Foveon X3 -Sensor

Das Foveon X3 -Sensor ist eine Digitalkamera Bildsensor entworfen von Foveon, Inc., (jetzt Teil von Sigma Corporation) und von Dongbu Electronics hergestellt.[1] Es verwendet eine Reihe von Photossites, die aus drei vertikal gestapelten bestehen Fotodioden. Jeder der drei gestapelten Fotodioden hat eine andere Spektralempfindlichkeit, damit es anders auf verschiedene reagieren kann Wellenlängen.[2] Die Signale aus den drei Fotodioden werden dann als verarbeitet Additive Farbe Daten, die in einen Standard umgewandelt werden RGB -Farbraum.

Die X3 -Sensor -Technologie wurde erstmals 2002 in der eingesetzt Sigma SD9 DSLR Kamera und anschließend in der SD10, SD14, SD15, SD1 (einschließlich SD1 Merrill), der ursprüngliche spiegellose kompakt Sigma DP1 und Sigma DP2 In den Jahren 2008 bzw. 2009 die Sigma DP2 Quattro Serie aus dem Jahr 2014 und die Sigma SD Quattro -Serie aus dem Jahr 2016. Die Entwicklung der Foveon X3 -Technologie ist Gegenstand des Buches 2005 Das Siliziumauge durch George Gilder.

Betrieb

Wellenlängenabhängige Absorption im Silizium und im Foveon X3-Sensor. Siehe Text für Erläuterung.

Das Diagramm rechts zeigt, wie der Foveon X3 -Sensor funktioniert. Das Bild links zeigt die Absorption von Farben für jede Wellenlänge, wenn es durch die durchläuft Siliziumwafer. Das Bild auf der rechten Seite zeigt einen geschichteten Sensorstapel, der die Farben zeigt, die es bei jedem Absorptionsniveau für jedes Ausgangspixel erkennt. Die gezeigten Sensorfarben sind nur Beispiele. In der Praxis resultieren die Farbattribute jedes Ausgabepixels dieses Sensor aus der Kamera Bildverarbeitung Algorithmen, die einen Matrixprozess verwenden, um eine einzelne RGB -Farbe aus allen vom Photodiodenstapel erfassten Daten zu konstruieren.[2]

Die Tiefe des Siliziumwafers in jedem der drei Sensoren beträgt weniger als fünf Mikrometer das schafft eine vernachlässigbare Auswirkung auf Fokussierung oder chromatische Abweichung. Da jedoch die Sammelstiefe der tiefsten Sensorschicht (rot) mit den Sammelstiefen in anderen Silizium vergleichbar ist CMOs und CCD Sensoren, eine gewisse Diffusion von Elektronen und die Schärfenverlust in den längeren Wellenlängen treten auf.[3]

Verwenden

Die erste Digitalkamera, die einen Foveon X3 -Sensor benutzte Sigma SD9, a Digital SLR im Jahr 2002 gestartet.[4] Es verwendete eine 20,7 × 13,8 mm, 2268 x 1512 × 3 (3,54 × 3 MP) Iteration des Sensor Sigma Sa Mount. Die Kamera wurde 2003 von der verbesserten, aber technisch ähnlichen verfolgt Sigma SD10,[5] was wiederum 2006 von der erfolgreich war Sigma SD14, die eine höherauflösende 2640 × 1760 × 3 (4,64 × 3 MP) Sensor verwendete. Der Nachfolger des SD14, der Sigma SD15, wurde im Juni 2010 veröffentlicht[6] und verwendete den gleichen 2640 × 1760 × 3 -Sensor wie der SD14. Das Sigma SD1 wurde im Juni 2011 veröffentlicht[7] Mit einem neuen 23,5 × 15,7 mm APS-C 4800 × 3200 × 3 (15,36 × 3 MP), der für den professionellen Markt entwickelt wurde.[8]

