4.10. Renkli sensörler

Her hücredeki fotodiyot renk körüdür. Kırmızıyı yeşilden, yeşili maviden ayırt etmeden silikonun soğurduğu her dalga boyundaki fotonları sayar. Renk körü bir sensörden renkli bir görüntü elde etmek için üretici, piksel ızgarasını bir renk filtresi dizisi (CFA) ile kaplar: her hücrenin üç ana renkten yalnızca birini görmesini sağlayan ince bir boya filmi.

4.10.1. Bayer deseni

Baskın CFA düzeni, Kodak’taki mucidinin adını taşıyan Bayer desenidir. Film iki satır türünü değiştirir: çift satırlar tekrarlanan bir kırmızı-yeşil desendir (kırmızı, yeşil, kırmızı, yeşil) ve tek satırlar tekrarlanan bir yeşil-mavi desendir (yeşil, mavi, yeşil, mavi). En küçük tekrarlanan döşemede – iki satıra iki sütun – bir hücre kırmızıyı, bir hücre maviyi ve iki hücre yeşili görür.

Bayer renk filtresi dizisi. Sensörün her hücresi üç ana renkten yalnızca birini görür; her dört hücreden ikisinde yeşil görünür.

Yeşil bilinçli olarak iki katına çıkarılmıştır. İnsan görüşü yeşile kırmızı veya maviye olduğundan çok daha duyarlıdır ve bir sahnenin algılanan parlaklığı çoğunlukla yeşil kanal tarafından taşınır. Yeşili kırmızı ve mavinin iki katı yoğunlukta örneklemek, çözünürlük bütçesini gözün en çok fark ettiği yere koyar ve ardından gelen renk yumuşaklığını gizler.

4.10.2. Her pikselin kaydettiği şey

Renkli bir sensör yine de piksel başına yalnızca bir sayı saklar – o pikselin renk filtresinden geçen fotonların sayısı. Kırmızı filtreli bir hücre kendi kırmızı kanal değerini kaydeder; aynı konumdaki yeşil ve mavi değerleri verilerde basitçe yoktur. Aynı durum yeşil ve mavi hücreler için de geçerlidir.

Bu nedenle sensörden ham Bayer formatında çıkan veri, bitmiş bir renkli görüntünün piksel başına üç kanalı yerine, Bayer deseninde dizilmiş, piksel başına bir kanaldır. Eksik iki kanalın her hücre konumunda yeniden oluşturulmasına debayering denir.

4.10.3. Mikromercekler ve baş ışın açısı

Renk filtresi, fotodiyotun üzerindeki tek şey değildir. Onun üzerinde, gelen ışık konisini fotodiyotun aktif alanına odaklayan minik bir mikromercek bulunur ve mikromercek, ışığın sensör yüzeyine yaklaşık dik geldiği varsayılarak tasarlanmıştır. Işık bunun yerine dik bir açıyla geldiğinde – her gerçek merceğin köşelerine doğru büyüyen baş ışın açısı – bir kısmı komşu pikselin filtresine düşerek yanlış rengi alabilir ve renk çapraz karışması üretir. Köşe pikselleri ayrıca doygunluk kaybeder, çünkü koninin bir kısmı fotodiyotu tamamen ıskalar.

Sensörler bunu telafi etmek için her pikselin mikromerceğini sensörün merkezinden radyal olarak dışa doğru, ortadan köşelere doğru genişleyen eşmerkezli halkalar halinde kaydırır. Kayma merkezde sıfırdır ve en dıştaki halkada birkaç mikrona kadar büyür; sensörün tasarımına yerleştirilmiş belirli bir CRA profiline göre ayarlanmıştır. Bir sensörü, CRA profili tasarım hedefinden önemli ölçüde farklı olan bir mercekle eşleştirmek köşelerde görünür renk ve duyarlılık hataları bırakır; bu nedenle görüntü sensörleri ve mercekler genellikle birlikte seçilir.