stringtranslate.com

Датчик Фовеон Х3

Датчик Foveon X3 — это датчик изображения цифровой камеры , разработанный компанией Foveon, Inc. (теперь часть Sigma Corporation ) и изготовленный Dongbu Electronics. [1] В нем используется массив фотосайтов, состоящий из трех вертикально расположенных фотодиодов . Каждый из трех фотодиодов имеет разную спектральную чувствительность , что позволяет ему по-разному реагировать на разные длины волн . [2] Сигналы от трех фотодиодов затем обрабатываются как данные аддитивного цвета , которые преобразуются в стандартное цветовое пространство RGB .

Сенсорная технология X3 была впервые использована в 2002 году в зеркальной камере Sigma SD9 , а затем в SD10 , SD14 , SD15 , SD1 (включая SD1 Merrill) , оригинальных беззеркальных компактных камерах Sigma DP1 и Sigma DP2 в 2008 и 2009 годах соответственно, Sigma . Серия dp2 Quattro 2014 года и серия Sigma SD Quattro 2016 года. Разработке технологии Foveon X3 посвящена книга Джорджа Гилдера « Силиконовый глаз» 2005 года .

Операция

Зависимое от длины волны поглощение в кремнии и датчике Foveon X3. См. текст для объяснения.

На диаграмме справа показано, как работает датчик Foveon X3. Изображение слева показывает поглощение цветов для каждой длины волны при прохождении через кремниевую пластину . На изображении справа показан многослойный стек датчиков, показывающий цвета, которые он обнаруживает на каждом уровне поглощения для каждого выходного пикселя. Показанные цвета сенсора являются лишь примерами. На практике атрибуты цвета каждого выходного пикселя, использующего этот датчик, являются результатом алгоритмов обработки изображений камеры , которые используют матричный процесс для создания одного цвета RGB из всех данных, воспринимаемых стеком фотодиодов. [2]

Глубина кремниевой пластины в каждом из трех сенсоров составляет менее пяти микрометров , что создает незначительный эффект на фокусировку или хроматическую аберрацию . Однако, поскольку глубина сбора самого глубокого сенсорного слоя (красный) сопоставима с глубиной сбора в других кремниевых КМОП- и ПЗС- сенсорах, происходит некоторая диффузия электронов и потеря резкости на более длинных волнах. [3]

Использовать

Первой цифровой камерой, в которой использовался сенсор Foveon X3, была цифровая зеркальная фотокамера Sigma SD9 , выпущенная в 2002 году . построен на корпусе, разработанном Sigma, с использованием крепления Sigma SA . За камерой в 2003 году последовала улучшенная, но технически похожая Sigma SD10 , [5] на смену которой, в свою очередь, в 2006 году пришла Sigma SD14 , в которой использовался сенсор с более высоким разрешением 2640 × 1760 × 3 (4,64 × 3 МП). Преемник SD14, Sigma SD15 , был выпущен в июне 2010 года [6] и использовал тот же сенсор 2640×1760×3, что и SD14. Sigma SD1 была выпущена в июне 2011 года [7] с новым сенсором APS-C размером 23,5×15,7 мм и разрешением 4800×3200×3 (15,36×3 МП), разработанным для профессионального рынка. [8]

В 2004 году компания Polaroid Corp. анонсировала Polaroid x530, [9] компактную камеру с разрешением 1408 × 1056 × 3,1/1,8 дюйма. датчик. Камера была выпущена ограниченным тиражом в 2005 году, но позже в том же году была отозвана из-за неуказанных проблем с качеством изображения. [10] В 2006 году компания Sigma анонсировала прототип своей компактной камеры на базе Foveon — Sigma DP1 , в которой используется тот же сенсор с разрешением 14 МП, что и в зеркальной камере SD14. Переработанная версия прототипа была представлена ​​в 2007 году, а камера была выпущена весной 2008 года. [11] В отличие от Polaroid x530, DP1 имела матрицу размера APS-C с эквивалентным объективом с постоянным фокусным расстоянием 28 мм . Камера была переработана как DP1s и DP1x. В 2009 году компания выпустила DP2 , [12] компактную камеру с тем же сенсором и корпусом, что и DP1, но с объективом f/2,8, эквивалентным 41 мм.

