Що сталося з датчиками Foveon?

12

Схоже, датчик Foveon повинен бути здатний створювати кращі зображення, тому що це не залежить від окремих червоних, зелених та синіх пікселів, як це існує у більшості цифрових камер. Однак камери, оснащені датчиками Foveon, майже не існують. Чому?

(Бічна примітка: Це питання було натхнене відповіддю Bayer Filter, де фільтр Bayer потенційно спричинив проблеми ...)

digital sensor foveon

— Біллі ONeal
джерело

Деякі технічні недоліки попереднього покоління датчика Sigma Foveon: pentaxforums.com/forums/pentax-news-rumors/…

— Eruditass

10

Що сталося, це те, що Sigma купив Foveon і чинив великий тиск на них, щоб створити датчик, який насправді здатний конкурувати зі стандартними датчиками DSLR. Тепер, коли Sigma будує цілу камеру та датчик, є набагато більше уваги на створенні переконливого кінцевого продукту.

Минулого року Sigma анонсувала SD1, який використовує датчик APS-C (1,5X урожай) з 15 мільйонами фотосайтів. Вони вважають, що Sigma називає це датчиком 46 мегапікселів. Вони не оприлюднили багато деталей для представників преси (принаймні мені), але, як очікується, вони будуть доступні цього літа.

У виробництві є ще кілька камер Sigma (DP1x, DP2s, SD15), які використовують 1.7X датчик Foveon з 4,5 мільйонами фотосайтів (він же 14 мегапікселів).

— Ітаї
джерело

6

Слід зазначити, що використання мегапікселів тут не можна використовувати в прямому порівнянні з мегапікселями датчиків типу байєрного типу. Хоча в датчику може бути 46 мільйонів чітко виражених фоточутливих елементів, створюване зображення - це 15-мегапіксельне зображення. Перевагами Foveon є менший кольоровий муар та краща чіткість кольорів на кожному пікселі зображення.

— jrista

5

Слід зазначити, що датчики типу «байєр» також не мають реального відношення до рейтингів MP, які вони використовують, до кінцевого вихідного зображення, оскільки MP дає вам кількість фотосайтів, три з яких необхідні для будь-якого одного вихідного пікселя. Крім того, будь-який датчик байєра може мати різну міцність фільтра AA, що ще більше погіршує чіткість зображення, одночасно створюючи однаковий підрахунок пікселів на виході. Датчики Foveon не використовують фільтри АА.

— Kendall Helmstetter Gelner

@Kendall: Датчики Bayer було б найбільш точно описано як такі, що мають "перетини" пікселів XYmp. Датчики Bayer та їх процесори зображень створюють зображення шляхом інтерполяції всіх сусідніх фотосайтів датчиків на кожному перетині для отримання пікселя RGB зображення. Це означає, що чотири (не три) байєрні фотосайти є інтерпольованими для отримання одного RGB-пікселя. У датчику датчика байєра 15 Мп дійсно є 15-мегапіксельні "перетинки пікселів RGB", завдяки способу виконання інтерполяції. Просто помножте ширину та висоту розмірів байерного зображення, щоб побачити, наскільки реальні рейтинги баєрів MP.

— jrista

1

Що стосується фільтрів AA, то від фільтра залежить, чи він погіршує чіткість зображення чи ні. Мета фільтра (який, на мою думку, краще описаний як низькочастотний фільтр) - відфільтрувати просторові частоти нижче просторового дозволу датчика. Коли датчик намагається вирішити просторові частоти нижче своєї "найквістської межі", отримані артефакти мають набагато більший згубний вплив на зображення, ніж будь-що інше. Низькочастотний фільтр при правильному проектуванні відфільтрує лише частоти, які неможливо вирішити для початку ... таким чином, вони нічого не «погіршують».

— jrista

Деякі DSLR мають занадто сильні фільтри з низькою прохідністю. Однак у загальному випадку (Canon та Nikon) вони здаються абсолютно правильними (чого можна було б очікувати після більш ніж десятиліття виготовлення та використання датчиків баєра.) Поточне покоління датчиків байєрів CMOS, здається, належним чином вирішено чи вимкнене -вирішіть усі, окрім абсолютних найкращих лінз, тому будь-які скарги на фільтри низьких частот стосуються лише корпусів бахроми (або у випадку, коли фільтр неправильно сконструйований і занадто сильний.)

