Просмотр кода страницы Foveon X3


{{обновить|дата=2012-07-31}}
[[Файл:Foveon x3 logo.gif|thumb|right|Логотип Foveon X3]]
'''Foveon X3''' — серия [[матрица (фото)|фотоматриц]] компании [[Foveon]], в которой [[цветоделение]] на аддитивные цвета [[RGB]] проводится послойно, по толщине [[Полупроводник|полупроводникового материала]], с использованием физических свойств [[Кремний|кремния]].

Название сенсора «Х3»<ref>{{Cite web |url=http://foveon.com/ |title=сайт производителя |access-date=2022-05-08 |archive-date=2020-08-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20200809220434/http://www.foveon.com/ |url-status=live }}</ref> подразумевает как его «трёхслойность», так и «трёхмерность» структуры, дабы подчеркнуть отличие от «плоских» матриц с [[фильтр Байера|фильтром Байера]].

Управляющие схемы и элементы матрицы могут быть построены с применением [[КМОП]] и других технологических решений. Однако на данный момент ([[2008 год]]) производится только [[КМОП]] версия.
[[Кроп-фактор]] матриц «Foveon x3» — 1,74.

== Архитектура матрицы и принцип действия ==
[[Файл:Absorption-X3-ru.png|thumb|400px|Принцип цветоделения Foveon X3]]
[[Файл:Bayer pattern on sensor profile.svg|thumb|250 px|Принцип действия элементов массива Байера]]
Особенностью матриц Foveon является то, что [[фотодиод]]ы, формирующие цветной элемент изображения, расположены друг над другом, образуя «колонку», перпендикулярную поверхности матрицы. Поскольку [[Коэффициент поглощения (оптика)|коэффициент поглощения]] света в [[Кремний|кремнии]] в [[Видимое излучение|оптическом диапазоне]] монотонно зависит от длины волны<ref>{{Cite web |url=http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/optic.html |title=Optical properties of silicon // Ioffe Physical Technical Institute |access-date=2011-11-14 |archive-date=2011-06-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110609065409/http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/optic.html |url-status=live }}</ref>, то синяя часть спектра поглощается преимущественно верхним слоем (толщина 0,4 мкм), зелёная средним (толщина 2 мкм) и красная нижним слоем (более 2 мкм), разделенных [[P-n-переход|p-n-переходами]] и имеющими отдельные выводы сигнала. Такая компоновка позволяет получить полную информацию по трем цветовым каналам в одной точке<ref>[http://www.google.com.ua/patents?hl=ru&lr=&vid=USPAT5965875 R.B. Merril. Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure. US patent 5,965,875, Oct. 12,1999]</ref>.

Такая вертикальная компоновка радикально отличается от матриц с [[Фильтр Байера|фильтрами Байера]], где каждый элемент цветного изображения образуется комбинацией одноцветных сигналов с группы рядом расположенных на поверхности сенсора фотодиодов-субпикселей, «накрытых» цветными фильтрами. В отличие от байеровских [[Фотоматрица|фотосенсоров]] в сенсорах Foveon цветные фильтры не используются и, благодаря сбору сигнала по трем цветовым каналам в одной точке, отпадает нужда в интерполяции сигналов цветных субпикселов при формировании изображения.

Благодаря малой (менее 5 мкм) толщине сенсора, возможное влияние хроматических аберраций на изображение минимально. Однако, как и в других разновидностях матриц, поглощение красной части спектра происходит на максимальной глубине. В результате паразитной [[Диффузия|диффузии фотоэлектронов]] и засветки косыми лучами в области максимальных длин волн происходит дополнительное размытие изображения. В частности, этот же эффект затрудняет дальнейшее (по сравнению с нынешними матрицами) уменьшение размера элемента и повышение разрешения.<ref>Ji Soo Lee, "[https://web.archive.org/web/20090219083724/http://www.cse.yorku.ca/~visor/pdf/JiSoo_Lee_PhD.pdf Photoresponse of CMOS Image Sensors], " Ph.D. dissertation, University of Waterloo, 2003</ref>

