Co stało się z czujnikami Foveon?

Wydaje się, że czujnik Foveon powinien być w stanie wytwarzać lepsze obrazy, ponieważ nie jest zależny od oddzielnych czerwonych, zielonych i niebieskich pikseli, jakie istnieją w większości aparatów cyfrowych. Jednak aparaty wyposażone w czujniki Foveon są praktycznie nieistniejące. Dlaczego?

(Uwaga dodatkowa: To pytanie zostało zainspirowane odpowiedzią Bayer Filter, gdzie filtr Bayera potencjalnie powodował problemy ...)

Stało się tak, że Sigma kupiła Foveon i wywarła na nich dużą presję, aby stworzyć czujnik, który faktycznie może konkurować ze standardowymi czujnikami DSLR. Teraz, gdy Sigma konstruuje całą kamerę i czujnik, dużo więcej uwagi poświęca się tworzeniu atrakcyjnego produktu końcowego.

W zeszłym roku Sigma ogłosiła SD1, który wykorzystuje czujnik APS-C (1,5-krotny) z 15 milionami stron. Liczą się, że Sigma nazywa to czujnikiem 46 megapikseli. Nie ujawnili wielu szczegółów członkom prasy (przynajmniej mnie), ale oczekuje się, że będą dostępne tego lata.

W produkcji jest jeszcze kilka aparatów Sigma (DP1x, DP2s, SD15), które wykorzystują matrycę Foveon 1,7X z 4,5 milionami stron (czyli 14 megapikseli).

Sprowadza się to do tego: przynajmniej dla większości ludzi rozdzielczość przestrzenna (szczególnie w zielonym zakresie kolorów) jest znacznie ważniejsza niż rozdzielczość kolorów, szczególnie w czerwieni i błękicie. Krzywa odpowiedzi koloru, którą zawarłam w poprzedniej odpowiedzi, daje przynajmniej pewne pojęcie o przyczynie tego.

Jest to szczególnie istotne, gdy zdecydowana większość zdjęć przechowywanych / wyświetlanych elektronicznie ma format JPEG lub MPEG. Te formaty i tak obsługują próbkowanie w dół kanałów chrominancji do połowy rozdzielczości - i (szczególnie w przypadku MPEG) tak zachowuje się większość zdjęć. W związku z tym konwersja danych z czujnika Foveon do formatu JPEG lub MPEG zwykle usuwa sporo zebranych dodatkowych informacji.

Chociaż korzyści niekoniecznie są ogromne, niektóre aparaty z matrycą Bayera (np. Wysokiej klasy Leaf / Phase One) obsługują przesunięcie matrycy, aby wykonać serię czterech zdjęć (stałego obiektu) z czujnikiem przesuniętym do różnych pozycji , więc każdy piksel na końcowym zdjęciu ma pełne informacje o kolorze (i wciąż ma dwa razy więcej bitów dla zieleni niż dla czerwieni lub niebieskiego, więc nadal dobrze pasuje do normalnego widzenia).

Czujniki Foveon są świetne w teorii, ale w praktyce nie są przekonującym wyborem. Na ogół mają znacznie niższą rozdzielczość i mogą konkurować, licząc 3 czujniki w każdej pozycji piksela jako pojedyncze piksele.

Sigma nadal produkuje kamery z czujnikami Foveon: http://blog.sigmaphoto.com/2011/faqs-the-sigma-camera-and-its-foveon-x3-direct-image-sensor/

To, co stało się z czujnikiem Foveon, polega na tym, że Sigma przyjęła tę technologię wcześnie, ale inne firmy z kamerą nie chciały tego zrobić.

Ten stan trwa do dziś. Sigma kontynuuje ewolucję kamer, obecnie oferując lustrzankę SD-15, oraz kompaktowe aparaty kompaktowe o stałej ogniskowej DP-1 i DP-2.

Jednak ostatnio wydaje się, że technologia Foveon rośnie. Jak wspomniałem w innym poście, Sigma wydaje się być bliskie wypuszczenia znacznie ulepszonego czujnika Foveon w SD-1 z jeszcze lepszą obsługą szumów i rozdzielczością, która przewyższa dziś prawie każdą lustrzankę cyfrową (choć nie systemy średniego formatu). Nowy czujnik ma w przybliżeniu 46 MP, co w przeliczeniu na równoważność Bayera oznacza około 30 MP mniej więcej takich samych szczegółów jak obraz Bayera - to znaczy, jeśli weźmiesz 15 milionów pikseli obrazu wyjściowego z RAW przekonwertowanego z SD-1 i po upsamplowaniu do 30MP wyglądałby identycznie jak obraz bayera 30MP. Tyle tylko, że nie byłoby w nim problemów z wzorami kolorów, jakie mógłby mieć czujnik Bayer, i miałby lepszy efekt detalu. Czujniki Foveon tradycyjnie mają duży zakres dynamiki, a także bardzo niski poziom hałasu przy niższych czułościach ISO,

Co zmieniło się na lepsze, co pozwala na takie postępy? Jest tak częściowo dlatego, że widzimy wyniki stałych prac badawczo-rozwojowych w Foveon, ale także dlatego, że Sigma kupiła Foveon i skupiła się teraz całkowicie na wytwarzaniu lepszych dużych czujników aparatu. Zanim Foveon próbował sprawdzić, który segment rynku fotograficznego może być dobrym klientem dla technologii, w rezultacie jego cele były znacznie bardziej rozproszone.

