Che cosa è successo ai sensori Foveon?

Sembra che il sensore Foveon dovrebbe essere in grado di produrre immagini migliori, perché non dipende dai pixel rossi, verdi e blu separati presenti sulla maggior parte delle fotocamere digitali. Tuttavia, le telecamere dotate di sensori Foveon sono praticamente inesistenti. Perché?

(Nota a margine: questa domanda è stata ispirata dalla risposta del filtro Bayer in cui il filtro Bayer ha potenzialmente causato problemi ...)

Quello che è successo è che Sigma ha acquistato Foveon e ha esercitato molta pressione su di loro per produrre un sensore che è effettivamente in grado di competere con i sensori DSLR standard. Ora che Sigma sta costruendo l'intera fotocamera e il sensore, c'è molta più attenzione sulla produzione di un prodotto finale convincente.

L'anno scorso Sigma ha annunciato la SD1 che utilizza un sensore APS-C (ritaglio 1.5X) con 15 milioni di fotositi. Per come contano, Sigma lo definisce un sensore da 46 megapixel. Non hanno rilasciato molti dettagli ai membri della stampa (almeno io) ma si prevede che saranno disponibili entro l'estate.

Ci sono ancora diverse fotocamere Sigma (DP1x, DP2s, SD15) in produzione che utilizzano il sensore Foveon 1.7X con 4,5 milioni di fotositi (ovvero 14 megapixel).

Tutto dipende da questo: almeno per la maggior parte delle persone, la risoluzione spaziale (specialmente nella gamma di colori verde) è molto più importante della risoluzione del colore, specialmente nei rossi e nei blu. La curva di risposta del colore che ho incluso in una risposta precedente fornisce almeno un'idea del motivo di ciò.

Ciò è particolarmente rilevante quando la stragrande maggioranza delle immagini archiviate / visualizzate elettronicamente sono in formato JPEG o MPEG. Questi formati supportano comunque il down-sampling dei canali chroma a metà risoluzione - e (specialmente nel caso di MPEG) è così che vengono archiviate la maggior parte delle immagini. Pertanto, la conversione dei dati da un sensore Foveon in formato JPEG o MPEG in genere getta via un bel po 'di informazioni extra che hai raccolto.

Sebbene il vantaggio non sia necessariamente enorme, alcune fotocamere con sensore Bayer (ad es. Il modello Leaf / Phase One di fascia alta) supportano lo spostamento del sensore per scattare una serie di quattro foto (di un soggetto fisso) con il sensore spostato in posizioni diverse , quindi ogni pixel nell'immagine finale ha informazioni a colori (e ha ancora il doppio dei bit per il verde rispetto al rosso o al blu, quindi si adatta ragionevolmente bene alla visione normale).

I sensori Foveon sono fantastici in teoria, ma in pratica non sono una scelta convincente. In genere hanno una risoluzione molto più bassa e possono competere solo contando i 3 sensori in ogni posizione di pixel come singoli pixel.

Sigma produce ancora telecamere con sensori Foveon: http://blog.sigmaphoto.com/2011/faqs-the-sigma-camera-and-its-foveon-x3-direct-image-sensor/

Quello che è successo al sensore Foveon è che Sigma ha adottato la tecnologia all'inizio, ma altre aziende di fotocamere erano riluttanti a farlo.

Quello stato continua ancora oggi. Sigma continua a evolversi fotocamere, offrendo attualmente una DSLR SD-15 e le fotocamere compatte a sensore focale largo a focale fissa DP-1 e DP-2.

Tuttavia, recentemente la tecnologia Foveon sembra essere stata in ripresa. Come menzionato in un altro post, Sigma sembra vicino a rilasciare un sensore Foveon notevolmente migliorato nell'SD-1 con una gestione del rumore ancora migliore e una risoluzione che supera praticamente qualsiasi DSLR di consumo oggi (anche se non sistemi di medio formato). Il nuovo sensore è noto per circa 46 MP, che tradotto in equivalenza di Bayer significa circa 30 MP di dettagli approssimativamente uguali a un'immagine Bayer - vale a dire, se hai preso l'immagine di uscita di 15 milioni di pixel da un RAW convertito da una SD-1 e l'amplificato a 30 MP sembrerebbe identico a un'immagine bayer da 30 MP. Solo che mancherebbe anche di problemi di pattern di colore che potrebbe avere un sensore Bayer e avrebbe un migliore declino nei dettagli. I sensori Foveon hanno tradizionalmente una vasta gamma dinamica e anche un rumore molto basso a ISO più bassi,

Quindi, cosa è cambiato in meglio che consente tali progressi? E 'in parte perché stiamo vedendo il risultato di un costante lavoro di ricerca e sviluppo presso Foveon, ma anche perché Sigma ha acquistato Foveon e li ha concentrati ora interamente sulla produzione di migliori sensori per fotocamere di grandi dimensioni. Prima Foveon stava cercando di vedere quale segmento del mercato fotografico potesse rendere un buon cliente per la tecnologia e di conseguenza era molto più disperso negli obiettivi.