Сравнение с датчиками с фильтром Байера

Работа датчика Foveon X3 отличается от работы датчика изображения с фильтром Байера , который чаще используется в цифровых камерах . В датчике Байера каждый фотосайт в массиве состоит из одного датчика освещенности (КМОП или ПЗС), который в результате фильтрации подвергается воздействию только одного из трех основных цветов: красного, зеленого или синего. Для создания полноцветного изображения с помощью датчика Байера требуется демозаика — интерполяционный процесс , в котором выходному пикселю, связанному с каждым фотосайтом, присваивается значение RGB , частично основанное на уровне красного, зеленого и синего, о котором сообщают соседние с ним фотосайты. . Однако датчик Foveon X3 создает выходной цвет RGB для каждого фотосайта, объединяя выходные сигналы каждого из фотодиодов, расположенных в стопке, на каждом из его фотосайтов. Эта эксплуатационная разница приводит к нескольким важным последствиям.

Цветовые артефакты

Поскольку демозаика не требуется для сенсора Foveon X3 для создания полноцветного изображения, цветовые артефакты («цветные неровности »), связанные с этим процессом, не видны. Отдельный фильтр сглаживания [13] , обычно используемый [n 1] для уменьшения этих артефактов в датчике Байера, не требуется; это связано с тем, что сглаживание происходит незначительно, когда фотодиоды для каждого цвета с помощью микролинз интегрируют оптическое изображение в области, почти такой же большой, как расстояние между датчиками для этого цвета. [n 2] [14] С другой стороны, метод разделения цветов по глубине проникновения кремния приводит к большему перекрестному загрязнению между цветными слоями, что означает больше проблем с точностью цветопередачи.

Сбор света и производительность при слабом освещении

Теоретически фотосенсор Foveon X3 может обнаруживать больше фотонов, попадающих в объектив камеры, чем мозаичный датчик, поскольку каждый из цветовых фильтров, накладывающихся на каждый фотосайт мозаичного датчика, пропускает только один из основных цветов и поглощает два других. Однако отдельные слои датчика Fovean не так остро реагируют на соответствующие цвета; таким образом, информация о цвете в необработанных данных датчика требует «агрессивной» матрицы (т. е. удаления синфазных сигналов) для создания цветовых данных в стандартном цветовом пространстве , что может увеличить цветовой шум в условиях низкой освещенности. [15]

Пространственное разрешение

По данным Sigma Corporation , «были некоторые разногласия по поводу того, как указывать количество пикселей в сенсорах Foveon». [16] Спор велся по поводу того, должны ли продавцы считать количество фотосайтов или общее количество фотодиодов в качестве количества мегапикселей, и следует ли сравнивать любое из них с количеством фотодиодов в датчике с фильтром Байера или в камере в качестве показателя количества пикселей. мера разрешения.

Например, размеры массива фотосайтов в сенсоре камеры Sigma SD10 составляют 2268 × 1512, и камера создает собственный размер файла этих размеров (умноженный на три цветовых слоя), что составляет примерно 3,4 миллиона трехцветных пикселей. . Тем не менее, она рекламировалась как камера с разрешением 10,2 Мп, принимая во внимание, что каждая фотоплощадка содержит расположенные друг над другом фотодиоды, чувствительные к цвету, или пиксельные датчики красного, зеленого и синего цвета (2268 × 1512 × 3). Для сравнения: размеры матрицы фотосайтов в 10,2-мегапиксельной байеровской матрице камеры Nikon D200 составляют 3872 × 2592, но на каждой площадке имеется только один фотодиод, или однопиксельный сенсор. Камеры имеют одинаковое количество фотодиодов и создают файлы необработанных данных одинакового размера, но камера с фильтром Байера создает файлы большего размера за счет демозаики .

