4.10. مستشعرات الألوان

الصمام الضوئي في كل خلية أعمى للألوان. فهو يعدّ الفوتونات من كل طول موجي يمتصه السيليكون دون تمييز الأحمر عن الأخضر عن الأزرق. وللحصول على صورة ملونة من مستشعر أعمى للألوان، يغطي المصنّع شبكة البكسل بـ مصفوفة مرشحات ألوان (CFA): طبقة رقيقة من الصبغة تتيح لكل خلية أن ترى لوناً واحداً فقط من الألوان الأساسية الثلاثة.

4.10.1. نمط Bayer

تخطيط مصفوفة مرشحات الألوان السائد هو نمط Bayer، المسمى تيمناً بمخترعه في Kodak. تتناوب الطبقة نوعين من الصفوف: الصفوف الزوجية نمط أحمر-أخضر متكرر (أحمر، أخضر، أحمر، أخضر) والصفوف الفردية نمط أخضر-أزرق متكرر (أخضر، أزرق، أخضر، أزرق). في أصغر بلاطة متكررة -- صفان في عمودين -- ترى خلية واحدة الأحمر، وترى واحدة الأزرق، وترى اثنتان الأخضر.

مصفوفة مرشحات ألوان Bayer. ترى كل خلية من المستشعر لوناً واحداً فقط من الألوان الأساسية الثلاثة؛ ويظهر الأخضر في خليتين من كل أربع خلايا.

مضاعفة الأخضر مقصودة. فالرؤية البشرية أكثر حساسية للأخضر بكثير منها للأحمر أو الأزرق، ويحمل القناة الخضراء معظم اللمعان المُدرَك للمشهد. ويضع أخذ عينات الأخضر بضعف كثافة الأحمر والأزرق ميزانية الدقة حيث تلاحظها العين أكثر ما تلاحظ، ويخفي نعومة اللونية التي تتبع ذلك.

4.10.2. ما يسجله كل بكسل

لا يزال مستشعر الألوان يخزّن رقماً واحداً فقط لكل بكسل -- عدد الفوتونات التي عبرت مرشح لون ذلك البكسل. فخلية المرشح الأحمر تسجل قيمة قناتها الحمراء؛ أما قيمتا الأخضر والأزرق في الموضع نفسه فمفقودتان ببساطة من البيانات. وينطبق الشيء نفسه على الخلايا الخضراء والزرقاء.

لذا فإن البيانات التي تغادر المستشعر بتنسيق Bayer الخام هي قناة واحدة لكل بكسل، موزّعة وفق نمط Bayer، بدلاً من القنوات الثلاث لكل بكسل في صورة ملونة منجزة. ويُسمى إعادة بناء القناتين المفقودتين عند كل موضع خلية إزالة نمط Bayer (debayering).

4.10.3. العدسات الدقيقة وزاوية الشعاع الرئيسي

مرشح اللون ليس الشيء الوحيد فوق الصمام الضوئي. فوقه تجلس عدسة دقيقة صغيرة تركّز مخروط الضوء الوارد على المنطقة الفعّالة للصمام الضوئي، والعدسة الدقيقة مصممة على افتراض أن الضوء يأتي قريباً من العمودي على سطح المستشعر. وعندما يصل الضوء بزاوية حادة بدلاً من ذلك -- زاوية الشعاع الرئيسي التي تتنامى نحو زوايا كل عدسة حقيقية -- فقد يقع بعضه على مرشح البكسل المجاور بدلاً من ذلك، فيلتقط اللون الخطأ وينتج تداخل ألوان متبادل. وتفقد بكسلات الزوايا التشبّع كذلك، لأن جزءاً من المخروط يخطئ الصمام الضوئي تماماً.

تعوّض المستشعرات بإزاحة العدسة الدقيقة لكل بكسل شعاعياً إلى الخارج بعيداً عن مركز المستشعر، في حلقات متحدة المركز تتوسع من الوسط حتى الزوايا. تكون الإزاحة صفراً عند المركز وتنمو إلى بضعة ميكرونات عند الحلقة الأبعد، مضبوطةً على ملف CRA محدد مغروس في تصميم المستشعر. واقتران مستشعر بعدسة يختلف ملف CRA الخاص بها اختلافاً كبيراً عن الهدف التصميمي يترك أخطاء لون وحساسية مرئية في الزوايا، ولهذا تُختار مستشعرات الصورة والعدسات معاً عادةً.