相机传感器为何为绿色?


13

当我看CMOS传感器时,它是绿色的。

但是CCD传感器。互联网上的照片显示粉红色传感器。

那么究竟是什么定义了相机传感器的颜色呢?特别是什么定义了华丽的3CCD摄录机的传感器的颜色?

我看着阳光下的CMOS传感器。如果我在黑暗的房间里用手拿完全白色的手电筒看着它,会有所不同吗?

Answers:


1

当您查看“传感器”时看到的颜色通常取决于直接放置在实际硅胶芯片前面的彩色滤光片阵列的组合颜色,以及其他滤光片(低通,红外, UV)放在传感器前面的“堆栈”中。

尽管我们将它们称为“红色”,“绿色”和“蓝色”,但是大多数拜耳口罩的颜色是:

  • 50%的“绿色”像素位于大约530-540纳米的中心,对大约460nm至800nm以上的光以及红外范围的边缘非常敏感。540nm光的“颜色”是略带蓝色的绿色
  • 25%的“蓝色”像素位于460nm左右的中心,并且对从不可见的紫外线范围到大约560 nm的光非常敏感。460nm光的“颜色”是蓝紫色
  • 25%的“红色”像素集中在590-600nm左右,并且对大约560nm到远红外范围的光非常敏感。600nm光的“颜色”是黄橙色。(我们所谓的“红色”是在橙色的另一侧,大约在640nm处)。

通过查看各种传感器的光谱响应曲线,可以看到拜耳掩模的“颜色”成分:

在此处输入图片说明

在此处输入图片说明

人体视网膜中每种圆锥体最敏感的“颜色”是相似的:

在此处输入图片说明

这是人类对于各种波长的光所感知的“颜色”的表示:

在此处输入图片说明

请将上述灵敏度的峰值与沿可见光谱的那些波长的“颜色”进行比较。

在大多数三色成像传感器上,没有涂层以我们所谓的“红色”为中心,尽管在CMOS传感器网上有绘制了拜耳滤波器阵列的所有图。

在此处输入图片说明

相机中放置的大多数CMOS传感器用于拍摄我们认为是“图像”的图像类型,此处在拜耳彩色滤光片阵列的前面有一个滤光片“堆栈”,其中包括红外(IR)和紫外(UV)截止滤光片。大多数还包括一个低通“抗混叠”滤波器。甚至据说具有“无低通滤波器”的传感器设计也倾向于具有相同折射率的防护玻璃,或者使低通滤波器的两个组件相互定向,以使第二个组件抵消第一个组件。

在此处输入图片说明

在此处输入图片说明

当人们看着照相机的正面并看到裸露的CMOS传感器时,所看到的就是所有这些滤镜反射的光的综合效果,并且被滤镜的“绿色”滤镜部分的淡蓝色调所支配。拜耳面膜结合了被我们称为“蓝色”和“红色”的蓝紫色和橙黄色过滤部分的一半。当坐在一台实际的摄像机内部观看时,射向传感器及其前面的堆栈的大部分光线将来自相当窄的角度范围,并且通常在颜色上相当均匀。(Sony传感器边缘的紫色可能是由于与UV和/或IR截止滤光片成直角的光反射所致。)

在此处输入图片说明在此处输入图片说明

当有各种各样的角度的光线落在这种传感器上而没有滤光片“叠放”在其前面时,由于表面的形状,也会出现棱镜效应,显然会显示出更多的色彩顶部的微透镜的颜色以及拜耳掩模的颜色夹在微透镜和传感器之间。

在此处输入图片说明


13

未经过滤的CCD或CMOS传感器看起来与任何其他具有相似结构尺寸的规则/重复结构的硅集成电路非常相似-半金属灰色(来自硅,石英和铝)具有一些虹彩,可能是由于衍射光栅效应引起的。精细的重复结构。比较裸DRAM或闪存芯片。

彩色视频或静态相机中典型的经过滤波的传感器将显示为绿色,因为非常普遍地使用了偏绿色的滤色器矩阵(每个红色和蓝色像素2个绿色像素),因为这种感知偏差也是众所周知的存在于人眼中(即使在非绿眼的人中也是如此:))


您如何看待“衍射光栅”效应可以解释这一切?光波长在400-800nm的数量级,比典型的照相传感器顶部的任何横向特征小一个数量级。
沙姆坦

拜耳过滤器通常是染色的,而不是二向色的
AFAIK-

@Shamtam的像素周围有很多管道...并且许多采用几微米工艺(例如27C128 EPROM)制造的硅IC强烈地
散开

啊,我不了解典型的拜耳过滤器。但是,我仍然不购买传感器本身的衍射光栅,穿过硅传感器本身前面的微透镜和滤色镜后,会引起任何可见的虹彩。如果没有实际的传感器设计图很难确定。我主要是争辩“半金属灰色”是IC的基本色。在其上生长有不同厚度的氧化物的两种不同的Si晶片看起来可能完全不同,两者都不是接近灰色的。
Shamtam '19

这并不能解释为什么有些传感器即使具有绿色偏置的拜耳滤光片也看起来是粉红色的。
xiota

3

我亲自在不同的相机中看到了各种颜色的传感器。绿色,粉红色,蓝色等。没有具体的尺寸和结构细节,很难说,但我想大多数传感器的颜色是由传感器顶部涂层的厚度决定的。由于薄膜的干扰,不同的厚度将产生不同的颜色。根据涂层的厚度,不同波长的光(即颜色)会在涂层中相互干扰,无论哪种波长都不会反射回来,从而为您提供所看到的颜色。


2

摄影胶片自然仅对紫光和蓝光频率敏感。柏林技术教授Hermann Vogel试图解决因“光晕”引起的问题。他将一些乳剂染成黄色,以阻止从乳剂-基体界面反射回来的蓝光。它起作用了,但令他惊讶的是,这部电影对绿光(正交色)敏感。他的研究生发现其他染料可使乳剂对红光敏感。这是重要的一步,对红色,绿色和蓝色敏感的乳剂产生正确的单色趋势。这些经过调整的乳液使将来的彩色胶卷成为可能。

随着CCD和CMOS传感器的发展,还需要对RGB灵敏度进行调整。伊士曼柯达(Eastman Kodak)的布莱斯·拜耳(Bryce Bayer)开发了一种亚像素矩阵方案,该方案用强添加剂色滤镜覆盖了各种光点。该方案是大约50%的绿色,25%的蓝色和25%的红色滤镜。该方案可调整整体灵敏度,从而获得更真实的图像。

由于图像传感器对红外辐射非常敏感,因此整个成像表面均被过滤,这种平坦的玻璃盖罩可实现双重作用并保护易碎表面免于磨损。防护玻璃是高度抛光的,因此,就像抛光的透镜一样,由于表面反射,它会引起光损失。

伦敦眼镜商罗伯特·泰勒(Robert Taylor)发现,老化的镜片由于空气污染而获得了天然的污垢涂层。这些“光晕”镜头仅反射2%,而新镜头则反射8%。人造花(涂层)在1930年代占据了上风。

镀膜的透镜或盖玻片显示二向色性。通过透射看起来是一种颜色,通过反射看起来是相反的颜色。假设涂层是为了控制红色和蓝色反射,则镜片在反射光下显示为绿色,在透射光下显示为洋红色。由于大多数此类玻璃是多层镀膜的,因此随意观察几乎看不出什么颜色正在减轻。

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.