Массив цветных фильтров
В цифровой обработке изображений матрица цветных фильтров ( CFA ) или мозаика цветных фильтров ( CFM ) представляет собой мозаику крошечных цветных фильтров, размещенных над пиксельными датчиками датчика изображения для захвата информации о цвете .
Этот термин также используется в отношении электронных бумажных устройств, где он означает мозаику крошечных цветных фильтров, размещенных над панелью дисплея с оттенками серого для воспроизведения цветных изображений.
Обзор датчика изображения
[ редактировать ]Цветные фильтры необходимы, поскольку типичные фотодатчики определяют интенсивность света с небольшой специфичностью длины волны или вообще без нее и, следовательно, не могут отделить информацию о цвете. [ 1 ] Поскольку датчики изготовлены из полупроводников , они подчиняются физике твердого тела .
Цветовые фильтры фильтруют свет по диапазону длин волн, так что отдельные отфильтрованные интенсивности включают информацию о цвете света. Например, фильтр Байера (показанный на изображении) дает информацию об интенсивности света в красном, зеленом и синем (RGB) диапазонах длин волн. Необработанные данные изображения, полученные датчиком изображения, затем преобразуются в полноцветное изображение (с интенсивностью всех трех основных цветов, представленных в каждом пикселе) с помощью алгоритма демозаики , адаптированного для каждого типа цветового фильтра. Спектральный коэффициент пропускания элементов CFA вместе с алгоритмом демозаики совместно определяют цветопередачу. [ 2 ] датчика полосы пропускания Квантовая эффективность и диапазон спектральных откликов CFA обычно шире, чем видимый спектр , поэтому можно различить все видимые цвета. Отклики фильтров обычно не соответствуют CIE функциям согласования цветов . [ 3 ] поэтому преобразование цвета требуется для преобразования значений тристимула в общее абсолютное цветовое пространство . [ 4 ]
Датчик Foveon X3 использует другую структуру: пиксель использует свойства мультипереходов для установки синих, зеленых и красных датчиков друг на друга. Такое расположение не требует алгоритма демозаики, поскольку каждый пиксель содержит информацию о каждом цвете. Дик Меррилл из Foveon различает такие подходы как «вертикальный цветовой фильтр» для Foveon X3 и «латеральный цветовой фильтр» для CFA. [ 5 ] [ 6 ]
Список массивов цветовых фильтров
[ редактировать ]| Изображение | Имя | Описание | Размер узора (пикселей) |
|---|---|---|---|
|
фильтр Байера | Очень распространенный RGB- фильтр. С одним синим, одним красным и двумя зелеными. | 2×2 |
|
RGBE-фильтр | По типу Байера, один из зеленых фильтров изменен на «изумрудный»; используется в нескольких камерах Sony. | 2×2 |
|
RYYB-фильтр | Один красный, два желтых и один синий; | 2×2 |
|
CYYM-фильтр | Один голубой, два желтых и один пурпурный; используется в нескольких камерах Kodak. | 2×2 |
|
CYGM-фильтр | Один голубой, один желтый, один зеленый и один пурпурный; используется в нескольких камерах. | 2×2 |
|
RGBW Байер | Традиционный RGBW, аналогичный шаблонам Байера и RGBE. | 2×2 |
|
RGBW #1 | Три примера фильтров RGBW от Kodak с 50% белого. ( См. фильтр Байера#Модификации ) | 4×4 |
|
RGBW #2 | ||
|
RGBW #3 | 2×4 | |
|
Икс-Транс | -фильтр Fujifilm Специальный матричный RGB с крупным узором, предназначенный для уменьшения эффекта муара . | 6×6 |
| Квад Байер | Похож на фильтр Байера, но с 4-мя синими, 4-мя красными и 8-ми зелеными. [ 7 ]
Используется Sony , также известен как Tetracell от Samsung и 4-cell от OmniVision . [ 8 ] [ 9 ] |
4×4 | |
| RYYB Quad Байер | Аналогичен фильтру Quad Bayer, но с RYYB вместо RGGB. т.е. 4 синих, 4 красных и 8 желтых.
