Принципиальная схема устройства матриц большинства цифровых фотокамер известна без малого сорок лет. Фотодиоды, светочувствительные элементы сенсоров, фиксируют яркость света, однако не способны различать его спектральные составляющие. Для получения информации о цвете каждую ячейку снабжают микрофильтром одного из базовых цветов. В фотоаппаратах наибольшее распространение получил паттерн Байера — придуманная сотрудником Kodak и запатентованная ещё в 1976 году структура из четырёх ячеек с фильтрами зелёного, красного, зелёного и синего цветов. Каждая ячейка такой матрицы фиксирует яркость и даёт «яркостную» детализацию. А информация о цвете интерполируется из данных группы соседних ячеек — не совсем честно, но в целом отвечает особенностям человеческого зрения, в том числе и в отношении повышенной детализации в зелёной части спектра (на каждый красный и синий приходится два зелёных пикселя).
Проблема с массивом Байера и аналогичными схемами заключается в серьёзных потерях светового потока. Цветные фильтры отсекают 50—70 процентов полезного света, снижая эффективную чувствительность матриц.
Идея, предложенная сотрудниками Panasonic, напротив, предлагает не отфильтровывать, а разделять свет на составляющие. Решение, позволяющее контролировать дифракцию света на микроскопическом уровне, включает структуры с высокой отражающей способностью, особым образом смоделированное окружение в каждой ячейке и собственно математические методы моделирования формы и материалов, приводящие к необходимому разложению световых волн по частотному спектру. Проще говоря, системы с размерностью, сопоставимой с длиной волны видимого света, работают как обычные оптические призмы.
Схема работы «микроделителей» Micro color splitter в предложенной Panasonic технологии: практически весь световой поток разделяется и попадает на светочувствительные ячейки. В обычной схеме 50—70% света блокируется цветовыми фильтрами.
Разделённые световые волны падают сразу на несколько ячеек, так что технология требует также специфических паттернов и алгоритмов «восстановления» данных о цвете. Однако при этом задействуется практически весь световой поток, поступающий к матрице, с минимальным уровнем потерь. Разработчики заявляют о достижении исключительно высокой точности и детализации в цветах изображений.
О перспективах внедрения технологии в конечные продукты компания пока не сообщает: путь от опытных результатов до массового производства может быть тернист и долог. Однако отмечается, что структуры возможно производить из неорганических материалов на основе обычных в полупроводниковой отрасли процессов. При этом сам принцип «микроделителей» не привязан к типу сенсора, и без особых проблем может применяться на существующих CCD и CMOS-матрицах.
С практической точки зрения эффективное использование света означает увеличение чувствительности (или пропорциональное снижение шумов) примерно на ступень. Совсем не бесполезный прогресс, как минимум, для компактных фотоаппаратов и даже для фирменных беззеркальных камер системы 4/3. С нетерпением ждем.
Фильтр Байера на Википедии
метки новости