4.10. Senzori de culoare

Fotodioda din fiecare celulă este oarbă la culoare. Numără fotoni de fiecare lungime de undă pe care siliciul o absoarbe, fără a distinge roșul de verde sau de albastru. Pentru a obține o imagine color de la un senzor orb la culoare, producătorul acoperă grila de pixeli cu un grilaj de filtre de culoare (colour filter array, CFA): o peliculă subțire de colorant care permite fiecărei celule să vadă doar una dintre cele trei culori primare.

4.10.1. Tiparul Bayer

Aranjamentul CFA dominant este tiparul Bayer, denumit după inventatorul său de la Kodak. Pelicula alternează două tipuri de rânduri: rândurile pare au un tipar repetitiv roșu-verde (roșu, verde, roșu, verde), iar rândurile impare au un tipar repetitiv verde-albastru (verde, albastru, verde, albastru). În cea mai mică dală repetitivă – două rânduri pe două coloane – o celulă vede roșu, una vede albastru, iar două văd verde.

Grilajul de filtre de culoare Bayer. Fiecare celulă a senzorului vede doar una dintre cele trei culori primare; verdele apare în două din fiecare patru celule.

Verdele este dublat intenționat. Vederea umană este mult mai sensibilă la verde decât la roșu sau albastru, iar luminanța percepută a unei scene este purtată în mare parte de canalul verde. Eșantionarea verdelui la o densitate dublă față de roșu și albastru plasează bugetul de rezoluție acolo unde ochiul o observă cel mai mult și ascunde estomparea crominanței care urmează.

4.10.2. Ce înregistrează fiecare pixel

Un senzor de culoare stochează totuși un singur număr per pixel – numărul de fotoni care au trecut prin filtrul de culoare al acelui pixel. O celulă cu filtru roșu înregistrează valoarea canalului său roșu; valorile verde și albastru din aceeași locație lipsesc pur și simplu din date. Același lucru este valabil și pentru celulele verzi și albastre.

Prin urmare, datele care părăsesc senzorul în format Bayer brut reprezintă un canal per pixel, dispus în tiparul Bayer, în loc de cele trei canale per pixel ale unei imagini color finalizate. Reconstruirea celor două canale lipsă la fiecare poziție de celulă se numește debayering.

4.10.3. Microlentilele și unghiul razei principale

Filtrul de culoare nu este singurul element situat deasupra fotodiodei. Deasupra acestuia se află o minusculă microlentilă care focalizează conul de lumină incidentă pe zona activă a fotodiodei, iar microlentila este proiectată presupunând că lumina sosește aproape perpendicular pe suprafața senzorului. Atunci când lumina sosește în schimb sub un unghi accentuat – unghiul razei principale care crește spre colțurile oricărei lentile reale – o parte din ea poate ajunge pe filtrul pixelului vecin, captând culoarea greșită și producând diafonie de culoare. Pixelii din colțuri pierd de asemenea din saturație, deoarece o parte din con ratează complet fotodioda.

Senzorii compensează deplasând microlentila fiecărui pixel radial spre exterior, dinspre centrul senzorului, în inele concentrice care se extind dinspre mijloc spre colțuri. Deplasarea este zero în centru și crește până la câțiva microni la inelul cel mai exterior, fiind reglată după un profil CRA specific încorporat în proiectarea senzorului. Asocierea unui senzor cu o lentilă al cărei profil CRA diferă substanțial de ținta de proiectare lasă erori vizibile de culoare și de sensibilitate în colțuri, motiv pentru care senzorii de imagine și lentilele sunt de obicei aleși împreună.