Впервые использован в камеры Leica сенсоре смартфонов серии Huawei P30 . [ 10 ] | ||
| Нонаселл | Похож на фильтр Байера, но с 9x синим, 9x красным и 18x зеленым. [ 11 ] | 6×6 | |
|
РЦСС | Используется в автомобильной промышленности. [ 12 ] датчик Для обеспечения максимальной чувствительности необходим монохромный , а красный канал необходим для таких областей интереса, как светофоры и задние фонари. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] | 2х2 |
|
УЗО | Используется в автомобильной промышленности. [ 12 ] Похож на датчик Байера, за исключением того, что зеленые пиксели четкие, что обеспечивает большую чувствительность при слабом освещении и меньший уровень шума. [ 15 ] | 2х2 |
RGBW-датчик
[ редактировать ]Матрица RGBW (красная, зеленая, синяя, белая) представляет собой CFA, включающую «белые» или прозрачные фильтрующие элементы, позволяющие фотодиоду реагировать на все цвета света; то есть некоторые клетки являются «панхроматическими», и больше света обнаруживается, а не поглощается, по сравнению с матрицей Байера. Сугияма подал заявку на патент на такое устройство в 2005 году. [ 16 ] В 2007 году компания Kodak объявила о нескольких патентах RGBW CFA, каждый из которых обладает свойством: когда панхроматические ячейки игнорируются, оставшиеся ячейки с цветным фильтром располагаются таким образом, что их данные могут быть обработаны с помощью стандартного алгоритма демозаики Байера .
датчик ДГМ
[ редактировать ]Матрица CYGM (голубой, желтый, зеленый, пурпурный) — это CFA, который использует в основном вторичные цвета , опять же, чтобы позволить большему количеству падающего света обнаруживаться, а не поглощаться. Другие варианты включают матрицы CMY и CMYW.
Производство датчика изображения CFA
[ редактировать ]Диазонафтохинон (ДНХ) — новолачный фоторезист — это один из материалов, используемых в качестве носителя для изготовления цветных фильтров из цветных красителей или пигментов. Существует некоторая интерференция между красителями и ультрафиолетовым светом, необходимая для правильного экспонирования полимера, хотя решения этой проблемы были найдены. [ 17 ] Иногда используемые цветные фоторезисты включают фоторезисты с химическими обозначениями CMCR101R, CMCR101G, CMCR101B, CMCR106R, CMCR106G и CMCR106B. [ 18 ]
Несколько источников [ 1 ] [ 19 ] обсудить другие конкретные химические вещества, их оптические свойства и оптимальные процессы производства матриц цветных фильтров.
Например, Накамура сказал, что материалы для встроенных в кристалл матриц цветных фильтров делятся на две категории: пигменты и красители . CFA на основе пигментов стали доминирующим вариантом, поскольку они обеспечивают более высокую термостойкость и светостойкость по сравнению с CFA на основе красителей. В любом случае легко доступны материалы толщиной до 1 микрометра. [ 1 ]
Теувиссен говорит: «Раньше цветной фильтр изготавливался на отдельной стеклянной пластине и приклеивался к ПЗС-матрице (Исикава 81), но в настоящее время все одночиповые цветные камеры оснащены имидж-сканером, в кристалл которого встроен цветной фильтр (Диллон 78), а не как гибрид». [ 19 ] Он предоставляет библиографию, посвященную количеству, типам, наложения спектров эффектам , муаровым узорам и пространственным частотам поглощающих фильтров.
Некоторые источники указывают, что CFA может быть изготовлен отдельно и прикреплен после изготовления датчика. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] в то время как другие датчики имеют CFA, изготовленный непосредственно на поверхности тепловизора. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] Теувиссен не упоминает материалы, используемые при производстве CFA.
По крайней мере, в одном из первых примеров встроенной конструкции использовались желатиновые фильтры (Aoki et al., 1982). [ 25 ] Желатин разделяют на секции с помощью фотолитографии и затем окрашивают. Аоки сообщает, что использовалась схема CYWG, при этом фильтр G перекрывал фильтры Y и C.