== Достоинства ==
Более чёткое изображение:
* Не требуется процедуры [[Интерполяция|интерполяции]] недостающих компонентов в каждом пикселе.
* Не требуется постановки перед матрицей размывающего фильтра (обязательного компонента [[Фильтр Байера|байеровских матриц]], он же {{lang-en|Anti-aliasing filter}}) для решения проблемы цветового [[Муаровый узор|муара]] — явления, характерного для [[Массив цветных фильтров|мозаичных матриц]];
Потенциально лучшие шумовые характеристики:
* Теоретически, позволяет улучшить соотношение сигнал/шум благодаря отсутствию поглощающих ⅔ светового потока цветных фильтров. Но из-за поглощения светового потока верхними слоями и необходимости восстанавливать насыщенность цвета дополнительной обработкой выигрыш в чувствительности оказывается невелик.
* По заявлению разработчиков, Foveon Х3 имеет ещё одно интересное свойство — изменяемый размер эффективного пикселя. Малый размер позволяет делать снимки высокого разрешения. Больший — даёт возможность снимать при слабом освещении. Объединение пикселов в системы 1×1, 4×4, 1×2 и т. д. производится в динамическом режиме.<ref>{{Cite web |url=http://www.photoreview.com.au/reviews/digitalslr/sigma-sd14.aspx |title=о матрице Foveon X3 обзор |access-date=2007-08-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20070831134823/http://www.photoreview.com.au/reviews/digitalslr/sigma-sd14.aspx |archive-date=2007-08-31 |url-status=dead }}</ref>

== Недостатки ==
* Недостаточная точность [[Цветопередача|цветопередачи]] и невозможность её радикального улучшения, так как в наибольшей степени она определяется свойствами кремния как такового, и произвольный выбор красителя для компонентов невозможен.
* Относительно высокий уровень [[Цифровой шум изображения|цифрового шума]]. К сожалению, разделение оказывается далеко не полным. Часть фотонов поглощается в «чужой» области. В результате, цветовая информация оказывается неполной, насыщенность цвета при прямом использовании R G B сигналов с сенсора как значений пиксела изображения даёт малоконтрастную ненасыщенную картинку. Для компенсации этого эффекта требуется вводить агрессивный алгоритм восстановления цветового оттенка. Именно вынужденный подъём насыщенности вносит основной вклад в увеличение итогового шума матрицы.<ref>Rush and Hubel, ''supra'', pp. 3-5.</ref><ref>{{Cite web |url=http://www.ixbt.com/digimage/foveon2.shtml |title=IXBT.COM: Оценка шумовой характеристики матрицы Foveon X3 против традиционных мозаичных матриц |access-date=2005-07-18 |archive-date=2005-03-12 |archive-url=https://web.archive.org/web/20050312141642/http://www.ixbt.com/digimage/foveon2.shtml |url-status=live }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://vgrin.host56.com/photo/articles/foveon_inside/ |title=Foveon изнутри |access-date=2013-01-30 |archive-date=2013-02-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130208070745/http://vgrin.host56.com/photo/articles/foveon_inside/ |url-status=dead }}</ref>

== Спорные маркетинговые приёмы ==
Подобно производителям байеровских фотосенсоров, указывающих в характеристиках матриц число одноцветных субпикселей, компания Foveon позиционирует матрицу X3-14.1MP как «14-мегапиксельную» (4,68 млн трёхсенсорных «колонок»). Такой маркетинговый подход, когда «пикселем» называют элемент, воспринимающий один цвет<ref>[http://www.foveon.com/article.php?a=68 Определение пиксела по Foveon] {{Wayback|url=http://www.foveon.com/article.php?a=68 |date=20080611161901 }}{{ref|en}}</ref>, является в настоящее время общепринятым в фотоиндустрии. Также «пикселем» ошибочно называют элемент светочувствительной матрицы ''(сенсель — от sensor element)''.

