푸본 X3 센서

Foveon X3 sensor

푸본 X3 센서푸본사(현 시그마코퍼레이션)가 설계하고 동부전자가 제조한 디지털 카메라 이미지 센서다.[1] 그것은 세 개의 수직으로 쌓인 포토다이오드로 구성된 일련의 포토사이트를 사용한다. 쌓인 3가지 포토다이오드는 각각 스펙트럼 감도가 달라 파장에 따라 다르게 반응할 수 있다.[2] 그런 다음 세 개의 광다이오드로부터 전송된 신호는 표준 RGB 색 공간으로 변환되는 첨가 색상 데이터로 처리된다.

X3 센서 기술은 2002년 시그마 SD9 DSLR 카메라에 처음 배치되었고, 이후 SD10, SD14, SD15, SD1(SD1 메릴 포함), 2012년부터 소형 시그마 DP2 시리즈, 2014년부터 시그마 dp2 콰트로 시리즈, 2016년부터 시그마 SD 콰트로 시리즈에 배치되었다. Foveon X3 기술의 개발은 2005년 조지 길더의 《The Silicon Eye》의 주제다.

작전

실리콘 및 Foveon X3 센서의 파장 의존적 흡수 자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오.

오른쪽의 도표는 Foveon X3 센서의 작동 방식을 보여준다. 왼쪽 이미지는 실리콘 웨이퍼를 통과할 때 각 파장의 색상이 흡수되는 모습을 보여준다. 오른쪽 이미지는 각 출력 픽셀의 각 흡수 수준에서 감지되는 색상을 나타내는 레이어드 센서 스택을 보여준다. 표시된 센서 색상은 예일 뿐이다. 실제로 이 센서를 사용하는 각 출력 픽셀의 색 속성은 카메라의 이미지 처리 알고리즘에서 비롯된다. 이 알고리즘은 매트릭스 프로세스를 사용하여 광다이오드 스택에서 감지되는 모든 데이터로부터 단일 RGB 색상을 구성한다.[2]

3개의 센서 각각에 있는 실리콘 웨이퍼의 깊이는 초점이나 색채 이상에 무시할 수 있는 효과를 내는 5마이크로미터 미만이다. 그러나 가장 깊은 센서층(빨간색)의 집열깊이는 다른 실리콘 CMOSCCD 센서의 집열깊이에 필적하기 때문에 어느 정도 전자의 확산과 긴 파장의 날카로움 손실이 발생한다.[3]

이용률

Foveon X3 센서를 사용한 최초의 디지털 카메라는 2002년에 출시된 디지털 SLR시그마 SD9이다.[4] 센서의 2268 x 1512 × 3(3.54 × 3 MP) 반복을 사용했으며 시그마 SA 마운트를 사용하여 시그마 설계 본체에 제작되었다. 카메라는 2003년에 개선되었지만 기술적으로 유사한 시그마 SD10이 그 뒤를 이었고,[5] 2006년에는 2640 × 1760 × 3 센서를 사용한 시그마 SD14에 의해 차례로 성공했다. SD14의 후속작인 시그마 SD15는 2010년[6] 6월에 출시되었으며, SD14와 동일한 2640 × 1760 × 3 (4.7×3 MP) 센서를 사용하였다. 시그마 SD1은 전문 시장을 위해 개발된 4800 × 3200 × 3 센서와 함께 2011년[7] 6월에 출시되었다.[8]

2004년에 폴라로이드사는 1408 × 1056 × 3, 1/1.8인치 센서가 장착된 소형 카메라인 [9]폴라로이드 x530을 발표했다. 이 카메라는 2005년에 제한적으로 출시되었지만 불특정화된 이미지 품질 문제로 인해 올해 말에 리콜되었다.[10] 시그마는 SD14 DSLR과 동일한 14 MP 센서를 사용하는 2006년 포브온 기반 소형 카메라인 시그마 DP1의 프로토타입을 발표했다. 2007년에 시제품의 개정판이 전시되었고, 결국 카메라는 2008년 봄에 출시되었다.[11] 폴라로이드 x530과 달리 DP1은 28mm에 해당하는 프라임 렌즈를 장착한 APS-C 크기의 센서를 장착했다. 카메라는 DP1s와 DP1x로 수정되었다. 2009년에는 DP1과 동일한 센서와 차체를 사용하면서도 41mm 등가 f/2.8 렌즈를 장착한 소형 카메라 [12]DP2를 출시했다.