Фактическое разрешение, создаваемое датчиком Байера, сложнее, чем можно предположить по количеству его фотосайтов или собственному размеру файла; демозаика и отдельный фильтр сглаживания обычно используются для уменьшения возникновения или выраженности цветных муаровых узоров , которые создает мозаичная характеристика датчика Байера. Эффект этого фильтра размывает изображение на выходе датчика, что дает более низкое разрешение, чем можно было бы предположить по количеству фотосайтов. Этот фильтр в большинстве случаев не нужен для сенсора Foveon X3 и не используется. Самая ранняя камера с сенсором Foveon X3, Sigma SD9 , демонстрировала видимые яркостные муаровые узоры без цветового муара. [17]

Последующие камеры, оснащенные X3, имеют меньшее наложение спектров, поскольку они включают в себя микролинзы, которые обеспечивают фильтр сглаживания путем усреднения оптического сигнала по площади, соизмеримой с плотностью образца. Это невозможно ни в одном цветовом канале датчика Байера. Сглаживание сенсора Foveon X3 «гораздо менее утомительно, поскольку он монохромный», — сказал Норман Корен. [18] Теоретически датчик Foveon X3 с таким же количеством фотодиодов, как и датчик Байера, и без отдельного сглаживающего фильтра может достичь более высокого пространственного разрешения, чем датчик Байера. Независимые тесты показывают, что матрица «10,2 МП» сенсора Foveon X3 (в Sigma SD10) имеет разрешение, аналогичное разрешению сенсора Байера 5 МП [19] или 6 МП [20] . При низкой чувствительности ISO он даже похож на датчик Байера с разрешением 7,2 МП [21] .

С появлением Sigma SD14 разрешение сенсора Foveon X3 14 МП (4,7 МП красный + 4,7 МП зеленый + 4,7 МП синий) обозреватели выгодно сравнивают с разрешением сенсоров Bayer на 10 МП. Например, Майк Чейни из программного обеспечения говорит, что «SD14 делает фотографии лучше, чем обычная зеркальная камера с разрешением 10 МП, поскольку она способна передавать резкие детали вплоть до точки спада при 1700 LPI, тогда как контрастность, цветовая детализация и резкость начинаются с нуля». деградировать задолго до ограничения в 1700 LPI на 10-мегапиксельной зеркальной камере Bayer». [22]

В другой статье датчик Foveon X3 оценивается как примерно эквивалентный датчику Байера на 9 МП. [23]

Визуальное сравнение между датчиком Foveon на 14 МП и датчиком Bayer на 12,3 МП показывает, что у Foveon более четкие детали. [24]

Шум

Датчик Foveon X3, используемый в камере Sigma SD10, был охарактеризован двумя независимыми обозревателями как более шумный, чем датчики в некоторых других зеркальных камерах, использующих датчик Байера при более высоких эквивалентах светочувствительности пленки [25] , в частности , [25] цветной шум. [26] [27] Другой отметил более высокий уровень шума при длительной выдержке. [28] [n 3] Однако эти рецензенты не высказывают мнения относительно того, является ли это свойством сенсора или алгоритмов обработки изображений камеры.

Что касается Sigma SD14, в которой используется более новый сенсор Foveon X3, один обозреватель оценил уровень шума в нем как диапазон от «очень низкого» при ISO 100 до «умеренного» при ISO 1600 при использовании формата изображения Raw . [29]

Примеры изображений

На сайте Sigma SD14 есть галереи изображений в полном разрешении, демонстрирующие цвет, полученный с помощью технологии Foveon. Чип Foveon с разрешением 14 МП создает файлы RGB собственного размера с разрешением 4,7 МП; Камеры с фильтром Байера 14 МП создают исходный размер файла 14 МП путем интерполяции (т. е. демозаики). Прямое визуальное сравнение изображений с датчиков Bayer с разрешением 12,7 МП и датчиков Foveon с разрешением 14,1 МП показывает, что изображения Bayer превосходят мелкие монохромные детали, такие как линии между кирпичами на отдаленном здании, но изображения Foveon превосходят по цветовому разрешению. [30]

Викискладе есть медиафайлы по теме «Снято с помощью Sigma SD14» .

