Foveon X3

Foveon X3  on sarja Foveonin fotomatriiseja , joissa värierottelu additiivisiksi RGB -väreiksi suoritetaan kerros kerrokselta pitkin puolijohdemateriaalin paksuutta käyttämällä piin fysikaalisia ominaisuuksia.

Anturin nimi "X3" [1] viittaa sekä sen "kolmikerroksiseen" että "kolmiulotteiseen" rakenteeseen, jotta voidaan korostaa eroa Bayer-suodattimella varustetuista "litteistä" matriiseista .

Ohjauspiirejä ja matriisielementtejä voidaan rakentaa käyttämällä CMOS - tekniikkaa ja muita teknisiä ratkaisuja. Kuitenkin tällä hetkellä ( 2008 ) tuotetaan vain CMOS -versio. "Foveon x3" -matriisien rajauskerroin on 1,74 .

Matriisiarkkitehtuuri ja toimintaperiaate

Foveon-matriisien ominaisuus on, että kuvan värielementin muodostavat fotodiodit sijaitsevat toistensa yläpuolella muodostaen "pylvään" kohtisuoraan matriisin pintaan nähden. Koska valon absorptiokerroin piissä optisella alueella riippuu monotonisesti aallonpituudesta [2] , spektrin sininen osa absorboituu pääasiassa ylempään kerrokseen (paksuus 0,4 μm), spektrin vihreään osaan (paksuus 2 μm). ) ja punainen alempi kerros (yli 2 μm), jotka on erotettu pn-liitoksista ja joilla on erilliset signaalilähdöt. Tämän järjestelyn avulla voit saada täydelliset tiedot kolmesta värikanavasta yhdessä pisteessä [3] .

Tällainen pystysuora asettelu eroaa radikaalisti Bayerin suodatinmatriisista , joissa värikuvan jokainen elementti muodostuu yksiväristen signaalien yhdistelmästä, joka on peräisin joukosta alipikselivalodiodeja, jotka sijaitsevat anturin pinnan vieressä ja jotka on "peitetty" värisuodattimilla. Toisin kuin Bayerin valoanturit, Foveon-anturit eivät käytä värisuodattimia, ja koska signaali kerätään kolmelta värikanavalta yhdessä pisteessä, värien alipikselisignaaleja ei tarvitse interpoloida kuvaa muodostettaessa.

Pienen (alle 5 mikronin) anturin paksuudesta johtuen kromaattisten poikkeamien mahdollinen vaikutus kuvaan on minimaalinen. Kuitenkin, kuten muissakin matriiseissa, spektrin punaisen osan absorptio tapahtuu suurimmalla syvyydellä. Valoelektronien parasiittisen diffuusion ja maksimiaallonpituuksien alueella olevien vinojen säteiden valaistuksen seurauksena kuvassa esiintyy ylimääräistä hämärtymistä. Erityisesti sama vaikutus vaikeuttaa edelleen (verrattuna nykyisiin matriiseihin) elementin koon pienentämistä ja resoluution lisäämistä. [neljä]

Edut

Selkeämpi kuva:

• Interpolointimenettelyä ei vaadita kunkin pikselin puuttuville komponenteille.
• Sumennussuodatinta ei tarvita ennen matriisia (pakollinen Bayer-matriisien komponentti, se on myös englanninkielinen  Anti-aliasing filter ) värimoiré -ongelman ratkaisemiseksi  - ilmiö, joka on ominaista mosaiikkimatriiseille ;

Mahdollisesti parempi meluteho:

• Teoreettisesti se mahdollistaa signaali-kohinasuhteen parantamisen, koska siinä ei ole värisuodattimia, jotka absorboivat ⅔ valovirrasta. Mutta johtuen ylempien kerrosten valovirran imeytymisestä ja tarpeesta palauttaa värikylläisyys lisäkäsittelyllä, herkkyyden lisäys on pieni.
• Kehittäjien mukaan Foveon X3:lla on toinen mielenkiintoinen ominaisuus - muutettava tehollinen pikseli. Pienen koon ansiosta voit ottaa korkearesoluutioisia kuvia. Suurempi - voit kuvata hämärässä. Pikselien yhdistäminen 1x1, 4x4, 1x2 jne. järjestelmiin tapahtuu dynaamisesti. [5]

Haitat

• Riittämätön värin tarkkuus ja sen radikaalin parantamisen mahdottomuus, koska sen määräävät suurimmassa määrin piin ominaisuudet sellaisenaan, ja mielivaltainen väriaineen valinta komponenteille on mahdotonta.
• Suhteellisen korkea digitaalinen kohina. Valitettavasti jako ei ole vielä läheskään valmis. Osa fotoneista absorboituu "vieraalla" alueella. Tämän seurauksena väritiedot osoittautuvat epätäydellisiksi, värikylläisyys käytettäessä suoraan anturin RGB-signaaleja, koska kuvan pikseliarvot antavat vähäkontrastisen, tyydyttymättömän kuvan. Tämän vaikutuksen kompensoimiseksi on otettava käyttöön aggressiivinen sävynpalautusalgoritmi. Kylläisyyden pakotettu lisäys vaikuttaa pääasiallisesti matriisin lopullisen kohinan kasvuun. [6] [7] [8]

