Foveon传感器发生了什么?


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Foveon传感器似乎应该能够产生更好的图像,因为它不像大多数数码相机那样依赖于单独的红色,绿色和蓝色像素。但是,配备Foveon传感器的相机几乎不存在。为什么?

(旁注:此问题是由Bayer Filter的答案启发而来的,Bayer过滤器可能会引起问题...)


上一代Sigma Foveon传感器的一些技术缺陷:pentaxforums.com/forums/pentax-news-rumors/…– Eruditass
2011年

Answers:


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发生的事情是,Sigma购买了Foveon,并给他们施加了很大的压力,以生产一种实际上能够与标准DSLR传感器竞争的传感器。现在,西格玛正在制造整个相机和传感器,现在更多的精力放在生产引人注目的最终产品上。

去年,Sigma宣布推出SD1,该SD1使用APS-C(1.5倍作物)传感器和1500万个照相点。他们以计数方式将Sigma称为46兆像素传感器。他们还没有向媒体发布任何细节(至少我是这样),但是预计将在今年夏天发布。

仍在生产中的几种Sigma相机(DP1x,DP2s,SD15)使用的1.7X Foveon传感器具有450万个照相点(也就是14兆像素)。


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应当指出,此处使用百万像素不能与拜耳型传感器的百万像素直接比较。尽管传感器中可能有4,600万个不同的感光元件,但生成的图像是15兆像素的图像。Foveon的好处是在每个图像像素处具有较低的波纹和更好的色彩清晰度。
jrista

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应当注意的是,拜耳型传感器从其所使用的MP额定值到最终输出图像也没有任何实际关系,因为MP为您提供了一个photoite计数,任何一个输出像素都需要三个。另外,任何拜耳传感器都可能具有不同强度的AA滤波器,这会进一步削弱图像清晰度,同时仍在输出中产生相同的像素数。Foveon传感器不使用AA过滤器。
Kendall Helmstetter Gelner 2011年

@Kendall:拜耳传感器将被最准确地描述为具有XYmp像素“交叉点”。拜耳传感器及其图像处理器通过在每个相交处内插所有相邻传感器的Photosite来生成图像,以生成RGB图像像素。这意味着将内插四个(不是三个)拜耳光影位以生成单个RGB像素。在15mp的拜耳传感器中,由于执行插值的方式,确实存在15mp的“ RGB像素交集”。只需将Bayer图像大小的宽度和高度相乘,即可看到真正的 Bayer MP等级。
jrista

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至于AA滤镜,是否会损害图像清晰度取决于滤镜。滤波器(我认为可以更好地描述为低通滤波器)的目的是滤除低于传感器空间分辨率的空间频率。当传感器确实尝试解析低于其“奈奎斯特极限”的空间频率时,所产生的伪像对图像的有害影响远大于其他任何影响。如果设计合理,低通滤波器将仅滤除无法解决的频率,因此,它们不会“进一步”削弱任何东西。
jrista

某些DSLR的低通滤波器过强。但是,在一般情况下(佳能和尼康),它们似乎是正确的(经过十多年的制造和使用拜耳传感器,人们可以期待这一点。)当前的CMOS拜耳传感器似乎可以正确解决或淘汰。 -Resolve所有,但绝对是最好的镜头,所以任何关于低通滤波器的投诉仅适用于边缘的情况下(或在过滤器设计不当,过于强烈的情况下。)
jrista

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归结为这一点:至少对于大多数人而言,空间分辨率(尤其是在绿色的颜色范围内)比颜色分辨率更为重要,尤其是在红色和蓝色中。我在上一个答案中包含的颜色响应曲线至少给出了造成这种情况的一些概念。

当以电子方式存储/显示的绝大多数图片为JPEG或MPEG格式时,这尤其重要。这些格式无论如何都支持将色度通道下采样到一半分辨率-并且(尤其是在MPEG的情况下)多数图片的存储方式。这样,将数据从Foveon传感器转换为JPEG或MPEG格式通常会浪费掉您收集的大量额外信息。

