Что случилось с датчиками Foveon?

Похоже, что датчик Foveon должен быть способен создавать более качественные изображения, потому что он не зависит от отдельных красных, зеленых и синих пикселей, которые существуют на большинстве цифровых камер. Однако камеры, оснащенные датчиками Foveon, практически не существуют. Почему?

(Примечание: этот вопрос был вдохновлен ответом фильтра Байера, где фильтр Байера потенциально вызывал проблемы ...)

Случилось так, что Sigma купила Foveon и оказала на них большое давление, чтобы создать датчик, который действительно способен конкурировать со стандартными датчиками DSLR. Теперь, когда Sigma создает целую камеру и сенсор, мы стали уделять больше внимания созданию привлекательного конечного продукта.

В прошлом году Sigma анонсировала SD1, в котором используется датчик APS-C (1.5X кадрирование) с 15 миллионами фотосайтов. Они считают, что Sigma называет это сенсором на 46 мегапикселей. Они не раскрыли много деталей представителям прессы (по крайней мере мне), но ожидается, что они будут доступны к лету.

В производстве все еще есть несколько камер Sigma (DP1x, DP2s, SD15), которые используют датчик Foveon 1,7Х с 4,5 миллионами фотосайтов (или 14 мегапикселей).

Это сводится к следующему: по крайней мере для большинства людей пространственное разрешение (особенно в зеленой гамме цветов) гораздо важнее, чем цветовое разрешение, особенно в красных и синих тонах. Кривая цветового отклика, которую я включил в предыдущий ответ, дает хотя бы некоторое представление о причине этого.

Это особенно актуально, когда подавляющее большинство изображений, хранящихся / отображаемых в электронном виде, имеют формат JPEG или MPEG. Эти форматы в любом случае поддерживают понижающую дискретизацию каналов цветности до половины разрешения - и (особенно в случае MPEG) именно так сохраняется большинство изображений. Таким образом, преобразование данных с датчика Foveon в формат JPEG или MPEG обычно отбрасывает довольно много дополнительной информации, которую вы собрали.

Хотя выгода не обязательно огромна, некоторые камеры с байеровским сенсором (например, высококачественные Leaf / Phase One) поддерживают сдвиг сенсора для получения серии из четырех снимков (с фиксированным объектом), когда сенсор смещен в разные положения. Таким образом, каждый пиксель в конечном изображении имеет полную информацию о цвете (и для зеленого у него по-прежнему вдвое больше битов, чем для красного или синего, поэтому он все еще достаточно хорошо соответствует нормальному зрению).

Датчики Foveon хороши в теории, но на практике они не являются убедительным выбором. Как правило, они имеют гораздо более низкое разрешение и могут конкурировать, считая 3 датчика в каждой позиции пикселя как отдельные пиксели.

Sigma по-прежнему производит камеры с датчиками Foveon: http://blog.sigmaphoto.com/2011/faqs-the-sigma-camera-and-its-foveon-x3-direct-image-sensor/

Что случилось с датчиком Foveon, так это то, что Sigma внедрила эту технологию на ранних этапах, но другие компании, занимающиеся производством камер, неохотно делали это.

Это состояние продолжается и по сей день. Sigma продолжает развивать камеры, в настоящее время предлагая зеркальную камеру SD-15 и компактные камеры с большим сенсором с фиксированным фокусным расстоянием DP-1 и DP-2.

Однако в последнее время технология Foveon, похоже, находится на подъеме. Как упоминалось в другом посте, Sigma, похоже, близка к выпуску значительно улучшенного датчика Foveon в SD-1 с еще лучшей обработкой шума и разрешением, которое в значительной степени превосходит любой потребительский DSLR сегодня (хотя и не в системах среднего формата). Известно, что новый датчик имеет примерно 46 МП, что в переводе на эквивалент Байера означает примерно 30 МП с примерно равной детализацией к изображению Байера - то есть, если вы взяли выходное изображение в 15 миллионов пикселей из RAW, преобразованного из SD-1 и с повышением частоты дискретизации до 30 Мп он выглядел бы идентично 30-мегапиксельному образу Байера. Только у него также могут быть проблемы с цветным рисунком, которые могут возникнуть у датчика Байера, и более детальное падение. Датчики Foveon традиционно имеют большой динамический диапазон, а также очень низкий уровень шума при более низких ISO,