Kiistanalaisia ​​markkinointitekniikoita

Kuten Bayerin valoanturien valmistajat, jotka ilmoittavat yksiväristen alipikselien määrän matriisien ominaisuuksissa, Foveon sijoittaa X3-14.1MP matriisin "14 megapikseliksi" (4,68 miljoonaa kolmen sensorin "saraketta"). Tällainen markkinoinnin lähestymistapa, jossa "pikseliä" kutsutaan elementiksi, joka havaitsee yhden värin [9] , on tällä hetkellä yleisesti hyväksytty valokuvateollisuudessa. Myös "pikseliä" kutsutaan virheellisesti valoherkän matriisin elementiksi (sensel - from sensor element) .

Samanaikaisesti Bayer-matriisien tapauksessa, jossa aistit myöhemmin interpoloidaan ohjelmistolla niiden avaruudellisen monimuotoisuuden vuoksi, saavutetaan hieman korkeampi resoluutio kuin Foveonissa (14,1 miljoonaa apikseliä), eli resoluutiolla mitattuna kuva Foveon X3-14.1MP matriisi on verrattavissa Bayer-matriiseilla saatuun kuvaan, jonka resoluutio on 8-10 Mp [10] ). Ohjelmistointerpoloinnin puuttuminen Foveonissa tarjoaa kuitenkin tarkemman näytteenoton alkuperäisestä kuvasta, mikä vähentää näytteenottoon (rasterointiin) liittyvää vääristymää, kuten moiré -kuvaa .

Tuotteet, joissa käytetään Foveon X3 -matriiseja

SLR-kamerat

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

Peilittömät kamerat

• Sigma sd Quattro / Sigma sd Quattro H - julkaisu julkistettiin vuoden 2016 alussa

Kompaktikamerat

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

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

Tuottajat

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

Katso myös

• Nikon RGB matriisi
• matriisi (kuva)
• Bayerin suodatin

Muistiinpanot

1. ↑ valmistajan verkkosivusto . Haettu 8. toukokuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 9. elokuuta 2020. (määrätön)
2. ↑ Piin optiset ominaisuudet // Ioffe Physical Technical Institute . Haettu 14. marraskuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 9. kesäkuuta 2011. (määrätön)
3. ↑ R. B. Merril. Värien erotus aktiivisessa pikselisolukuvantamisjärjestelmässä kolmoiskuopparakenteen avulla. US-patentti 5 965 875 lokakuuta 12.1999
4. ↑ Ji Soo Lee, " Photoresponse of CMOS Image Sensors ", Ph.D. Väitöskirja, Waterloon yliopisto, 2003
5. ↑ Foveon X3 -matriisiarvostelusta (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 25. elokuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 31. elokuuta 2007. (määrätön) 
6. ↑ Rush ja Hubel, yllä , s. 3-5.
7. ↑ IXBT.COM: Foveon X3 -taulukon ja perinteisten mosaiikkitaulukoiden kohinan suorituskyvyn arviointi . Haettu 18. heinäkuuta 2005. Arkistoitu alkuperäisestä 12. maaliskuuta 2005. (määrätön)
8. ↑ Foveon sisältä (pääsemätön linkki) . Haettu 30. tammikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 8. helmikuuta 2013. (määrätön) 
9. ↑ Foveon Pixel Definition arkistoitu 11. kesäkuuta 2008 Wayback Machinessa 
10. ↑ Tietoja SD14- ja 5D-kameroiden vertailusta Arkistoitu 7. helmikuuta 2012 Wayback Machinessa  
11. ↑ arvostelu Sigma SD1 -kamerasta . Haettu 25. toukokuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 8. kesäkuuta 2011. (määrätön)
12. ↑ Sigma SD14 -kameraarvostelu Arkistoitu 20. maaliskuuta 2011.
13. ↑ Foveon X3 -matriisista . Haettu 12. joulukuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 26. lokakuuta 2011. (määrätön)
14. ↑ Merrill-anturigalleria ja ominaisuudet
15. ↑ Of. Arkistoitu alkuperäisestä 7. helmikuuta 2012. sivusto 3. maaliskuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 7. helmikuuta 2012.  (Englanti)
16. ↑ Of. sivusto 3. maaliskuuta 2007 Arkistoitu alkuperäisestä 6. helmikuuta 2012.  (Englanti)

Kirjallisuus

• Richard F. Lyon ja Paul M. Hubel. Kameran katselu: seuraavalle vuosisadalle . 10. värikuvauskonferenssi: väritiede, järjestelmä ja sovellukset. IS&T ja SID, Springfield, Va, USA, 2002, s. 349-355.