Fujifilms nye sensorteknologi

[k-ryeng]

Fujifilm har vært kjent for sine alternative sensorer, og nå har de videreutviklet sine Super CCD HR og SR-sensorer til Super CCD EXR.

 

Les mer

[Simen1]

Binning av pixler eller subpixler er vel ikke noe nytt? Det nye er vel bare at det gjøres i hardware i stedet for i programvaren?

 

Apropos ingressbildet:

Hvorfor utnytter de ikke kromatisk aberrasjon i mikrolinsene til å separere lys som treffer en pixel slik at fargene fra det innkommende lyset på en pixel treffer hver sin subpixel? Jeg ser for meg at det vil utnytte mer av lyset ved å gjøre det på den måten. En slags foveonbrikke sett utenfra, men der fotosensorene ligger ved siden av hverandre i stedet for oppå hverandre. CA i mikrolinsene "sorterer" fargene til hver sin subpixel.

[sverreb]

Hvorfor utnytter de ikke kromatisk aberrasjon i mikrolinsene til å separere lys som treffer en pixel slik at fargene fra det innkommende lyset på en pixel treffer hver sin subpixel? Jeg ser for meg at det vil utnytte mer av lyset ved å gjøre det på den måten. En slags foveonbrikke sett utenfra, men der fotosensorene ligger ved siden av hverandre i stedet for oppå hverandre. CA i mikrolinsene "sorterer" fargene til hver sin subpixel.

 

Da trenger du vel et prisme, ikke en linse. Forøvrig vil du ikke kunne fange hele lysspekteret hvis du bruker et prisme heller. Hver sensor må separeres fra hverandre så hvis du projiserer ett kontinuerlig spekter over tre sensorer så vil du miste noe. (Det gjør ikke sensoren ubrukelig, bare mindre optimal)

 

Foevon bruker statistisk gjennomtrengingsevne for fotoner med ulik bølgelengde i Si, ikke brytning BTW. Dette krever svært presis kontroll av doping siden man må bygge laterale sensorbrønner.

 

Nikon har vel et lignende patent som bruker fargeseparerende speil. Men husk det må kunne produseres også...

 

Jeg synes vel ikke at multikromatiske sensorerer så fryktelig intressant med mindre de er mindre enn ett stopp mindre sensitive enn en vanlig sensor. Den teoretiske fordelen de har er at de kan potensielt omdanne alt synlig lys som treffer de til ladning, og ikke bare 1/3, men da kan de ikke være mye mindre sensitive. Mitt inntrykk er vel at foevon ihvertfall er betydelig mindre sensitiv enn vanlige fotosites.

[k-ryeng]

Jeg synes vel ikke at multikromatiske sensorerer så fryktelig intressant med mindre de er mindre enn ett stopp mindre sensitive enn en vanlig sensor. Den teoretiske fordelen de har er at de kan potensielt omdanne alt synlig lys som treffer de til ladning, og ikke bare 1/3, men da kan de ikke være mye mindre sensitive.

Det er forsåvidt sant, men dét vil komme om noen store begynner å putte penger inn i det. Det sier seg selv at Foveon som en liten mygg ikke kan klare å dra den utviklingen helt alene, mens de store satser kanskje 100 ganger så mye penger på Bayer-sensorer.Det er langt mer penger i konserner som Sony, Canon og Samsung som produserer vanlige sensorer. Jeg tror kanskje Samsung vil være "outsideren" som faller for Foveon-teknologien, og på sikt enten overtar Foveon eller designer noe eget i samme stilen. Det vil være meget positivt i mine øyne, da Samsung har pengene som skal til for å finansiere denne utviklingen, og selv om de er interessert i å tjene penger, virker det for meg som de ønsker å tjene penger på en annen måte enn Sony og Canon.

 

Det som er den helt klare fordelen til Foveon og andre multikromatiske sensorer, er jo at de kan gjengi et ikke-interpolert bilde, Foveon har med sine 4.7MP 3 ganger mer informasjon enn andre ~4.7MP-sensorer, og således oppleves som skarpere. At Sigma knoter det til med å interpolere opp til 14MP, er jo ikke egentlig Foveon sin feil...

[k-ryeng]

Binning av pixler eller subpixler er vel ikke noe nytt? Det nye er vel bare at det gjøres i hardware i stedet for i programvaren?

Nei, det er ikke nytt, men det er organiseringen til Fujifilm er ny. Tidligere har man måttet binne pixler som ikke ligger ved siden av hverandre, som har introdusert fargefeil og tap av skarphet for å kompensere for fargefeilen.

[PMnormal]

... Det vil være meget positivt i mine øyne, da ...

... du bruker Samsung i dag

[k-ryeng]

... Det vil være meget positivt i mine øyne, da ...

