Войти
Датчик Foveon X3 был цифровая камера датчик изображения, разработанный Foveon, Inc. (в настоящее время часть Sigma Corporation ) и произведенный Dongbu Electronics. Он использует массив фотосайтов, состоящий из трех вертикально установленных друг на друга фотодиодов. Каждый из трех уложенных друг на друга фотодиодов имеет разную спектральную чувствительность, что позволяет ему по-разному реагировать на разные длины волн. Затем сигналы от трех фотодиодов обрабатываются как данные аддитивного цвета, которые преобразуются в стандартное цветовое пространство RGB.
Технология датчиков X3 была впервые применена в 2002 году в Sigma SD9. DSLR камера, а затем в SD10, SD14, SD15, SD1 (включая SD1 Merrill), компактная серия Sigma DP2 с 2012 года, серия Sigma dp2 Quattro с 2014 года и серия Sigma SD Quattro с 2016 года. Разработка технологии Foveon X3 является предметом обсуждения. книги 2005 года «Кремниевый глаз» Джорджа Гилдера.
Поглощение в кремнии и датчик Foveon X3, зависящий от длины волны. См. Пояснения в тексте. На схеме справа показано, как работает датчик Foveon X3. Изображение слева показывает поглощение цветов для каждой длины волны, когда она проходит через кремниевую пластину . Изображение справа показывает многослойный стек датчиков, отображающий цвета, которые он обнаруживает на каждом уровне поглощения для каждого выходного пикселя. Показанные цвета датчиков являются только примерами. На практике атрибуты цвета каждого выходного пикселя, использующего этот датчик, являются результатом алгоритмов обработки изображения камеры, которые используют матричный процесс для создания одного цвета RGB из всех данных, воспринимаемых стеком фотодиодов.
Глубина кремниевой пластины в каждом из трех датчиков составляет менее пяти микрометров, что оказывает незначительное влияние на фокусировку или хроматическую аберрацию. Однако, поскольку глубина улавливания самого глубокого сенсорного слоя (красный) сопоставима с глубиной улавливания в других кремниевых КМОП и ПЗС сенсорах, некоторая диффузия электронов и потеря резкости в более длинных
Первой цифровой камерой, использующей датчик Foveon X3, была Sigma SD9, цифровая SLR, выпущенная в 2002 году. Он использовал итерацию датчика 2268 x 1512x3 (3,54x3 МП) и был построен на корпусе, разработанном компанией Sigma, с использованием крепления Sigma SA mount. За камерой в 2003 году последовала улучшенная, но технически подобная камера Sigma SD10, на смену которой в 2006 году пришла камера Sigma SD14, в которой использовалось более высокое разрешение, 2640 × 1760 × 3 сенсор. Преемник SD14, Sigma SD15, был выпущен в июне 2010 года и использовал тот же датчик 2640 × 1760 × 3 (4,7 × 3 МП), что и SD14. Sigma SD1 была выпущена в июне 2011 года с новым датчиком 4800 × 3200 × 3, разработанным для профессионального рынка.
В 2004 году была анонсирована Polaroid x530, компактная камера с 1408 × 1056 × 3, 1 / 1,8 дюйма датчик. В 2005 году камера была выпущена ограниченным тиражом, но позже в том же году была отозвана из-за неустановленных проблем с качеством изображения. Sigma анонсировала прототип своей компактной камеры на базе Foveon в 2006 году, Sigma DP1, с тем же датчиком 14 МП, что и зеркальная камера SD14. Доработанная версия прототипа была выставлена в 2007 году, а камера была выпущена весной 2008 года. В отличие от Polaroid x530, DP1 имел сенсор размером APS-C с 28-миллиметровым эквивалентом премьерой. объектив. Камера была пересмотрена как DP1s и DP1x. В 2009 году компания выпустила DP2, компактную камеру, использующую тот же датчик и корпус, что и DP1, но с объективом f / 2.8, эквивалентным 41 мм.
Работа датчика Foveon X3 отличается от работы датчика изображения с фильтром Байера, который чаще используется в цифровые фотоаппараты. В датчике Байера каждый фотосайт в массиве состоит из одного светового датчика (CMOS или CCD), который в результате фильтрации подвергается воздействию только одного из трех основных цветов: красного, зеленого или синего. Для построения полноцветного изображения с помощью датчика Байера требуется демозаика, интерполяционный процесс, в котором выходному пикселю, связанному с каждым фотосайт, назначается значение RGB на основе часть на уровне красного, зеленого и синего цветов, о которых сообщают соседние с ней фотосайты. Однако датчик Foveon X3 создает свой цветовой выход RGB для каждого фотосайта, комбинируя выходные сигналы каждого из установленных друг на друге фотодиодов на каждом из своих фотосайтов. Эта эксплуатационная разница приводит к нескольким значительным последствиям.
Поскольку для получения полноцветного изображения датчику Foveon X3 не требуется демозаика, цветовые артефакты («цветные неровности »), связанные с процесса не видно. Отдельный фильтр сглаживания, обычно используемый для уменьшения этих артефактов в датчике Байера, не требуется; это связано с тем, что небольшое наложение происходит, когда фотодиоды для каждого цвета с помощью микролинз интегрируют оптическое изображение в области, почти такой же большой, как расстояние между датчиками для этого цвета.. 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.
