Foveon X3-матрица

Foveon X3-матрица

Рис.1,Pабота Foveon X3 пикселя

Foveon X3-матрица или основной элемент фотосенсора, разработанного в компании Foveon отличается цветоделением на аддитивные цвета RGB c использованием дисперсного свойства кремния поглощать «синие», «зелёные» и «красные» составляющие лучи света на разной глубине фотодиода (в зависимости от разной длины волны — разной интенсивности сигнала) в пределах одного пикселя (без применения фильтра Байера).

Название фотодатчика «Х3» означает его «трёхмерность». Фотодетекторами в такой матрице могут служить элементы, созданные по технологиям КМОП, ПЗС, [[DX]. (Ипользование термина матрица связано с частым использованим его в русском СМИ. Хотя этот термин взят для раскрытия фотодатчика с точки зрения его строения, применения материалов, пикселей и др. в более детализированном освещении. Это позволяет также основной материал о Фосенсорах не расширять по объему).

Принцип работы

Рис.2,Основной элемент Фотосенсоров Foveon, CCD матриц (фото) пиксел

В соответствии с трёхкомпонетной моделью человеческого цветовосприятия, составляющие цвета предметной точки можно определить, измеряя уровни яркости красного, зелёного и синего цвета. В светочувствительной матрице каждый элемент-фотодатчик генерирует электрический ток пропорциональный количеству фотонов, вызвавших фотоэффект, за время экспозиции.

Цифровая фотография аналогично фотоэмульсионной (на основе применения светочувствительных зерен галогенидов серебра) с использованием фотодатчиков , например, трехслойных - Foveon X3, равнозначна цветной пленочной фотографии в плане фиксации первичного аналогового сигнала. Т.е. аналоговый сигнал предметной точки, состоящий из составляющих света RGB,фиксируется друг под другом в одном фотодиоде в порядке: синий, зеленый,красный.(см. подробнее Foveon X3-матрица). Однако, в отличие от фотопленки для получения выходного одного сигнала на основе аддитивного синтеза цвета применятся сложное АЦП (Аналого-цифровой преобразователь). При этом Аналоговые составляющие сигналы каждого слоя преобразовывются в один выходной сигнал. Аналоговый сигнал предметной точки в фотодатчиках проходит путь преобразований перед выходом его в карту памяти фотоаппарата в виде готового файла или при съемке в системе RAW (с применением Photoshopa). Вначале на этапе фиксации его в фотодиоде мы получаем его истинное значение в виде аналогового сигнала черно-белого изображения. Далее, в результате АЦП или других систем преобразований происходит дискретизация сигналов, модуляция их и оцифровка. При этом используется система восстановления дискретного сигнала в аналоговый сигнал электронными системами квантования и дискретно-аналогового восстановления. Главным условием является присутствие истинных составляющих аналогового сигнала при дискретизации для восстановления. , , . Таким образом, трехуровневые фотодатчики RGB (пиксели) в отличие от однослойных фотодатчиков образуют ячейку RGB в одном фоточувствительном элементе вместо трех.

Это заметно при тестировании . Изображения при фотографировании на эти фотодатчики дают больше мелких световых деталей и набор цветовых характеристик, близких к оригиналу. Также это позволяет улучшить соотношение сигнал/шум, так как в классических матрицах Байера до 2/3 светового потока теряется в силу конструктивных особенностей (однослойного расположения пикселей в виде ячеек типа RGB, фиксции аналогового сигнала предметной точки величиной в 1/3 его величины, получения выходного сигнала предметной точки после интерполяции 2/3 сигнала двух рядом расположенных предметных точек в каждой ячейке). Это не дает возможность получить изображение — копию по отношению к оригиналу.

Матрицы фотосенсоров Foveon X3 с равным количество пикселей в изображениях, полученных однослойными матрицами, формируют его более чётким, так как в отличие от фильтра Байера его не нужно интерполировать.

Устройстао трехслойного фотодиода матрицы Foveon X3

Схема фотодиода — пикселя (трехпиксельного фотоприёмника) Foveon X3

• 1 — Источник элекртонов «синего» луча света RGB (канал n-типа)
• 2 — Источник элекртонов «зеленого» луча света RGB (канал n-типа)
• 3 — Источник элекртонов «красного» луча света RGB (канал n-типа)
• 4 — Потенциальная яма электронов «синего» луча света RGB
• 5 — Потенциальная яма электронов «зеленого» луча света RGB
• 6 — Потенциальная яма электронов «красного» луча света RGB
• 7 — Подложка p-типа
• 8 — Электрод
• 9 — Синяя составляющая света
• 10 — Зеленая составляющая света
• 11 — Красная составляющая света
• 12 — Микролинза

Немного истории

В 1997 году Карвером Мидом (Carver Mead) создано совместное предприятие National Semiconductor и Synaptics — впоследствии компания Foveon. В основу её деятельности были заложены технологии полупроводниковых микросхем типа VLSI (Very-large-scale integration или СБИС — сверхбольшая интегральная схема). Откуда и появилась новая технология фотодатчика под названием Foveon X3.

См. также

• Foveon X3-сенсор
• Датчик изображения
• Матрица (фото)
• Фильтр Байера
• Сенсоры Байера
• Оптические системы
• Nikon RGB-матрица

Ссылки

• ↑ IXBT.COM: Оценка шумовой характеристики матрицы Foveon X3 против традиционных мозаичных матриц

Литература

• Васильев В.П. Основы теории и расчета цифровых фильтров: учеб. пособие для высш. учеб. заведений / В.П. Васильев, Э.Л. Муро, С.М.Смольский; под ред. С.М.Смольского.. — 1-е изд.. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — С. 272 с.,ил. — ISBN 978-5 7695-2709-8^{о книге}Свойство «Ссылка/Книга» типа «Страница» со значением « Основы теории и расчета цифровых фильтров: учеб. пособие для высш. учеб. заведений / В.П. Васильев, Э.Л. Муро, С.М.Смольский; под ред. С.М.Смольского.» содержит недопустимые символы или неполно и может привести к неожиданным результатам при семантическом аннотировании или запросе.