O que aconteceu com os sensores Foveon?

Parece que o sensor Foveon deve ser capaz de produzir imagens melhores, porque não depende dos pixels vermelhos, verdes e azuis separados que existem na maioria das câmeras digitais. No entanto, as câmeras equipadas com sensores Foveon são praticamente inexistentes. Por quê?

(Nota: Esta pergunta foi inspirada na resposta do Filtro Bayer, onde o filtro Bayer potencialmente causou problemas ...)

O que aconteceu foi que a Sigma comprou a Foveon e exerceu muita pressão sobre eles para produzir um sensor capaz de competir com os sensores DSLR padrão. Agora que a Sigma está construindo toda a câmera e o sensor, há muito mais foco na produção de um produto final atraente.

No ano passado, a Sigma anunciou o SD1, que usa um sensor APS-C (colheita 1,5X) com 15 milhões de fotos. Eles contam como a Sigma o chama de sensor de 46 megapixels. Eles não divulgaram muitos detalhes aos membros da imprensa (pelo menos eu), mas espera-se que estejam disponíveis neste verão.

Ainda existem várias câmeras Sigma (DP1x, DP2s, SD15) em produção que usam o sensor 1.7X Foveon com 4,5 milhões de photosites (também conhecido como 14 megapixels).

Tudo se resume a isso: pelo menos para a maioria das pessoas, a resolução espacial (especialmente na faixa de cores verde) é muito mais importante que a resolução de cores, especialmente nos vermelhos e azuis. A curva de resposta em cores que incluí em uma resposta anterior fornece pelo menos uma noção do motivo disso.

Isso é particularmente relevante quando a grande maioria das imagens armazenadas / exibidas eletronicamente estão nos formatos JPEG ou MPEG. Esses formatos suportam uma amostragem reduzida dos canais de croma em meia resolução de qualquer maneira - e (especialmente no caso do MPEG) é assim que a maioria das imagens é armazenada. Como tal, a conversão de dados de um sensor Foveon para o formato JPEG ou MPEG geralmente descarta um pouco da informação extra que você coletou.

Embora o benefício não seja necessariamente grande, algumas câmeras com sensor Bayer (por exemplo, as sofisticadas Leaf / Phase One) suportam a troca de sensor para tirar uma série de quatro fotos (de um assunto fixo) com o sensor mudado para posições diferentes , para que cada pixel na imagem final tenha informações completas sobre cores (e ainda tenha o dobro de bits para verde e vermelho ou azul, para que ainda se encaixe razoavelmente bem na visão normal).

Os sensores Foveon são ótimos em teoria, mas na prática eles não são uma opção atraente. Eles geralmente têm uma resolução muito mais baixa e só podem competir contando os 3 sensores em cada posição de pixel como pixels individuais.

A Sigma ainda produz câmeras com sensores Foveon: http://blog.sigmaphoto.com/2011/faqs-the-sigma-camera-and-its-foveon-x3-direct-image-sensor/

O que aconteceu com o sensor Foveon é que a Sigma adotou a tecnologia desde o início, mas outras empresas de câmeras estavam relutantes em fazê-lo.

Esse estado continua até hoje. A Sigma continua a evoluir as câmeras, oferecendo atualmente uma SD-15 DSLR, e as câmeras compactas de sensor grande com distância focal fixa DP-1 e DP-2.

No entanto, recentemente, a tecnologia da Foveon parece estar em alta. Como outro post mencionado, a Sigma parece perto de liberar um sensor Foveon bastante aprimorado no SD-1 com manipulação de ruído ainda melhor e resolução que excede praticamente qualquer DSLR de consumidor atualmente (embora não seja um sistema de médio formato). O novo sensor é conhecido por ter aproximadamente 46MP, o que traduzido em equivalência da Bayer significa cerca de 30MP de detalhes aproximadamente iguais a uma imagem da Bayer - ou seja, se você tirou a imagem de saída de 15 milhões de pixels de um RAW convertido de um SD-1 , e ampliamos a amostra para 30MP, seria idêntico a uma imagem bayer de 30MP. Além disso, ele também não apresentaria problemas de padrão de cores que um sensor Bayer possa ter, além de ter uma melhor queda em detalhes. Os sensores da Foveon tradicionalmente mantêm uma grande faixa dinâmica e também muito baixo ruído em ISOs mais baixos,