Дальнейшее развитие

По состоянию на май 2023 года средний фотограф пользуется меньшим спросом у сенсора Foveon X3, его уступают CMOS-сенсоры, которые можно производить с меньшими затратами, с более высоким разрешением и меньшим шумом. [31]

Однако в феврале 2021 года сообщалось, что Sigma работает над новым датчиком Foveon, но на сегодняшний день в их разработке был обнаружен критический недостаток, и им пришлось перезапустить разработку с нуля. [32]

В феврале 2022 года сообщалось, что Sigma находится на втором этапе создания прототипа нового полнокадрового датчика Foveon. Второй этап прототипирования в этом случае — это оценка небольшого прототипа датчика изображения с тем же размером пикселя, что и в спецификациях продукта, но с уменьшенным общим количеством пикселей для проверки рабочих характеристик датчика изображения на практике. На третьем этапе прототипирования будет оцениваться полнокадровый датчик изображения с теми же характеристиками, что и устройства массового производства, включая АЦП и т. д. Маловероятно, что массовое производство начнется раньше 2024 года. [33]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Хотя его использование практически универсально с датчиками Байера в цифровых камерах, в этом нет абсолютной необходимости. Kodak когда-то производила две цифровые камеры, DCS Pro SLR/n и DCS Pro SLR/c ( Обзор цифровой фотографии, Kodak DCS Pro SLR/c Review, июнь 2004 г., дата обращения 3 марта 2007 г.), используя датчики Байера без такого фильтра. Однако при фотографировании очень мелких деталей образовывался значительный муар . Проверено 3 марта 2007 г.
  2. ^ Микролинзы обычно используются во всех типах датчиков изображения в цифровых камерах; в датчиках с фильтром Байера микролинзы позволяют усреднять (т. е. интегрировать) область оптического изображения на образец до 25 процентов для красного и синего и 50 процентов для зеленого, что приводит к очень незначительному сглаживанию. Для датчиков Foveon X3 усредняемая площадь может приближаться к 100 процентам для каждого цвета, что приводит к значительному эффекту фильтра сглаживания.
  3. ^ Это наблюдение согласуется со сравнением изображений, представленных в Digital Photography Review, снятых на Sigma SD10 (см. здесь), с изображениями, снятыми примерно одновременно с той же сценой камерой Nikon D70, оснащенной датчиком Байера (см. Здесь) / стр. 15. .асп. Оба получены 6 марта 2007 года.

