4.10. חיישני צבע¶

הפוטודיודה בכל תא היא עיוורת-צבעים. היא סופרת פוטונים מכל אורך גל שהסיליקון בולע מבלי להבחין בין אדום לירוק לכחול. כדי להוציא תמונת צבע מתוך חיישן עיוור-צבעים, היצרן מכסה את רשת הפיקסלים במערך מסנני צבע (CFA): שכבה דקה של צבען שמאפשרת לכל תא לראות רק אחד משלושת צבעי היסוד.

4.10.1. תבנית Bayer¶

פריסת ה-CFA הדומיננטית היא תבנית Bayer, הקרויה על שם הממציא שלה בקודאק. הסרט מחליף בין שני סוגי שורות: שורות זוגיות הן תבנית חוזרת של אדום-ירוק (אדום, ירוק, אדום, ירוק) ושורות אי-זוגיות הן תבנית חוזרת של ירוק-כחול (ירוק, כחול, ירוק, כחול). באריח החוזר הקטן ביותר – שתי שורות על שתי עמודות – תא אחד רואה אדום, אחד רואה כחול, ושניים רואים ירוק.

A 6 column by 4 row grid of small squares coloured according to the Bayer pattern. Even rows alternate red and green; odd rows alternate green and blue. Letters R, G, and B mark the colour of each cell. The top-left two-by-two block is outlined to indicate the smallest repeating tile, which contains one red cell, one blue cell, and two green cells. — מערך מסנני הצבע של Bayer. כל תא בחיישן רואה רק אחד משלושת צבעי היסוד; ירוק מופיע בשניים מכל ארבעה תאים.¶

ירוק מוכפל בכוונה. ראיית האדם רגישה הרבה יותר לירוק מאשר לאדום או לכחול, וניצוצי הבהירות הנתפסים של סצנה נישאים ברובם על ידי ערוץ הירוק. דגימת ירוק בצפיפות כפולה מזו של אדום וכחול ממקמת את תקציב הרזולוציה במקום שבו העין מבחינה בו ביותר, ומסתירה את רכות הכרומיננטיות שנובעת מכך.

4.10.2. מה כל פיקסל רושם¶

חיישן צבע עדיין מאחסן רק מספר אחד לכל פיקסל – מניין הפוטונים שעברו דרך מסנן הצבע של אותו פיקסל. תא עם מסנן אדום רושם את ערך ערוץ האדום שלו; ערכי הירוק והכחול באותו מיקום פשוט חסרים מהנתונים. אותו דבר נכון לתאי ירוק וכחול.

הנתונים שעוזבים את החיישן בפורמט Bayer גולמי הם אפוא ערוץ אחד לכל פיקסל, פרוס בתבנית Bayer, ולא שלושה ערוצים לכל פיקסל כמו בתמונת צבע מוגמרת. שחזור שני הערוצים החסרים בכל מיקום תא נקרא debayering.

4.10.3. מיקרו-עדשות וזווית הקרן הראשית¶

מסנן הצבע אינו הדבר היחיד שמעל הפוטודיודה. מעליה יושבת מיקרו-עדשה זעירה שממקדת את חרוט האור הנכנס על השטח הפעיל של הפוטודיודה, והמיקרו-עדשה תוכננה בהנחה שהאור מגיע קרוב לניצב לפני השטח של החיישן. כאשר האור מגיע בזווית תלולה במקום זאת – זווית הקרן הראשית שגדלה לכיוון פינותיה של כל עדשה אמיתית – חלק ממנו עלול לנחות על מסנן הפיקסל השכן במקום, לקלוט את הצבע השגוי ולייצר דליפת צבע (colour crosstalk). פיקסלי פינה מאבדים גם רוויה, מכיוון שחלק מהחרוט מחטיא לחלוטין את הפוטודיודה.

חיישנים מפצים על כך על ידי הסטת המיקרו-עדשה של כל פיקסל החוצה ברדיוס ממרכז החיישן, בטבעות קונצנטריות שמתרחבות מהאמצע החוצה אל הפינות. ההסטה היא אפס במרכז וגדלה לכמה מיקרונים בטבעת החיצונית ביותר, מכווננת לפרופיל CRA ספציפי שמוטבע בעיצוב החיישן. שילוב של חיישן עם עדשה שפרופיל ה-CRA שלה שונה באופן ניכר מיעד התכנון מותיר שגיאות צבע ורגישות נראות לעין בפינות, וזו הסיבה שחיישני תמונה ועדשות נבחרים בדרך כלל יחד.