Im Jahr 2004 kündigte Polaroid Corp. die Polaroid X530 an,[9] Eine kompakte Kamera mit einer 1408 × 1056 × 3, 1/1,8-in. Sensor. Die Kamera hatte 2005 eine begrenzte Veröffentlichung, wurde jedoch später im Jahr wegen nicht spezifizierter Probleme der Bildqualität zurückgerufen.[10] Sigma kündigte 2006 einen Prototyp seiner Foveon-basierten Kompaktkamera an, die Sigma DP1mit dem gleichen 14 -MP -Sensor wie SD14 DSLR. Eine überarbeitete Version des Prototyps wurde 2007 ausgestellt, und die Kamera wurde schließlich im Frühjahr 2008 auf den Markt gebracht.[11] Im Gegensatz zum Polaroid X530 hatte der DP1 eine APS-C-Gerisierungssensor mit einem 28 -mm -Äquivalent Prime Objektiv. Die Kamera wurde als DP1s und DP1X überarbeitet. Im Jahr 2009 startete das Unternehmen das DP2,[12] Eine kompakte Kamera mit demselben Sensor und Körper wie der DP1, jedoch mit einem 41 mm-äquivalenten 1: 2,8-Objektiv.

Vergleich zu Bayer-Filter-Sensoren

Der Betrieb des Foveon X3 -Sensors unterscheidet sich von dem der der der Bayer -Filter Bildsensor, der häufiger in verwendet wird Digitalkameras. Im Bayer -Sensor besteht jede Photossit im Array aus einem einzelnen Lichtsensor (entweder CMOs oder CCD), der aufgrund der Filtration nur einer der drei Primärfarben ausgesetzt ist: rot, grün oder blau. Das Erstellen eines farbigen Bildes aus einem Bayer-Sensor erfordert Demosaierung, ein Interpolativer Prozess in dem dem Ausgangspixel, der jedem Photossit zugeordnet ist RGB Wert basiert auf dem Niveau von Rot, Grün und Blau, die von diesen Phototes angrenzten. Der Foveon X3 -Sensor erstellt jedoch seine RGB -Farbausgabe für jede Photossit, indem die Ausgänge jeder der gestapelten Fotodioden an jedem seiner Photossites kombiniert werden. Dieser Betriebsunterschied führt zu mehreren signifikanten Konsequenzen.

Farbartefakte

Da die Demosaierung nicht benötigt wird, um den Foveon X3-Sensor zu produzieren, um ein farbiges Bild zu produzieren, die Farbartefakte ("farbig Jaggies"), die mit dem Prozess verbunden sind[13] häufig verwendet[n 1] Es ist nicht erforderlich, diese Artefakte in einem Bayer -Sensor zu mildern. Das liegt daran, dass wenig Aliasing tritt bei der Fotodioden für jede Farbe auf, mit Hilfe der MikrolensenIntegrieren Sie das optische Bild über eine Region, die fast so groß ist wie der Abstand von Sensoren für diese Farbe.[n 2][14] Andererseits ergibt die Methode der Farbtrennung durch Silizium-Penetrationstiefe eine mehr Kreuzkontamination zwischen Farbschichten, was mehr Probleme mit der Farbgenauigkeit bedeutet.

Lichtsammlung und leichte Leistung

Der Foveon X3 -Photosensor kann mehr Photonen erkennen, die in die Kamera eintreten als einen Mosaiksensor, da jede der Farbfilter, die jede Photossit eines Mosaiksensors überlagert, nur eine der Primärfarben übergibt und die anderen beiden absorbiert. Die Absorption dieser Farben verringert die Gesamtmenge des vom Sensors gesammelten Lichtmengen und zerstört einen Großteil der Informationen über die Farbe des Lichts, das auf jedem Sensorelement aufdringt. Obwohl der Foveon X3 eine größere Leuchtfeuerfähigkeit hat, reagieren die einzelnen Schichten nicht so stark auf die jeweiligen Farben. Daher erfordern farbankennende Informationen in den Rohdaten des Sensors eine "aggressive" Matrix (d. H. Die Entfernung von Common-Mode-Signalen), um Farbdaten in einem Standard zu erstellen Farbraum, die Farbgeräusche in schlechten Lichtverhältnissen erhöhen können.[15]

Räumliche Auflösung

Entsprechend Sigma Corporation"Es gab einige Kontroversen darüber, wie die Anzahl der Anzahl angegeben werden kann Pixel in Foveon -Sensoren. "[16] Das Argument war darüber, ob Verkäufer die Anzahl der Photossites oder die Gesamtzahl der Fotodioden als Megapixelzahl zählen sollten und ob eine derjenigen mit der Anzahl der Fotodioden in einem verglichen werden sollte Bayer -Filter Sensor oder Kamera als Maß für die Auflösung.

