Sensores de imagem
Os sensores de imagem não conseguem distinguir a cor de uma luz, eles apenas quantificam a intensidade luminosa através de uma carga elétrica equivalente. Para que o pixel registre uma cor específica, é necessário que se use um filtro de cor a sua frente, permitindo que apenas uma cor seja "enxergada".
Devido ao fato de as cores primárias serem o vermelho, verde e o azul (RGB), normalmente essas são as cores dos filtros utilizados em cada pixel. Como apenas um filtro pode ser aplicado sobre cada pixel (exceto alguns sistemas mais avançados, como o Foveon X3), os filtros são agrupados segundo um padrão para que cada cor capturada componha uma imagem completa para virtualmente todas as câmeras.
O padrão mais utilizado é o de Bayer, que utiliza duas vezes mais verde do que vermelho e azul. Isso se deve ao fato de que o olho humano é mais receptivo aos comprimentos de onda próximos ao centro do espectro visível, ou seja, o verde. Nesse padrão, os filtros verdes compõem uma diagonal, enquanto o azul e o vermelho compõem a outra.
Padrão Bayer de posicionamento de filtros sobre pixels do sensor.
Como cada pixel "enxerga" apenas uma cor, e as cores são compostas baseadas em 3 valores tonais (RGB), há uma interpolação com os pixels vizinhos. Durante o processamento da imagem os dois valores restantes são calculados com base nos valores obtidos a partir dos pixels vizinhos para cada valor tonal. Assim um pixel que obtem o azul terá os valores dos demais canais calculados a partir dos pixels vizinhos (vermelho e verde).
Quanto à tecnologia, existem dois tipos de sensores amplamente utilizados na fotografia digital, são eles o CCD e o CMOS.
CCD - Dispositivo de carga acoplada
Os sensores de imagem CCD são basicamente uma matriz de pixels em um padrão específico que convertem a intensidade luminosa em carga elétrica. A luz incidente é convertida em carga elétrica em pontos individuais (pixels) do sensor, que então as transfere pela sua movimentação dentro do fotodiodo de silício e, finalmente, a carga é transformada em uma voltagem e então descarregada. A leitura da informação elétrica é feita obedecendo as linhas da matriz, assim, a primeira linha é lida e então os dados de todas as outras linhas são deslocadas para que a próxima fique em posição de leitura, conforme ilustra a figura abaixo.
Ilustração do modo de leitura de uma matriz de pixels no sensor CCD. Fonte: Digital Photography, 2004.
Os sensores CCD comumente produzem imagens com qualidade superior ao sensores CMOS, no entanto tendem a consumir uma maior carga da bateria.
Imagem de um sensor CCD. Fonte: Nikon-dpi.
CMOS - Semicondutor complementar de óxido metálico
O sensor CMOS é fabricado segundo o mesmo processo utilizado para criar componentes eletrônicos de memórias de computador. Assim como os sensores CCD, possuem uma matriz de pixels que traduzem a luz em voltagem, mas ao contrário anteriores, possuem um circuito adicional para cada pixel, o que permite a leitura de dados em paralelo. Devido a esses circuitos adicionais em cada pixel, a área de captura de luz é reduzida. No entanto, para compensar esse fato há microlentes sobre cada pixel para focar e amplificar a luz.
Ilustração do modo de leitura de uma matriz de pixels no sensor CMOS. Fonte: Digital Photography, 2004.
Normalmente os sensores CMOS consomem menos bateria, têm manufatura mais simples e permitem uma transferência de dados mais veloz. Avanços recentes nessa tecnologia aumentaram o range dinâmico desses sensores, que já oferecem excelente qualidade de imagem, o que pode indicar que em breve serão o formato padrão de sensores de imagem.