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El sensor Foveon X3 es un sensor de imagen de cámara digital diseñado por Foveon, Inc. (ahora parte de Sigma Corporation ) y fabricado por Dongbu Electronics. [1] Utiliza una serie de fotositos que constan de tres fotodiodos apilados verticalmente . Cada uno de los tres fotodiodos apilados tiene una sensibilidad espectral diferente , lo que le permite responder de manera diferente a diferentes longitudes de onda . [2] Las señales de los tres fotodiodos se procesan luego como datos de color aditivos que se transforman en un espacio de color RGB estándar .

La tecnología del sensor X3 se implementó por primera vez en 2002 en la cámara Sigma SD9 DSLR y, posteriormente, en la SD10 , SD14 , SD15 , SD1 (incluida SD1 Merrill) , la serie compacta Sigma DP2 de 2012, la serie Sigma dp2 Quattro de 2014 y la serie Sigma SD Quattro de 2016. El desarrollo de la tecnología Foveon X3 es el tema del libro de 2005 The Silicon Eye de George Gilder .

Operación [ editar ]

Absorción dependiente de la longitud de onda en silicio y el sensor Foveon X3. Consulte el texto para obtener una explicación.

El diagrama de la derecha muestra cómo funciona el sensor Foveon X3. La imagen de la izquierda muestra la absorción de colores para cada longitud de onda a medida que pasa a través de la oblea de silicio . La imagen de la derecha muestra una pila de sensores en capas que muestra los colores que detecta en cada nivel de absorción para cada píxel de salida. Los colores de los sensores que se muestran son solo ejemplos. En la práctica, los atributos de color de cada píxel de salida que utiliza este sensor son el resultado de los algoritmos de procesamiento de imágenes de la cámara , que utilizan un proceso matricial para construir un solo color RGB a partir de todos los datos detectados por la pila de fotodiodos. [2]

La profundidad de la oblea de silicio en cada uno de los tres sensores es inferior a cinco micrómetros, lo que crea un efecto insignificante en el enfoque o la aberración cromática . Sin embargo, debido a que la profundidad de recolección de la capa de sensor más profunda (roja) es comparable a la profundidad de recolección en otros sensores CMOS y CCD de silicio , se produce cierta difusión de electrones y pérdida de nitidez en las longitudes de onda más largas. [3]

Utilización [ editar ]

La primera cámara digital que utilizó un sensor Foveon X3 fue la Sigma SD9 , una SLR digital lanzada en 2002. [4] Utilizaba una iteración del sensor de 2268 x 1512 × 3 (3,54 × 3 MP) y se construyó sobre una Sigma- cuerpo diseñado con la montura Sigma SA . La cámara fue seguida en 2003 por la Sigma SD10 mejorada pero técnicamente similar , [5] que a su vez fue reemplazada en 2006 por la Sigma SD14 , que usaba un sensor de mayor resolución, 2640 × 1760 × 3. El sucesor del SD14, el Sigma SD15 , fue lanzado en junio de 2010 [6] y usó el mismo sensor 2640 × 1760 × 3 (4.7 × 3 MP) que el SD14. El Sigma SD1fue lanzado en junio de 2011 [7] con un nuevo sensor de 4800 × 3200 × 3 desarrollado para el mercado profesional. [8]

En 2004, Polaroid Corp. anunció la Polaroid x530, [9] una cámara compacta con 1408 × 1056 × 3, 1 / 1.8 pulgadas . sensor. La cámara tuvo un lanzamiento limitado en 2005, pero se retiró más adelante en el año por problemas de calidad de imagen no especificados. [10] Sigma anunció un prototipo de su cámara compacta basada en Foveon en 2006, la Sigma DP1 , usando el mismo sensor de 14 MP que la SD14 DSLR. En 2007 se exhibió una versión revisada del prototipo, y la cámara finalmente se lanzó en la primavera de 2008. [11] A diferencia de la Polaroid x530, la DP1 tenía un sensor de tamaño APS-C con una lente principal equivalente a 28 mm . La cámara fue revisada como DP1 y DP1x. En 2009, la empresa lanzó elDP2 , [12] una cámara compacta que usa el mismo sensor y cuerpo que la DP1 pero con una lente f / 2.8 equivalente a 41 mm.

Comparación con los sensores de filtro Bayer [ editar ]

El funcionamiento del sensor Foveon X3 es diferente al del sensor de imagen con filtro Bayer , que se usa más comúnmente en cámaras digitales . En el sensor de Bayer, cada fotosito de la matriz consta de un solo sensor de luz (CMOS o CCD) que, como resultado de la filtración, está expuesto a solo uno de los tres colores primarios: rojo, verde o azul. La construcción de una imagen a todo color a partir de un sensor de Bayer requiere demostraciones , un proceso de interpolación en el que al píxel de salida asociado con cada fotosito se le asigna un RGB.valor basado en parte en el nivel de rojo, verde y azul informado por los fotositos adyacentes. Sin embargo, el sensor Foveon X3 crea su salida de color RGB para cada fotosito combinando las salidas de cada uno de los fotodiodos apilados en cada uno de sus fotositos. Esta diferencia operativa tiene como resultado varias consecuencias importantes.

