Foveon X3-сенсор

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Логотип Foveon X3

Foveon X3-сенсор[править]

Рис.2,Основной элемент Фотосенсоров Foveon, CCD матриц (фото)

Foveon X3-сенсор с основным элементом Foveon X3-матрицей, разработанного компанией Foveon, отличается цветоделением на аддитивные цвета RGB c использованием дисперсного свойства кремнийкремния поглощать «синие» , «зелёные» и « красные» составляющие лучи света на разной глубине фотодиода (в зависимости от разной длины волны — разной энергоемкости аналогового сигнала) в пределах одного пикселя (без применения фильтра Байера).

Название фото-датчика «Х3»[1] означает его «трёхмерность». Фотодиодами в такой матрице могут служить элементы, созданные по технологиям КМОП, ПЗС, DX .

Принцип работы[править]

В соответствии с трёхкомпонетной моделью человеческого цветовосприятия, составляющие цвета предметной точки можно определить, измеряя уровни яркости красного, зелёного и синего цвета. В светочувствительной матрице каждый элемент-фотодиод (пиксель) генерирует электрический ток пропорциональный количеству фотонов, вызвавших фотоэффект, за время экспозиции.

Цифровая фотография аналогично фотоэмульсионной (на основе применения светочувствительных зёрен галогенидов серебра) с использованием фотодатчиков , например, трехслойных - Foveon X3, равнозначна цветной плёночной фотографии в плане фиксации первичного аналогового сигнала (См.Рис.1). Т.е. аналоговый сигнал предметной точки, состоящий из составляющих света RGB,фиксируется друг под другом в одном фотодиоде в порядке: синий, зеленый,красный.(см. подробнее Foveon X3-матрица). Однако, в отличие от фотоплёнки для получения выходного одного сигнала на основе аддитивного синтеза цвета применятся сложное АЦП. При этом аналоговые составляющие сигналы каждого слоя преобразуются в один выходной сигнал. Аналоговый сигнал предметной точки в Фотосенсоре с последующим преобразованием в АЦП перед выходом его в карту памяти фотоаппарата в виде готового файла, а при съемке в системе RAW — с применением Photoshopa). На начальном этапе фиксации его в фотодиоде мы получаем его истинное значение в виде аналогового сигнала черно-белого изображения. Далее, в результате АЦП или других систем преобразований происходит дискретизация сигналов, модуляция, врсстановление их и оцифровка. При этом система восстановления дискретного сигнала в выходной аналоговый сигнал электронными системами квантования и дискретно-аналогового восстановления обеспечивает получение цветовых характеристик 1:1 по сравнению со снимаемым оригиналом. Главным условием является присутствие истинных составляющих аналогового сигнала при дискретизации для восстановления (отсутствие фильтров Байера, фиксация предметной точки в одном пикселе как в цветной фотоплёнке). [2], [3], [4]. Таким образом, трехуровневые фотодатчики RGB (пиксели) в отличие от однослойных матриц образуют ячейку RGB в одном фоточувствительном элементе вместо трех.

Это заметно при тестировании [5]. Изображения при фотографировании с применением этих фотосенсоров дают больше мелких световых деталей и набор цветовых характеристик, близких к оригиналу. Также это позволяет улучшить соотношение сигнал/шум, так как в классических матрицах Байера (См.Рис.2) до 2/3 светового потока теряется в силу конструктивных особенностей (однослойного расположения пикселей в виде ячеек типа RGB. Фиксция аналогового сигнала предметной точки величиной в 1/3 его величины, получение выходного сигнала предметной точки после интерполяции 2/3 сигнала её компенсируется из двух рядом расположенных предметных точек в каждой ячейке). Это не дает возможность получить изображение — копию по отношению к оригиналу.[6]

Фотосенсор Foveon X3 с равным количество пикселей по сравнению с однослойными матрицами выдаёт изображение более чётким, так как при отсутствии фильтра Байера его не нужно интерполировать.[7]

Немного истории[править]

В 1997 году Карвером Мидом Carver Mead) создано совместное предприятие National Semiconductor и Synaptics, в последствии компании Foveon. В основе ее деятельности заложены технологии полупроводниковых микросхем на базе архитектуры VLSI (или СБИС, или условно — схемы сверхбольшой интеграции). Откуда и появилась новая технология фотодатчика под названием Foveon X3-сенсор.[8]

Кавасаки, Япония, 11-ого ноября 2008 - Корпорация Сигмы (Местоположение: Кавасаки, Япония), приобрел 100 % запаса компании, которая развивала оригинальный датчик изображения с тремя слоями, Foveon Inc. Компания Фовеон продолжит работы развития датчика в Сан-Хосе, Калифорнии, США.

