Дифракция вместо фильтрации — инженеры Panasonic увеличат чувствительность матриц вдвое

Дифракция вместо фильтрации — инженеры Panasonic увеличат чувствительность матриц вдвое

прочие новости

Исследователи Panasonic обнаружили любопытный способ разрешить давнюю проблему светочувствительных матриц: получение информации о цвете с минимальными потерями. Вместо цветных фильтров разработчики предлагают использовать микроструктуры, разделяющие цвета дифракцией. Традиционные фильтры блокируют порядка половины светового потока, так что их устранение позволит вдвое увеличить чувствительность сенсоров.

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.

Разложение света по частотному спектру в предложенной Panasonic технологии Micro color splitter
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

делитесь →

Shareбольше?
comments powered by Disqus