Bayer-filter 센서와 비교

Foveon X3 센서의 작동은 디지털 카메라에 더 많이 사용되는 Bayer 필터 이미지 센서와는 다르다. 바이엘 센서에서 어레이의 각 포토사이트는 단일 조명 센서(CMOS 또는 CCD 중 하나)로 구성되며, 여과 결과 적색, 녹색 또는 청색의 세 가지 색상 중 하나에만 노출된다. 바이얼 센서에서 전체 색상을 구성하려면 각 포토사이트와 관련된 출력 픽셀에 부분적으로 인접한 포토사이트가 보고하는 적색, 녹색 및 청색 수준에 기초하여 RGB 값을 할당하는 보간 프로세스디모사싱이 필요하다. 그러나 Foveon X3 센서는 각각의 포토사이트에 쌓인 포토다이오드별 출력을 조합하여 각 포토사이트에 대한 RGB 컬러 출력을 생성한다. 이러한 운영상의 차이는 몇 가지 중요한 결과를 초래한다.

컬러 아티팩트

푸본 X3 센서가 풀컬러 이미지를 생성하기 위해서는 디모사싱이 필요하지 않기 때문에 공정과 관련된 컬러 아티팩트("색깔 자르기")는 보이지 않는다. 바이엘 센서에서 이러한 아티팩트를 완화하기 위해 일반적으로 사용되는[n 1] 별도의 안티앨리어싱 필터는[13] 필요하지 않다. 이는 마이크로렌즈의 도움으로 각 색상의 포토다이오드가 해당 색상의 센서 간격만큼 큰 영역에 광학 이미지를 통합할 때 별칭이 거의 발생하지 않기 때문이다.[n 2][14] 반면 실리콘 침투 깊이에 의한 색상 분리 방식은 색층 간 교차 오염을 더 많이 발생시켜 색 정확도에 문제가 더 많이 발생한다는 것을 의미한다.

집광 및 저조도 성능

모자이크 센서의 각 포토사이트를 오버레이하는 각각의 컬러 필터는 원색 중 하나만 통과하고 나머지 두 개는 흡수하기 때문에 Foveon X3 포토센서는 모자이크 센서보다 카메라로 들어오는 광자를 더 많이 감지할 수 있다. 이러한 색상의 흡수는 센서가 수집한 총 빛의 양을 감소시키고 각 센서 요소에 충돌하는 빛의 색에 대한 많은 정보를 파괴한다. Foveon X3는 광 채광 능력이 더 크지만, 개별 레이어는 각각의 색상에 대해 날카롭게 반응하지 않는다. 따라서 센서의 원시 데이터의 색 표시 정보는 표준 색 공간에서 색 데이터를 생성하기 위해 "공격적" 매트릭스(즉, 공통 모드 신호의 제거)를 필요로 하므로 색 잡음을 증가시킬 수 있다. 조도가 [15]낮은 상황에서

공간해상도

시그마 코퍼레이션에 따르면 "푸본 센서의 픽셀 수를 어떻게 명시할 것인가에 대해 일부 논란이 있었다"[16]고 한다. 이 논쟁은 셀러가 메가픽셀 카운트로 포토사이트의 수나 총 포토다이오드 수를 계산해야 하는지, 그리고 해상도 측정으로 바이엘 필터 센서나 카메라의 포토다이오드 수와 비교해야 하는지에 대해 논의되어 왔다.

예를 들어 Sigma SD10 카메라의 센서에 있는 포토사이트 배열의 치수는 2268 × 1512이며, 카메라는 이러한 치수의 네이티브 파일 크기(3개의 컬러 레이어)를 생성하는데, 이 크기는 약 340만 화소에 달한다. 다만 포토사이트마다 적색·녹색·청색 색감지 포토다이오드나 픽셀 센서(2268 × 1512 × 3)가 쌓여 있다는 점을 고려해 10.2 MP 카메라로 광고해왔다. 이에 비해 니콘 D200 카메라의 10.2 MP Bayer 센서의 포토사이트 배열의 치수는 3872 × 2592이지만, 각 사이트에는 포토다이오드, 즉 1픽셀 센서 1개밖에 없다. 카메라는 동일한 수의 광다이오드(photodiod)를 가지고 있으며 유사한 원시 데이터 파일 크기를 생산하지만 바이엘 필터 카메라는 디모사싱(demosaising)을 통해 더 큰 네이티브 파일 크기를 생산한다.