Então, o que mudou para melhor que permita tais avanços? Em parte porque estamos vendo o resultado de um constante trabalho de pesquisa e desenvolvimento na Foveon, mas também porque a Sigma comprou a Foveon e agora os concentra totalmente na produção de melhores sensores de câmera grandes. Antes que a Foveon tentasse ver qual segmento do mercado fotográfico poderia ser um bom cliente para a tecnologia, o resultado foi muito mais disperso em objetivos.

Não são apenas os resultados desse foco observados em aumentos de resolução realmente significativos do sensor em relação às gerações anteriores, mas também que a tecnologia foi selecionada para ir a Marte pela ESA:

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

Desculpe pela tradução grosseira, não consigo encontrar outra fonte para essas notícias.

Então, basicamente, o que está acontecendo com a tecnologia Foveon é que ela ainda está evoluindo, exatamente a um ritmo aparentemente mais lento do que outras tecnologias de sensores, mas o que pode acabar sendo um salto à frente delas. Precisamos ver o que o novo sensor pode fazer para ver onde realmente está o estado da tecnologia da Foveon atualmente. Portanto, essa é realmente uma ótima pergunta a ser analisada em três meses.

Se você realmente deseja obter mais informações sobre como uma imagem de saída de 15 milhões de Foveon pode conter muito mais detalhes do que uma imagem de saída de 30 MP, leia este artigo comparando um sensor de 4.7MP Foveon com um de 12MP Bayer (Canon 5D ):

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

Observe especialmente a resolução da cartela de cores e pondere esta questão interessante - uma câmera de 15MP com apenas 3.75 milhões de fotos detectando vermelho. Portanto, se você colocar um filtro vermelho tradicional como os fotógrafos em preto e branco gostam de usar, todos os outros sensores ficam ocultos e agora você está fotografando com uma câmera de 3,75MP. Enquanto isso, um sensor Foveon de 46MP com três camadas de 15 milhões de photosites detectando vermelho / verde / azul (aproximadamente) não se importa com o filtro que você coloca na frente dele, cada pixel de saída retém dados de 15 milhões de sensores vermelhos diferentes.

Pode parecer um caso arbitrário, mas e o tom muda em algo como um carro vermelho - ou um céu azul.

Para aqueles que realmente se perguntam para onde a Foveon está indo em um nível técnico, leia a última patente da Foveon que cobre basicamente os fundamentos do que provavelmente é o sensor SD-1:

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

Uma última coisa a observar é que alguma forma da tecnologia Foveon, mesmo que não o design da Foveon, pareça exatamente o futuro das imagens - as patentes começaram a chegar da Sony e de outras empresas que também procuram maneiras de colocar sensores em camadas.

Há duas questões que têm sido problemático para foveon sensores outro do que o problema de resolução espacial. Ambos são inerentes ao conceito-chave de Foveon: usando a absorção espectral de diferentes profundidades de silício para separar cores.

Com uma matriz Bayer, os diferentes filtros são criados com corantes cuidadosamente selecionados para corresponder às primárias vermelha, verde e azul escolhidas. Com Foveon, a distinção é inteiramente baseada na física do silício, que não é uma correspondência tão elegante quanto os materiais de marketing normalmente mostram. Isso resulta nos dois problemas.

