4.10. Värisensorit¶

Valodiodi kussakin solussa on värisokea. Se laskee jokaisen aallonpituuden fotonit, jotka pii absorboi, erottamatta punaista vihreästä tai sinisestä. Jotta värisokeasta sensorista saadaan värikuva ulos, valmistaja peittää pikseliruudukon värisuodatinmatriisilla (CFA): ohuella väriainekalvolla, joka päästää kunkin solun näkemään vain yhden kolmesta perusväristä.

4.10.1. Bayer-kuvio¶

Vallitseva CFA-asettelu on Bayer-kuvio, joka on nimetty sen Kodakilla työskennelleen keksijän mukaan. Kalvo vuorottelee kahta rivityyppiä: parilliset rivit ovat toistuva puna-vihreä kuvio (punainen, vihreä, punainen, vihreä) ja parittomat rivit ovat toistuva vihreä-sininen kuvio (vihreä, sininen, vihreä, sininen). Pienimmässä toistuvassa ruudussa – kaksi riviä kertaa kaksi saraketta – yksi solu näkee punaisen, yksi näkee sinisen ja kaksi näkee vihreän.

6 saraketta kertaa 4 riviä pienten neliöiden ruudukko, väritetty Bayer-kuvion mukaisesti. Parilliset rivit vuorottelevat punaista ja vihreää; parittomat rivit vuorottelevat vihreää ja sinistä. Kirjaimet R, G ja B merkitsevät kunkin solun värin. Vasemman yläkulman kahden kertaa kahden lohko on rajattu osoittamaan pienimmän toistuvan ruudun, joka sisältää yhden punaisen solun, yhden sinisen solun ja kaksi vihreää solua. — Bayer-värisuodatinmatriisi. Kukin sensorin solu näkee vain yhden kolmesta perusväristä; vihreä esiintyy kahdessa joka neljästä solusta.¶

Vihreä on kahdennettu tarkoituksella. Ihmisnäkö on paljon herkempi vihreälle kuin punaiselle tai siniselle, ja näkymän koettu luminanssi kantautuu enimmäkseen vihreän kanavan välityksellä. Vihreän näytteistäminen kaksinkertaisella tiheydellä punaiseen ja siniseen nähden sijoittaa resoluutiobudjetin sinne, missä silmä sen eniten huomaa, ja piilottaa siitä seuraavan krominanssin pehmeyden.

4.10.2. Mitä kukin pikseli tallentaa¶

Värisensori tallentaa silti vain yhden luvun pikseliä kohti – niiden fotonien lukumäärän, jotka pääsivät kyseisen pikselin värisuodattimen läpi. Punasuodatinsolu tallentaa punaisen kanavansa arvon; vihreä ja sininen arvo samassa sijainnissa yksinkertaisesti puuttuvat datasta. Sama pätee vihreisiin ja sinisiin soluihin.

Data, joka lähtee sensorista raakana Bayer-formaatissa, on siksi yksi kanava pikseliä kohti, aseteltuna Bayer-kuvioon, eikä valmiin värikuvan kolme kanavaa pikseliä kohti. Puuttuvien kahden kanavan rekonstruointia kussakin solun sijainnissa kutsutaan debayeroinniksi.

4.10.3. Mikrolinssit ja pääsädekulma¶

Värisuodatin ei ole ainoa asia valodiodin päällä. Sen yläpuolella sijaitsee pieni mikrolinssi, joka tarkentaa saapuvan valokeilan valodiodin aktiiviselle alueelle, ja mikrolinssi on suunniteltu olettaen, että valo tulee lähes kohtisuoraan sensorin pintaan nähden. Kun valo sen sijaan saapuu jyrkässä kulmassa – pääsädekulma, joka kasvaa kohti jokaisen todellisen linssin kulmia – osa siitä voi osua naapuripikselin suodattimeen, poimien väärän värin ja tuottaen värien ylikuulumista. Kulmapikselit menettävät myös kylläisyyttä, koska osa keilasta ohittaa valodiodin kokonaan.

Sensorit kompensoivat siirtämällä kunkin pikselin mikrolinssiä säteittäisesti ulospäin sensorin keskeltä, samankeskisissä renkaissa, jotka laajenevat keskeltä kulmiin. Siirto on nolla keskellä ja kasvaa muutamaan mikroniin uloimmassa renkaassa, viritettynä tiettyyn CRA-profiiliin, joka on leivottu sensorin suunnitteluun. Sellaisen sensorin yhdistäminen linssiin, jonka CRA-profiili poikkeaa merkittävästi suunnittelutavoitteesta, jättää näkyviä väri- ja herkkyysvirheitä kulmiin, minkä vuoksi kuvasensorit ja linssit valitaan yleensä yhdessä.