Wyniki tego skupienia widać nie tylko w naprawdę znacznych wzrostach rozdzielczości od czujnika w porównaniu z poprzednimi generacjami, ale także, że ESA wybrała tę technologię, aby udać się na Marsa:

http://translate.google.com/translate?hl=da&sl=ko&tl=en&u=http%3A%2F%2Fwww.styledb.com%2Fbbs%2Fboard.php%3Fbo_table%3DB08_news%26wr_id%3D102

Przepraszam za przybliżone tłumaczenie, nie mogę znaleźć żadnego innego źródła dla tych wiadomości.

Zasadniczo więc technologia Foveon dzieje się tak, że wciąż ewoluuje, w tempie, które wydawało się wolniejsze niż inne technologie czujników, ale może okazać się o krok przed nimi. Musimy zobaczyć, co nowy czujnik może zrobić, aby zobaczyć, gdzie naprawdę znajduje się stan technologii Foveon, więc naprawdę jest to prawdopodobnie świetne pytanie do przeglądu za trzy miesiące.

Jeśli naprawdę potrzebujesz więcej informacji na temat tego, jak to jest 15-milionowy obraz wyjściowy Foveon, może zawierać o wiele więcej szczegółów niż obraz wyjściowy Bayer 30 MP, przeczytaj ten artykuł porównując czujnik Foveon 4,7 MP z Bayerem 12MP (Canon 5D ):

http://www.ddisoftware.com/sd14-5d/

Szczególnie zwróć uwagę na rozdzielczość tabeli kolorów i zastanów się nad tym interesującym pytaniem - aparat Bayer 15 MP ma tylko 3,75 miliona stron internetowych wykrywających czerwony. Jeśli więc zastosujesz tradycyjny czerwony filtr, którego lubią fotografowie B&W, wszystkie pozostałe czujniki są zaciemnione, a teraz fotografujesz aparatem 3,75 MP. Tymczasem 46-milimetrowy czujnik Foveon z trzema warstwami 15 milionów stron z obrazami wykrywającymi czerwony / zielony / niebieski (z grubsza) nie dba o filtr, który umieścisz przed nim, każdy piksel wyjściowy będzie przechowywał dane z 15 milionów różnych czerwonych czujników.

To może wydawać się przypadkiem arbitralnym, ale co z tonem zmienia się w czymś w rodzaju czerwonego samochodu - lub niebieskiego nieba.

Dla NAPRAWDĘ zastanawiających się, dokąd zmierza Foveon na poziomie technicznym, przeczytaj najnowszy patent firmy Foveon, w zasadzie obejmujący podstawy tego, co prawdopodobnie jest czujnikiem SD-1:

http://www.freepatentsonline.com/y2010/0155576.html

Ostatnią rzeczą godną uwagi jest to, że jakaś forma technologii Foveon, nawet jeśli nie projekt Foveon, wydaje się być przyszłością obrazowania - zaczęły pojawiać się patenty od Sony i innych firm, które również szukają sposobów tworzenia warstw czujników.

Istnieją dwa problemy, które były problematyczne dla czujników Foveona, inne niż problem rozdzielczości przestrzennej. Oba są nieodłącznie związane z kluczową koncepcją Foveon: wykorzystanie absorpcji spektralnej różnych głębokości krzemu do oddzielenia kolorów.

Przy użyciu tablicy Bayera różne filtry są tworzone przy użyciu starannie dobranych barwników, aby pasowały do ​​wybranych kolorów podstawowych czerwonych, zielonych i niebieskich. W przypadku Foveon rozróżnienie jest całkowicie oparte na fizyce krzemu, co nie jest tak zgrabne, jak zwykle pokazują materiały marketingowe. Powoduje to dwa problemy.