Primeiro, as três cores primárias registradas pelos sensores da Foveon estão mais longe dos comprimentos de onda primários aos quais as células cônicas do olho humano respondem e, de fato, o formato da curva de comprimento de onda ao qual cada profundidade responde é muito diferente daquele de nossa visão. Isso significa que o espaço de cores nativo do dispositivo tem uma forma diferente e alterada do sRGB e de outros espaços de cores de saída típicos - ou da visão humana. O sensor registra "cores imaginárias" - que realmente não conseguimos ver - em alguma parte da faixa de cores e outras partes da faixa de cores não são cobertas perfeitamente. Isso não aparece como falta de cores, mas como uma espécie de daltonismo (a analogia é realmente muito boa, pois é efetivamente o mesmo problema),

Segundo, a luz vermelha de baixa frequência é absorvida no nível mais profundo, o que inevitavelmente resulta em alguma atenuação - o que significa mais ruído no canal vermelho. Pelo que entendi, a redução de ruído nas câmeras Sigma lida com isso borrando o canal vermelho com mais força. Sei que minha câmera com sensor Bayer exibe, por uma ampla margem, mais ruído no canal azul . Não tenho certeza se esse é um problema inerente aos sensores Bayer ou CMOS ou se é um problema duplo no Foveon. (Eu fiz essa sua própria pergunta .)

Nada disso significa que a ampla tecnologia Bayer seja perfeita, ou mesmo absolutamente melhor que a Foveon. Só que tudo tem seus compromissos, e Foveon acaba tendo alguns difíceis. Os grandes problemas da Bayer (aliasing, resolução de cores) podem ser resolvidos jogando mais pixels no problema, dados os aumentos correspondentes no tratamento de ruído. Até agora, isso funcionou com muito sucesso e, é claro, não é por acaso que corresponde bem ao marketing baseado em megapixels.

Atualização (maio de 2011): A Sigma acaba de anunciar o novo modelo "SD1", com preço em torno de US $ 9.700 - custo comparável a algo como a câmera de médio formato Pentax 645D, mas com um sensor do tamanho APS-C. Será interessante ver se eles realmente conseguiram resolver alguns desses problemas. Minha especulação é que eles provavelmente tenham, mas pelo tipo de custo que os levou a mudar o mercado-alvo. Mas, mesmo assim, não tenho tanta certeza - o ISO máximo ainda é 6400, duas paradas atrás da atual safra de sensores Bayer. (Continua a ser visto, é claro, se eles simplesmente decidiram um limite mais conservador. Sem olhar muito mais para a bola de cristal, não há como dizer; eu atualizarei isso novamente quando as críticas chegarem, e se eu "

_{Isenção de responsabilidade: Eu não tenho uma câmera com sensor Foveon (embora eu tenha usado uma, e foi legal!). Eu não sigo a tecnologia muito de perto. A Sigma está investindo bastante em solucionar ou solucionar esses problemas.}

A maior razão pela qual "ninguém" usa o Foveon, acho, tem pouco a ver com o Foveon e muito a ver com o Sigma. Se a Canon ou a Sony tivessem comprado a tecnologia em vez da Sigma, já seria popular agora, a idéia básica é boa. A Sigma é uma jogadora de bit neste campo, pequena demais para fazer tudo sozinha, e as câmeras Sigma são algo de um gosto adquirido.

O sensor está bom ... ou pelo menos estava na versão Merrill de 45Mp. Com a versão posterior do Quattro, a Sigma abandonou a abordagem "pura" de capturar três cores em cada local para um compromisso, com menos sensores nas camadas inferiores.

Mas o sensor não é o problema. Qualquer pessoa que o utilize sabe que é excelente em ISO baixo, mas é inferior aos sensores Bayer com resolução REAL comparável em ISO alto.

O verdadeiro problema é que as câmeras Sigma são frustrantemente lentas e inconvenientes de usar, principalmente por causa dos tempos de gravação absurdamente lentos. Nos primeiros dias de câmeras digitais acessíveis, teríamos ficado encantados com o SD1, mas depois que você se acostumou com a velocidade de uma boa DSLR da Nikon ou Canon, é difícil voltar a esperar dois minutos por uma explosão de 7 fotos para gravar no cartão e, até que isso termine, você não poderá verificar suas exposições e não usará totalmente os controles da câmera.

Além disso, os fabricantes de câmeras continuam obtendo cada vez mais desempenho da tecnologia Bayer. Isso me lembra o Porsche 911. O motor está no lugar errado, mas com uma engenharia inteligente suficiente, o carro pode ser projetado para lidar com muitas máquinas dianteiras ou de motores médios mais equilibradas.