4.10. Sensory kolorowe

Fotodioda w każdej komórce jest ślepa na kolory. Zlicza fotony o każdej długości fali, którą pochłania krzem, nie odróżniając czerwieni od zieleni czy błękitu. Aby uzyskać obraz kolorowy z sensora ślepego na kolory, producent pokrywa siatkę pikseli macierzą filtrów kolorów (CFA): cienką warstwą barwnika, która pozwala każdej komórce widzieć tylko jeden z trzech kolorów podstawowych.

4.10.1. Wzór Bayera

Dominującym układem CFA jest wzór Bayera, nazwany na cześć jego wynalazcy z firmy Kodak. Warstwa naprzemiennie układa dwa typy rzędów: rzędy parzyste to powtarzający się wzór czerwono-zielony (czerwony, zielony, czerwony, zielony), a rzędy nieparzyste to powtarzający się wzór zielono-niebieski (zielony, niebieski, zielony, niebieski). W najmniejszym powtarzającym się kafelku – dwa rzędy na dwie kolumny – jedna komórka widzi czerwony, jedna niebieski, a dwie zielony.

Macierz filtrów kolorów Bayera. Każda komórka sensora widzi tylko jeden z trzech kolorów podstawowych; zielony pojawia się w dwóch z każdych czterech komórek.

Zielony jest podwojony celowo. Ludzki wzrok jest znacznie bardziej czuły na zielony niż na czerwony czy niebieski, a postrzegana luminancja sceny jest przenoszona głównie przez kanał zielony. Próbkowanie zieleni z podwójną gęstością w stosunku do czerwieni i błękitu lokuje budżet rozdzielczości tam, gdzie oko zauważa go najbardziej, i ukrywa wynikającą z tego miękkość chrominancji.

4.10.2. Co rejestruje każdy piksel

Sensor kolorowy nadal przechowuje tylko jedną liczbę na piksel – liczbę fotonów, które przedostały się przez filtr kolorów danego piksela. Komórka z filtrem czerwonym rejestruje wartość kanału czerwonego; wartości zielona i niebieska w tym samym miejscu są po prostu nieobecne w danych. To samo dotyczy komórek zielonych i niebieskich.

Dane, które opuszczają sensor w surowym formacie Bayera, to zatem jeden kanał na piksel, rozłożony we wzorze Bayera, a nie trzy kanały na piksel jak w gotowym obrazie kolorowym. Rekonstrukcja brakujących dwóch kanałów w każdej pozycji komórki nazywana jest debayeryzacją (debayering).

4.10.3. Mikrosoczewki i kąt głównego promienia

Filtr kolorów nie jest jedyną rzeczą znajdującą się na fotodiodzie. Powyżej niego znajduje się maleńka mikrosoczewka, która skupia padający stożek światła na aktywnym obszarze fotodiody, a mikrosoczewka jest zaprojektowana przy założeniu, że światło pada niemal prostopadle do powierzchni sensora. Gdy zamiast tego światło dociera pod stromym kątem – kąt głównego promienia, który rośnie w kierunku narożników każdego rzeczywistego obiektywu – część z niego może trafić na filtr sąsiedniego piksela, przejmując niewłaściwy kolor i wywołując przesłuch kolorów. Piksele narożne tracą też nasycenie, ponieważ część stożka całkowicie chybia fotodiodę.

Sensory kompensują to, przesuwając mikrosoczewkę każdego piksela promieniowo na zewnątrz od środka sensora, w koncentrycznych pierścieniach rozszerzających się od środka aż do narożników. Przesunięcie wynosi zero w środku i rośnie do kilku mikronów w najbardziej zewnętrznym pierścieniu, dostrojone do konkretnego profilu CRA wbudowanego w projekt sensora. Sparowanie sensora z obiektywem, którego profil CRA znacząco różni się od docelowego założenia projektowego, pozostawia widoczne błędy koloru i czułości w narożnikach, dlatego sensory obrazu i obiektywy są zwykle dobierane razem.