Физическая сущность обычной фотографии общеизвестна.На прозрачную пленку нанесена желатиновая эмульсия, в которой находятся кристаллы галогенида серебра. Под действием света в кристаллах происходят химические изменения , поэтому, спроецировав через объектив на поверхность пленки изображение , мы получим в фотослое его химическую картину. Эту скрытую картину можно превратить в видимое изображение, подвергнув плёнку химической обработке. Устройство современной цифровой камеры практически полностью повторяет камеру пленочную. Тот же корпус, затвор, объектив…Отличия же начинаются за объективом. Вместо фотопленки изображение образуется на поверхности полупроводниковой матрицы. В матрице под действием света происходят не фотохимические процессы, а фотоэлектрические. И, соответственно, все дальнейшие процессы образования изображения носят не «химический», а «электрический» характер. Пусть это покажется странным, но полупроводниковая матрица имеет много общего с фотопленкой. И там и там изображение строится на светочувствительных «зернах». Только в полупроводниковой матрице такими зёрнами являются не кристаллы галогенида серебра, а так называемые приборы с зарядовой связью, или ПЗС (по-английски – CCD, charge coupled device). Элемент ПЗС обладает тем свойством, что электрическое напряжение на его поверхности зависит от степени его освещенности. Чем выше освещенность, тем больше напряжение. Размер каждого такого элемента – всего несколько микрон. Они располагаются на поверхности полупроводниковой пластины в виде регулярного растра. Именно поэтому, в отличие от традиционной фотографии, где зёрна располагаются хаотично такое явления как «зерно» нехарактерно для цифровых фотографий. После экспозиции каждый ПЗС -элемент оказывается электрически заряженным до величины, которая пропорциональна количеству света, попавшему на него. Таким образом, на поверхности полупроводниковой матрицы формируется электрическая картина изображения: наиболее темным местам соответствует низкое напряжение, а наиболее светлым – высокое. После этого остается как-то сохранить эту информацию. Первое, что приходит на ум, - это записать информацию о величине электрического напряжения в каждой точке матрицы. Однако этот способ не годится, поскольку характеристики разных матриц отличаются, и, стало быть, несовместимых форматов хранения изображений будет великое множество. Поэтому, прежде чем информация будет сохранена, она преобразуется в некий стандартный формат, такой, который используется в компьютерах. Весь диапазон яркостей от черного до белого разбивается на 256 уровней. Нулевой уровень соответствует абсолютно чёрному, а 255-й белому цвету. Промежуточные уровни - разные оттенки серого. ПЗС - элементы нумеруются построчно: с 1 по n – строка, затем с n+1 – вторая и т.д. Таким образом, информация об уровне освещенности всех элементов матрицы заносится в память фотокамеры как последовательность чисел: каждое число отображает состояние одной ПЗС - ячейки. Именно поэтому «электронная» фотография называется словом «цифровая».В реальной цветной цифровой камере используются трехканальные матрицы, в которых каждая точка (пиксел) изображения строится тремя ПЗС – элементами, каждый из которых чувствителен только к одному из трех основных цветов: красному, зеленому или синему. Поэтому, когда говорят, что в камере используется матрица в три миллиона пикселов, то реально это означает, что матрица состоит не из 3, а из 3х3=9 миллионов ПЗС – элементов.