Вместе с тем, в случае байеровских матриц с последующей программной интерполяцией сенселей за счет их пространственного разнесения достигается несколько большее разрешение, чем в Foveon (14.1 млн субпикселей), то есть по разрешению изображение матрицы Foveon X3-14.1MP сравнимо с изображением, полученным с байеровской матрицы разрешением 8—10 Мп<ref name="SD14and5D">[http://www.ddisoftware.com/sd14-5d/ О сравнении камер SD14 и 5D] {{Wayback|url=http://www.ddisoftware.com/sd14-5d/ |date=20120207020051 }} {{ref|en}}</ref>). Однако отсутствие необходимости в [[Интерполяция|программной интерполяции]] у Foveon обеспечивает более точную дискретизацию исходного изображения, уменьшая искажения связанные с дискретизацией ([[Растр (полиграфия)|растрированием]]), например, [[Муаровый узор|муара]].

== Продукты, использующие матрицы Foveon X3 ==

=== Зеркальные фотоаппараты ===
* [[Sigma SD1|Sigma SD1/Sigma SD1 Merrill]]<ref>{{Cite web |url=http://dpreview.com/previews/sigmasd1/ |title=обзор камеры Sigma SD1 |access-date=2011-05-25 |archive-date=2011-06-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110608075119/http://www.dpreview.com/previews/sigmasd1/ |url-status=live }}</ref>
* [[Sigma SD9]]
* [[Sigma SD10]]
* [[Sigma SD14]]<ref>[http://www.dpreview.com/reviews/specs/Sigma/sigma_sd14.asp обзор камеры Sigma SD14] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110320131950/http://www.dpreview.com/reviews/specs/Sigma/sigma_sd14.asp |date=2011-03-20 }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://www.letsgodigital.org/en/10578/foveon_x3_sensor/ |title=о матрице Foveon X3 |access-date=2007-12-12 |archive-date=2011-10-26 |archive-url=https://web.archive.org/web/20111026065104/http://www.letsgodigital.org/en/10578/foveon_x3_sensor/ |url-status=live }}</ref>
* [[Sigma SD15]]

=== Беззеркальные фотоаппараты ===
* [[Sigma sd Quattro|Sigma sd Quattro / Sigma sd Quattro H]] — выпуск анонсирован в начале 2016 года

=== Компактные фотоаппараты ===
* [[Sigma DP]]1 (DP1s и DP1x)
* Sigma DP2 (DP2s и DP2x)
* Sigma DP1/DP2/DP3 Merrill<ref>[http://fotki.yandex.ru/users/foveon-sigma/album/265955/?p=0 Галерея и возможности сенсора Merrill]</ref>
* Sigma DP0/DP1/DP2/DP3 Quattro

* [[Polaroid]] x530
* Hanvision HVDUO-5M
* Hanvision HVDUO-10M

== Производители ==
* [[National Semiconductor]]<ref>[http://www.national.com/news/item/0,1735,745,00.html Of. site March 3, 2007.] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120207005852/http://www.national.com/news/item/0%2C1735%2C745%2C00.html |date=2012-02-07 }}{{ref|en}}</ref>
* [[Dongbu Electronics]]<ref>[http://www.dongbuelec.com/eng/news/inthenews_view.asp?idx=73&gopage=1 Of. site March 3, 2007] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120206053528/http://www.dongbuelec.com/eng/news/inthenews_view.asp?idx=73&gopage=1 |date=2012-02-06 }}{{ref|en}}</ref>

== См. также ==
* [[Nikon RGB-матрица]]
* [[матрица (фото)]]
* [[Фильтр Байера]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* Richard F. Lyon and Paul M. Hubel. [http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.84.972&rep=rep1&type=pdf Eyeing the Camera: into the Next Century]. 10th Color Imaging Conference: Color Science, System and Applications. IS&T and SID, Springfield, Va, USA, 2002. P. 349-355.

[[Категория:Фотосенсор]]