... du bruker Samsung i dag

Hehe, hysj ;-)

 

Jeg tror uansett Samsung er rett konsern, de søker oppriktig etter å lage bedre produkter. Selv om de ikke har lyktes i alt de har gjort har de gjort mye riktig de siste årene.

[Simen1]

Da trenger du vel et prisme, ikke en linse. Forøvrig vil du ikke kunne fange hele lysspekteret hvis du bruker et prisme heller. Hver sensor må separeres fra hverandre så hvis du projiserer ett kontinuerlig spekter over tre sensorer så vil du miste noe. (Det gjør ikke sensoren ubrukelig, bare mindre optimal)

Hmm, det tenkte jeg ikke på. Men det lar seg vel gjøre å separere fargene på et vis uten store lystap?

 

Binning av pixler eller subpixler er vel ikke noe nytt? Det nye er vel bare at det gjøres i hardware i stedet for i programvaren?

Nei, det er ikke nytt, men det er organiseringen til Fujifilm er ny. Tidligere har man måttet binne pixler som ikke ligger ved siden av hverandre, som har introdusert fargefeil og tap av skarphet for å kompensere for fargefeilen.

Jeg kom på at jeg har lest om noe tilsvarende for flere år siden. Der fargene var binnet sammen to og to. Hvert par hadde en stor og en liten fotosensor. Hensikten var å øke det dynamiske området.

[knutinh]

...

Det som er den helt klare fordelen til Foveon og andre multikromatiske sensorer, er jo at de kan gjengi et ikke-interpolert bilde, ... At Sigma knoter det til med å interpolere opp til 14MP, er jo ikke egentlig Foveon sin feil...

"Megapixler" blir et problem bare idet vi lar det bli et problem. Så lenge vi som er interessert fokuserer (bokstavelig talt) på faktisk detaljgjengivelse så ser jeg ikke noen grunn til å skille mellom produsent A's megapixler som bedre eller dårligere enn produsent B's megapixler.

 

Så lenge du ikke har en 1:1-kjede fra sensor, via lagring/redigering og til skjerm/papir, så vil bildet bli interpolert/desimert langs kjeden. Sannsynligvis flere ganger. Så lenge det gjøres bra så er det ikke noe å bekymre seg for. Passer du på at printeren din har like mange dotter for en gitt størrelse som kameraet har pixler, og bytter du i så fall printer når du skriver ut A4 kontra A3? :-)

 

Det du bekymrer deg for er kanskje at Bayer-sensoren utfører ikke-ideell desimering (tilnærmet punkt-sampling, spesielt for rødt og blått) etterfulgt av en eller annen interpolasjon i raw-konverteren. Løsningen på dette er såvidt jeg forstår ganske enkelt å ha tilstrekkelig optisk pre-filtrering (evt billig optikk) til at man unngår aliasing. Det vil redusere detaljene man får ut av Bayer-sensor relativt størrelsen av subpixlene, men samtidig vil de romlige egenskapene være mer lik en ideell Foveon-sensor. Så lenge Bayer-sensorene kan oppnå mange ganger høyere pixel-tetthet enn Foveon (og dessuten bedre dynamiske egenskaper såvidt jeg forstår), så kan man både få gjengivelse av reelle detaljer, undertrykking av falske detaljer, og gode dynamiske egenskaper.

 

For meg fremstår dette som en rasjonell grunn til at så mange går for Bayer: de praktiske, reelle egenskapene er ganske gode. Og når alt kommer til alt så er det vel real-world ytelse som opptar oss, og ikke en eller annen teori som er spennende men som kanskje ikke beskriver produktene tilgjengelig i butikken tilstrekkelig presist?

 

 

Forøvrig er det verdt å merke seg at heller ikke Foveon (eller Foveon-lignende sensorer) har en "ideell" romlig funksjon for å diskretisere et bilde med ideell romlig frekvensrespons. Bayer "punktsampler" scenen med 2-d firkantpulser som dekker hhv 1/2 og 1/4 av arealet for grønt og rødt/blått. Foveon sampler scenen med 2-d firkantpulser som ligger kant i kant langs hele sensoren. Dette gir en fallende romlig frekvensrespons (skaprhet) med store lober (aliasing) i forhold til en perfekt romlig representasjon. Den matematisk perfekte måten å konvertere en analog scene til et endelig antall pixler er ved en sin(x)/x funksjon (for en dimensjon). Det krever at hver pixel henter energi fra hele sensoren, og at bidraget noen steder er negativt. Begge deler er praktisk umulig. En litt mer realistisk tilnærming til ideell diskretisering av en scene er antagelig overlappende Gauss-funksjoner. Heller ikke det er praktisk mulig med sensor-teknologi, men det er mulig når man skalerer et bilde fra en oppløsning til en annen digitalt.