Artefactos de color [ editar ]

Debido a que no se requieren demostraciones para que el sensor Foveon X3 produzca una imagen a todo color, los artefactos de color (" irregularidades de color ") asociados con el proceso no se ven. El filtro anti-aliasing separado [13] comúnmente usado [n 1] para mitigar esos artefactos en un sensor Bayer no es necesario; esto se debe a que se produce un pequeño aliasing cuando los fotodiodos de cada color, con la ayuda de las microlentes , integran la imagen óptica en una región casi tan grande como la separación de los sensores para ese color. [n 2] [14] Por otro lado, el método de separación de colores por profundidad de penetración de silicio genera más contaminación cruzada entre capas de color, lo que significa más problemas con la precisión del color.

Recopilación de luz y rendimiento con poca luz [ editar ]

El fotosensor Foveon X3 puede detectar más fotones que ingresan a la cámara que un sensor de mosaico, porque cada uno de los filtros de color que se superponen a cada fotosito de un sensor de mosaico pasa solo uno de los colores primarios y absorbe los otros dos. La absorción de estos colores reduce la cantidad total de luz recogida por el sensor y destruye gran parte de la información sobre el color de la luz que incide en cada elemento sensor. Aunque el Foveon X3 tiene una mayor capacidad de captación de luz, las capas individuales no responden con tanta nitidez a los colores respectivos; por lo tanto, la información que indica el color en los datos sin procesar del sensor requiere una matriz "agresiva" (es decir, la eliminación de señales de modo común) para producir datos de color en un espacio de color estándar , lo que puede aumentar el ruido de color en situaciones de poca luz. [15]

Resolución espacial [ editar ]

Según Sigma Corporation , "ha habido cierta controversia sobre cómo especificar el número de píxeles en los sensores Foveon". [16] El argumento se ha centrado en si los vendedores deberían contar el número de fotodiodos o el número total de fotodiodos, como un recuento de megapíxeles, y si cualquiera de ellos debería compararse con el número de fotodiodos en un sensor de filtro de Bayer o una cámara como un medida de resolución.

Por ejemplo, las dimensiones de la matriz de fotosito en el sensor de la cámara Sigma SD10 son 2268 × 1512, y la cámara produce un tamaño de archivo nativo de esas dimensiones (multiplicado por tres capas de color), lo que equivale aproximadamente a 3,4 millones de píxeles de tres colores. . Sin embargo, se ha anunciado como una cámara de 10,2 MP teniendo en cuenta que cada fotosito contiene fotodiodos de detección de color rojo, verde y azul apilados, o sensores de píxeles (2268 × 1512 × 3). En comparación, las dimensiones de la matriz de fotosito en el sensor Bayer de 10,2 MP en la cámara Nikon D200 son 3872 × 2592, pero solo hay un fotodiodo, o sensor de un píxel, en cada sitio. Las cámaras tienen el mismo número de fotodiodos y producen tamaños de archivo de datos brutos similares, pero el filtro BayerLa cámara produce un tamaño de archivo nativo más grande mediante demostraciones .

La resolución real producida por el sensor de Bayer es más complicada de lo que podría sugerir el recuento de sus fotositos o su tamaño de archivo nativo; la demostración y el filtro anti-aliasing separado se usan comúnmente para reducir la ocurrencia o severidad de los patrones de muaré de color que produce la característica de mosaico del sensor de Bayer. El efecto de este filtro difumina la salida de imagen del sensor, lo que produce una resolución más baja que la que parecería implicar el recuento de fotosito. Este filtro es mayormente innecesario con el sensor Foveon X3 y no se usa. La primera cámara con sensor Foveon X3, la Sigma SD9 , mostraba patrones de muaré de luminancia visibles sin muaré de color. [17]

Las cámaras posteriores equipadas con X3 tienen menos alias porque incluyen microlentes, que proporcionan un filtro anti-aliasing al promediar la señal óptica sobre un área acorde con la densidad de la muestra. Esto no es posible en ningún canal de color de un sensor tipo Bayer. El alias del sensor Foveon X3 es "mucho menos molesto porque es monocromático", dijo Norman Koren. [18] En teoría, es posible que un sensor Foveon X3 con el mismo número de fotodiodos que un sensor Bayer y sin filtro anti-aliasing separado logre una resolución espacial más alta que ese sensor Bayer. Pruebas independientes indican que la matriz "10,2 MP" del sensor Foveon X3 (en el Sigma SD10) tiene una resolución similar a 5 MP [19] o 6 MP [20]Sensor Bayer. Con una velocidad ISO baja , es incluso similar a un sensor Bayer de 7,2 MP [21] .

