Was ist mit Foveon-Sensoren passiert?

Es scheint, als ob der Foveon- Sensor in der Lage sein sollte, bessere Bilder zu erzeugen, da er nicht von den separaten roten, grünen und blauen Pixeln abhängt, die bei den meisten Digitalkameras vorhanden sind. Mit Foveon-Sensoren ausgestattete Kameras sind jedoch so gut wie nicht vorhanden. Warum?

(Randnotiz: Diese Frage wurde von der Bayer Filter-Antwort inspiriert , bei der der Bayer-Filter möglicherweise Probleme verursacht hat ...)

Was passiert ist, ist, dass Sigma Foveon gekauft und viel Druck auf sie ausgeübt hat, um einen Sensor zu produzieren, der tatsächlich mit Standard-DSLR-Sensoren konkurrieren kann. Jetzt, da Sigma die gesamte Kamera und den Sensor baut, liegt der Schwerpunkt viel mehr auf der Herstellung eines überzeugenden Endprodukts.

Letztes Jahr kündigte Sigma die SD1 an, die einen APS-C-Sensor (1,5-fache Ernte) mit 15 Millionen Fotoseiten verwendet. Sigma nennt es einen 46-Megapixel-Sensor. Sie haben den Pressevertretern (zumindest mir) nicht viele Details mitgeteilt, werden aber voraussichtlich in diesem Sommer verfügbar sein.

Es sind noch mehrere Sigma-Kameras (DP1x, DP2s, SD15) in Produktion, die den 1,7-fachen Foveon-Sensor mit 4,5 Millionen Fotoseiten (auch bekannt als 14 Megapixel) verwenden.

Es kommt darauf an: Zumindest für die meisten Menschen ist die räumliche Auflösung (insbesondere im grünen Farbbereich) viel wichtiger als die Farbauflösung, insbesondere in den Farben Rot und Blau. Die Farbreaktionskurve, die ich in einer vorherigen Antwort angegeben habe, gibt zumindest einen Anhaltspunkt für den Grund dafür.

Dies ist besonders relevant, wenn die überwiegende Mehrheit der elektronisch gespeicherten / angezeigten Bilder im JPEG- oder MPEG-Format vorliegt. Diese Formate unterstützen ohnehin das Downsampling der Chroma-Kanäle auf die halbe Auflösung - und so werden (insbesondere bei MPEG) die meisten Bilder gespeichert. Das Konvertieren von Daten von einem Foveon-Sensor in das JPEG- oder MPEG-Format wirft daher in der Regel einen Großteil der von Ihnen gesammelten zusätzlichen Informationen weg.

Obwohl der Vorteil nicht unbedingt immens ist, unterstützen einige Bayer-Sensorkameras (z. B. die High-End-Leaf- / Phase-One-Kameras) die Sensorverschiebung, um eine Serie von vier Bildern (eines festen Motivs) aufzunehmen, wobei der Sensor in verschiedene Positionen verschoben wird Daher hat jedes Pixel im endgültigen Bild vollständige Farbinformationen (und hat immer noch doppelt so viele Bits für Grün wie für Rot oder Blau, sodass es immer noch einigermaßen gut zum normalen Sehen passt).

Foveon-Sensoren sind theoretisch großartig, in der Praxis jedoch keine überzeugende Wahl. Sie haben in der Regel eine viel niedrigere Auflösung und können nur dann miteinander konkurrieren, wenn die 3 Sensoren an jeder Pixelposition als einzelne Pixel gezählt werden.

Sigma produziert immer noch Kameras mit Foveon-Sensoren: http://blog.sigmaphoto.com/2011/faqs-the-sigma-camera-and-its-foveon-x3-direct-image-sensor/

Was mit dem Foveon-Sensor passiert ist, ist, dass Sigma die Technologie frühzeitig übernahm, aber andere Kamerahersteller zögerten, dies zu tun.

Dieser Zustand dauert bis heute an. Sigma entwickelt die Kameras weiter und bietet derzeit eine SD-15 DSLR sowie die Kompaktkameras DP-1 und DP-2 mit großem Sensor und fester Brennweite an.

In letzter Zeit scheint die Foveon-Technologie jedoch im Aufschwung gewesen zu sein. Wie bereits erwähnt, scheint Sigma kurz davor zu stehen, einen stark verbesserten Foveon-Sensor in der SD-1 mit noch besserer Rauschunterdrückung und einer Auflösung herauszubringen, die fast alle heutigen DSLR-Consumer-Systeme (wenn auch keine Mittelformatsysteme) übertrifft. Der neue Sensor hat einen Wert von ungefähr 46 MP, was in Bayer-Äquivalenten ungefähr 30 MP entspricht, was ungefähr der Detailgenauigkeit eines Bayer-Bilds entspricht - das heißt, Sie haben das 15-Millionen-Pixel-Ausgabebild von einem RAW-Bild aufgenommen, das von einem SD-1 konvertiert wurde und auf 30MP hochgesampelt, würde es genauso aussehen wie ein 30MP-Bild. Nur würde es auch an Farbmusterproblemen mangeln, die ein Bayer-Sensor haben könnte und die im Detail besser ausfallen. Foveon-Sensoren haben traditionell einen großen Dynamikbereich und auch ein sehr geringes Rauschen bei niedrigeren ISO-Werten.