尽管收益不一定很大,但某些拜耳传感器相机(例如高端Leaf / Phase One相机)支持传感器移位以拍摄四张(固定对象)的图片,并且传感器移位到不同位置,因此最终图片中的每个像素都具有完整的色彩信息(绿色的位数仍然是红色或蓝色的两倍,因此仍然可以正常观看)。


早期的Sigma相机使用JPEG压缩设置(子采样),虽然没有显示出传感器的最大优势,但他们对此进行了修复。我希望我能记得在哪里看到了有关该问题的图形演示。
Mark Ransom

请注意,相移方法实际上仅适用于静态对象。一次收集所有数据有很多价值。
Kendall Helmstetter Gelner 2011年

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我真的不认为将中型机身与35mm机身进行比较是有意义的,无论如何它们都将以完全不同的方式使用...我只是想指出,尽管传感器移位是一种潜在解决方案,即使对于较小的相机,它也有真正的缺点。
Kendall Helmstetter Gelner 2011年

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还要注意的是,严重依赖于观察到的理论,即绿色空间分辨率比蓝色/红色分辨率更重要,这导致生成的图像看起来更清晰但准确性较低。任何形式的数据压缩都需要权衡取舍,对于输出图像中任何给定的空间位置,丢弃可见光波长的2/3绝对是图像前压缩的一种形式,即使使用RAW格式也可以。解决。
Kendall Helmstetter Gelner 2011年

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@Kendall:但是称它为“ 2 / 3rds”有点欺骗性。显然,无论如何,我们都不会记录所有电磁频谱。因此,关注覆盖的人类视觉色彩空间的百分比似乎更加现实。
请阅读我的个人资料,

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Foveon传感器在理论上很棒,但实际上并不是一个令人信服的选择。它们的分辨率通常要低得多,并且只能通过将每个像素位置的3个传感器计数为单个像素来竞争。

Sigma仍在生产带有Foveon传感器的相机:http : //blog.sigmaphoto.com/2011/faqs-the-sigma-camera-and-its-foveon-x3-direct-image-sensor/


+1-分辨率降低会影响图像质量吗?当然,您的像素更少,但是每个像素全部获得24位,而不是8位。(不,我不是为foveon工作,我只是想了解;))
Billy ONeal

真正。事实证明,大多数人在色彩准确度上都过得更好,他们使用的是〜14MPix拜耳插值传感器,即Foveon DSLR仅有25Mix分辨率的真正24位色彩。

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想到这一点,您关于计数像素的陈述似乎有些倒退。一台15 MP拜耳相机在任何位置上都只有一个光点(红色,绿色或蓝色),但是在每个位置(红色,绿色,蓝色的组合)总共计算了三个,从而为您提供15MP输出编号。您似乎是在说Foveon误导了您,却没有承认拜耳在另一端也做了同样的事情,假装拜耳实际上只有15MP的数据。戴红色滤镜时15MP拜耳相机具有多少分辨率?记录数据3.75MP。
Kendall Helmstetter Gelner 2011年

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@Kendall:从技术上讲,就产生的图像而言,一个15mp的拜耳传感器将四象素之间的相交计数在内。拜耳的容量不低于15mp,它只是以某种方式解释代表图像像素的每个点的信息。在所有条件都相同的情况下,人眼的工作原理更像是拜耳阵列,而不是Foveon,而且我们的视敏度/色觉极佳。我认为您对拜耳采样法施加了过多的负面影响,而对foveon采样法则给予了过多的奖励。两种技术都有其优缺点,但是中心型与拜耳型不同。
jrista

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@Kendall,尽管Bayer阵列的每个像素前面都有一个滤镜,但它们仍然是具有自己空间特征的单个像素。先进的插值功能使红色通道也可以合并绿色和蓝色通道的信息。
Mark Ransom