— jrista

7

Це зводиться до цього: принаймні для більшості людей просторове дозвіл (особливо в зеленій гамі кольорів) набагато важливіше, ніж кольорова роздільна здатність, особливо у червоних та блюзових. Крива відповіді на колір, яку я включила до попередньої відповіді, дає хоча б певне поняття причини цього.

Це особливо актуально, коли переважна більшість зображень, що зберігаються / відображаються в електронному вигляді, мають формати JPEG або MPEG. Ці формати підтримують зменшення вибірки хромових каналів до половини роздільної здатності - і (особливо у випадку MPEG), саме так зберігається більшість зображень. Таким чином, перетворення даних з датчика Foveon у формат JPEG або MPEG, як правило, викидає зовсім небагато додаткової інформації, яку ви зібрали.

Хоча користь не обов'язково величезна, деякі камери Байєрових сенсорів (наприклад, високого класу Leaf / Phase One) підтримують зміщення датчика, щоб зробити серію з чотирьох знімків (фіксованого об'єкта), коли датчик зміщений у різні положення , тому кожен піксель на кінцевому зображенні має повну інформацію про кольори (і все ще має вдвічі більше бітів для зеленого, ніж для червоного або синього, тому він все ще досить добре відповідає нормальному зору).

— Джеррі Труну
джерело

Камери раннього Sigma використовували параметри стиснення JPEG (піддиагностика), які не показували сенсор найкращим чином, але вони виправили це. Я б хотів, щоб я міг згадати, де я бачив досить графічну демонстрацію проблеми.

— Марк Викуп

Зауважте, що підхід до фазового переходу дійсно практичний лише для ще предметів. У збиранні всіх даних одразу є велика цінність.

— Kendall Helmstetter Gelner

1

Я не думаю, що доречно порівнювати тіло середнього формату в будь-якому з 35-мм корпусом, вони все одно будуть використовуватися абсолютно різними способами ... Я просто хотів зазначити, що хоча зміщення датчика - це один із способів потенційно вирішити питання випуску навіть для менших камер, що вона має реальні недоліки.

— Kendall Helmstetter Gelner

1

Також слід зазначити, що, покладаючись в основному на спостережувану теорію про те, що зелена просторова роздільна здатність важливіша за синю / червону роздільну здатність, призводить до створення зображень, які виглядають більш чіткими, але менш точними. Існує компроміс будь-якого виду стиснення даних, а викидання 2/3 видимих довжин хвиль для будь-якого заданого просторового розташування у вихідному зображенні, безумовно, є формою попереднього стиснення зображення, навіть не використання форматів RAW обійти.

— Kendall Helmstetter Gelner

4

@Kendall: але називати це "2/3" - це трохи оманливо. Зрозуміло, що ми не записуємо весь електромагнітний спектр незалежно від того. Отже, орієнтація на відсоток покритого кольоровим простором зору людини здається набагато реалістичнішою.

— Прочитайте, будь ласка, мій профіль

3

Датчики Foveon в теорії чудові, але на практиці вони не є переконливим вибором. Вони, як правило, значно нижчі з роздільною здатністю і можуть конкурувати лише за рахунок підрахунку 3-х датчиків на кожній позиції пікселя як окремих пікселів.

Сігма все ще виробляє камери з датчиками Foveon: http://blog.sigmaphoto.com/2011/faqs-the-sigma-camera-and-its-foveon-x3-direct-image-sensor/

— Марк Викуп
джерело

+1 - Чи втрата роздільної здатності впливає на якість зображення? Звичайно, у вас менше пікселів, але ви отримуєте всі 24 біти на піксель, а не 8. (Ні, я не працюю для foveon, я просто намагаюся зрозуміти;))

— Біллі ONeal

Правда. Виявляється, більшість людей живуть краще з кольоровою точністю, вони отримують наш ~ 14MPix датчик-інтерпольований байєр, справжній 24-бітовий колір з Foveon DSLR, що має лише 5 Мпікс.

