Foveon X3
Foveon X3е серия от фотоматрици от Foveon, в които разделянето на цветовете в допълнителни RGB цветове се извършва слой по слой, през дебелината на полупроводниковия материал, като се използват физическите свойства на силиция.
Името на сензора "X3" [1] предполага както неговата "трислойна", така и "триизмерна" структура, за да се подчертае разликата от "плоските" матрици с филтър на Байер.
Контролните вериги и матричните елементи могат да бъдат изградени с помощта на CMOS и други технологични решения. Въпреки това, в момента (2008 г.) се произвежда само CMOS версията. Кроп факторът на матриците "Foveon x3" е 1.74.
Съдържание
Характеристика на матриците Foveon е, че фотодиодите, които формират цветния елемент на изображението, са разположени един над друг, образувайки „колона“, перпендикулярна на повърхността на матрицата. Тъй като коефициентът на поглъщане на светлината в силиций в оптичния диапазон зависи монотонно от дължината на вълната [2], синята част на спектъра се абсорбира главно от горния слой (0,4 µm дебелина), зеления среден слой (2 µm дебелина) и червения долен слой (повече от 2 µm), разделени от p-n преходи и имащи отделни сигнални изходи. Тази подредба ви позволява да получите пълна информация за три цветни канала в една точка [3] .
Такова вертикално оформление е коренно различно от филтърните масиви на Bayer, където всеки елемент от цветно изображение се формира от комбинация от едноцветни сигнали от група субпикселни фотодиоди, разположени в непосредствена близост до повърхността на сензора, „покрити“ с цветни филтри. За разлика от фотосензорите на Bayer, сензорите Foveon не използват цветни филтри и поради събирането на сигнала в три цветни канала в една точка, няма нужда да се интерполират цветни субпикселни сигналипри формиране на изображение.
Поради малката (по-малко от 5 микрона) дебелина на сензора, възможният ефект от хроматични аберации върху изображението е минимален. Въпреки това, както при други видове матрици, поглъщането на червената част от спектъра се извършва на максимална дълбочина. В резултат на паразитна дифузия на фотоелектрони и осветяване с наклонени лъчи в областта на максималните дължини на вълната се получава допълнително размиване на изображението. По-специално, същият ефект затруднява допълнително (в сравнение с настоящите матрици) намаляване на размера на елемента и увеличаване на разделителната способност. [4]
По-ясно изображение:
- Не е необходима процедура на интерполация за липсващите компоненти във всеки пиксел.
- Не се изисква филтър за замъгляване преди матрицата (задължителен компонент на матриците на Байер, също е английски Anti-aliasing филтър), за да се реши проблемът с цветния моар - явление, характерно за мозаечните матрици;
Потенциално по-добра шумова производителност:
- Теоретично това позволява да се подобри съотношението сигнал/шум поради липсата на цветни филтри, които абсорбират ⅔ от светлинния поток. Но поради поглъщането на светлинния поток от горните слоеве и необходимостта от възстановяване на наситеността на цвета с допълнителна обработка, печалбата в чувствителността е малка.
- Според разработчиците Foveon X3 има още едно интересно свойство - преоразмеряемият ефективен пиксел. Малкият размер ви позволява да правите снимки с висока разделителна способност. По-голям - позволява ви да снимате при слаба светлина. Сливането на пиксели в системи 1x1, 4x4, 1x2 и т.н. се извършва динамично. [5]
- Недостатъчната точност на цвета и невъзможността за радикалното му подобряване, тъй като се определя най-вече отсвойствата на силиция като такъв и не е възможен произволен избор на багрило за компонентите.
- Сравнително високо ниво на цифров шум. За съжаление разделението далеч не е пълно. Част от фотоните се поглъщат в "чуждата" област. В резултат на това информацията за цвета е непълна, наситеността на цветовете при директно използване на R G B сигнали от сензора като стойности на пикселите на изображението дава изображение с нисък контраст, ненаситено. За да се компенсира този ефект, е необходимо да се въведе агресивен алгоритъм за възстановяване на нюанса. Именно форсираното увеличаване на наситеността има основен принос за увеличаването на крайния шум на матрицата. [6][7][8]
Подобно на производителите на фотосензори Bayer, които показват броя на едноцветните субпиксели в характеристиките на матриците, Foveon позиционира матрицата X3-14.1MP като „14-мегапикселова“ (4,68 милиона „колони“ с три сензора). Такъв маркетингов подход, когато „пиксел“ се нарича елемент, който възприема един цвят [9], в момента е общоприет във фотографската индустрия. Също така, „пиксел“ погрешно се нарича елемент от фоточувствителна матрица(sensel - от сензорен елемент).
В същото време, в случай на матрици на Bayer с последваща софтуерна интерполация на сензорите поради тяхното пространствено разделяне, се постига малко по-висока разделителна способност, отколкото във Foveon (14,1 милиона субпиксела), т.е. по отношение на разделителната способност изображението на матрицата Foveon X3-14.1MP е сравнимо с изображението, получено от матрицата на Bayer с разделителна способност 8–10 MP [10]). Все пак трябва да се отбележи, че липсата на необходимост от софтуерна интерполация във Foveon осигурява по-точно вземане на проби от оригиналното изображение, намалявайки изкривяването, свързано с вземането на проби (растеризация), като моаре.