Что такое Foveon X3 сенсоры и в чем их преимущество

В цифровых фотоаппаратах сенсоры Foveon X3 появились уже достаточно давно, а вот в смартфонах им только прочат большое будущее.

На практике же до сих пор не появилось ни одного устройства с подобной фотоматрицей, хотя определенные предпосылки к тому имелись.

Резонно возникает сомнение: действительно ли сенсоры этого типа настолько хороши – или это всего лишь очередная маркетинговая «лапша»?

Почему понадобился новый тип сенсора

В настоящее время единственным методом получения цветного изображения в фотоматрицах смартфонов, является байеровский фильтр.

Сам по себе сенсор состоит из фотодиодов, светочувствительность которых практически не зависит от длинны световой волны. Поэтому изображение, получаемое без использования дополнительных средств, будет монохромным.


Чтобы получить цвет, используют двумерную матрицу, составленную из фильтров трех основных цветов: красного, зеленого и синего.

В результате один пиксель конечного изображения требует нескольких субпикселей, площадь каждого из которых приходится уменьшать, чтобы уложиться в плотность, диктуемую разрешением матрицы.


Кроме того, световой поток, попадающий на каждый из субпикселей, урезается фильтром на две трети, так что результирующая чувствительность матрицы существенно снижается.

Вдобавок, для «сборки» финального изображения из трех картинок, от пикселей основных цветов, используется интерполяция, что вносит дополнительные искажения.

Как устроен Foveon X3 сенсор

Вместо использования двухмерной матрицы разработчики использовали трехслойную структуру из светочувствительных элементов. В ее работе используется зависимость энергоемкости светового потока от длины волны.

То есть коротковолновые лучи, поглощаются материалом, из которого изготовлены фотодиоды, сильнее, чем длинноволновые.

Поэтому верхний слой матрицы используется для регистрации, главным образом, синего цвета, средний – зеленого, а нижний – красного.

Достоинства и недостатки

Плюсы:

• Возможность увеличить площадь поверхности пикселя, не жертвуя при этом разрешением матрицы, что позволяет повысить светочувствительность.
  
• Исключение процесса интерполяции, что уменьшает уровень искажений и освобождает ресурсы процессора.
  
• Улучшенная цветопередача и детализация получаемых снимков.
  
• Возможность использовать изменяемый размер пикселя в зависимости от условий освещенности.
  

Минусы:

• Достаточно высокий уровень цифровых шумов, вызванный воздействием верхнего слоя фотодиодов на нижние.
  
• Чувствительность к попаданию на поверхность сенсора прямых солнечных лучей, вызывающих дополнительные цветовые искажения.
  

В заключение

Инсайдеры обсуждали возможность появления камеры на основе Foveon X3 матрицы в смартфоне HTC One M7, анонс которого состоялся в 2013 году.

Но вместо этого его разработчики предпочли использовать обычный байеровский сенсор с поддержкой технологии Ultra Pixel, позволявшей получить боле высокую светочувствительность за счет увеличения площади отдельного пикселя и снижения разрешения.

Так что на сегодняшний день многослойные матрицы используются только в цифровых камерах Sigma, а разработчики мобильных устройств предпочитают традиционные решения.


И если за столь длительное время технологию так ни разу и не реализовали в гаджетах, то будущего у нее в этой области, скорее всего, и нет.

Хотя, если бы разработкой таких сенсоров занимались Sony или Samsung, результат мог бы быть иным.