Foveon X3

В Википедии есть портал «Фотография»

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Логотип Foveon X3

Foveon X3 — серия фотоматриц компании Foveon, в которой цветоделение на аддитивные цвета RGB проводится послойно, по толщине полупроводникового материала, с использованием физических свойств кремния.

Название сенсора «Х3»^[1] подразумевает как его «трёхслойность», так и «трёхмерность» структуры, дабы подчеркнуть отличие от «плоских» матриц с фильтром Байера.

Управляющие схемы и элементы матрицы могут быть построены с применением КМОП и других технологических решений. Однако на данный момент (2008 год) производится только КМОП версия.

Архитектура матрицы и принцип действия

Принцип цветоделения Foveon X3

Принцип действия элементов массива Байера

Особенностью матриц Foveon является то, что фотодиоды, формирующие цветной элемент изображения, расположены друг над другом, образуя «колонку», перпендикулярную поверхности матрицы. Поскольку коэффициент поглощения света в кремнии в оптическом диапазоне монотонно зависит от длины волны^[2], то синяя часть спектра поглощается преимущественно верхним слоем (толщина 0,4 мкм), зелёная средним (толщина 2 мкм) и красная нижним слоем (более 2 мкм), разделенных p-n-переходами и имеющими отдельные выводы сигнала. Такая компоновка позволяет получить полную информацию по трем цветовым каналам в одной точке^[3].

Такая вертикальная компоновка радикально отличается от матриц с фильтрами Байера, где каждый элемент цветного изображения образуется комбинацией одноцветных сигналов с группы рядом расположенных на поверхности сенсора фотодиодов-субпикселей, «накрытых» цветными фильтрами. В отличие от байеровских фотосенсоров в сенсорах Foveon цветные фильтры не используются и, благодаря сбору сигнала по трем цветовым каналам в одной точке, отпадает нужда в интерполяции сигналов цветных субпикселов при формировании изображения.

Благодаря малой (менее 5 мкм) толщине сенсора, возможное влияние хроматических аберраций на изображение минимально. Однако, как и в других разновидностях матриц, поглощение красной части спектра происходит на максимальной глубине. В результате паразитной диффузии фотоэлектронов и засветки косыми лучами в области максимальных длин волн происходит дополнительное размытие изображения. В частности, этот же эффект затрудняет дальнейшее (по сравнению с нынешними матрицами) уменьшение размера элемента и повышение разрешения.^[4]

Достоинства

Более чёткое изображение:

• Не требуется процедуры интерполяции недостающих компонентов в каждом пикселе.

• Не требуется постановки перед матрицей размывающего фильтра (обязательного компонента байеровских матриц, он же англ. Anti-aliasing filter) для решения проблемы цветового муара — явления, характерного для мозаичных матриц;

Потенциально лучшие шумовые характеристики:

• Теоретически, позволяет улучшить соотношение сигнал/шум благодаря отсутствию поглощающих ⅔ светового потока цветных фильтров. Но из-за поглощения светового потока верхними слоями и необходимости восстанавливать насыщенность цвета дополнительной обработкой выигрыш в чувствительности оказывается невелик.

• По заявлению разработчиков, Foveon Х3 имеет ещё одно интересное свойство — изменяемый размер эффективного пикселя. Малый размер позволяет делать снимки высокого разрешения. Больший — даёт возможность снимать при слабом освещении. Объединение пикселов в системы 1×1, 4×4, 1×2 и т. д. производится в динамическом режиме.^[5]

Недостатки

• Относительно высокий уровень цифрового шума.

Спорные маркетинговые приёмы

Подобно производителям байеровских фотосенсоров, указывающих в характеристиках матриц число одноцветных субпикселей, компания Foveon позиционирует матрицу X3-14.1MP как «14-мегапиксельную» (4.68 млн. трехсенсорных «колонок»). Такой маркетинговый подход, под «пикселем» называют элемент, воспринимающий одну цветовую компоненту^[6], является в настоящее время общепринятым в фотоиндустрии.

Вместе с тем, в случае байеровских матриц с последующей программной интерполяцией цветных субпикселов за счет их пространственного разнесения достигается несколько большее разрешение, чем в Foveon (14.1 млн. субпикселей), то есть по разрешению изображение матрицы Foveon X3 сравнимо с изображением, полученным с байеровской матрицы разрешением 8—10 Мп^[7]).

Продукты, использующие матрицы Foveon X3

• Sigma DP2 Merrill (NEW)^[8]
• Sigma SD1^[9]
• Sigma SD9
• Sigma SD10
• Sigma SD14^[10][11]
• Sigma SD15
• Sigma DP1
• Sigma DP2
• Polaroid x530
• Hanvision HVDUO-5M
• Hanvision HVDUO-10M

Производители

• National Semiconductor^[12]
• Dongbu Electronics^[13]

См. также

• Nikon RGB-матрица
• матрица (фото)
• Фильтр Байера

Примечания

1. ↑ сайт производителя
2. ↑ Optical properties of silicon // Ioffe Physical Technical Institute
3. ↑ R.B. Merril. Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure. US patent 5,965,875, Oct. 12,1999
4. ↑ Ji Soo Lee, "Photoresponse of CMOS Image Sensors, " Ph.D. dissertation, University of Waterloo, 2003
5. ↑ о матрице Foveon X3 обзор
6. ↑ Определение пиксела по Foveon (англ.)
7. ↑ О сравнении камер SD14 и 5D  (англ.)
8. ↑ Галерея и возможности сенсора Merrill
9. ↑ обзор камеры Sigma SD1
10. ↑ обзор камеры Sigma SD14
11. ↑ о матрице Foveon X3
12. ↑ Of. site March 3, 2007. (англ.)
13. ↑ Of. site March 3, 2007 (англ.)