바이엘 센서에 의해 생성된 실제 해상도는 사진의 개수 또는 기본 파일 크기보다 더 복잡하다. 디모자이싱 및 별도의 안티앨리어싱 필터는 바이엘 센서의 모자이크 특성이 생성하는 색상 모이레 패턴의 발생이나 심각도를 줄이기 위해 일반적으로 사용된다. 이 필터의 효과는 포토사이트 카운트보다 낮은 해상도를 생성하는 센서의 이미지 출력을 흐리게 한다. 이 필터는 대부분 Foveon X3 센서와 함께 불필요하며 사용되지 않는다. 푸본 X3 센서가 탑재된 초창기 카메라 시그마 SD9는 컬러 뮤레 없이 가시적인 휘도 무이레 패턴을 보였다.[17]

후속 X3 장착 카메라는 미세 렌즈를 포함하기 때문에 앨리어싱이 적다. 마이크로 렌즈는 샘플 밀도에 비례하는 면적에 대한 광 신호를 평균하여 앨리어싱 방지 필터를 제공한다. Bayer형 센서의 어떤 색상 채널에서도 이 작업은 가능하지 않다. 노먼 코렌은 "Foveon X3 센서의 앨리어싱은 단색이기 때문에 훨씬 덜 귀찮다"고 말했다.[18] 이론적으로는 Foveon X3 센서가 바이엘 센서와 동일한 수의 광다이오드 및 별도의 안티앨리어싱 필터 없이 그 바이엘 센서보다 높은 공간 분해능을 얻을 수 있다. 독립 시험 결과 Foveon X3 센서(Sigma SD10 내)의 "10.2 MP" 어레이의 분해능이 5MP[19] 또는 6MP[20] Bayer 센서와 유사한 것으로 나타났다. ISO 속도가 낮을 때는 7.2 MP[21] Bayer 센서와 유사하다.

시그마 SD14의 도입으로 14 MP(4.7 MP 빨간색 + 4.7 MP 그린 + 4.7 MP 블루) Foveon X3 센서 해상도를 10 MP Bayer 센서와 비교하여 유리하다. 예를 들어 소프트웨어의 Mike Chaney는 "SD14는 1700 LPI에서 '낙하' 지점까지 날카로운 디테일을 전달할 수 있기 때문에 일반적인 10 MP DSLR보다 더 나은 사진을 만들어 내는 반면, 대조, 색상 디테일, 선명도는 10 MP DSLR 기반의 1700 LPI 한계에 도달하기 훨씬 전에 저하되기 시작한다"[22]고 말한다.

또 다른 기사는 Foveon X3 센서가 대략 9 MP Bayer 센서와 동일하다고 판단한다.[23]

14 MP Foveon 센서와 12.3 MP Bayer 센서의 시각적 비교를 보면 Foveon이 더 깔끔한 디테일을 가지고 있음을 알 수 있다.[24]

잡음

포브온 X3 센서는 시그마 SD10 카메라에 사용된 것과 같이, 보다 높은 ISO 필름 속도 등가물,[25] 특히 크로마 노이즈에서 바이엘 센서를 사용하는 일부 다른 DSLR의 센서보다 소음이 더 큰 두 개의 독립 검토자에 의해 특징지어져 왔다.[26][27] 또 다른 주목할 점은 장시간 노출 시 높은 소음이다.[28][n 3] 그러나 이러한 검토자들은 이것이 센서의 고유 속성인지 카메라의 이미지 처리 알고리즘인지에 대해서는 아무런 의견을 제시하지 않는다.

보다 최신 Foveon X3 센서를 사용하는 Sigma SD14와 관련하여, 한 검토자는 카메라의 Raw image 형식을 사용할 때 ISO 100에서 "매우 낮음"부터 ISO 1600에서 "중간"까지의 소음 수준을 평가했다.[29]

샘플 이미지

시그마의 SD14 사이트에는 푸본 기술에 의해 생산된 색상을 보여주는 최고 해상도의 이미지 갤러리들이 있다. 14 MP Foveon 칩은 4.7 MP 네이티브 크기의 RGB 파일을 생산하고, 14 MP Bayer 필터 카메라는 보간(즉, 디모사싱)으로 14 MP 네이티브 파일 크기를 생산한다. 12.7 MP Bayer 센서와 14.1 MP Foveon 센서의 영상을 직접 시각적으로 비교한 결과 Bayer 이미지는 먼 건물의 벽돌 사이의 선과 같은 미세한 단색상 디테일에서는 우수하지만, Foveon 이미지는 색상 해상도가 우수하다.[30]

참고 항목

메모들

  1. ^ 디지털 카메라의 바이엘 센서와 거의 보편적으로 사용되지만 꼭 필요한 것은 아니다. Kodak은 그러한 필터 없이 Bayer 센서를 사용하여 DCS Pro SLR/n과 DCS Pro SLR/c(Digital Photography Review, Kodak DCS Pro SLR/c Review, 2004년 6월, 2007년 3월 3일 회수)라는 두 대의 디지털 카메라를 생산한 적이 있다. 그러나 매우 미세한 디테일을 촬영할 때 상당뮤레 패턴이 생성되었다. 2007년 3월 3일 회수.
  2. ^ 마이크로렌즈는 디지털 카메라의 모든 유형의 이미지 센서에 일반적으로 사용된다. 바이엘 필터 센서의 경우 마이크로렌즈는 샘플당 평균적으로 광학 이미지의 영역(즉, 통합)을 빨강과 파랑의 경우 25%, 녹색의 경우 50%에 근접하게 하여 안티앨리어싱이 거의 발생하지 않는다. Foveon X3 센서의 경우, 평균화되는 면적이 각 색상에 대해 100%에 근접할 수 있어 상당한 항알리아 필터 효과를 얻을 수 있다.
  3. ^ 이러한 관찰은 디지털 사진 검토에 표시된, 바이엘 센서가 장착된 니콘 D70(여기 참조)/page15.asp에 의해 동일한 장면과 거의 동시대에 찍은 영상과 Sigma SD10(여기 참조)이 촬영한 영상을 비교한 것과 일치한다. 두 사람 모두 2007년 3월 6일을 되찾았다.