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Foveon传感器发生的事情是Sigma在早期就采用了该技术,但是其他相机公司都不愿意这样做。

该状态一直持续到今天。Sigma不断发展相机,目前提供SD-15 DSLR和定焦大传感器紧凑型相机DP-1和DP-2。

但是最近,Foveon技术似乎一直在上升。正如另一篇文章所提到的那样,Sigma似乎即将在SD-1中发布经过改进的Foveon传感器,具有更好的噪声处理能力,并且其分辨率几乎超过了当今任何消费者的数码单反相机(尽管不是中画幅系统)。新的传感器大约为46MP,相当于拜耳的等效值,意味着大约30MP的细节与拜耳图像大致相等-也就是说,如果您从从SD-1转换的RAW拍摄了1500万像素的输出图像,并将其上采样到30MP,看起来与30MP拜耳映像相同。只有它还缺少拜耳传感器可能存在的颜色图案问题,并且在细节上具有更好的衰减。传统上,Foveon传感器具有较大的动态范围,并且在较低ISO时噪声也非常低,

那么,为取得这种进步而做出的更好的改变是什么?一方面是因为我们看到了Foveon不断进行研发的结果,另一方面是因为Sigma收购了Foveon,并使他们现在完全专注于生产更好的大型相机传感器。在Foveon尝试查看摄影市场的哪个细分市场可能会成为该技术的良好客户之前,结果目标分散了很多。

不仅从前几代传感器中获得了明显提高的分辨率,还显示了这种关注的结果,而且他们的技术被ESA选择用于火星:

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

很抱歉,我无法找到该新闻的其他消息来源。

因此,从根本上说,Foveon技术正在发生发展,其发展速度似乎比其他传感器技术要慢,但最终可能会比它们领先。我们需要看看新的传感器可以做什么,以查看近来Foveon技术的现状,因此,这可能是三个月后要回顾的重大问题。

如果您真的想要更多有关1500万Foveon输出图像的信息可以包含比30 MP拜耳输出图像更多的细节的信息,请阅读这篇文章,将4.7MP Foveon传感器与12MP Bayer输出图像进行比较(佳能5D ):

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

尤其要注意颜色图表的分辨率并思考这个有趣的问题-一台15MP拜耳相机只有375万个检测红色的光点。因此,如果您像B&W摄影师一样使用传统的红色滤镜,则所有其他传感器都将被涂黑,并且现在您将使用3.75MP相机进行拍摄。同时,一个46MP Foveon传感器具有三层1500万个感光点(大致)检测到红色/绿色/蓝色,它并不关心您在其前面放置的过滤器,输出的每个像素将保存来自1500万个不同红色传感器的数据。

这似乎是一个任意情况,但是在诸如红色汽车或蓝天之类的东西中,色调会发生变化。

对于那些真正想知道Foveon在技术水平上发展的人,请阅读Foveon的最新专利,该专利基本上涵盖了SD-1传感器的基本原理:

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

最后要注意的是,某种形式的Foveon技术,即使不是真正的Foveon设计也似乎是成像的未来-索尼和其他公司也开始寻求专利来寻找分层传感器的专利。


看到我的答案评论。链接到的专利涵盖了一种链接多个“像素传感器”的方案,以便可以成组读取它们,从而减少了布线需求。当将传感器彼此堆叠时,在较小的空间中需要更多的布线是一个自然的问题,因此这是一种解决方案。不幸的是,它没有提供SD-1传感器基本原理的进一步描述。
请阅读我的个人资料,

@Kendall:我认为您非常需要重新考虑“当今几乎所有消费者DSLR都无法解决的分辨率”这一说法。SD1的46mp规格在图像分辨率方面与当今市场上的许多 DSLR有所不同。分辨率指的是细节的可分辨性,而Sigma在其传感器中误用MP会导致人们犯下您所犯的非常严重的错误。SD1可以解析3200行,而佳能5D II可以解析3744行,而索尼A900可以解析4032行
。– jrista