Так что же изменилось в лучшую сторону, что позволило добиться таких успехов? Это отчасти потому, что мы наблюдаем результат устойчивых исследований и разработок в Foveon, а также потому, что Sigma купила Foveon, и теперь они полностью сосредоточены на производстве более качественных датчиков для больших камер. До того, как Foveon пытался понять, какой сегмент фотографического рынка мог бы стать хорошим клиентом для этой технологии, в результате он был гораздо более рассеянным по целям.

Результаты этого фокуса видны не только в действительно значительном увеличении разрешения сенсора по сравнению с предыдущими поколениями, но также и в том, что их технология была выбрана ESA для полета 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

Извините за грубый перевод, я не могу найти ни одного другого источника для этих новостей.

Так что, в основном, то, что происходит с технологией Foveon, заключается в том, что она все еще развивается, как раз в том, что, казалось бы, было медленнее, чем в других сенсорных технологиях, но что может в итоге превзойти их. Нам нужно посмотреть, что может сделать новый датчик, чтобы увидеть, где на самом деле находится состояние технологии Foveon в наши дни, так что на самом деле это, вероятно, отличный вопрос, который нужно рассмотреть через три месяца.

Если вы действительно хотите получить больше информации о том, как 15-миллионное выходное изображение Foveon может содержать гораздо больше деталей, чем 30-мегапиксельное выходное изображение Байера, прочитайте эту статью, сравнивая 4,7-мегапиксельный датчик Foveon с 12-мегапиксельным байеровским (Canon 5D ):

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

Особо обратите внимание на разрешение цветовой диаграммы и обдумайте этот интересный вопрос - 15-мегапиксельная камера Bayer имеет только 3,75 миллиона фотосайтов, распознающих красный цвет. Таким образом, если вы установите традиционный красный фильтр, который любят использовать черно-белые фотографы, все остальные датчики затемнены, и вы снимаете с камерой 3,75 МП. Между тем 46-мегапиксельный датчик Foveon с тремя слоями из 15 миллионов фотосайтов, обнаруживающий красный / зеленый / синий (примерно), не заботится о том, какой фильтр вы установите перед ним, каждый пиксель вывода будет содержать данные с 15 миллионов различных красных датчиков.

Это может показаться произвольным случаем, но как насчет тональных сдвигов в чем-то вроде красной машины или голубого неба.

Для тех, кто ДЕЙСТВИТЕЛЬНО интересуется, куда движется Foveon на техническом уровне, прочитайте последний патент Foveon, в основном охватывающий основы того, что, вероятно, является датчиком SD-1:

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

Последнее, что следует отметить, это то, что некоторая форма технологии Foveon, даже если не дизайн Foveon, точно является будущим визуализации - начали поступать патенты от Sony и других компаний, также ищущих способы наложения слоев датчиков.

Есть две проблемы , которые были проблематичными для Foveon датчики с другом , чем проблема пространственного разрешения. И то, и другое присуще ключевой концепции Foveon: использование спектрального поглощения кремния различной глубины для разделения цветов.

С помощью матрицы Байера различные фильтры создаются с использованием красителей, тщательно подобранных для соответствия выбранным красным, зеленым и синим основным цветам. В Foveon это различие полностью основано на физике кремния, что не так хорошо, как обычно показывают маркетинговые материалы. Это приводит к двум проблемам.