 

Kort sagt: jeg går ut fra at også Foveon-sensorer fungerer noe bedre med noe optisk lavpassfiltrering, enten eksplisitt eller i form av real-world optikk?

 

Foveon har med sine 4.7MP 3 ganger mer informasjon enn andre ~4.7MP-sensorer, og således oppleves som skarpere.

Blir ikke dette litt akademisk så lenge man må gå mange kamera-generasjoner tilbake for å finne kamera i samme kategori som de som benytter Foveon, som har 4.7 MP? Litt som å si at blant to-taktere så er Saab 93 helt på høyden, noe som ikke er så rart siden biler med totakt forsvant på 70-tallet...

 

-k

Endret 3. oktober 2008 av knutinh

[k-ryeng]

For meg fremstår dette som en rasjonell grunn til at så mange går for Bayer: de praktiske, reelle egenskapene er ganske gode. Og når alt kommer til alt så er det vel real-world ytelse som opptar oss, og ikke en eller annen teori som er spennende men som kanskje ikke beskriver produktene tilgjengelig i butikken tilstrekkelig presist?

Når det gjelder fargegjengivelse på lav ISO er Foveon meget bra, og foran de andre. Jeg tror mange kunne ønsket seg slik fargegjengivelse på mer høyoppløselige sensorer og på høyere ISO-verdier, og at Foveon-teknologien kommer til å være neste skritt. Det vil skje dramatiske forbedringer på den teknologien når noen velger å putte penger i den. LCD-skjermer var også underlegne CRT-skjermer i mange år, men i dag vil jeg faktisk påstå at for en gitt prisklasse er LCD-skjermene minst like gode som tilsvarende CRT. Kanskje ikke bedre, men like gode, og tar vesentlig mindre plass. Foveon-teknologien vil dessuten gjøre binning av pixler mye enklere, siden man bare har like fotosites over hele flaten. Dermed kan man lettere utnytte høyere oppløsning til bedre lysfølsomhet, uten at det går utover skarphet slik tendensen har vært med Bayer-sensorer til nå.

 

Min "drømmesensor", er en 24x36mm-sensor med RGB-sampling på ca 15-16MP, som kan bruke binning med 2, 3 og 4 pixler for bedre lysfølsomhet. Den har dessuten den nye kretsteknologien til Sony med kretsene på baksiden, evt i kombinasjon med mikroprismer for gapless-design om det måtte være tvingende nødvendig, slik at pixlene fyller hele sensorarealet. Til slutt må den ha mulighet for multiple avlesninger slik denne nye Fujifilm-sensoren har, ikke nødvendigvis bare to, men flere, slik at man kan øke det dynamiske omfanget. Vi får be Samsung kjøpe Foveon, Sony og Fujifilm slik at de kan slå sammen alle teknologiene uten patent-stress ;-)

[knutinh]

Det finnes (minst) to andre måter å oppnå de romlige egenskapene til en ideell Foveon-sensor på. Hver med sine ulemper.

 

1. Farge-splitter, og 3 separate monokrome sensorer (som såkalte "3ccd" videokamera benytter). Dette gjør at alle fotoner blir telt (i motsetning til Bayer som må ignorere alle "røde og blå fotoner" som faller på en grønn sensor etc). Fordelen framfor Foveon er at helt ordinære monokrome sensorer med velprøvd teknologi kan benyttes. Jeg kan bare spekulere i at vansker med offset mellom sensorene (større krav enn video) og sensor-kost er grunnen til at dette ikke brukes på still-bilde kamera.

 

2. Tids-multiplexing av samme type som det DLP projektorer benytter. Et roterende fargehjul foran sensoren gjør at 3 primærfarger (eller flere) fanges inn etter hverandre. Man greier seg ellers med et vanlig sort-hvitt kamera. En fordel er at hjulet kan ha forskjellige modi/byttes ut slik at man f.eks kunne skyte 15 megapixler monokromt eller multispektralt. Ulempen er at hjulet må gå fortere rundt enn endringer i fargekanalene i scenen, ellers får man forskyvning av hver fargekanal.

 

Siden dette bildet ble rundt 1910 (!?):

http://en.wikipedia.org/wiki/Sergei_Mikhai...rokudin-Gorskii

 

Og dette i 1865:

 

Hvor mange er det som eksperimenterer med utstyr og teknikker helt på kanten av hva som er mulig i dag?

 

-k

Endret 3. oktober 2008 av knutinh

[k-ryeng]

Blir ikke dette litt akademisk så lenge man må gå mange kamera-generasjoner tilbake for å finne kamera i samme kategori som de som benytter Foveon, som har 4.7 MP? Litt som å si at blant to-taktere så er Saab 93 helt på høyden, noe som ikke er så rart siden biler med totakt forsvant på 70-tallet...