참조

  1. ^ Foveon, 새로운 이미지 센서 제조 파트너 발표: 대한민국 서울의 동부전자. 2014년 1월 18일 회수
  2. ^ Jump up to: a b A. Rush; P. Hubel (2003). "X3 Sensor Characteristics". J. Soc. Photogr. Sci. Technol. Japan. 66 (1): 57–60. Retrieved March 6, 2007.
  3. ^ Ji Soo Lee (2003). Photoresponse of CMOS Image Sensors (PDF) (Ph.D. dissertation). University of Waterloo. Archived from the original (PDF) on February 19, 2009.
  4. ^ 디지털 사진 리뷰: 2002년 2월 18일
  5. ^ 디지털 사진 검토: 시그마 SD10: 2004년 3월
  6. ^ 디지털 사진 검토: SD15 디지털 카메라 출하를 시작하는 Sigma UK: 2010년 6월 11일
  7. ^ "Sigma SD1 Price & Availability Announced". Retrieved May 24, 2011.
  8. ^ 디지털 사진 검토: 시그마, SD1 플래그십 디지털 SLR 출시: 2010년 9월 21일
  9. ^ 디지털 사진 리뷰: 폴라로이드 x530: 2004년 2월 9일
  10. ^ 이미지 리소스: 2005년 4월 15일
  11. ^ 디지털 사진 검토: 시그마는 2008년 봄: 2008년 1월 13일 DP1을 발표한다.
  12. ^ 디지털 사진 검토: Sigma UK: DP2 이용 가능: 2009년 5월 14일
  13. ^ 안티앨리어싱 필터광학 안티앨리어싱 필터 섹션 참조
  14. ^ Brian W. Keelan (2004). Handbook of Image Quality: Characterization and Prediction. Marcel–Dekker. p. 390. ISBN 0-8247-0770-2.
  15. ^ "Know raw? Part 2". Photostream on auspiciousdragon.net. July 5, 2007. Archived from the original on September 28, 2007.CS1 maint: 잘못된 URL(링크)
  16. ^ "Sigma SD14 White Papers". Retrieved April 29, 2007.
  17. ^ Phil Askey (November 2002). "Sigma SD9 Review". DPReview.
  18. ^ Norman Koren. "Sharpness: What is it and how is it measured?". Imatest docs. Retrieved December 16, 2007.
  19. ^ 인기 사진 & 이미징, 제69권, 제6호(2005년 6월, 페이지 47의 표)
  20. ^ 디지털 사진 검토: Sigma SD10 Review, 2004년 3월, 2007년 3월 3일 검색됨.
  21. ^ c net Reviews, Sigma SD10 2007년 3월 6일 검색됨.
  22. ^ Mike Chaney (2007). "Sigma SD14 Resolution: 14 MP? 4.6 MP? How does the SD14 stack up against high-end cameras like the Canon EOD 5D?".
  23. ^ "Foveon X3 Sensor Claims Put to the Test". Archived from the original on February 5, 2008.
  24. ^ Carl Rytterfalk (February 23, 2010). "A tiny Sigma SD14 vs Nikon D90 comparison." Carl Rytterfalk Photography. Archived from the original on July 15, 2010. Retrieved May 20, 2010.
  25. ^ 예: c net Reviews, Sigma SD10 2007년 3월 6일 검색됨 및 Steve의 Digicams Sigma SD10 검토(2003년 11월 28일) 2007년 3월 6일 검색됨을 참조하십시오.
  26. ^ 카메라 실습: 시그마 DP1 갤러리
  27. ^ Sigma DP1 리뷰, photographyreview.com
  28. ^ Imaging Resource Sigma SD10 검토(10-22-03). 2007년 3월 6일 회수.
  29. ^ Michael J. McNamara (December 2008). "Camera Test: Sigma SD14". Retrieved June 6, 2013.
  30. ^ Mike Chaney (March 16, 2007). "Sigma SD14 Resolution: 14 MP? 4.6 MP?". Digital Domain Inc.

외부 링크