4.10. Színérzékelők

Az egyes cellákban lévő fotodióda színvak. Megszámolja minden olyan hullámhosszú fotont, amelyet a szilícium elnyel, anélkül hogy megkülönböztetné a vöröset a zöldtől vagy a kéktől. Ahhoz, hogy egy színvak érzékelőből színes képet nyerjünk, a gyártó a képpontrácsot egy színszűrő tömbbel (CFA) fedi be: egy vékony festékfilmmel, amely minden cellát csak a három alapszín egyikének látására enged.

4.10.1. A Bayer-minta

A meghatározó CFA-elrendezés a Bayer-minta, amelyet a Kodaknál dolgozó feltalálójáról neveztek el. A film két sortípust váltakoztat: a páros sorok ismétlődő vörös-zöld mintázatúak (vörös, zöld, vörös, zöld), a páratlan sorok pedig ismétlődő zöld-kék mintázatúak (zöld, kék, zöld, kék). A legkisebb ismétlődő csempében – két sor két oszloppal – egy cella vöröset lát, egy kéket, kettő pedig zöldet.

A Bayer színszűrő tömb. Az érzékelő minden cellája csak a három alapszín egyikét látja; a zöld minden négy cellából kettőben jelenik meg.

A zöld megkettőzése szándékos. Az emberi látás sokkal érzékenyebb a zöldre, mint a vörösre vagy a kékre, és egy jelenet érzékelt fénysűrűségét nagyrészt a zöld csatorna hordozza. Ha a zöldet a vörös és a kék kétszeres sűrűségével mintavételezzük, az a felbontási költségvetést oda helyezi, ahol a szem leginkább észreveszi, és elrejti az ezzel járó színességi lágyságot.

4.10.2. Mit rögzít minden képpont

Egy színérzékelő még mindig csak egyetlen számot tárol képpontonként – azon fotonok számát, amelyek átjutottak az adott képpont színszűrőjén. Egy vörös szűrős cella a vörös csatorna értékét rögzíti; a zöld és kék értékek ugyanazon a helyen egyszerűen hiányoznak az adatokból. Ugyanez igaz a zöld és kék cellákra is.

A nyers Bayer formátumban az érzékelőt elhagyó adat tehát képpontonként egy csatorna, a Bayer-minta szerint elrendezve, nem pedig egy kész színes kép képpontonkénti három csatornája. A hiányzó két csatorna rekonstruálását minden cellapozícióban debayerezésnek nevezik.

4.10.3. Mikrolencsék és a fősugár szöge

A színszűrő nem az egyetlen dolog a fotodióda tetején. Fölötte egy apró mikrolencse helyezkedik el, amely a beérkező fénykúpot a fotodióda aktív felületére fókuszálja, és a mikrolencsét annak feltételezésével tervezik, hogy a fény közel merőlegesen érkezik az érzékelő felületére. Amikor a fény ehelyett meredek szögben érkezik – a fősugár szöge, amely minden valódi lencse sarkai felé növekszik –, egy része a szomszédos képpont szűrőjére eshet, felvéve a rossz színt, és színes áthallást okozva. A sarki képpontok telítettséget is veszítenek, mert a kúp egy része teljesen elkerüli a fotodiódát.

Az érzékelők úgy kompenzálnak, hogy minden képpont mikrolencséjét sugárirányban kifelé tolják az érzékelő középpontjától, koncentrikus gyűrűkben, amelyek a középponttól a sarkok felé tágulnak. Az eltolás a középpontban nulla, és a legkülső gyűrűnél néhány mikronra nő, egy adott CRA-profilra hangolva, amelyet az érzékelő tervezésébe építenek be. Egy érzékelő olyan lencsével való párosítása, amelynek CRA-profilja lényegesen eltér a tervezési céltól, látható szín- és érzékenységi hibákat hagy a sarkokban, ezért választják ki általában együtt a képérzékelőket és a lencséket.