Další revoluční snímač od Fujifilmu na obzoru? - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

19. dubna 2006, 00.00 | Nedávno se objevila informace o tom, že Fujifilm vyvíjí nový typ snímače pro digitální fotoaparáty. Měl by efektivněji využívat dopadající světlo a zaznamenávat všechny tři základní barvy RGB v jednom bodě, na rozdíl od současných CCD a CMOS snímačů. Konceptem se podobá existujícímu Foveonu, ale princip je odlišný.

Nedávno se objevila informace o tom, že Fujifilm vyvíjí nový typ snímače pro digitální fotoaparáty. Měl by efektivněji využívat dopadající světlo a zaznamenávat všechny tři základní barvy RGB v jednom bodě, na rozdíl od současných CCD a CMOS snímačů. Konceptem se podobá existujícímu Foveonu, ale princip je odlišný.

Proč používat jiné typy snímačů?
Současné klasické CCD i CMOS snímače jsou pokryty takzvanou Bayerovou maskou. Každá snímací buňka má svůj barevný filtr, který propustí jen požadovanou barvu, což může být R (červená), G (zelená), nebo B (modrá). RGB maska přináší několik nevýhod. Zelená barva je zde zastoupena dvojnásobně. Výsledná barva obrazového bodu se získá až výpočtem hodnot ze sousedních buněk. Jedna buňka tedy zaznamenává pouze jednu třetinu barevné informace. Existují i výjimky, například Super HAD CCD snímač Sony, který nepoužívá RGBG masku, ale RGBE. Druhý zelený filtr je nahrazen barvou "emerald", neboli smaragdovou. Blíží se tyrkysové barvě. Tím se o něco zlepší dynamika barev. Jedná se však o minoritní zlepšení. Stále jsou snímací buňky prakticky barvoslepé a zachycovat barvy nám umožňují filtry a následná matematická operace. Současné snímače tedy neefektivně využívají dopadající světlo.

klasická RGBG maska a RGBE maska u snímačů Super HAD CCD od Sony

Co nabízí nový koncept od Fujifilmu?
Na lednové konferenci IS&T/SPIE Electronic Imaging Science & Technology byl představen koncept nového snímače, který bude zachycovat všechny tři barvy RGB v jednom bodě, podobně jako klasický film. Tři vrstvy organických fotoelektrických konverzních vrstev budou snímat barvy v pořadí B, G, R. Organické světlopropustné vrstvy přeměňující dopadající světlo na náboj jsou vybaveny průhlednými elektrodami a dále již probíhá klasické zpracování, jaké známe z klasických snímačů. Nový snímač od Fuji je postaven na základě technologie CMOS, resp. má stejně řešené čtecí obvody, které odvádějí náboj z elektrod.

schéma klasického CMOS snímače se sběrnými čočkami a barevným filtrem a "organického CMOS" (zdroj: Nikkei Electronics Asia)

Vrstvy reagující na různou barvu světla mají i klasické filmy materiály, a tak se zdá být cesta konceptu poměrně rozumná. Ostatně Fujifilm je velmi kvalitní výrobce klasických filmových materiálů a přiznává použití technologií v "organickém CMOS" snímači původně vyvinutých pro klasické materiály.

snímky z prototypu dosahují dynamického rozsahu klasického filmu (zdroj: Nikkei Electronics Asia)

Nutno dodat, že Fujifilm zatím tento typ snímače vyvíjí a rozhodně ještě není připravený pro komerční použití. V současné době mají pouze prototyp s nízkým rozlišením (120 x 160 bodů), snímající pouze zelenou barvu. Oficiálně společnost o datu uvedení nehovoří, ale mluví se o době cca 3-4 let. U prototypu byl problém s cizími tělísky, které se do snímače dostaly v průběhu výroby. To může znamenat potenciální problémy tohoto druhu snímačů , nebo jen dětské nemoci prototypu, který nemusí mít tak kvalitní výrobu, jako snímačů vyráběné ve velkých sériích pro komerční využití.

schéma čtecích obvodů (zdroj: Nikkei Electronics Asia)

Jaké může přinést tento koncept výhody?
- věrnější barevné podání snímků
- odpadá nutnost interpolace barev -> zachování detailů
- efektivnější využití světla -> nemusel by být vybaven sběrnými čočkami nad buňkami
- větší dynamický rozsah

Jaké jsou rozdíly od Foveonu X3?
Podobný koncept přinesla již před lety společnost Foveon se svým snímačem X3. Také se zde barva zaznamenávala ve třech vrstvách pod sebou, čímž byla zvýšena efektivita využívání dopadajícího světla a věrnost barev, ale výsledná aplikace produktu v praxi nepřinesla takové pozdvižení, jaké se čekalo. Snímky byly za dostatečného světla velmi kvalitní, ale existuje i několik problémů, které se snímačem přišly.

Prakticky byl komerčně použit Foveon X3 pouze minoritně. Nejznámějším fotoaparátem využívajícím snímače Foveon jsou DSLR zrcadlovky Sigma SD9 a SD10. Poslední model SD10 je již poměrně starý. Nabízí rozlišení snímků cca 3 MPix a na rozdíl od SD9 umí ukládat přímo do JPEG (SD9 uměla pouze RAW). Problémem Foveonu X3 je mimo jiné i nízká citlivost tohoto řešení, což způsobuje větší míru digitálního šum na vyšších citlivostech.
Na rozdíl od konceptu Fujifilmu Foveon X3 snímá barvy pomocí vrstvy křemíku, kde se využívá toho efektu, že světlo do křemíku proniká různě hluboko, v závislosti na vlnové délce. To znamená, že různé barvy se dostanou do různých hloubek a tím je možné je odlišit.