Diit.cz - Novinky a informace o hardware, software a internetu

Plnobarevný snímač („Foveon“) z perovskitu zachytí více světla než bayer

Asi každému fotografovi by se líbil snímač o barevném rozlišení Foveonu a citlivosti bayerovy masky. Vědci ze Švýcarských federálních laboratoří ale přicházejí s příslibem ještě lepších parametrů…

O principielních rozdílech ve snímání barvy mezi snímači s bayerovou maskou a Foveonem jsme si povídali včera, takže si dovolím jen stručnější rekapitulaci s vypíchnutím podstatných rozdílů.

Většina současných fotoaparátů staví na prostém jasovém (černobílém) snímači. Aby dokázal zachytit barevnou složku, jsou jednotlivé „pixely“ střídavě překryty barevnými filtry (červeným, modrým, zeleným). Každý pixel tedy zachycuje jednu barevnou složku (v idealizovaném případě 1/3 viditelného spektra) a zbylé dvě třetiny se následně vyrobí digitálně interpolací. Tyto dvě třetiny barevné informace jsou nepřesné, protože pocházejí ze sousedních pixelů. To vede k různým negativům jako jsou různé artefakty (od barevného moire přes druhotné barvy na jemné černobílé kresbě až po aliasing na ostrých barevných hranách).

Spektrální odezva jednotlivých „vrstev“ snímače Foveon (všimněte si rozsáhlých překryvů)

Oproti tomu snímač Foveon staví na křemíku, jehož přirozenou vlastností je absorbce světla různých vlnových délek v různé hloubce. Díky tomu v každém bodu zachycuje modrou (v nejvyšší vrstvě), zelenou (hlouběji) a červenou (nejhlouběji), takže výše uvedenými neduhy netrpí. Jak to ale v praxi chodí, nic není dokonalé a ani křemík nepohlcuje přesně modrou, zelenou a červenou, ale v nejvyšší vrstvě krom modré absorbuje i část zelené a červené a v prostřední krom zelené i malou část červené. Takže to, co zachytí, připomíná spíš ve svrchní vrstvě modrobílé světlo (jasová složka s příměsí modré), ve střední vrstvě žlutozelenou a v nejhlubší červenou. Transformací na žádaný barevný prostor ale přijde velká část zachyceného světla (respektive vzniklé informace) v niveč, což znamená nižší citlivost, jinými slovy vyšší šum.

Vědci ze Švýcarských federálních laboratoří přišli s nápadem postaveným na kombinaci snímání ve vrstvách jako u Foveonu a využití tzv. perovskitů. Perovskit je přírodní minerál, konkrétně oxid titaničito-vápenatý. Pro účel pochopení principu snímače stačí vědět, že v roce 2009 byla objevena zajímavá vlastnost tohoto nerostu - absorbce světla generující elektrický náboj. To později vedlo k výzkumu sloučenin inspirovaných krystalickou mřížkou této substance. Materiálům vyvinutým inspirací u nerostu perovskitu, které si zachovávají tuto vlastnost, se obecně říká perovskity.

Využití perovskitů může vést k citelnému snížení překryvů

Švýcarštví vědci se rozhodli pro potřeby plnobarevného snímání použít právě tři vrstvy různých perovskitů. Každá vrstva má složení vyladěné tak, aby absorbovala právě tu barvu, kterou je třeba, tedy co nejpřesněji modrou, zelenou a červenou. Tím oproti Foveonu odpadá potřeba konverze nativního barevného prostoru (bílo-žluto-červeného) na modro-zeleno-červený. Jinými slovy nedochází ke ztrátě světla, takže citlivotst snímače je nejen vyšší než u Foveonu, ale podle vyjádření výzkumníků překonává i snímače s bayerovou maskou.

S použitím perovskitů by mělo být možné vyrábět snímače o menších pixelech, tzn. vyšším plošném rozlišení

Vědci svoji práci publikovali poté, co vyrobili experimentální jednopixelový snímač z perovskitů, na kterém své domněnky ověřili v praxi. Předpokládají, že výroba by měla být levná, dokonce očekávají náklady nižší než u Foveonu. Dokonce tvrdí, že s touto technologií lze vyrábět snímače o několikanásobně menších pixelech (~vyšší rozlišení) než se současnými technologiemi.

Na druhou stranu se objevily názory, které poukazují na určité potenciální slabiny. Jednou z nich je, že u všech tří vrstev počítají s nasazením olovnatých perovskitů, přičemž trend současné legislativy je spíš opačný, tedy v nahrazování olova bezpečnějšími materiály. Také se objevily názory, že použití polymerových vrstev, které perovskity oddělují, může mít výrazný dopad na životnost snímače nebo optické vlastnosti po miniaturizaci. Také zatím není známo chování snímače o řádově megapixelovém rozlišení. Energetická stránka, zahřívání, rychlost fungování a podobně.

Spektrální překryvy vrstev klasického Foveonu (dole) umožňují interpretovat širší spektrum barevných přechodů

Nakonec lze zmínit i to, že zdánlivé negativum Foveonu v podobě výrazného překryvu spektrální odezvy jednotlivých „vrstev“ vede i rozšíření interpretace barevných přechodů mezi modrou a zelenou a zelenou a žlutou. Zúžení překryvu, které sníží šum, by mohlo tuto unikátní vlastnost eliminovat. Nápad je nicméně zajímavý a stojí za ověření možností miniaturizace a dořešení případných problémů.

Zdroje: 

Diskuse ke článku Plnobarevný snímač („Foveon“) z perovskitu zachytí více světla než bayer

Středa, 22 Listopad 2017 - 07:05 | Vrgada | Asi hezky nápad, ale nepravděpodobné, to by...
Středa, 22 Listopad 2017 - 05:20 | RedMaX | To je ten stary no-X, ktereho vsichni zname,...
Úterý, 21 Listopad 2017 - 21:44 | Jirka1 | Problém je v tom, jak definujete "moc...
Úterý, 21 Listopad 2017 - 21:22 | ldx | Zdá se mi to jako výborný nápad a velký potenciál...
Úterý, 21 Listopad 2017 - 21:13 | danieel | Pokud se to moc prekryva, tak barevny prostor (...
Úterý, 21 Listopad 2017 - 18:44 | Jirka1 | Překryvy - tedy oblasti v nichž jsou citlivé 2...

Zobrazit diskusi