Foveon X3

Foveon X3  je řada fotomatic od společnosti Foveon , ve kterých se separace barev do aditivních RGB barev provádí vrstva po vrstvě, podél tloušťky polovodičového materiálu, s využitím fyzikálních vlastností křemíku.

Název senzoru "X3" [1] implikuje jak jeho "třívrstvou", tak "trojrozměrnou" strukturu, aby se zdůraznil rozdíl od "plochých" matic s Bayerovým filtrem .

Řídicí obvody a maticové prvky lze sestavit pomocí CMOS a dalších technologických řešení. V současnosti ( 2008 ) se však vyrábí pouze verze CMOS . Ořezový faktor matic "Foveon x3" je 1,74.

Maticová architektura a princip fungování

Charakteristickým rysem matric Foveon je, že fotodiody , které tvoří barevný prvek obrazu, jsou umístěny jedna nad druhou a tvoří "sloupec" kolmý k povrchu matrice. Vzhledem k tomu, že koeficient absorpce světla v křemíku v optické oblasti monotónně závisí na vlnové délce [2] , je modrá část spektra pohlcena především horní vrstvou (tloušťka 0,4 μm), zelená část spektra (tloušťka 2 μm ) a červenou spodní vrstvou (více než 2 μm), oddělené pn přechody a mající samostatné výstupy signálu. Toto uspořádání umožňuje získat kompletní informace o třech barevných kanálech v jednom bodě [3] .

Takové vertikální uspořádání se radikálně liší od polí Bayerových filtrů , kde je každý prvek barevného obrazu tvořen kombinací jednobarevných signálů ze skupiny subpixelových fotodiod umístěných v blízkosti povrchu snímače, „pokrytých“ barevnými filtry. Na rozdíl od fotosenzorů Bayer, snímače Foveon nepoužívají barevné filtry a díky sběru signálu ze tří barevných kanálů v jednom bodě není potřeba při vytváření obrazu interpolovat barevné subpixelové signály.

Vzhledem k malé (méně než 5 mikronů) tloušťce snímače je možný vliv chromatických aberací na obraz minimální. Stejně jako u jiných typů matric však dochází k absorpci červené části spektra v maximální hloubce. V důsledku parazitní difúze fotoelektronů a osvětlení šikmými paprsky v oblasti maximálních vlnových délek dochází k dodatečnému rozostření obrazu. Stejný efekt zejména znesnadňuje další (ve srovnání se současnými maticemi) zmenšení velikosti prvku a zvýšení rozlišení. [čtyři]

Výhody

Jasnější obrázek:

• Pro chybějící komponenty v každém pixelu není vyžadována žádná interpolační procedura.
• K vyřešení problému barevného moaré  - jevu charakteristickém pro mozaikové matice , není před matricí potřeba žádný rozmazávací filtr (povinná součást Bayerových matric, je to také anglický  Anti-aliasingový filtr ) ;

Potenciálně lepší hlučnost:

• Teoreticky umožňuje zlepšit poměr signálu k šumu díky absenci barevných filtrů, které absorbují ⅔ světelného toku. Ale kvůli absorpci světelného toku horními vrstvami a potřebě obnovit sytost barev dodatečným zpracováním je zisk citlivosti malý.
• Podle vývojářů má Foveon X3 ještě jednu zajímavou vlastnost – měnitelnou velikost efektivního pixelu. Malá velikost umožňuje pořizovat snímky s vysokým rozlišením. Větší - umožňuje fotografovat při slabém osvětlení. Slučování pixelů do systémů 1x1, 4x4, 1x2 atd. probíhá dynamicky. [5]

Nevýhody

• Nedostatečná barevná přesnost a nemožnost jejího radikálního vylepšení, protože je do značné míry určována vlastnostmi křemíku jako takového a libovolný výběr barviva pro komponenty je nemožný.
• Relativně vysoká úroveň digitálního šumu. Bohužel rozdělení není ani zdaleka dokončeno. Některé z fotonů jsou absorbovány v "cizí" oblasti. V důsledku toho se barevné informace ukáží jako neúplné, sytost barev při přímém použití signálů RGB ze snímače, protože hodnoty obrazových pixelů poskytují obraz s nízkým kontrastem, nenasycený. Pro kompenzaci tohoto efektu je nutné zavést agresivní algoritmus obnovy odstínu. Právě vynucené zvýšení saturace má hlavní podíl na zvýšení konečného šumu matrice. [6] [7] [8]

Kontroverzní marketingové techniky

Stejně jako výrobci fotosenzorů Bayer, kteří uvádějí počet jednobarevných subpixelů v charakteristikách matic, Foveon umisťuje matici X3-14.1MP jako „14megapixelové“ (4,68 milionů třísenzorových „sloupců“). Takový marketingový přístup, kdy je „pixel“ nazýván prvkem, který vnímá jednu barvu [9] , je v současné době ve fotografickém průmyslu obecně přijímán. Také "pixel" je mylně nazýván prvkem fotocitlivé matice (snímání - ze senzorového prvku) .