— че

1

Подумайте про це, ваше твердження про підрахунок пікселів здається дещо назад. 15-мегапіксельна камера байєра має рівно один фотосайт (червоний, зелений або синій) у будь-якому місці, але нараховує всього три з них у кожному місці (поєднання червоного, зеленого, синього), щоб ви отримали цей вихідний 15MP номер . Ви, здається, говорите, що Foveon вводить вас в оману, не визнаючи, що Bayer робить те ж саме з іншого кінця, роблячи вигляд, що у них є 15MP даних, коли їх дійсно менше. Яку роздільну здатність отримала камера 15-мегапіксельної передачі, коли надягаєте червоний фільтр? 3.75MP записаних даних.

— Kendall Helmstetter Gelner

1

@Kendall: В технічному плані датчик байєра 15 Мп рахує ВЗАЄМОДІЯ між квадратиками пікселів, з точки зору створеного зображення. У Bayer не менше 15 Мп, він просто інтерпретує інформацію в кожній точці, яка представляє піксель зображення певним чином. При рівних очах людське око більше схоже на масив байєра, ніж на Фовеон, і наше гострота зору / сприйняття кольорів чудова. Я думаю, ви наділили занадто велику негативну вагу на вибірку баєра, ніж це заслуговує, і занадто багато бонусу на вибірку фовеона. Обидві технології мають свої плюси і мінуси, foveons просто різні, ніж байєри.

— jrista

1

@Kendall, хоча кожен піксель масиву Bayer має фільтр перед собою, вони все ще є окремими пікселями зі своїми просторовими характеристиками. Витончена інтерполяція дозволяє червоному каналу також включати інформацію із зеленого та синього каналів.

— Марк Викуп

3

Що сталося з датчиком Foveon, це те, що Sigma рано застосувала технологію, але інші компанії-камери неохоче це робили.

Цей стан триває і донині. Sigma продовжує розвивати камери, пропонуючи в даний час DSLR SD-15, а також компактні камери DP-1 і DP-2 фіксованої фокусної відстані.

Однак останнім часом технологія Foveon, здається, постійно розвивається. Як згадується в іншому дописі, Sigma здається близьким до випуску значно поліпшеного датчика Foveon в SD-1 з ще кращою обробкою шумом та роздільною здатністю, що значно перевищує будь-який споживчий DSLR сьогодні (хоча це не середній формат). Новий датчик, як відомо, становить приблизно 46 Мп, що в перекладі на еквівалентність Баєра означає приблизно 30 Мп приблизно рівних деталей зображення Байєра - тобто, якщо ви взяли вихідне зображення 15 мільйонів пікселів з RAW, перетвореного з SD-1 , і збільшивши його до 30 Мп, це буде виглядати ідентично баєровому зображенню 30 Мп. Тільки це також буде бракувати кольоровий малюнок, який може мати датчик Bayer, і мати краще деталізацію. Датчики Foveon традиційно мають великий динамічний діапазон, а також дуже низький рівень шуму при нижчих рівнях ISO,

Отже, що змінилося на краще, що дозволяє досягти таких авансів? Почасти тому, що ми бачимо результат постійної роботи в галузі досліджень і розробок у Foveon, а також тому, що Sigma придбала Foveon і тепер цілком зосереджена на виробництві кращих датчиків камери. До того, як Foveon намагався зрозуміти, який сегмент ринку фотографій може стати хорошим клієнтом для технології, і в результаті було набагато більше розсіяних цілей.

Результати цього фокусу не тільки бачать у дійсно значному збільшенні роздільної здатності від датчика за попередні покоління, але й у тому, що технологія була обрана ESA для виходу на Марс:

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

Вибачте за грубий переклад, я не можу знайти жодного іншого джерела для цих новин.

Тому в основному те, що відбувається з технологією Foveon, - це те, що вона все ще розвивається, лише тим, що здавалося повільнішими темпами, ніж інші сенсорні технології, але те, що в кінцевому підсумку може бути стрибком перед ними. Нам потрібно подивитися, що може зробити новий датчик, щоб побачити, де справді знаходиться стан технології Foveon, тому справді це, мабуть, чудове питання, яке слід переглянути протягом трьох місяців.