Con la introducción de la Sigma SD14 , los revisores comparan favorablemente la resolución del sensor Foveon X3 de 14 MP (4,7 MP rojo + 4,7 MP verde + 4,7 MP azul) con la de los sensores Bayer de 10 MP. Por ejemplo, Mike Chaney del software dice que "la SD14 produce mejores fotos que una DSLR típica de 10 MP porque es capaz de llevar detalles nítidos hasta el punto de 'caída' a 1700 LPI, mientras que el contraste, el detalle del color y la nitidez comienzan degradarse mucho antes del límite de 1700 LPI en una DSLR de 10 MP basada en Bayer ". [22]

Otro artículo considera que el sensor Foveon X3 es aproximadamente equivalente a un sensor Bayer de 9 MP. [23]

Una comparación visual entre un sensor Foveon de 14 MP y un sensor Bayer de 12,3 MP muestra que Foveon tiene detalles más nítidos. [24]

Ruido [ editar ]

El sensor Foveon X3, como se usa en la cámara Sigma SD10, ha sido caracterizado por dos revisores independientes como más ruidoso que los sensores en algunas otras DSLR que usan el sensor Bayer en equivalentes de velocidad de película ISO más altos , [25] ruido de croma en particular. [26] [27] Otro notó un mayor ruido durante tiempos de exposición prolongados. [28] [n 3] Sin embargo, estos revisores no opinan si se trata de una propiedad inherente del sensor o de los algoritmos de procesamiento de imágenes de la cámara.

Con respecto a la Sigma SD14, que usa un sensor Foveon X3 más reciente, un crítico consideró que sus niveles de ruido iban desde "muy bajo" a ISO 100 a "moderado" a ISO 1600 cuando se usa el formato de imagen Raw de la cámara . [29]

Imágenes de muestra [ editar ]

El sitio SD14 de Sigma tiene galerías de imágenes de resolución completa que muestran el color producido por la tecnología Foveon. El chip Foveon de 14 MP produce archivos RGB de tamaño nativo de 4.7 MP; Las cámaras con filtro Bayer de 14 MP producen un tamaño de archivo nativo de 14 MP por interpolación (es decir, demostración). La comparación visual directa de imágenes de sensores Bayer de 12,7 MP y sensores Foveon de 14,1 MP muestra que las imágenes de Bayer son superiores en detalles finos monocromáticos, como las líneas entre ladrillos en un edificio distante, pero las imágenes de Foveon son superiores en resolución de color. [30]

Ver también [ editar ]

  • Matriz de filtros de color
  • Filtro de Bayer
  • Filtro CYGM
  • Filtro RGBE

Notas [ editar ]

  1. ^ Aunque su uso es casi universal con los sensores Bayer en cámaras digitales, no es absolutamente necesario. Kodak produjo una vez dos cámaras digitales, la DCS Pro SLR / ny la DCS Pro SLR / c ( Digital Photography Review, Kodak DCS Pro SLR / c Review , junio de 2004, consultado el 3 de marzo de 2007) utilizando sensores de Bayer sin dicho filtro. Sin embargo,se produjeron patrones muaré significativos al fotografiar detalles muy finos. Consultado el 3 de marzo de 2007.
  2. ^ Las microlentes se utilizan comúnmente en todo tipo de sensores de imagen en cámaras digitales; en los sensores de filtro Bayer, las microlentes permiten que el área de la imagen óptica promediada (es decir, integrada) por muestra se acerque al 25 por ciento para rojo y azul, y al 50 por ciento para verde, lo que resulta en muy poco suavizado. Para los sensores Foveon X3, el área promediada puede acercarse al 100 por ciento para cada color, lo que resulta en un efecto de filtro anti-alias significativo.
  3. ^ Esta observación es consistente con una comparación de las imágenes, mostradas en Digital Photography Review, tomadas por la Sigma SD10 ( ver aquí ) con aquellas tomadas aproximadamente al mismo tiempo de la misma escena por la Nikon D70 equipada con sensor de Bayer ( ver aquí ) / página 15 .áspid. Ambos recuperados el 6 de marzo de 2007.