Фовеон сделал открытие, которое развивает запатентованную всемирную первую технологию ввода изображений с тремя слоями, помещая набор пикселов RGB в каждом отдельном пикселе фотосенсора. В результате датчики Фовеона обнаруживают все три первичных цвета в каждом отдельном пикселе, производя изображения, которые более остры и значительно уменьшили количество посторонних влияний смежных точек изображения по сравнению с конкурирующими технологиями фотодатчика изображения.[9]

Достоинства[править]

Портрет, сделанный при помощи фотосенсора Foveon X3
  • Изображение, которое даёт фотодатчик более натуральное, т.к. отпадает необходимрсть в интерполяции его.[10]
  • Отсутствие цветового муара — артефакта, характерного для мозаичных матриц (См. шёлковую ленточку на руках, специально надетую);
  • По заявлению разработчиков фотодатчик Foveon Х3 имеет ещё одно свойство — бинарность, изменяемый размер пикселя. Малый размер позволяет делать снимки высокого разрешения и качества. Больший — даёт возможность снимать при слабом освещении. При этом объединение сенсоров в пиксели может проводиться программно, без смены самой матрицы. Подобная технология изменения площади пикселя используется в матрицах компании Fujifilm.[11]

Недостатки[править]

  • Относительно высокий уровень цифрового шума, что объясняется влиянием верхних слоёв кремния на красный и зелёный слои фотодиода. Следует учитывать, что на эти детекторы свет попадает, пройдя слои верхних сенсоров, и измеряемый сигнал состоит частично из комбинации сигналов от всех цветов, в результате в каждом уровне он формирует сигнала немного искаженый. RGB составлящие цвета в целом аналоговые составлящие сигналов.[1]  IXBT.COM: Оценка шумовой характеристики матрицы Foveon X3 против традиционных мозаичных матрицОднако, по мере совершенствования и возможностей Foveon X3 уже практически решена система формирования сигнала предметной точки в границах одного трехслойного пиксела. Система управления упрощена. Появилась возможность отвода сигналов с каждого слоя - фотодиода в более чистом виде и управлять ими в требуемом технологическом режиме с минимальными затратами энергии. Объединение пикселов в сисемы 1х1, 4х4, 1х2 и т. д. в динамике, не ожидая формирования изображения целиком, как в фотодатчиках, например, CMOS, дало возможность регулировки размера групп пикселей в сторону увеличения до 16 раз, что позволяет управлять шумом, увеличивать скорость формирования кадра, то есть съёмок быстро меняющихся ситуаций и т. д. Недостатки, имевшие место при создании матрицы в 2002 году, в настоящее время постепенно исключаются. В последних моделях фотоаппаратов (Например, Sigma SD14) фотодиоды накрываются микролинзами, что снижает шумы и улучшает работу фотодатчика.[12][13](Смотри портрет , сделанный последней моделью фотокамеры Sigma. [14])

Продукты, использующие Foveon X3[править]

  • Sigma SD9
  • Sigma SD10
  • Sigma SD14[15][16]
  • Polaroid x530
  • Hanvision HVDUO-5M
  • Hanvision HVDUO-10M

См. также[править]

Примечания[править]

Ссылки[править]

Литература[править]

  • Васильев В.П. Основы теории и расчета цифровых фильтров: учеб. пособие для высш. учеб. заведений / В.П. Васильев, Э.Л. Муро, С.М.Смольский; под ред. С.М.Смольского.. — 1-е изд.. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — С. 272 с.,ил. — ISBN 978-5 7695-2709-8>
    Основы теории и расчета цифровых фильтров: учеб. пособие для высш. учеб. заведений / В.П. Васильев, Э.Л. Муро, С.М.Смольский; под ред. С.М.Смольского.” не может быть использован как заголовок статьи на данном сайте.

Примечания[править]