Zum Beispiel betragen die Abmessungen des Photossitarrays im Sensor in der Sigma SD10-Kamera 2268 × 1512, und die Kamera erzeugt eine native Dateigröße dieser Abmessungen (mal drei Farbschichten), was ungefähr 3,4 Millionen Drei-Farben-Pixel beträgt . Es wurde jedoch als 10,2 MP-Kamera beworben, indem er berücksichtigt hat, dass jede Photossite gestapelte Rot-, Grün- und Blau-Farb-Sensing-Photodioden enthält, oder Pixelsensoren (2268 × 1512 × 3). Im Vergleich dazu betragen die Abmessungen des Photoseiten-Arrays im Bayer-Sensor von 10,2 MP in der Nikon D200-Kamera 3872 × 2592, aber an jeder Stelle gibt es nur eine Fotodiode oder ein Pixelsensor. Die Kameras haben die gleiche Anzahl von Fotodioden und erzeugen ähnliche Rohdatendateigrößen, aber die Bayer -Filter Die Kamera erzeugt eine größere native Dateigröße durch Demosaierung.

Die tatsächliche Auflösung des Bayer -Sensors ist komplizierter als die Anzahl seiner Photossites, oder seine native Dateigröße könnte vermuten lassen. Die Demosaierung und der separate Anti-Aliasing-Filter werden häufig verwendet, um das Auftreten oder die Schwere der Farbe zu verringern Moiré Muster dass das mosaische Merkmal des Bayer -Sensors produziert. Der Effekt dieses Filters verwischt die Bildausgabe des Sensors, die eine niedrigere Auflösung erzeugt als die fotografische Anzahl scheint zu implizieren. Dieser Filter ist mit dem Foveon X3 -Sensor meist unnötig und wird nicht verwendet. Die früheste Kamera mit einem Foveon X3 -Sensor, der Sigma SD9, zeigten sichtbare Luminanz -Moiré -Muster ohne Farbe Moiré.[17]

Nachfolgende X3-ausgerüstete Kameras haben weniger Aliasing, da sie Mikroverbindungen enthalten, die eine bieten Anti-Aliasing-Filter Durch die Mittelung des optischen Signals über einen Bereich, der der Probendichte entspricht. Dies ist in keinem Farbkanal eines Bayer-Sensors möglich. Das Aliasing aus dem Foveon X3 -Sensor ist "weit weniger lästig, weil er monochrom ist", sagte Norman Koren.[18] Theoretisch ist es für einen Foveon X3-Sensor mit der gleichen Anzahl von Fotodioden wie ein Bayer-Sensor und kein separatem Anti-Aliasing-Filter, um eine höhere räumliche Auflösung zu erreichen als der Bayer-Sensor. Unabhängige Tests zeigen, dass das "10,2 MP" -Array des Foveon X3 -Sensors (im Sigma SD10) eine ähnliche Auflösung wie 5 MP hat[19] oder 6 MP[20] Bayer -Sensor. Bei niedrigen ISO -GeschwindigkeitEs ähnelt sogar einem 7,2 MP[21] Bayer -Sensor.