Referencias [ editar ]

  1. ^ Foveon anuncia nuevo socio de fabricación de sensores de imagen: Dongbu Electronics de Seúl, Corea del Sur . Consultado el 18 de enero de 2014.
  2. ^ a b A. Rush; P. Hubel (2003). "Características del sensor X3" . J. Soc. Photogr. Sci. Technol. Japón . 66 (1): 57–60 . Consultado el 6 de marzo de 2007 .
  3. ^ Ji Soo Lee (2003). Fotorespuesta de sensores de imagen CMOS (PDF) (tesis doctoral). Universidad de Waterloo. Archivado desde el original (PDF) el 19 de febrero de 2009.
  4. ^ Revisión de fotografía digital: 18 de febrero de 2002
  5. ^ Revisión de fotografía digital: Sigma SD10: marzo de 2004
  6. ^ Revisión de fotografía digital: Sigma Reino Unido comenzará a distribuir la cámara digital SD15: 11 de junio de 2010
  7. ^ "Anuncio de precio y disponibilidad de Sigma SD1" . Consultado el 24 de mayo de 2011 .
  8. ^ Revisión de fotografía digital: Sigma lanza SLR digital insignia SD1: 21 de septiembre de 2010
  9. ^ Revisión de fotografía digital: Polaroid x530: 09 de febrero de 2004
  10. ^ Recurso de imágenes: 15 de abril de 2005
  11. ^ Revisión de fotografía digital: Sigma anuncia que DP1 estará disponible en la primavera de 2008: 13 de enero de 2008
  12. ^ Revisión de fotografía digital: Sigma UK: DP2 ya disponible: 14 de mayo de 2009
  13. ^ Consulte lasección de filtro de suavizado óptico del filtro de suavizado
  14. ^ Brian W. Keelan (2004). Manual de Calidad de Imagen: Caracterización y Predicción . Marcel – Dekker. pag. 390. ISBN 0-8247-0770-2.
  15. ^ "¿Sabes crudo? Parte 2" . Photostream en auspiciousdragon.net . 5 de julio de 2007. Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2007.CS1 maint: URL no apta ( enlace )
  16. ^ "Libros blancos de Sigma SD14" . Consultado el 29 de abril de 2007 .
  17. ^ Phil Askey (noviembre de 2002). "Revisión de Sigma SD9" . DPReview .
  18. ^ Norman Koren. "Nitidez: ¿Qué es y cómo se mide?" . Documentos de Imatest . Consultado el 16 de diciembre de 2007 .
  19. ^ Fotografía e imágenes populares , vol. 69, No. 6 (junio de 2005), (cuadro en la p. 47).
  20. ^ Digital Photography Review: Sigma SD10 Review , marzo de 2004, obtenido el 3 de marzo de 2007.
  21. ^ c | net Reviews, Sigma SD10 Consultado el 6 de marzo de 2007.
  22. ^ Mike Chaney (2007). "¿Resolución Sigma SD14: 14 MP? ¿4.6 MP? ¿Cómo se compara la SD14 con las cámaras de gama alta como la Canon EOD 5D?" .
  23. ^ "Reclamaciones del sensor Foveon X3 puesta a prueba" . Archivado desde el original el 5 de febrero de 2008.
  24. ^ Carl Rytterfalk (23 de febrero de 2010). "Una pequeña comparación entre la Sigma SD14 y la Nikon D90". Fotografía de Carl Rytterfalk . Archivado desde el original el 15 de julio de 2010 . Consultado el 20 de mayo de 2010 .
  25. ^ Ver, por ejemplo , c | net Reviews, Sigma SD10 obtenido el 6 de marzo de 2007 y la revisión de Steve's Digicams Sigma SD10 (28 de noviembre de 2003)obtenidoel 6 de marzo de 2007.
  26. ^ Laboratorios de cámara: Galería Sigma DP1
  27. ^ Revisión de Sigma DP1 , photographyreview.com
  28. ^ Revisión de Imaging Resource Sigma SD10 (publicado por primera vez el 22 de octubre de 2003). Consultado el 6 de marzo de 2007.
  29. ^ Michael J. McNamara (diciembre de 2008). "Prueba de cámara: Sigma SD14" . Consultado el 6 de junio de 2013 .
  30. ^ Mike Chaney (16 de marzo de 2007). "Resolución Sigma SD14: ¿14 MP? ¿4,6 MP?" . Digital Inc dominio .

Enlaces externos [ editar ]

  • Richard F. Lyon y Paul M. Hubel. Mirando la cámara: hacia el próximo siglo . X Congreso de imágenes en color: ciencia, sistemas y aplicaciones del color. IS&T y SID, Springfield, Va, EE. UU., 2002. P. 349–355.
  • Galería de muestras de Sigma SD14 con sensor Foveon X3
  • Página de tecnología Foveon X3
  • Vista previa del prototipo DPReview Foveon X3
  • Fotos de muestra de Sigma / Foveon
  • Fotos de muestra de Polaroid x530 / Foveon
  • Sigma DP1