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FOVEON X3 Direkt-Bildsensor
Aus Fotonexus.
Der von Foveon gefertigte CMOS-Sensor FOVEON X3 Direkt-Bildsensor verwendet drei übereinander liegende Sensorelemente, um mit jedem Pixel alle drei Grundfarben aufzuzeichnen.
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Funktionsprinzip
Die unterschiedlichen Wellenlängen der Farben Rot, Grün und Blau werden in unterschiedlichen Schichten absorbiert, weil langwelliges (rotes) Licht in Silizium eine größere Eindringtiefe hat, als kurzwelliges (blaues). Bei Verwendung eines Infrarot-Sperrfilters ergeben sich für die Schichten des Sensors Farbempfindlichkeiten, die den Empfindlichkeiten der Zapfen des menschlichen Auges ähnlich sind. Dieses Prinzip findet eine ähnliche Anwendung bei der Farbfotografie mit Farbfilmen, bei welchen auch verschiedene farbempfindliche Schichten übereinander liegen.
Vergleich mit konventionellen Farb-Digitalkameras
Systematische Vorteile
Bei herkömmlichen Sensoren mit Bayer-Mosaikfarbfilter kommt es – besonders auffällig bei feinen Mustern – bei rot und blau, aber auch noch bei grün, zu Schwebungen und Farbrändern durch Abtastfehler. Nur 25 % bzw. 50 % ihrer Sensorfläche nehmen jeweils eine Primärfarbe auf. Zwischen den einzelnen Farbpixeln verbleiben Abtastlücken. Auch punktförmige Lichtquellen in größerer Entfernung könnten beispielsweise "übersehen" oder falschfarbig erfasst werden.
Beim Foveon X3 Sensor ist keine Interpolation wie bei Sensoren mit Bayer-Mosaikfarbfilter nötig. Jedes einzelne Sensorpixel nimmt sämtliche Farbinformationen auf. Beispielsweise für die Erstellung hochwertiger Farbbilder, wie etwa für messtechnische Anwendungen, ergeben sich daraus systematische Vorteile.
Ein weiterer Vorteil des Foveon-X3-Sensors ist eine hohe Farbtreue.
Systematische Nachteile
Nachteilig sind (derzeit) jedoch das hohe Bildrauschen bei langen Belichtungszeiten, wie sie bei Nachtaufnahmen nötig sind. Inwieweit dieses Problem mehr aus der Größe des Sensors oder mehr aus dem zuvor erläuterten Dreischicht-Funktionsprinzip herrührt, ist nicht ersichtlich.
Auflösungsangaben
Sigma gibt für den Foveon-X3-„Direktbildsensor“ Auflösungen an, die sich trotz der Tiefenstaffelung der drei Farben in einem Pixel in Analogie zu Auflösungsangaben für Bayer-Sensoren als Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): {Pixelanzahl}_{horizontal}\cdot{Pixelanzahl}_{vertikal}\cdot 3 {Farben} = {P}_{Sigma}
errechnen, also beispielsweise Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): 2.652\cdot 1.768 = 4,6 {[MP_{Foveon}]}\cdot 3 = 14 {[MP_{Sigma}]} .
Die effektive Bildauflösung der CCDs mit Bayer-Mosaikfarbfilterung ist theoretisch Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): {P_{Bild}}\approx\frac{P_{CCD}}{2} . Die effektive Auflösung Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): {P_{Bild}}\approx{P_{Foveon}}
des als 14 Megapixel klassifizierten Direktbildsensors im Beispiel liegt mit Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): {MP_{CCD}}\approx\frac{2}{3}\cdot 14 {[MP_{Sigma}]}
zwischen handelsüblichen Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): 8 {[MP_{CCD}]}
und Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): 10 {[MP_{CCD}]}
. Welche Bildauflösung eine Kamera tatsächlich realisiert, hängt sowohl bei CCD als auch bei Foveon – bei einigen Kameras maßgeblich – von mehr Einflußgrößen ab, als nur der physikalischen Auflösung des Bildsensors.
Anwendungen
Zur Zeit wird der Chip in wenigen Kameras wie den digitalen Sigma-Spiegelreflexkameras SD9, SD10 und SD14 sowie der Polaroid X530 verwendet. Letztere erlangte wegen ihrer Probleme mit der kamerainternen Bildverarbeitung jedoch nie die volle Marktreife.
Siehe auch
Weblinks
- Digitalkamera.de - Sehr ausführliche Erklärung des Sensors
- weitere ausführrliche Erklärung auf Digitalkamera.de
- Der Visionär Carver Mead
- henner.info erklärt den FOVEON-Sensor im Unterschied zu anderen Sensoren
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