Фотосенсор Foveon X3 может обнаруживать больше фотонов, попадающих в камеру, чем сенсор мозаики, потому что каждый из цветных фильтров, накладываемых на каждый фотосайт мозаичного сенсора, пропускает только один из основных цветов и поглощает два других. Поглощение этих цветов уменьшает общее количество света, собираемого датчиком, и уничтожает большую часть информации о цвете света, падающего на каждый элемент датчика. Хотя Foveon X3 обладает большей способностью собирать свет, отдельные слои не так резко реагируют на соответствующие цвета; таким образом, информация, указывающая цвет в необработанных данных датчика, требует «агрессивной» матрицы (т. е. удаление синфазных сигналов) для создания цветовых данных в стандартном цветовом пространстве, что может увеличить цветовой шум в низком -световые ситуации.
Согласно Sigma Corporation, «были некоторые разногласия по поводу того, как указать количество пикселей в Датчики фовеона ". Спор велся по поводу того, должны ли продавцы подсчитывать количество фотосайтов или общее количество фотодиодов в мегапикселях, и следует ли сравнивать одно из них с количеством фотодиодов в датчике фильтр Байера или камера как мера разрешения.
Например, размеры массива фотосайтов в датчике в камере Sigma SD10 составляют 2268 × 1512, и камера создает исходный размер файла этих размеров (умноженное на три цветовых слоя), что составляет приблизительно 3,4 миллиона трехцветных пикселей. Тем не менее, она рекламировалась как камера с разрешением 10,2 МП, учитывая, что на каждом фотосайте размещены наложенные друг на друга красные, зеленые и синие фотодиоды, чувствительные к цвету, или пиксельные датчики (2268 × 1512 × 3). Для сравнения, размеры массива фотосайтов в датчике Байера 10,2 МП в камере Nikon D200 составляют 3872 × 2592, но на каждом участке есть только один фотодиод или однопиксельный датчик. Камеры имеют одинаковое количество фотодиодов и создают файлы необработанных данных аналогичного размера, но камера с фильтром Байера обеспечивает больший исходный размер файла за счет демозаики.
Фактическое разрешение, создаваемое датчиком Байера, больше сложнее, чем можно предположить по количеству его фотосайтов или по собственному размеру файла; демозаика и отдельный фильтр сглаживания обычно используются для уменьшения появления или резкости цветных муаровых узоров, которые создает мозаичная характеристика датчика Байера. Эффект этого фильтра размывает изображение, выводимое датчиком, что дает более низкое разрешение, чем может показаться при подсчете количества фотосайтов. Этот фильтр в основном не нужен с датчиком Foveon X3 и не используется. Самая первая камера с датчиком Foveon X3, Sigma SD9, показывала видимый муар яркости без цветного муара.
Последующие камеры, оснащенные X3, имеют меньшее искажение, поскольку они включают в себя микролинзы, которые предусмотреть фильтр сглаживания путем усреднения оптического сигнала по площади, соизмеримой с плотностью выборки. Это невозможно в любом цветовом канале датчика типа Байера. По словам Нормана Корена, наложения сенсора Foveon X3 «гораздо менее неприятны, потому что он монохромный». Теоретически возможно, чтобы датчик Foveon X3 с таким же количеством фотодиодов, что и датчик Байера, и без отдельного фильтра сглаживания, мог достичь более высокого пространственного разрешения, чем датчик Байера. Независимые тесты показывают, что матрица «10,2 МП» датчика Foveon X3 (в Sigma SD10) имеет разрешение, аналогичное разрешению датчика Байера на 5 или 6 МП. При низкой чувствительности ISO он даже похож на датчик Байера на 7,2 МП.
С выпуском Sigma SD14 разрешение сенсора Foveon X3 с разрешением 14 МП (4,7 МП, красный + 4,7 МП, зеленый + 4,7 МП) выгодно сравнивается с разрешением 10 МП. Датчики Байера. Например, Майк Чейни из программного обеспечения говорит, что «SD14 дает лучшие фотографии, чем типичная 10-мегапиксельная цифровая зеркальная фотокамера, потому что она способна передавать резкие детали вплоть до точки« спада »при 1700 LPI, тогда как контраст, детализация цвета и резкость начинаются ухудшаться задолго до предела 1700 LPI на 10-мегапиксельной зеркальной фотокамере Bayer. "
В другой статье датчик Foveon X3 оценивается как примерно эквивалентный 9-мегапиксельному датчику Bayer.
Визуальное сравнение между Датчик Foveon на 14 МП и датчик Байера на 12,3 МП показывают более четкие детали Foveon.
Датчик Foveon X3, используемый в камере Sigma SD10, был охарактеризован двумя независимыми обозревателями как более шумные, чем датчики в некоторых других зеркальных фотокамерах, в которых используется датчик Байера, при более высоких значениях светочувствительности ISO, эквивалентных, в частности цветности. Другой отметил более высокий уровень шума при длительной выдержке. Однако эти обозреватели не высказывают мнения относительно того, является ли это неотъемлемым свойством сенсора или алгоритмов обработки изображений камеры.
Что касается Sigma SD14, в которой используется более поздний датчик Foveon X3, один рецензент оценил его уровень шума как от «очень низкого» при ISO 100 до «умеренного» при ISO 1600 при использовании камеры Формат необработанного изображения.
На сайте Sigma SD14 есть галереи изображений с полным разрешением, показывающих цвета, полученные с помощью технологии Foveon. Чип Foveon на 14 МП создает файлы RGB с исходным размером 4,7 МП; Камеры с 14 МП фильтром Байера создают исходный размер файла 14 МП путем интерполяции (т. Е. Демозаики). Прямое визуальное сравнение изображений с датчиков Байера с разрешением 12,7 МП и датчиков Foveon с разрешением 14,1 МП показывает, что изображения Байера превосходят мелкие монохромные детали, такие как линии между кирпичами на удаленном здании, но изображения Foveon лучше по цветовому разрешению.