Якщо ви дійсно хочете отримати більше інформації про те, як 15-мільйонне вихідне зображення Foveon може містити набагато більше деталей, ніж вихідне зображення байєра 30 Мп, прочитайте цю статтю, порівнюючи датчик 4,7 Мп Foveon з 12-мегапіксельним Bayer (Canon 5D ):

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

Особливо зверніть увагу на роздільну здатність кольорової діаграми і обдумуйте це цікаве питання - камера 15-мегапіксельної фотокамери має лише 3,75 мільйона фотосайтів, які виявляють червоний колір. Тож якщо ви покладете традиційний червоний фільтр, як любить використовувати фотографи B&W, всі інші датчики затьмарені, і ви зараз знімаєте камеру 3,75 Мп. Тим часом 46-мегапіксельний датчик Foveon з трьома шарами в 15 мільйонів фотосайтів, які виявляють червоний / зелений / синій (приблизно), байдуже, який фільтр ви поставите перед ним, кожен піксель виводу буде містити дані 15 мільйонів різних червоних датчиків.

Це може здатися довільним випадком, але як щодо зміни тону в чомусь на зразок червоного автомобіля - або синього неба.

Для тих, хто дійсно цікавиться, куди йде Foveon на технічному рівні, прочитайте останній патент від Foveon, який в основному охоплює основи того, що, мабуть, датчик SD-1:

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

Останнє, що слід зауважити, - це те, що певна форма технології Foveon, навіть якщо не дизайн Foveon, справді, є майбутнім зображень - патенти почали надходити від Sony та інших компаній, які також шукають способи нанесення сенсорів на шар.

— Кендалл Гельмстетер Гельнер
джерело

Дивіться коментарі до моєї відповіді. Зв'язаний патент охоплює схему зв'язку декількох "піксельних датчиків", щоб їх можна було прочитати групами, зменшуючи потребу в проводці. Потреба в більшій проводці в меншому просторі є природною проблемою, коли ви кладете датчики один на одного, тому це рішення для цього. На жаль, це не дає подальшого опису основ сенсора SD-1.

— Будь ласка, прочитайте мій профіль

@Kendall: Я думаю, що вам потрібно серйозно переглянути заяву "резолюція, яка сьогодні значно перевищує будь-який споживчий DSLR". Технічна характеристика SD1 потужністю 46 МП НЕ та сама, що стосується РЕЗОЛЮЦІЇ зображення, як і багато DSLR на ринку сьогодні. Резолюція стосується детальної вирішуваності, а оманливе використання MP в Sigma в своєму сенсорі змушує людей зробити дуже грубу помилку, яку ви просто маєте. SD1 вирішує 3200 ліній, а Canon 5D II - 3744, а Sony A900

— 4032.

1

Роздільна здатність і МП повинні бути розроблені чітко, якщо говорити про SD-1, оскільки Sigma підраховує всі три РОЗУМИ датчиків на кожному фотосайті, щоб отримати число 46mp. Ваш зауважувальний коментар також дуже суб'єктивний і базується не на всіх фактах. 15-кратне зображення, створене датчиком Foveon, буде демонструвати нижній муар, особливо кольоровий муар, але воно, звичайно, не вирішило більш детальних деталей. Простіше кажучи, 3200 ліній роздільної здатності - 3200 ліній роздільної здатності, а 4032 лінії роздільної здатності - 4032 лінії роздільної здатності ... в останній є більш детально. Підвищення розміру ніколи не покращує розсмоктуваність.

— jrista

Слід також зазначити, що сприйняття людини найбільш чутливе до зеленого, менш чутливе до червоного і найменш чутливе до синього. Той факт, що в дизайні байєра є наполовину менше пікселів зондування червоного / синього, необхідно зважувати з простими фактами людського сприйняття. Слід також зазначити, що недоліки байєрної інтерполяції, що використовується для створення зображень, є справді проблемою лише при фотографуванні об'єктів високої просторової частоти, що демонструють муар, і в усі інші часи отримане зображення є достатнім для переважної більшості фотографій .