Was hat sich also zum Besseren verändert, das solche Fortschritte ermöglicht? Dies liegt zum Teil daran, dass wir das Ergebnis einer stetigen Forschungs- und Entwicklungsarbeit bei Foveon sehen, aber auch daran, dass Sigma Foveon gekauft hat und sich nun ganz auf die Herstellung besserer großer Kamerasensoren konzentriert hat. Bevor Foveon versuchte, herauszufinden, welches Segment des Fotomarktes einen guten Kunden für die Technologie darstellen könnte, waren die Ziele infolgedessen viel stärker gestreut.

Die Ergebnisse dieser Fokussierung zeigen nicht nur, dass die Auflösung des Sensors gegenüber früheren Generationen erheblich gestiegen ist, sondern auch, dass die ESA diese Technologie für den Mars ausgewählt hat:

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

Entschuldigung für die grobe Übersetzung, ich kann keine andere Quelle für diese Nachricht finden.

Grundsätzlich passiert für die Foveon-Technologie, dass sie sich immer noch weiterentwickelt, und zwar in einem Tempo, das anscheinend langsamer war als andere Sensortechnologien, das jedoch möglicherweise einen Sprung voraus ist. Wir müssen sehen, was der neue Sensor leisten kann, um zu sehen, wo sich der Stand der Foveon-Technologie in diesen Tagen wirklich befindet. Daher ist dies wahrscheinlich eine gute Frage, die in drei Monaten überprüft werden muss.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie detaillierter ein 15 - Millionen - Foveon - Ausgabebild sein kann, lesen Sie diesen Artikel, in dem Sie einen 4,7 - Megapixel - Foveon - Sensor mit einem 12 - Megapixel - Bayer - Sensor (Canon 5D) vergleichen ):

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

Achten Sie besonders auf die Auflösung der Farbtafeln und überlegen Sie sich diese interessante Frage - eine 15-Megapixel-Bayer-Kamera hat nur 3,75 Millionen Fotoseiten, die Rot erkennen. Wenn Sie also einen herkömmlichen Rotfilter wie den von Schwarzweißfotografen verwenden, sind alle anderen Sensoren abgedunkelt, und Sie fotografieren jetzt mit einer 3,75-Megapixel-Kamera. Während ein 46MP Foveon-Sensor mit drei Schichten von 15 Millionen Fotostellen, die Rot / Grün / Blau (ungefähr) erkennen, sich nicht darum kümmert, welchen Filter Sie davor setzen, speichert jedes Pixel der Ausgabe Daten von 15 Millionen verschiedenen roten Sensoren.

Das mag wie ein willkürlicher Fall erscheinen, aber was ist mit Tonverschiebungen in so etwas wie einem roten Auto - oder einem blauen Himmel?

Für diejenigen, die sich WIRKLICH fragen, wohin Foveon technisch geht, lesen Sie das neueste Patent von Foveon, in dem die Grundlagen des SD-1-Sensors behandelt werden:

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

Eine letzte Bemerkung ist, dass irgendeine Form der Foveon-Technologie, auch wenn das Foveon-Design nicht genau die Zukunft der Bildgebung zu sein scheint - es gibt inzwischen Patente von Sony und anderen Unternehmen, die ebenfalls nach Möglichkeiten suchen, Sensoren zu schichten.

Es gibt zwei Probleme , die für Foveon - Sensoren problematisch gewesen andere als das Problem der räumlichen Auflösung. Beides gehört zum Schlüsselkonzept von Foveon: die spektrale Absorption verschiedener Siliziumtiefen zur Trennung der Farben.

Bei einem Bayer-Array werden die verschiedenen Filter mit sorgfältig ausgewählten Farbstoffen erstellt, die den ausgewählten roten, grünen und blauen Primärfarben entsprechen. Bei Foveon basiert die Unterscheidung ausschließlich auf der Physik des Siliziums, die nicht so gut zusammenpasst, wie es die Marketingmaterialien normalerweise zeigen. Dies führt zu den beiden Problemen.

Erstens sind die drei von Foveon-Sensoren aufgezeichneten Primärfarben weiter von den Primärwellenlängen entfernt, auf die die Kegelzellen des menschlichen Auges reagieren, und tatsächlich unterscheidet sich die Form der Wellenlängenkurve, auf die jede Tiefe reagiert, stark von der unserer Sicht. Dies bedeutet, dass der native Farbraum des Geräts eine andere, von sRGB und anderen typischen Ausgabefarbräumen abweichende Form hat - oder vom menschlichen Sehen abhängt. Der Sensor zeichnet "imaginäre Farben" auf - solche, die wir nicht wirklich sehen können - in einem Teil seines Farbbereichs, und andere Teile des Farbbereichs werden nicht perfekt abgedeckt. Dies zeigt sich nicht als fehlende Farben, sondern als eine Art Farbenblindheit (die Analogie dort ist eigentlich ziemlich gut, da es praktisch das gleiche Problem ist),

