Uma câmera sem filme, também conhecida como câmera digital, utiliza uma matriz de sensores de luz em vez de filme para converter a luz em elétrons, que são então registrados pela lente e enviados ao processador embutido da câmera. Este processador limpa a imagem e a salva na memória interna ou em um cartão de memória.
As câmeras digitais usam vários sensores de luz dependendo do modelo, geralmente um "dispositivo de carga acoplada" (CCD) ou um "semicondutor complementar de óxido metálico" (CMOS). Os CCDs produzem uma imagem de maior qualidade, mas o CMOS consome menos energia. Eles convertem a luz em elétrons. Quanto mais sofisticado o sensor, maior a resolução que a câmera pode produzir. Como uma câmera normal, uma câmera sem filme usa uma lente para focar a luz nos sensores e um diafragma controlado pelo computador de bordo que permite apenas um certo nível de luz.
Os sensores de luz capturam apenas a ausência ou presença de luz e não registram cor. Para que uma câmera sem filme reconheça imagens coloridas, ela usa uma série de filtros, chamada de filtro Bayer, que isolam e registram a luz dependendo do seu comprimento de onda. Cada sensor de pixel tem um filtro vermelho, verde ou azul associado a ele e registra apenas aquela cor de luz. Em seguida, a imagem pixelada é enviada ao processador.
O processador pega a imagem, que é composta por pixels coloridos, e aplica um algoritmo para interpolar as cores, chamado de algoritmo de desmosaicação. Em seguida, aplica processamento básico à imagem e a salva em uma unidade de armazenamento, comumente um cartão SD ou um pequeno chip de memória interna. O processador também controla o foco da câmera. A câmera pode então transferir as fotos para edição adicional.
Algumas câmeras digitais também gravam vídeo e som, e até mesmo imagens 3D. Os processadores das câmeras podem "se corrigir" escaneando constantemente a imagem e alterando o foco automaticamente. Eles também podem "reconhecer" certas características da imagem, como rostos, e otimizar a distância focal e o zoom quando os encontram.
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