Фильтрующие материалы зависят от производителя. [ 26 ] Адамс и др. заявить: «На конструкцию CFA влияет несколько факторов. Во-первых, отдельные фильтры CFA обычно представляют собой слои пропускающих (поглощающих) органических или пигментных красителей. Обеспечение правильных механических свойств красителей, таких как простота применения, долговечность и устойчивость к влажности. и другие атмосферные воздействия — сложная задача. Это в лучшем случае затрудняет точную настройку спектральной чувствительности».
Учитывая, что CFA осаждаются на поверхность датчика изображения на БЭОЛ (задний конец линии, последующие этапы линии производства интегральных схем ), где необходимо жестко соблюдать низкотемпературный режим (из-за низкой температуры плавления металлизированные алюминиевые «проволоки» и подвижность подложки легирующих примесей, имплантированных в объем кремния), органика будет предпочтительнее стекла. С другой стороны, некоторые процессы CVD с оксидом кремния являются низкотемпературными процессами. [ 27 ]
Ocean Optics указала, что их запатентованный дихроичного фильтра CFA (чередование тонких пленок ZnS процесс и криолита ) может быть применен к спектроскопическим ПЗС-матрицам. [ 28 ] Gersteltec продает фоторезисты , обладающие свойствами цветного фильтра. [ 29 ]
Некоторые молекулы пигментов и красителей, используемые в CFA
[ редактировать ]В патенте США № 4808501 Карл Чиулли упоминает использование пяти химикатов, три из которых: CI №12715, также известный как Solvent Red 8; Растворитель Желтый 88; и CI #61551, Solvent Blue 36. В USP #5096801 Koya et al. из компании Fuji Photo Film перечислили около 150-200 химических структур, в основном азокрасители и пиразолоно-диазенил, но не указали химические названия, номера реестра CAS или номера индекса цвета.
Оптически эффективная реализация CFA
[ редактировать ]Накамура [ 1 ] предоставляет схематические и библиографические элементы, иллюстрирующие важность микролинз , их диафрагменное число и взаимодействие с матрицами CFA и CCD . [ 30 ] Далее предлагается краткое обсуждение антибликовых пленок, [ 31 ] хотя Джейнсик [ 32 ] Похоже, что работа больше связана с взаимодействием фотонов и кремния. Ранние работы над микролинзами [ 33 ] и на трех ПЗС /призменных камерах [ 34 ] подчеркнуть важность полностью интегрированного проектного решения для CFA. Система камер в целом выигрывает от тщательного рассмотрения технологий CFA и их взаимодействия с другими свойствами датчиков.
Электронная бумага CFA
[ редактировать ]Существует три основных метода воспроизведения цвета на электронных бумажных дисплеях. В одном из них используются микросферы с различными пигментами, например трехпигментные дисплеи Spectra с ограниченным цветовым диапазоном или более точная четырехпигментная электронная бумага Advanced Color, оба от E Ink . Этот метод часто страдает низкой частотой обновления, поскольку при использовании нескольких пигментов дисплей должен обновлять каждый пигмент. Как и в случае с единицами шкалы серого, после обновления дисплея устройству не требуется питание для сохранения изображения на экране.
Второй распространенный метод использует типичный дисплей на электронной бумаге в оттенках серого за прозрачным цветным слоем. Цветовой слой представляет собой CFA на основе ЖК-дисплея . При отображении изображений в оттенках серого устройство работает с собственным разрешением, например 300 пикселей на дюйм (PPI). Однако из-за CFA разрешение устройства при отображении цветного изображения падает, скажем, до 100 PPI. [ 35 ] Когда отображаемое изображение состоит как из цветной, так и из черно-белой части, например, когда страница книги содержит как простой текст, так и цветную фотографию, некоторые устройства для электронных книг могут отображать фотографию с уменьшенным разрешением, в то время как текст отображается. в обычном разрешении. Поскольку CFA основан на ЖК-дисплее, для работы CFA требуется постоянная мощность и он потребляет больше энергии.