Non solo i risultati di questo focus sono visti in aumenti di risoluzione davvero significativi dal sensore rispetto alle generazioni precedenti, ma anche che la loro tecnologia è stata selezionata per andare su Marte dall'ESA:

http://translate.google.com/translate?hl=da&sl=ko&tl=en&u=http%3A%2F%2Fwww.styledb.com%2Fbbs%2Fboard.php%3Fbo_table%3DB08_news%26wr_id%3D102

Ci scusiamo per la traduzione approssimativa, non riesco a trovare un'altra fonte per quella notizia.

Quindi, in pratica, ciò che sta accadendo per la tecnologia Foveon è che si sta ancora evolvendo, proprio a un ritmo apparentemente più lento rispetto ad altre tecnologie di sensori, ma ciò che potrebbe finire per essere un balzo in avanti rispetto a loro. Dobbiamo vedere cosa può fare il nuovo sensore per vedere dove si trova realmente lo stato della tecnologia Foveon in questi giorni, quindi in realtà questa è probabilmente una grande domanda da rivedere tra tre mesi.

Se vuoi davvero maggiori informazioni su come sia un'immagine in uscita Foveon da 15 milioni in grado di contenere un numero di dettagli molto maggiore rispetto a un'immagine in uscita bayer da 30 MP, leggi questo articolo confrontando un sensore Foveon da 4,7 MP con uno Bayer da 12 MP (Canon 5D ):

http://www.ddisoftware.com/sd14-5d/

Soprattutto nota la risoluzione delle carte a colori e medita su questa interessante domanda: una fotocamera bayer da 15 MP ha solo 3,75 milioni di fotositi che rilevano il rosso. Quindi, se si inserisce un filtro rosso tradizionale come piace ai fotografi in bianco e nero, tutti gli altri sensori sono oscurati e ora si scatta con una fotocamera da 3,75 MP. Nel frattempo un sensore Foveon da 46 MP con tre strati di 15 milioni di fotositi che rilevano rosso / verde / blu (approssimativamente) non importa quale filtro ci metti davanti, ogni pixel di output conterrà i dati di 15 milioni di diversi sensori rossi.

Potrebbe sembrare un caso arbitrario, ma per quanto riguarda il tono cambia in qualcosa come una macchina rossa - o un cielo blu.

Per coloro che si chiedono DAVVERO dove sta andando Foveon a livello tecnico, leggi l'ultimo brevetto di Foveon che sostanzialmente copre i fondamenti di quello che è probabilmente il sensore SD-1:

http://www.freepatentsonline.com/y2010/0155576.html

Un'ultima cosa degna di nota è che una qualche forma della tecnologia Foveon, anche se non il design di Foveon, sembra esattamente il futuro dell'imaging - i brevetti hanno iniziato ad arrivare da Sony e da altre aziende anche alla ricerca di modi per stratificare i sensori.

Ci sono due problemi che sono stati problematico per foveon sensori altro che il problema della risoluzione spaziale. Entrambi sono inerenti al concetto chiave di Foveon: usare l'assorbimento spettrale di diverse profondità di silicio per separare i colori.

Con un array Bayer, i diversi filtri vengono creati con coloranti accuratamente selezionati per abbinare le primarie rosse, verdi e blu scelte. Con Foveon, la distinzione si basa interamente sulla fisica del silicio, che non è una corrispondenza così ordinata come mostrano i materiali di marketing. Ciò comporta i due problemi.