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在谈论SD-1时,必须对分辨率和MP进行区别对待,因为Sigma对每个光点处的所有三个传感层进行计数,得出的数字为46mp。您的升采样评论也非常主观,并非基于所有事实。由Foveon传感器产生的15mp图像将显示出较低的波纹,尤其是彩色波纹,但最确定的是它没有解决更多细节。简而言之,3200线的分辨率是3200线的分辨率,4032线的分辨率是4032线的分辨率...后者有更多详细信息。上采样永远不会提高分辨率。
jrista

还应注意,人类感知对绿色最敏感,对红色较不敏感,对蓝色最不敏感。拜耳设计中红色/蓝色感应像素只有一半的事实需要通过人类感知的简单事实来加权。还需要注意的是,用于拍摄图像的拜耳插值法的缺陷仅在拍摄具有波纹的高空间频率物体时才是真正的问题,并且在所有其他时间,所得图像足以满足绝大多数照片的需要。 。
jrista

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最后,还应注意的是,对于现代佳能相机,使用sRAW和mRAW可以生成分辨率较低的图像,该图像可以充分利用每个图像像素的所有四个Bayer像素。使用sRAW / mRAW时不会发生插值,但是图像分辨率较低(接近Foveon图像尺寸)。拜耳插值仅在使用完整RAW时使用。我认为这很好地证明了拜耳的多功能性,也很好地说明了佳能为何尚未转向Foveon。
jrista

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有哪些已经为问题的Foveon传感器的两个问题比空间分辨率的问题。这些都是Foveon关键概念所固有的:使用不同深度的硅的光谱吸收来分离颜色。

对于拜耳阵列,将使用精心选择的染料来创建不同的滤镜,以匹配所选的红色,绿色和蓝色原色。对于Foveon,这种区别完全基于硅的物理性质,这与市场营销材料通常显示的不一样。这导致两个问题。

首先,Foveon传感器记录的三种原色与人眼视锥细胞所响应的原色波长相距甚远,实际上,每个深度所响应的波长曲线的形状与我们的视觉差异很大。这意味着设备的本机色彩空间与sRGB和其他典型输出色彩空间(或人类视觉)的形状有所不同。该传感器在其颜色范围的某些部分记录“想象中的颜色”(我们无法真正看到的颜色),而该颜色范围的其他部分并未被完全覆盖。这不会显示为缺少颜色,而是显示为一种色盲(实际上有一个很好的类比,因为它实际上是相同的问题),

其次,低频红光在最深处被吸收,这不可避免地会导致一定程度的衰减,这意味着红色通道中的噪声更多。据我了解,Sigma相机的降噪通过更强烈地模糊红色通道来解决。我知道我的拜耳传感器相机在蓝色通道中显示出更多的噪点。我不确定这是拜耳或CMOS传感器固有的问题,还是Foveon 的双重问题。(我提出了自己的问题。)

这并不是说广泛使用的拜耳技术是完美的,甚至绝对优于Foveon。只是一切都有其妥协,而Foveon实际上却有些艰难。在噪声处理方面相应增加的情况下,可以通过在问题上扔更多像素来解决拜耳的主要问题(混叠,色彩分辨率)。到目前为止,这已经非常成功地解决了,当然,这与基于百万像素的营销非常吻合并非偶然。

更新(2011年5月):Sigma刚刚发布了新的“ SD1”型号,价格约为9,700美元,其成本与Pentax 645D中画幅相机类似,但具有APS-C尺寸的传感器。看看他们是否确实能够解决其中一些问题将会很有趣。我的猜测是他们可能拥有,但付出的代价使他们改变了目标市场。但是即使那样,我也不是很确定-最大ISO仍然是6400,比目前的拜耳传感器落后两档。(当然,还有待观察,如果他们只是简单地决定采用更保守的限制。如果没有对水晶球加倍凝视,就没有办法告诉我;我将在评论进入时再更新一次,如果我'