Третий метод, как и в ClearInk, использует CFA, состоящий из переднего слоя лунок с полусферическими днищами над слоем жидкости, содержащей черные заряженные сферы. Когда сферы находятся вдали от полушарий, полушария ярко отражают свет из-за полного внутреннего отражения . Когда черные сферы приближаются к полушариям, количество отражений падает. Частота обновления видеоверсий этих устройств достаточна для воспроизведения видео (33 Гц на устройстве по сравнению с 25 Гц для PAL телевидения или 29,97 Гц для телевидения NTSC ). Для работы им требуется больше энергии, чем обычному дисплею E Ink, но гораздо меньше, чем ЖК-дисплею. [ 36 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Накамура, Дзюнъити (2005). Датчики изображения и обработка сигналов для цифровых фотоаппаратов . ЦРК Пресс. ISBN 978-0-8493-3545-7 .
- ^ «Цветокоррекция для датчиков изображения» (PDF) . Решения для датчиков изображения: рекомендации по применению . Версия 2.0. Кодак. 27 октября 2003 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Сравнение спектрального отклика Nikon D70 и Canon 10D , Christian Buil.
- ^ Су-Ук Чан; Ын Су Ким; Сунг-Хак Ли; Кю-Ик Сон (2005). Адаптивная колориметрическая характеристика цифровой камеры с балансом белого . Конспекты лекций по информатике . Том. 3656. Спрингер. стр. 712–719. дои : 10.1007/11559573_87 . ISBN 978-3-540-29069-8 .
- ^ «Основы цифровой фотографии № 003: «Цветоделение» » . Цифровая фотография глубинки . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Томас Крейс (2006). Справочник по голографической интерферометрии: оптические и цифровые методы . Вайли-ВЧ. ISBN 3-527-60492-8 .
- ^ «Sony выпускает многослойную CMOS-матрицу для смартфонов с самым высоким в отрасли числом эффективных пикселей — 48» . Sony Global — Глобальная штаб-квартира Sony . Проверено 16 августа 2019 г.
- ^ «Как Tetracell обеспечивает кристально чистые фотографии днем и ночью | Глобальный веб-сайт Samsung Semiconductor» . www.samsung.com . Проверено 16 августа 2019 г.
- ^ «Релизы продуктов | Новости и события | OmniVision» . www.ovt.com . Проверено 16 августа 2019 г.
- ^ «Часть 4: Non-Bayer CFA, фазовый автофокус (PDAF) | TechInsights» . techinsights.com . Проверено 16 августа 2019 г.
- ^ «108-мегапиксельная камера Samsung ISOCELL Bright HM1 обеспечивает более яркие изображения сверхвысокого разрешения благодаря первой в отрасли технологии Nonacell» . news.samsung.com . Проверено 14 февраля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б «Файлы RAW | imatest» . Проверено 03 января 2021 г.
- ^ «Подключение датчиков красного/прозрачного цвета к процессорам ADSP-BF609® Blackfin (EE-358)» (PDF) .
- ^ «Сенсор | итест» . Проверено 03 января 2021 г.
- ^ Jump up to: а б «Конвейер изображений IISS для альтернативных форматов CFA» (PDF) .
- ^ Заявка на патент США 20050231618.
- ^ Миллер Харрис Р. (1999). Конли, Уилл (ред.). «Матрица цветных фильтров для датчиков изображения CCD и CMOS с использованием химически усиленного, термически отвержденного, предварительно окрашенного фоторезиста позитивных тонов для литографии с длиной волны 365 нм» . Труды SPIE . Достижения в области технологии и обработки резистов XVI. 3678 (2). Международное общество оптической инженерии: 1083–1090. Бибкод : 1999SPIE.3678.1083M . дои : 10.1117/12.350159 . ISSN 0277-786X . S2CID 109585024 .
- ^ «Завод по производству микроэлектроники, Гонконгский университет науки и технологий» . Архивировано из оригинала 21 июля 2011 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Jump up to: а б Теувиссен, Альберт (1995). Твердотельная визуализация с помощью устройств с зарядовой связью . Академическое издательство Клювер. ISBN 978-0-7923-3456-9 .