Во-первых, три основных цвета, записанные датчиками Foveon, находятся дальше от основных длин волн, на которые реагируют конусные клетки человеческого глаза, и фактически форма кривой длины волны, на которую реагирует каждая глубина, очень отличается от формы нашего зрения. Это означает, что родное цветовое пространство устройства отличается от sRGB и других типичных цветовых пространств - или от человеческого зрения. Датчик записывает «воображаемые цвета» - те, которые мы не видим на самом деле - в некоторой части его цветовой гаммы, а другие части цветовой гаммы не полностью покрыты. Это не проявляется как отсутствующие цвета, но как своего рода дальтонизм (аналогия там на самом деле довольно хорошая, поскольку это фактически та же проблема),

Во-вторых, низкочастотный красный свет поглощается на самом глубоком уровне, что неизбежно приводит к некоторому затуханию, что означает больше шума в красном канале. Насколько я понимаю, шумоподавление в камерах Sigma справляется с этим, усиливая размытие красного канала. Я знаю, что моя камера с датчиком Байера с большим отрывом демонстрирует больше шума в синем канале. Я не уверен, является ли это врожденной проблемой датчиков Bayer или CMOS, или это двойная проблема на Foveon. (Я сделал это своим собственным вопросом .)

Ничто из этого не говорит о том, что широко распространенная технология Bayer идеальна или даже абсолютно лучше, чем Foveon. Просто у всего есть свои компромиссы, а у Фовеона действительно есть некоторые сложные. Большие проблемы с Байером (алиасинг, цветовое разрешение) могут быть решены путем добавления большего количества пикселей к проблеме, учитывая соответствующее увеличение обработки шума. Пока что это сработало очень успешно, и, конечно, не случайно, что оно хорошо соответствует мегапиксельному маркетингу.

Обновление (май 2011 г.): Sigma только что анонсировала новую модель "SD1" по цене около 9700 долларов - сопоставимую по стоимости с чем-то вроде камеры среднего формата Pentax 645D, но с сенсором размера APS-C. Будет интересно посмотреть, смогли ли они действительно решить некоторые из этих проблем. Я предполагаю, что они, вероятно, имеют, но по той цене, которая привела их к изменению целевого рынка. Но даже в этом я не уверен - максимальный ISO по-прежнему составляет 6400, что на две ступени ниже текущего показателя датчиков Байера. (Остается увидеть, конечно, если бы они просто определились с более консервативным ограничением. Не слишком пристально глядя на хрустальный шар, невозможно сказать; я обновлю это снова, когда будут отзывы, и если я '

_{Отказ от ответственности: у меня нет камеры с датчиком Foveon (хотя я использовал ее, и это было круто!). Я не очень внимательно слежу за технологиями. Сигма проводит много исследований, чтобы обойти или решить эти проблемы.}

Я думаю, что главная причина, по которой никто не использует Foveon, имеет мало общего с Foveon и имеет много общего с Sigma. Если бы Canon или Sony скупили технологию вместо Sigma, это было бы господствующей тенденцией, основная идея - хорошая. Sigma - игрок в этой области, слишком маленький, чтобы делать все самому, а камеры Sigma - что-то вроде приобретенного вкуса.

С датчиком все в порядке ... или, по крайней мере, до версии 45Mp Merrill. С более поздней версией Quattro Sigma отказалась от «чистого» подхода, заключающегося в захвате трех цветов в каждом месте для компромисса, с меньшим количеством датчиков на нижних уровнях.

Но датчик не проблема. Любой, кто использует его, знает, что он превосходит при низких значениях ISO, но уступает сенсорам Байера с сопоставимым реальным разрешением при высоких значениях ISO.

Реальная проблема заключается в том, что камеры Sigma невероятно медленны и неудобны в использовании, особенно из-за нелепо медленного времени записи. В первые дни доступных цифровых камер мы были бы в восторге от SD1, но, как только вы привыкли к скорости хорошей цифровой зеркальной фотокамеры от Nikon или Canon, трудно вернуться к ожиданию двух минут для вспышки 7 снимков для записи на карту, и до тех пор, пока это не будет сделано, вы не сможете проверить свои экспозиции и не сможете полностью использовать элементы управления камеры.

Более того, производители фотоаппаратов продолжают приносить все больше и больше производительности благодаря технологии Bayer. Это напоминает мне о Porsche 911. Двигатель не в том месте, но с достаточно умной конструкцией, автомобиль может быть сделан, чтобы справиться, а также многие лучше сбалансированные машины с передним или средним расположением двигателя.