4.10. Barevné senzory

Fotodioda v každé buňce je barvoslepá. Počítá fotony každé vlnové délky, kterou křemík pohltí, aniž by rozlišovala červenou od zelené od modré. Aby z barvoslepého senzoru získal barevný obraz, výrobce pokryje pixelovou mřížku polem barevných filtrů (CFA): tenkou vrstvou barviva, která nechá každou buňku vidět jen jednu ze tří primárních barev.

4.10.1. Bayerův vzor

Dominantním uspořádáním CFA je Bayerův vzor, pojmenovaný po svém vynálezci ve společnosti Kodak. Vrstva střídá dva typy řádků: sudé řádky tvoří opakující se červeno-zelený vzor (červená, zelená, červená, zelená) a liché řádky tvoří opakující se zeleno-modrý vzor (zelená, modrá, zelená, modrá). V nejmenší opakující se dlaždici – dva řádky krát dva sloupce – vidí jedna buňka červenou, jedna modrou a dvě zelenou.

Pole barevných filtrů Bayer. Každá buňka senzoru vidí jen jednu ze tří primárních barev; zelená se objevuje ve dvou ze čtyř buněk.

Zelená je zdvojena záměrně. Lidský zrak je vůči zelené mnohem citlivější než vůči červené či modré a vnímaný jas scény je z velké části nesen zeleným kanálem. Vzorkování zelené ve dvojnásobné hustotě oproti červené a modré umisťuje rozpočet rozlišení tam, kde si jej oko nejvíce všímá, a skrývá měkkost barevnosti, která z toho plyne.

4.10.2. Co každý pixel zaznamenává

Barevný senzor stále ukládá jen jedno číslo na pixel – počet fotonů, které prošly barevným filtrem daného pixelu. Buňka s červeným filtrem zaznamenává svou hodnotu červeného kanálu; zelená a modrá hodnota na stejném místě v datech jednoduše chybí. Totéž platí pro zelené a modré buňky.

Data, která senzor opouštějí v surovém formátu Bayer, jsou proto jeden kanál na pixel, uspořádaný do Bayerova vzoru, místo tří kanálů na pixel hotového barevného obrazu. Rekonstrukce chybějících dvou kanálů na každé pozici buňky se nazývá debayering.

4.10.3. Mikročočky a úhel hlavního paprsku

Barevný filtr není jediná věc na vrchu fotodiody. Nad ním sedí drobná mikročočka, která zaostřuje dopadající světelný kužel na aktivní plochu fotodiody, a mikročočka je navržena s předpokladem, že světlo přichází téměř kolmo k povrchu senzoru. Když světlo místo toho dopadá pod strmým úhlem – úhel hlavního paprsku, který roste směrem k rohům každé reálné čočky – může část z něj dopadnout na filtr sousedního pixelu, zachytit nesprávnou barvu a vytvořit barevný přeslech. Rohové pixely navíc ztrácejí sytost, protože část kužele zcela míjí fotodiodu.

Senzory to kompenzují posunutím mikročočky každého pixelu radiálně směrem ven od středu senzoru, v soustředných prstencích, které se rozšiřují od středu ven k rohům. Posun je ve středu nulový a u nejvzdálenějšího prstence narůstá na několik mikronů, vyladěn na konkrétní CRA profil zabudovaný do návrhu senzoru. Spárování senzoru s čočkou, jejíž CRA profil se podstatně liší od cílového návrhu, zanechává v rozích viditelné barevné a citlivostní chyby, a proto se obrazové senzory a čočky obvykle vybírají společně.