- ^ Исикава; и др. (1981). «Цветовоспроизведение одночиповой цветной камеры с ПЗС-матрицей с передачей кадров». Журнал IEEE твердотельных схем . 16 (2): 101–103. Бибкод : 1981IJSSC..16..101I . дои : 10.1109/JSSC.1981.1051549 .
- ^ Такидзава; и др. (1983). «Цветная телевизионная камера CCD в режиме интеграции полей с использованием метода перемежения частот». Транзакции IEEE по бытовой электронике (3): 358–364. дои : 10.1109/TCE.1983.356322 . S2CID 29448168 .
- ^ Jump up to: а б Кноп и Морф (август 1985 г.). «Новый класс шаблонов кодирования цвета мозаики для одночиповых камер». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 32 (8): 1390–1395. Бибкод : 1985ITED...32.1390K . дои : 10.1109/T-ED.1985.22134 . S2CID 8503745 .
- ^ Диллон; и др. (февраль 1978 г.). «Система цветного изображения с использованием одной матрицы ПЗС». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 25 (2): 102–107. Бибкод : 1978ITED...25..102D . дои : 10.1109/T-ED.1978.19046 .
- ^ Танака; и др. (1990). «Одночиповая цветная камера HDTV CCD». Транзакции IEEE по бытовой электронике . 36 (3): 479–485. дои : 10.1109/30.103163 .
- ^ Аоки; и др. (1982). «Одночиповый цветной МОП-сканер формата 2/3 дюйма». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 29 (4): 745–750. Бибкод : 1982ITED...29..745A . дои : 10.1109/T-ED.1982.20772 . S2CID 47298619 .
- ^ Адамс; и др. (1998). «Обработка цвета в цифровых камерах» (PDF) . IEEE микро . 18 (6): 20–31. дои : 10.1109/40.743681 .
- ^ Сяо (2001). Введение в производство полупроводников .
- ^ «Запатентованная технология нанесения узорчатых покрытий на основе дихроичных фильтров» . Океанская оптика. Архивировано из оригинала 4 декабря 2008 г. Проверено 17 ноября 2008 г.
- ^ «Фотоэпоксидные функциональные продукты SU-8 швейцарского производства» . Герстелтек Инжиниринговые решения . Архивировано из оригинала 10 октября 2010 г. Проверено 1 ноября 2010 г.
- ^ Агранов; и др. (январь 2003 г.). «Исследование перекрестных помех и микролинз в цветном CMOS-датчике изображения». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 50 (1): 4–11. Бибкод : 2003ITED...50....4A . дои : 10.1109/тед.2002.806473 . ISSN 0018-9383 .
- ^ Мураками; и др. (август 2000 г.). «Технологии повышения фоточувствительности и снижения напряжения затвора VOD для датчиков изображения CCD». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 47 (8): 1566–1572. Бибкод : 2000ITED...47.1566M . дои : 10.1109/16.853032 .
- ^ Джейнесик, Джеймс (2001). Научные устройства с зарядовой связью . ШПИОН. ISBN 0-8194-3698-4 .
- ^ Исихара, Ю.; Танигаки, К. (1983). «Высокочувствительный датчик изображения IL-CCD с линзами из монолитной смолы». 1983 Международная встреча по электронным устройствам . стр. 497–500. дои : 10.1109/IEDM.1983.190552 . S2CID 25401214 .
- ^ Мурата; и др. (1983). «Разработка цветной 3-МОП-камеры». Журнал СМПТЭ . 92 (12): 1270–1273. дои : 10.5594/J04214 .
- ^ «Все, что вам нужно знать о e INK Kaleido 2 и Kaleido Plus» . GoodReader.com . 21 января 2021 г. Проверено 12 апреля 2021 г.
- ^ «Пока не покупайте электронную книгу: 6 будущих технологий цветной электронной бумаги» . МУО . 06.04.2020 . Проверено 12 апреля 2021 г.
Цветовые темы | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Наука о цвете |
|  | ||||||||
| Цвет философия |
| |||||||||
| Условия цвета |
| |||||||||
| Цвет организации | ||||||||||
| Имена |
| |||||||||
| Связанный | ||||||||||