— jrista

2

Нарешті, слід також зазначити, що в сучасних камерах Canon використання SRAW та mRAW може створювати зображення нижчої роздільної здатності, які повністю використовують усі чотири пікселі байєра для кожного пікселя зображення. Інтерполяція при використанні sRAW / mRAW не виникає, проте роздільна здатність зображення нижча (ближче до розмірів зображення Foveon). Інтерполяція Bayer використовується лише при використанні повного RAW. Я думаю, що це чудовий доказ багатогранності байєра і хороший показник того, чому Canon ще не переїхав до Foveon.

— jrista

3

Є дві проблеми , які були проблематичними для Foveon датчики з другом , ніж проблема просторового дозволу. Вони притаманні ключовій концепції Фовеона: використання спектрального поглинання кремнію різної глибини для розділення кольорів.

За допомогою масиву Bayer різні фільтри створюються за допомогою ретельно підібраних барвників для відповідності обраному червоному, зеленому та синьому праймерам. У компанії Foveon відмінність повністю базується на фізиці кремнію, яка не є настільки тонкою, як зазвичай показують маркетингові матеріали. Це призводить до двох проблем.

По-перше, три основні кольори, зафіксовані датчиками Фовеона, знаходяться далі від первинної довжини хвилі, на яку реагують конусні клітини людського ока, і насправді форма кривої довжини хвилі, на яку реагує кожна глибина, сильно відрізняється від нашого бачення. Це означає, що натурний кольоровий простір пристрою відрізняється від зміщеної форми від sRGB та інших типових кольорових просторів на виході - або від людського зору. Датчик записує "уявні кольори" - ті, яких ми насправді не можемо побачити - в якійсь частині його кольорової гами, а в інших частинах кольорової гами не покривається ідеально. Це не відображається як відсутні кольори, а як своєрідна дальтонізм (аналогія там насправді непогана, оскільки це фактично та сама проблема),

По-друге, червоне світло нижчої частоти поглинається на найглибшому рівні, що неминуче призводить до деякого ослаблення - а це означає більше шуму в червоному каналі. Як я розумію, зменшення шуму в камерах Sigma вирішує це шляхом більш сильного розмивання червоного каналу. Я знаю, що моя камера-сенсор Bayer випромінює з великим запасом більше шуму в синьому каналі. Я не впевнений, чи це притаманна проблема сенсорам Bayer або CMOS, чи це подвійна проблема у Foveon. (Я зробив це власне питання .)

Нічого з цього не означає, що широко розповсюджена технологія Bayer є ідеальною, або навіть абсолютно кращою, ніж Foveon. Просто все має свої компроміси, і у Фавеона насправді виявляється кілька жорстких. Великі проблеми з Bayer (псевдонім, кольорова роздільна здатність) можуть бути вирішені, кидаючи більше пікселів на цю проблему, враховуючи відповідне збільшення рівня шумозабезпечення. До цього часу це було успішно, і, звичайно, це не випадково, що він добре відповідає маркетингу на основі мегапікселів.

Оновлення (травень 2011 р.): Sigma нещодавно оголосила про нову модель "SD1", яка коштувала близько $ 9 700 - порівняно за вартістю з чимось на зразок камери середнього формату Pentax 645D, але з датчиком розміру APS-C. Буде цікаво подивитися, чи справді вони змогли вирішити деякі з цих питань. Мої міркування полягають у тому, що вони, мабуть, є, але за таку вартість, яка призвела до зміни цільового ринку. Але навіть тоді я не дуже впевнений - максимальний ISO все ще 6400, що на дві зупинки позаду поточного врожаю датчиків Bayer. (Зрозуміло, залишається побачити, якщо вони просто вирішили більш консервативну межу. Не дивлячись занадто сильніше на кришталеву кулю, немає ніякого способу сказати; я оновлю це ще раз, коли будуть огляди, і якщо я '

_{Відмова: У мене немає камери з датчиком Foveon (хоча я використовував її, і це було круто!). Я не стежу за технологією дуже уважно. Сігма проводить багато досліджень над вирішенням цих проблем.}

— Будь ласка, прочитайте Мій профіль
джерело

Все, що ви говорите, здається, розглядається в останній конструкції сенсорів, якщо ви подивитесь на патент. У реальній зйомці я вважав, що кольорові дані є більш точними, іноді набагато точнішими, в середньому, ніж інші люди, з якими я знімав ті самі предмети в групі. Що стосується роздільної здатності, то байєру вдалося йти вперед з більшою кількістю дозволів, але з датчиком SD-1 датчики байєра вже не випереджають у роздільній здатності.