Innanzitutto, i tre colori primari registrati dai sensori Foveon sono più lontani dalle lunghezze d'onda primarie a cui rispondono le cellule del cono dell'occhio umano, e in effetti la forma della curva della lunghezza d'onda a cui ciascuna profondità risponde è molto diversa da quella della nostra visione. Ciò significa che lo spazio colore nativo del dispositivo è una forma diversa, spostata da sRGB e altri tipici spazi colore di output - o dalla visione umana. Il sensore registra "colori immaginari" - quelli che non possiamo davvero vedere - in alcune parti della sua gamma di colori, e altre parti della gamma di colori non sono coperte perfettamente. Questo non si presenta come colori mancanti , ma come una sorta di daltonismo (l'analogia in realtà è abbastanza buona, dal momento che è effettivamente lo stesso problema),

In secondo luogo, la luce rossa a bassa frequenza viene assorbita al livello più profondo, il che comporta inevitabilmente una certa attenuazione, il che significa più rumore nel canale rosso. A quanto ho capito, la riduzione del rumore nelle fotocamere Sigma si occupa di questo sfocando il canale rosso più fortemente. So che la mia fotocamera con sensore Bayer mostra, con ampio margine, più rumore nel canale blu . Non sono sicuro se si tratti di un problema intrinseco con i sensori Bayer o CMOS o se si tratta di un doppio problema su Foveon. (L'ho fatto da solo .)

Niente di tutto ciò significa che la diffusa tecnologia Bayer sia perfetta, o addirittura assolutamente migliore di Foveon. È solo che tutto ha i suoi compromessi, e Foveon in realtà ne ha alcuni difficili. I grandi problemi con Bayer (aliasing, risoluzione del colore) possono essere risolti lanciando più pixel al problema, dati i corrispondenti aumenti nella gestione del rumore. Finora ha funzionato molto bene e ovviamente non è un caso che corrisponda bene al marketing basato su megapixel.

Aggiornamento (maggio 2011): Sigma ha appena annunciato il nuovo modello "SD1", al prezzo di circa $ 9.700 - comparabile in termini di costi a qualcosa come la fotocamera Pentax 645D di medio formato, ma con un sensore di dimensioni APS-C. Sarà interessante vedere se sono stati davvero in grado di affrontare alcuni di questi problemi. La mia ipotesi è che probabilmente hanno, ma al tipo di costo che li ha portati a cambiare il mercato di riferimento. Ma anche in questo caso, non sono così sicuro: l'ISO massimo è ancora 6400, che è due stop dietro l'attuale raccolto di sensori Bayer. (Resta da vedere, ovviamente, se hanno semplicemente deciso un limite più conservativo. Senza fissare troppo la sfera di cristallo, non c'è modo di dirlo; lo aggiornerò di nuovo quando le recensioni saranno disponibili e se '

_{Disclaimer: non ho una fotocamera con sensore Foveon (anche se ne ho usata una, ed è stata fantastica!). Non seguo molto attentamente la tecnologia. Sigma sta facendo molte ricerche per aggirare o risolvere questi problemi.}

La ragione principale per cui "nessuno" usa Foveon, penso, ha poco a che fare con Foveon e molto a che fare con Sigma. Se Canon o Sony avessero acquistato la tecnologia anziché Sigma, ormai sarebbe mainstream, l'idea di base è buona. Sigma è un bit player in questo campo, troppo piccolo per fare tutto da solo, e le fotocamere Sigma sono qualcosa di un gusto acquisito.

Il sensore va bene ... o almeno era fino alla versione Merrill a 45Mp. Con la successiva versione Quattro, Sigma ha abbandonato l'approccio "puro" per catturare tre colori in ogni posizione per un compromesso, con un numero inferiore di sensori negli strati inferiori.

Ma il sensore non è il problema. Chiunque lo utilizzi sa che eccelle a bassi ISO, ma è inferiore ai sensori Bayer con una risoluzione REALE comparabile ad alti ISO.

Il vero problema è che le fotocamere Sigma sono frustrantemente lente e scomode da usare, soprattutto a causa dei tempi di scrittura assurdamente lenti. All'inizio delle fotocamere digitali a prezzi accessibili ci saremmo divertiti con l'SD1, ma una volta abituati alla velocità di una buona DSLR di Nikon o Canon è difficile tornare ad aspettare due minuti per un'esplosione di 7 scatti da scrivere sulla scheda, e fino a quando ciò non sarà completato non potrai controllare le tue esposizioni e non avrai pieno uso dei controlli della fotocamera.

Inoltre, i produttori di fotocamere continuano a ottenere sempre più prestazioni dalla tecnologia Bayer. Mi ricorda la Porsche 911. Il motore è nel posto sbagliato, ma con un'ingegneria abbastanza intelligente la macchina può essere fatta per gestire così come molte macchine con motore anteriore o centrale meglio bilanciate.