Рекомендации

  1. ^ Foveon объявляет о новом партнере по производству датчиков изображения: Dongbu Electronics из Сеула, Южная Корея. Проверено 18 января 2014 г.
  2. ^ аб А. Раш; П. Хьюбель (2003). «Характеристики датчика X3». Дж. Сок. Фотогр. наук. Технол. Япония . 66 (1): 57–60 . Проверено 6 марта 2007 г.
  3. ^ Джи Су Ли (2003). Фотоответ КМОП-датчиков изображения (PDF) (кандидатская диссертация). Университет Ватерлоо. Архивировано из оригинала (PDF) 19 февраля 2009 г.
  4. ^ Обзор цифровой фотографии: 18 февраля 2002 г.
  5. ^ Обзор цифровой фотографии: Sigma SD10: март 2004 г.
  6. ^ Обзор цифровой фотографии: Sigma UK начнет поставки цифровой камеры SD15: 11 июня 2010 г.
  7. ^ «Объявлены цена и доступность Sigma SD1» . Проверено 24 мая 2011 г.
  8. ^ Обзор цифровой фотографии: Sigma выпускает флагманскую цифровую зеркальную фотокамеру SD1: 21 сентября 2010 г.
  9. ^ Обзор цифровой фотографии: Polaroid x530: 9 февраля 2004 г.
  10. ^ Ресурс изображений: 15 апреля 2005 г.
  11. ^ Обзор цифровой фотографии: Sigma объявляет о выпуске DP1 весной 2008 г.: 13 января 2008 г.
  12. ^ Обзор цифровой фотографии: Sigma UK: DP2 доступен: 14 мая 2009 г.
  13. ^ См. раздел «Оптический сглаживающий фильтр» сглаживающего фильтра.
  14. ^ Брайан В. Килан (2004). Справочник по качеству изображения: характеристика и прогнозирование. Марсель-Деккер. п. 390. ИСБН 0-8247-0770-2.
  15. ^ «Знаешь сырье? Часть 2». Фотопоток на auspiciousdragon.net . 5 июля 2007 г. Архивировано из оригинала 28 сентября 2007 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  16. ^ "Информационные документы Sigma SD14" . Архивировано из оригинала 26 ноября 2007 года . Проверено 29 апреля 2007 г.
  17. ^ Фил Аски (ноябрь 2002 г.). «Обзор Sigma SD9». DPReview .
  18. ^ Норман Корен. «Резкость: что это такое и как ее измеряют?». Документы Imatest . Проверено 16 декабря 2007 г.
  19. ^ Популярная фотография и изображения , Vol. 69, № 6 (июнь 2005 г.), (таблица на стр. 47).
  20. ^ Обзор цифровой фотографии: Обзор Sigma SD10, март 2004 г., дата обращения 3 марта 2007 г.
  21. ^ c|net Reviews, Sigma SD10, дата обращения 6 марта 2007 г.
  22. ^ Майк Чейни (2007). «Разрешение Sigma SD14: 14 МП? 4,6 МП? Как SD14 сочетается с камерами высокого класса, такими как Canon EOD 5D?».
  23. ^ «Заявления о датчике Foveon X3 проверены» . Архивировано из оригинала 5 февраля 2008 года.
  24. ↑ Карл Риттерфальк (23 февраля 2010 г.). «Сравнение крошечного Sigma SD14 и Nikon D90». Фотография Карла Риттерфалька . Архивировано из оригинала 15 июля 2010 года . Проверено 20 мая 2010 г.
  25. ^ См., например , обзоры c|net, Sigma SD10, получено 6 марта 2007 г., и обзор Стива Digicams Sigma SD10 (28 ноября 2003 г.), получено 6 марта 2007 г.
  26. ^ Лаборатории камер: Галерея Sigma DP1
  27. ^ Обзор Sigma DP1, Photographyreview.com
  28. ^ Обзор Imaging Resource Sigma SD10 (впервые опубликовано 22 октября 2003 г.). Проверено 6 марта 2007 г.
  29. ^ Майкл Дж. Макнамара (декабрь 2008 г.). «Тест камеры: Sigma SD14» . Проверено 6 июня 2013 г.
  30. ↑ Майк Чейни (16 марта 2007 г.). «Разрешение Sigma SD14: 14 МП? 4,6 МП?». Компания Digital Domain Inc.
  31. ↑ Тимоти Коньяр (13 июня 2022 г.). «Foveon: умный датчик изображения, который не прижился» . Проверено 12 мая 2023 г.
  32. ↑ Джарон Шнайдер (19 февраля 2021 г.). «Sigma предоставляет обновленную информацию о камере Foveon:« Назад к чертежной доске »» . Проверено 12 мая 2023 г.
  33. ↑ Джарон Шнайдер (22 февраля 2022 г.). «Sigma находится на втором этапе создания прототипа нового сенсора Foveon» . Проверено 12 мая 2023 г.

Внешние ссылки