免责声明:我没有Foveon传感器相机(尽管我已经用过,而且很酷!)。我对技术不太了解。Sigma正在投入大量研究来解决或解决这些问题。


如果您查看该专利,那么您所说的所有内容似乎都可以在最新的传感器设计中得到解决。在现实世界中拍摄时,我发现色彩数据平均要比与我同组拍摄相同对象的其他人更准确。至于分辨率,拜耳能够以更高的分辨率保持领先,但是有了SD-1传感器,拜耳传感器的分辨率就不再领先。
Kendall Helmstetter Gelner 2011年

您能总结一下这些改进吗?他们基本上是变通办法,还是比这更聪明?
请阅读我的个人资料

如果您阅读了我在回复中发布的专利链接,则可能会有所帮助。但是,其中每个底下的红色/绿色光敏站点似乎对蓝色传感器的对稍有不同(可能比成对多),这可以更好地分离出波长并可能移动覆盖范围以更好地匹配可见光谱。另外,据说设计降低读出噪声很大,而且我们已经在来自Sigma采访读到,“本土” ISO现在是200,它曾经是100
肯德尔黑尔姆施泰特Gelner

嗯 专利是法律文件,令人不寒而栗,但快速浏览一下,您所链接的专利似乎与一种更有效的传感器接线方式有关,以减少读取噪声,而不是我所描述的问题。
请阅读我的个人资料,

额外的蓝色传感器完全改变了您正在谈论的一切。请记住,如今,Foveon传感器已经在实际使用中呈现出色的色彩方面发挥了出色的作用。
Kendall Helmstetter Gelner 2011年

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我认为,“没人”使用Foveon的最大原因与Foveon无关,而与Sigma有关。如果佳能或索尼收购了该技术而不是西格玛,那么它现在将成为主流,这是一个好主意。适马(Sigma)在这个领域是位玩家,规模太小,无法独自完成所有任务,而适马相机则具有一定的品味。


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好吧; 佳能或尼康为什么不跳呢?我确定是向他们宣传的;他们必须对此有一些问题才能拒绝它……
比利·奥尼尔

这是非常正确的,但核心问题的一部分是为什么没有更大的相机制造商,也没有尝试在相机中使用Foveon技术。
Kendall Helmstetter Gelner 2011年

我会说原因是投资基础。其他传感器制造商在拜耳型传感器的设计,基础架构,制造和支持方面拥有广泛的现有基础。投资于新的CMOS设计和制造可能要花费数亿甚至数十亿美元。尽管肯德尔(Kendall)对Foveon的奉献精神令人钦佩,但两种技术之间的差异并不像通常那样大。佳能和索尼(因为尼康目前使用索尼传感器)尚无理由进行更改。
jrista

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传感器很好...或者至少达到了45Mp Merrill版本。在后来的Quattro版本中,Sigma放弃了“纯粹”的方法,即在每个位置捕获三种颜色,这是一种折衷方案,在较低的层中使用较少的传感器。

但是传感器不是问题。任何使用它的人都知道它在低ISO方面表现出色,但是不如在高ISO下具有可比的REAL分辨率的拜耳传感器。

真正的问题是Sigma相机令人沮丧地缓慢且使用不便,特别是因为写入时间非常短。在可负担得起的数码相机的早期,我们对SD1感到很满意,但是一旦您习惯了尼康或佳能公司推出的优质数码单反相机的速度,就很难再等两分钟了将7张照片写入卡,直到完成,您才能检查曝光,并且不能充分利用相机的控件。

而且,相机制造商继续利用拜耳技术获得越来越多的性能。它使我想起了保时捷911。发动机的位置不正确,但是通过足够聪明的工程技术,汽车可以制造出更好的平衡性前置或中置引擎机器。

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