Forsåvidt, men man ser at pixel-til-pixel-skarpheten er på (nesten) høyde med andre sensorer designet omtrent på samme tid, eller litt tidligere, som Sony sin 6MP sensor og Canon sin 8MP-sensor. Den er ikke helt på høyde med Canon, men da snakker man også en sensor med 1.7 ganger flere pixler.

 

Jeg tror at man vil finne løsnigner på begrensningene på romlig oppløsning som Foveon har i dag, og det samme når det gjelder sensitivitet. CMOS og CCD-sensorer har blitt forsket på av en rekke svært store selskaper i en årrekke, mens Foveon er en lilleputt som har stått nesten alene. Jeg forventer ikke at vi ser Foveon-teknologi fra noen av de store før tidligst 2010, men jeg er helt overbevist om at det er veien å gå. Forbedring av bildekvalitet handler om de ørsmå skrittene, og å kunne droppe interpoleringen/demosaicingen i Bayer-sensoren vil kunne gi et lite fremskritt. Man vil komme til et punkt der pixlene ikke kan gjøres mindre, og RGB-sampling er eneste vei å gå for ytterligere forbedring. Ja, resultatet med Bayer er fremragende, men samtidig tror jeg ikke vi vil se Bayerfiltrerte sensorer i all evighet, jeg tror i løpet av en 10-års periode vil Bayersensorene ha nådd toppunktet og andre samplingsteknikker vil være på full fart inn. Foveon er pioneren, og jeg gjetter på at Foveon blir oppkjøpt av Samsung, Sony eller Canon i løpet av de nærmeste fem årene... :-) Farlig å spå, men jeg prøver likevel...

[k-ryeng]

Siden dette bildet ble rundt 1910 (!?):

http://en.wikipedia.org/wiki/Sergei_Mikhai...rokudin-Gorskii

 

Hvor mange er det som eksperimenterer med utstyr og teknikker helt på kanten av hva som er mulig i dag?

Hehe, stort sett bare (dr.-)ingeniører ved de store teknologiselskapene :-) Prosessen minnet meg litt om Kodachrome, en film som er kjent for å holde usedvanlig godt på fargene. Det festlige er at det "egentlig" er en sorthvitt-film, der man trekker ut fargeinformasjonen først ved fremkallingen.

[Dusk]

Min 31 Fd sliter etter 1 års hardt bruk. Gleder meg til en oppfølger av dette kamra som muligens er brukbart. Fikk nytt D90 i går med 30 mm sigma 1.4 og 18-200 m os. Lekte ute med 31 fd i stede da jeg skulle ta bilder av 13 unger på plenen. Sefølgelig med fantastiske resultater til kompakt å være.

[modin]

Hehe, stort sett bare (dr.-)ingeniører ved de store teknologiselskapene :-) Prosessen minnet meg litt om Kodachrome, en film som er kjent for å holde usedvanlig godt på fargene. Det festlige er at det "egentlig" er en sorthvitt-film, der man trekker ut fargeinformasjonen først ved fremkallingen.

 

Det kule med Kodacrhome er jo det at Man and God, (Mannes and Godowsky) var profesjonelle klassisk skolerte musikkere, og slettes ikke kjemingienører alikevel gjør det kanskje den viktigste oppdagelsen når det kommer til fargefotografiets utbredelse.

 

Jeg er forøvrig sterkt uenig i K-ryeng at prossesen til Prokudin-Gorskii minner om Kodachrome, for meg representerer de eksempler på de to grunnleggende forskjellene innen fargefotografi som alltid har eksistert. Prokudin-Gorskii har mer tilfelles med moderne digitalfotografi og ikke minst Technicolor processen fra 1940-tallets filmindustri, i den form at man har seperat fargesampling og senere sammensettning av fargene, desuten er det snakk om additive color hvor hver av fargekanalene legger til lys for å skape bildet. Mens Kodachrome og annen Positiv film jo egentlig bare har den forskjellen at mens E6 har fargene i filmen, så tilføres fargene i kjemien i Kodachrom, og begge deler er snakk om subractive color her trekker hver av farge kanalene vekk den informasjonen som ikke finnes i den fargen. Altså rett og slett RGB vs. CMYK.

Endret 4. oktober 2008 av modin

[k-ryeng]

Jeg er forøvrig sterkt uenig i K-ryeng at prossesen til Prokudin-Gorskii minner om Kodachrome,

Mente ikke at prosessene var like, men opplegget med å ta sorthvitt for deretter å generere fargebilder minte meg om Kodachrome-prosessen - det første jeg tenkte på da jeg leste om Prokudin-Gorskii var Kodachrome :-)