Zároveň je v případě Bayerových matic s následnou softwarovou interpolací smyslů díky jejich prostorové rozmanitosti dosaženo o něco vyššího rozlišení než u Foveonu (14,1 mil. subpixelů), tedy z hlediska rozlišení obraz matice Foveon X3-14.1MP je srovnatelná s obrázkem získaným s maticemi Bayer s rozlišením 8-10 Mp [10] ). Absence potřeby softwarové interpolace ve Foveonu však poskytuje přesnější vzorkování původního obrazu a snižuje zkreslení spojené se vzorkováním (rasterizací), jako je moaré .

Produkty využívající matice Foveon X3

SLR fotoaparáty

• Sigma SD1/Sigma SD1 Merrill [11]
• Sigma SD9
• Sigma SD10
• Sigma SD14 [12] [13]
• Sigma SD15

Bezzrcadlovky

• Sigma sd Quattro / Sigma sd Quattro H – vydání oznámeno na začátku roku 2016

Kompaktní fotoaparáty

• Sigma DP 1 (DP1s a DP1x)
• Sigma DP2 (DP2s a DP2x)
• Sigma DP1/DP2/DP3 Merrill [14]
• Sigma DP0/DP1/DP2/DP3 Quattro

• Polaroid x530
• Hanvision HVDUO-5M
• Hanvision HVDUO-10M

Výrobci

• National Semiconductor [15]
• Dongbu Electronics [16]

Viz také

• Matice Nikon RGB
• matrice (foto)
• Bayerův filtr

Poznámky

1. ↑ webové stránky výrobce . Získáno 8. května 2022. Archivováno z originálu dne 9. srpna 2020. (neurčitý)
2. ↑ Optické vlastnosti křemíku // Fyzikálně technický ústav Ioffe . Získáno 14. listopadu 2011. Archivováno z originálu 9. června 2011. (neurčitý)
3. ↑ R. B. Merril. Separace barev v aktivním zobrazovacím poli buněk pixelů pomocí struktury se třemi jamkami. US patent 5,965,875 Oct. 12.1999
4. ↑ Ji Soo Lee, " Fotoreakce obrazových snímačů CMOS ", Ph.D. disertační práce, University of Waterloo, 2003
5. ↑ o recenzi matice Foveon X3 (nepřístupný odkaz) . Získáno 25. srpna 2007. Archivováno z originálu dne 31. srpna 2007. (neurčitý) 
6. ↑ Rush a Hubel, výše , str. 3-5.
7. ↑ IXBT.COM: Hodnocení hlučnosti pole Foveon X3 vs. tradiční pole mozaiky . Získáno 18. července 2005. Archivováno z originálu dne 12. března 2005. (neurčitý)
8. ↑ Foveon zevnitř (nepřístupný odkaz) . Získáno 30. ledna 2013. Archivováno z originálu 8. února 2013. (neurčitý) 
9. ↑ Foveon Pixel Definition Archivováno 11. června 2008 na Wayback Machine 
10. ↑ O srovnání SD14 a 5D kamer Archivováno 7. února 2012 na Wayback Machine  
11. ↑ recenze kamery Sigma SD1 . Získáno 25. května 2011. Archivováno z originálu 8. června 2011. (neurčitý)
12. ↑ Recenze fotoaparátu Sigma SD14 Archivováno 20. března 2011.
13. ↑ o matici Foveon X3 . Získáno 12. prosince 2007. Archivováno z originálu dne 26. října 2011. (neurčitý)
14. ↑ Galerie senzorů Merrill a možnosti
15. ↑ Z. Archivováno z originálu 7. února 2012. místo 3. března 2007. Archivováno z originálu 7. února 2012.  (Angličtina)
16. ↑ Z. stránky 3. března 2007 Archivováno z originálu 6. února 2012.  (Angličtina)

Literatura

• Richard F. Lyon a Paul M. Hubel. Pohled na fotoaparát: do příštího století . 10. konference o barevném zobrazování: Věda o barvách, systém a aplikace. IS&T a SID, Springfield, Va, USA, 2002, str. 349-355.