparece quando há deslocamento horizontal rápido na imagem (movimento de pan rápido), somente enquanto dura esse movimento. O valor de frame rate utilizado também influi, realçando o efeito em velocidades mais baixas de captura. Este efeito, também conhecido como "jello effect" por lembrar a superfície trêmula de uma gelatina, pode acontecer eventualmente em determinadas situações específicas: duas delas são a câmera na mão e a câmera no tripé que sofre impactos vibracionais. Em ambos casos uma vibração rápida e repentina faz com que a movimentação da câmera, ao invés de ser consistente e em velocidade na mesma direção (como no efeito skew), possua velocidade variável em trechos muito curtos em diferentes direções.

A figura abaixo simula o efeito wobble:

zoom digital a imagem gerada no CCD é parecida com um mosaico de pequenas pastilhas de mesmo tamanho, alinhadas lado a lado, onde cada pastilha é um pixel. Um circuito eletronico pode copiar os pixels gerados repetindo a leitura de cada pixel lido também para o pixel adjacente. Assim, os pixels ABCDE em determinada linha horizontal do CCD seriam lidos como AABBCCDDEE; fazendo-se isto para todas as linhas, tem-se que a imagem será ampliada horizontalmente. Efetuando-se o mesmo processo na direção vertical (copiar a mesma linha na linha de baixo por exemplo) tem-se que a imagem será ampliada verticalmente. Com isto a imagem como um todo sofreu um processo de ampliação; as partes que excedem após a ampliação as bordas da imagem são descartadas de modo a manter as dimensões da imagem.

Aumentando-se a taxa de repetição de pixels aumenta-se o grau de ampliação da imagem - este é o princípio de funcionamento do zoom digital.

A qualidade da imagem obtida através deste processo sempre é pior do que a qualidade da imagem obtida sem zoom digital, e esta piora aumenta com o grau de ampliação, isto porque a imagem permanece com o mesmo tamanho, porém com cada vez menos pixels para representá-la, ou seja, é mostrada cada vez com pixels 'aparentes' maiores. O que ocorre é que o ponto da imagem antes mostrado por um único pixel agora é mostrado por um conjunto deles, aparentando um único pixel maior. Quanto maiores estes pixels 'aparentes' mais visíveis as pastilhas no mosaico ficam, ou seja, mais a imagem parecerá com aspecto de mosaico (efeito conhecido por pixelamento). Geralmente o zoom digital produz imagens aceitáveis até cerca de 40x de aumento. O zoom óptico, ao contrário do zoom digital, baseia-se nas propriedades ópticas das lentes para realizar a ampliação da imagem; com isto, não acarreta degradação na qualidade da imagem.

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