Zweitens wird niederfrequentes rotes Licht auf der tiefsten Ebene absorbiert, was unvermeidlich zu einer gewissen Dämpfung führt - was mehr Rauschen im roten Kanal bedeutet. Soweit ich weiß, wirkt die Rauschunterdrückung bei Sigma-Kameras dem entgegen, indem der rote Kanal stärker verwischt wird. Ich weiß , daß meine Bayer-Sensorkamera aufweist, mit großem Abstand, mehr Rauschen in dem blauen Kanal. Ich bin mir nicht sicher, ob dies ein inhärentes Problem mit Bayer- oder CMOS-Sensoren ist oder ob es sich um ein doppeltes Problem bei Foveon handelt. (Ich habe das zu meiner eigenen Frage gemacht .)

Nichts davon bedeutet, dass die weit verbreitete Bayer-Technologie perfekt oder sogar absolut besser als Foveon ist. Es ist nur so, dass alles seine Kompromisse hat, und Foveon hat tatsächlich einige schwierige. Die großen Probleme mit Bayer (Aliasing, Farbauflösung) lassen sich lösen, indem das Problem bei entsprechend gesteigertem Rauschverhalten mit mehr Pixeln bearbeitet wird. Das hat bisher sehr erfolgreich geklappt, und natürlich ist es kein Zufall, dass es gut zu Megapixel-basiertem Marketing passt.

Update (Mai 2011): Sigma hat gerade das neue Modell "SD1" angekündigt, das einen Preis von rund 9.700 US-Dollar hat - vergleichbar mit der Mittelformatkamera Pentax 645D, aber mit einem Sensor der Größe APS-C. Es wird interessant sein zu sehen, ob sie tatsächlich in der Lage waren, einige dieser Probleme anzugehen. Ich spekuliere, dass dies wahrscheinlich der Fall ist, aber zu den Kosten, die dazu geführt haben, dass sie den Zielmarkt geändert haben. Aber selbst dann bin ich mir nicht so sicher - der maximale ISO-Wert liegt immer noch bei 6400, zwei Stationen hinter dem aktuellen Bestand an Bayer-Sensoren. (Bleibt natürlich abzuwarten, wenn sie sich einfach für eine konservativere Grenze entschieden haben. Ohne die Kristallkugel zu sehr anzustarren, ist dies nicht zu erkennen. Ich werde dies erneut aktualisieren, wenn die Bewertungen vorliegen, und wenn ich '

_{Haftungsausschluss: Ich habe keine Foveon-Sensorkamera (obwohl ich eine verwendet habe und es war cool!). Ich verfolge die Technologie nicht sehr genau. Sigma setzt viel Forschung ein, um diese Probleme zu umgehen oder zu lösen.}

Der Hauptgrund, warum "niemand" Foveon benutzt, hat meiner Meinung nach wenig mit Foveon und viel mit Sigma zu tun. Hätten Canon oder Sony die Technologie anstelle von Sigma gekauft, wäre sie mittlerweile Mainstream, die Grundidee ist eine gute. Sigma spielt auf diesem Gebiet eine Rolle, zu klein, um es alleine zu machen, und Sigma-Kameras sind so etwas wie ein erworbener Geschmack.

Der Sensor ist in Ordnung ... oder zumindest bis zur 45-MP-Merrill-Version. Mit der späteren Quattro-Version hat Sigma den "reinen" Ansatz aufgegeben, drei Farben an jedem Ort zu erfassen, um einen Kompromiss mit weniger Sensoren in den unteren Schichten zu erzielen.

Aber der Sensor ist nicht das Problem. Jeder, der es verwendet, weiß, dass es sich bei niedrigen ISO-Werten auszeichnet, Bayer-Sensoren mit vergleichbarer REAL-Auflösung bei hohen ISO-Werten jedoch unterlegen ist.

Das eigentliche Problem ist, dass Sigma-Kameras frustrierend langsam und unbequem zu bedienen sind, insbesondere aufgrund der absurd langsamen Schreibzeiten. In den Anfängen von erschwinglichen Digitalkameras waren wir mit der SD1 sehr zufrieden, aber wenn Sie sich erst einmal an die Geschwindigkeit einer guten DSLR von Nikon oder Canon gewöhnt haben, fällt es Ihnen schwer, wieder zwei Minuten auf einen Ausbruch von zu warten 7 Aufnahmen, um auf die Karte zu schreiben, und bis dies abgeschlossen ist, können Sie Ihre Belichtungen nicht überprüfen, und Sie haben nicht die volle Kontrolle über die Kamera.

Zudem ringen die Kamerahersteller immer mehr Leistung aus der Bayer-Technologie heraus. Es erinnert mich an den Porsche 911. Der Motor befindet sich am falschen Ort, aber mit genügend ausgeklügelter Technik kann das Auto so konstruiert werden, dass es auch mit vielen besser ausbalancierten Maschinen mit Front- oder Mittelmotor zurechtkommt.