Mit der Einführung der Sigma SD14Die Auflösung von 14 MP (4,7 MP rot + 4,7 MP grün + 4,7 MP Blau) Foveon X3 -Sensor wird von den Rezensenten von 10 MP Bayer -Sensoren günstig verglichen. Zum Beispiel sagt Mike Chaney von Software "Der SD14 produziert bessere Fotos als ein typischer 10 MP DSLR sich lange vor dem 1700 LPI -Grenze für einen Bayer -basierten 10 MP DSLR abzubauen. "[22]

Ein weiterer Artikel beurteilt den Foveon X3 -Sensor als ungefähr einem 9 -MP -Bayer -Sensor.[23]

Ein visueller Vergleich zwischen einem 14 -MP -Foveon -Sensor und einem 12,3 -MP -Bayer -Sensor zeigt Foveon.[24]

Lärm

Der in der Sigma SD10 -Kamera verwendete Foveon X3 -Sensor wurde von zwei unabhängigen Rezensenten als lauter als die Sensoren in einigen anderen DSLRs charakterisiert ISO -Filmgeschwindigkeitsäquivalente,[25] Chroma Insbesondere Lärm.[26][27] Ein anderer bemerkte höhere Geräusche während der Langzeitbelichtungszeiten.[28][n 3] Diese Rezensenten geben jedoch keine Meinung darüber, ob dies eine inhärente Eigenschaft des Sensors oder der Bildverarbeitungsalgorithmen der Kamera ist.

In Bezug auf den Sigma SD14, bei dem ein neuerer Foveon X3 -Sensor verwendet wird, beurteilte ein Rezensent seine Geräuschpegel von "sehr niedrig" bei ISO 100 bis zu "moderat" bei ISO 1600, wenn sie die Kamera verwenden Rohbildformat.[29]

Beispielbilder

Sigmas SD14 Die Site verfügt über Galerien mit vollauflösenden Bildern, die die Farbe der Foveon-Technologie zeigen. Der 14-MP-Foveon-Chip erzeugt RGB-Dateien in 4,7 MP native Größe. 14 MP Bayer -Filter Kameras erzeugen durch Interpolation eine native Dateigröße von 14 MP (d. H. Demosaierung). Direkter visueller Vergleich von Bildern aus 12,7 MP Bayer -Sensoren und 14,1 MP Foveon -Sensoren zeigen, dass Bayer -Bilder auf feinen monochromen Details überlegen sind, wie z.[30]

Siehe auch

Anmerkungen

  1. ^ Obwohl seine Verwendung bei Bayer -Sensoren in Digitalkameras fast universell ist, ist dies nicht unbedingt erforderlich. Kodak produzierte einmal zwei Digitalkameras, die DCS Pro SLR/N und DCS Pro SLR/C (Überprüfung der digitalen Fotografie, Kodak DCS Pro SLR/C Review, Juni 2004, abgerufen am 3. März 2007) mit Bayer -Sensoren ohne einen solchen Filter. Jedoch, von Bedeutung Moiré Muster wurden beim Fotografieren sehr feines Details produziert. Abgerufen am 3. März 2007.
  2. ^ Mikrolensen werden häufig in allen Arten von Bildsensoren in Digitalkameras verwendet. In Bayer-Filter-Sensoren ermöglichen Mikrolensen die Fläche des optischen Bildes gemittelt (d. H. Integriert) pro Probe auf 25 Prozent für Rot und Blau und 50 Prozent für Grün, was zu sehr wenig Anti-Aliasing führt. Für Foveon X3-Sensoren kann sich der gemittelte Bereich für jede Farbe 100 Prozent nähern, was zu einem signifikanten Anti-Alias-Filtereffekt führt.
  3. ^ Diese Beobachtung stimmt mit einem Vergleich der Bilder überein, die in angezeigt werden Überprüfung der digitalen Fotografie, von der Sigma SD10 (siehe hier) mit denen, die ungefähr zeitgleich aus derselben Szene vom Bayer-Sensor-ausgestatteten Nikon D70 genommen wurden (siehe hier)/Page15.asp. Beide wurden am 6. März 2007 abgerufen.