Po pierwsze, trzy podstawowe kolory zarejestrowane przez czujniki Foveona są bardziej oddalone od pierwotnych długości fal, na które reagują komórki stożkowe ludzkiego oka, a w rzeczywistości kształt krzywej długości fali, na którą reaguje każda głębokość, jest bardzo różny od kształtu naszej wizji. Oznacza to, że natywna przestrzeń kolorów urządzenia ma inny, przesunięty kształt niż sRGB i inne typowe wyjściowe przestrzenie kolorów - lub z ludzkiej wizji. Czujnik rejestruje „wyimaginowane kolory” - takich, których tak naprawdę nie widzimy - w niektórych częściach zakresu kolorów, a inne części zakresu kolorów nie są idealnie pokryte. Nie pokazuje się to jako brakujące kolory, ale jako rodzaj ślepoty na kolory (analogia jest właściwie całkiem dobra, ponieważ w rzeczywistości jest to ten sam problem),

Po drugie, światło czerwone o niższej częstotliwości jest pochłaniane na najgłębszym poziomie, co nieuchronnie powoduje pewne tłumienie - co oznacza większy hałas w czerwonym kanale. Jak rozumiem, redukcja szumów w aparatach Sigma radzi sobie z tym, mocniej rozmazując czerwony kanał. Wiem, że moja kamera z czujnikiem Bayera wykazuje, z szerokim marginesem, więcej szumów w niebieskim kanale. Nie jestem pewien, czy jest to nieodłączny problem z czujnikami Bayer lub CMOS, czy też jest to podwójny problem w Foveon. (Zadałem to własne pytanie ).

Nie oznacza to, że rozpowszechniona technologia Bayer jest idealna, a nawet absolutnie lepsza niż Foveon. Po prostu wszystko ma swoje kompromisy, a Foveon okazuje się, że ma trudne. Duże problemy z Bayerem (aliasing, rozdzielczość kolorów) można rozwiązać, rzucając więcej pikseli na problem, biorąc pod uwagę odpowiedni wzrost obsługi szumów. Jak dotąd udało się to z powodzeniem i oczywiście nie jest przypadkiem, że dobrze odpowiada marketingowi opartemu na megapikselach.

Aktualizacja (maj 2011 r.): Sigma właśnie ogłosiła nowy model „SD1” w cenie około 9700 USD - porównywalny pod względem kosztów do czegoś w rodzaju aparatu średniego formatu Pentax 645D, ale z czujnikiem wielkości APS-C. Ciekawe będzie, czy rzeczywiście byli w stanie rozwiązać niektóre z tych problemów. Spekuluję, że prawdopodobnie mają, ale za cenę, która doprowadziła ich do zmiany rynku docelowego. Ale nawet wtedy nie jestem tego taki pewien - maksymalne ISO to nadal 6400, co stanowi dwa stopnie za obecną liczbą czujników Bayera. (Pozostaje do zobaczenia, oczywiście, jeśli po prostu zdecydują się na bardziej konserwatywny limit. Bez wpatrywania się w kryształową kulę zbyt mocno, nie ma sposobu, aby powiedzieć; zaktualizuję to ponownie, gdy będą już recenzje, i jeśli „

_{Oświadczenie: Nie mam aparatu z czujnikiem Foveona (chociaż go użyłem i było fajnie!). Nie śledzę technologii bardzo uważnie. Sigma dokłada wszelkich starań, aby obejść lub rozwiązać te problemy.}

Myślę, że największy powód, dla którego „nikt” nie korzysta z Foveon, ma niewiele wspólnego z Foveon, a wiele z Sigmą. Gdyby Canon lub Sony kupiły technologię zamiast Sigmy, byłby to obecnie główny nurt, podstawowy pomysł jest dobry. Sigma jest graczem bitowym w tej dziedzinie, zbyt małym, aby zrobić to wszystko sami, a aparaty Sigma mają coś w rodzaju nabytego smaku.

Czujnik jest w porządku ... a przynajmniej tak było do wersji 45Mp Merrill. W późniejszej wersji Quattro Sigma porzuciła „czyste” podejście polegające na przechwytywaniu trzech kolorów w każdym miejscu dla kompromisu, z mniejszą liczbą czujników w dolnych warstwach.

Ale czujnik nie jest problemem. Każdy, kto go używa, wie, że wyróżnia się niskim ISO, ale jest gorszy od czujników Bayera o porównywalnej rzeczywistej rozdzielczości przy wysokim ISO.

Prawdziwy problem polega na tym, że aparaty Sigma są frustrująco wolne i niewygodne w użyciu, szczególnie ze względu na absurdalnie długi czas zapisu. Na początku niedrogich aparatów cyfrowych byliśmy zachwyceni SD1, ale gdy już przyzwyczaisz się do szybkości dobrej lustrzanki cyfrowej firmy Nikon lub Canon, trudno jest wrócić do czekania na dwie minuty na serię zdjęć 7 zdjęć do zapisania na karcie, a do tego czasu nie można sprawdzić ekspozycji i nie można w pełni wykorzystać elementów sterujących aparatu.

Co więcej, twórcy aparatów wciąż czerpią coraz większą wydajność z technologii Bayer. Przypomina mi Porsche 911. Silnik znajduje się w niewłaściwym miejscu, ale przy wystarczająco sprytnej inżynierii samochód można obsługiwać, a także wiele lepiej wyważonych maszyn z przodu lub ze środkowym silnikiem.