— Kendall Helmstetter Gelner

Чи можете ви підсумувати покращення? Вони в основному працюють навколо, чи це щось розумніше?

— Прочитайте, будь ласка, мій профіль

Якщо ви прочитаєте патентне посилання, яке я опублікував у своїй відповіді, це може допомогти. Але одна з них, здається, є дещо іншими парами (можливо, більше пар) блакитних датчиків на основі червоного / зеленого фотосайта, що робить кращу роботу з розділення довжин хвиль і, можливо, переміщення охопленого діапазону, щоб краще відповідати видимому спектру. Також дизайн нібито значно зменшує шум читання, і ми читали в інтерв’ю від Sigma, що "рідний" ISO зараз 200, де раніше було 100.

— Кендалл Хельмстеттер Гельнер

Хммм. Патенти читають розум, оскільки вони є юридичними документами, але в режимі швидкої роботи, той, на який ви посилаєтесь, здається, стосується більш ефективного способу підключення датчика для зменшення шуму читання, а не проблем, які я описую.

— Прочитайте, будь ласка, мій профіль

Додаткові сині датчики повністю змінюють усе, про що ви говорили. Пам’ятайте, що сьогодні датчики Foveon, оскільки вони вже виконують відмінну роботу з надання кольорів у реальному використанні.

— Kendall Helmstetter Gelner

1

Найбільша причина, що "ніхто" не використовує Foveon, я думаю, має мало спільного з Foveon і багато спільного з Sigma. Якби Canon або Sony придбали техніку замість Sigma, вона вже стала мейнстрімом, основна ідея - хороша. Сигма - це біт-гравець у цій галузі, занадто малий, щоб зробити це все самостійно, а камери Sigma - щось набуте.

— Staale S
джерело

1

Тоді добре; чому тоді Canon чи Nikon не стрибали на ньому? Я впевнений, що це було для них; у них, мабуть, були проблеми з цим, щоб відкинути його ...

— Біллі ONeal

Це дуже правда, але одна з основних частин питання полягає в тому, чому великий виробник камер не є і не намагався використовувати технологію Foveon у камері.

— Kendall Helmstetter Gelner

Я б сказав, що причина - це інвестиція. Інші виробники датчиків мають широку існуючу базу дизайну, інфраструктури, виготовлення та підтримки датчиків типу байєра. Інвестувати в нове проектування та виготовлення CMOS може коштувати сотні мільйонів, навіть мільярди. Незважаючи на захоплюючу відданість Кендалл Foveon, відмінності між цими двома технологіями не настільки великі, як їх часто оформляють. У Canon та Sony (оскільки Nikon зараз використовує сенсори Sony) поки що мало підстав для зміни.

— jrista

0

Датчик чудово ... або, принаймні, це було до 45Mp Merrill версії. З пізнішою версією Quattro Sigma відмовилася від "чистого" підходу до захоплення трьох кольорів у кожному місці для компромісу, з меншою кількістю датчиків у нижніх шарах.

Але сенсор - це не проблема. Кожен, хто її використовує, знає, що він чудовий за низьким рівнем ISO, але він поступається датчикам Bayer із порівнянною REAL-роздільною здатністю при високій ISO.

Справжня проблема полягає в тому, що камери Sigma розчаровують повільно і незручно користуватися, особливо через безглуздо повільний час запису. У перші дні доступних цифрових фотоапаратів ми були б в захваті від SD1, але як тільки ви звикли до швидкості хорошого DSLR від Nikon або Canon, важко повернутися до того, щоб чекати дві хвилини для сплеску 7 знімків для запису на карту, і поки це не завершиться, ви не можете перевірити експозицію, і ви не використовуєте повною мірою елементи управління камерою.

Більше того, виробники камер продовжують виховувати все більшу продуктивність завдяки технології Bayer. Це нагадує мені про Porsche 911. Двигун знаходиться в неправильному місці, але при досить розумній техніці автомобіль може бути зроблений для управління, а також багато краще збалансованих передніх або середньомоторних машин.

— KTR
джерело