Verweise

  1. ^ Foveon kündigt neue Image -Sensor -Herstellungspartner an: Dongbu Electronics aus Seoul, Südkorea. Abgerufen am 18. Januar 2014.
  2. ^ a b Ein Ansturm; P. Hubel (2003). "X3 -Sensoreigenschaften". J. Soc. Photogr. Sci. Technol. Japan. 66 (1): 57–60. Abgerufen 6 März, 2007.
  3. ^ Ji Soo Lee (2003). Photoresponse von CMOS -Bildsensoren (PDF) (Doktorarbeit). Universität von Waterloo. Archiviert von das Original (PDF) Am 19. Februar 2009.
  4. ^ Digital Photography Review: 18. Februar 2002
  5. ^ Digital Photography Review: Sigma SD10: März 2004
  6. ^ Digital Photography Review: Sigma UK, um mit der Versand von SD15 Digitalkamera zu beginnen: 11. Juni 2010
  7. ^ "Sigma SD1 Preis & Verfügbarkeit angekündigt". Abgerufen 24. Mai, 2011.
  8. ^ Digital Photography Review: Sigma veröffentlicht SD1 Flaggschiff Digital SLR: 21. September 2010
  9. ^ Überprüfung der digitalen Fotografie: Polaroid X530: 09. Februar 2004
  10. ^ Bildgebungsressource: 15. April 2005
  11. ^ Digital Photography Review: Sigma kündigt an, dass DP1 erhältlich ist, Frühjahr 2008: 13. Januar 2008
  12. ^ Digital Photography Review: Sigma UK: DP2 jetzt verfügbar: 14. Mai 2009
  13. ^ Sehen, Optischer Anti-Aliasing-Filter Abschnitt von Anti-Aliasing-Filter
  14. ^ Brian W. Keelan (2004). Handbuch der Bildqualität: Charakterisierung und Vorhersage. Marcel -Dekker. p. 390. ISBN 0-8247-0770-2.
  15. ^ "RAW? Teil 2". Fotostream auf eusiverdragon.net. 5. Juli 2007. Archiviert vom Original am 28. September 2007.{{}}: CS1 Wartung: Ungeeignete URL (Link)
  16. ^ "Sigma SD14 White Papers". Abgerufen 29. April, 2007.
  17. ^ Phil Askey (November 2002). "Sigma SD9 Review". Dpreview.
  18. ^ Norman Koren. "Schärfe: Was ist es und wie wird es gemessen?". Imatest Docs. Abgerufen 16. Dezember, 2007.
  19. ^ Beliebte Fotografie & Bildgebung, Vol. 69, Nr. 6 (Juni 2005) (Tabelle auf S. 47).
  20. ^ Überprüfung der digitalen Fotografie: Sigma SD10 Review, März 2004, abgerufen am 3. März 2007.
  21. ^ C | Net Reviews, Sigma SD10 Abgerufen am 6. März 2007.
  22. ^ Mike Chaney (2007). "Sigma SD14 Auflösung: 14 MP? 4,6 MP? Wie stapelt sich der SD14 gegen High-End-Kameras wie den Canon EOD 5D?".
  23. ^ "Foveon X3 -Sensoransprüche auf die Probe gestellt". Archiviert von das Original Am 5. Februar 2008.
  24. ^ Carl RytterFalk (23. Februar 2010). "Ein winziger Sigma SD14 gegen Nikon D90 -Vergleich." Carl RytterFalk -Fotografie. Archiviert von das Original am 15. Juli 2010. Abgerufen 20. Mai, 2010.
  25. ^ Sehen, z.B., c | Netzbewertungen, Sigma SD10 Abgerufen am 6. März 2007 und Steves Digicams Sigma SD10 Review (28. November 2003) Abgerufen am 6. März 2007.
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  27. ^ Sigma DP1 Review, fotografiereview.com
  28. ^ Bildgebungsressource Sigma SD10 Review (Zuerst veröffentlicht 10-22-03.). Abgerufen am 6. März 2007.
  29. ^ Michael J. McNamara (Dezember 2008). "Kamera -Test: Sigma SD14". Abgerufen 6. Juni, 2013.
  30. ^ Mike Chaney (16. März 2007). "Sigma SD14 Auflösung: 14 MP? 4,6 MP?". Digital Domain Inc.

Externe Links