4.10. Кольорові датчики¶

Фотодіод у кожній комірці не розрізняє кольори. Він рахує фотони будь-якої довжини хвилі, яку поглинає кремній, не відрізняючи червоний від зеленого чи синього. Щоб отримати кольорове зображення з датчика, що не розрізняє кольори, виробник покриває піксельну решітку масивом кольорових фільтрів (CFA): тонкою плівкою барвника, що дозволяє кожній комірці бачити лише один з трьох основних кольорів.

4.10.1. Патерн Байєра¶

Домінуючий розкид CFA — це патерн Байєра, названий на честь його винахідника з компанії Kodak. Плівка чергує два типи рядків: парні рядки — це повторюваний червоно-зелений патерн (червоний, зелений, червоний, зелений), а непарні — повторюваний зелено-синій патерн (зелений, синій, зелений, синій). У найменшому повторюваному фрагменті — два рядки на два стовпці — одна комірка бачить червоний, одна — синій, і дві — зелений.

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. — Масив кольорових фільтрів Байєра. Кожна комірка датчика бачить лише один з трьох основних кольорів; зелений присутній у двох з кожних чотирьох комірок.¶

Зелений подвоєний навмисно. Людський зір набагато чутливіший до зеленого, ніж до червоного або синього, а сприйнята яскравість сцени переважно передається зеленим каналом. Вибірка зеленого з подвійною щільністю порівняно з червоним і синім вкладає роздільну здатність туди, де її найбільше помічає око, і приховує пом’якшення кольоровості, що з цього випливає.

4.10.2. Що записує кожен піксель¶

Кольоровий датчик все одно зберігає лише одне число на піксель — кількість фотонів, що пройшли через кольоровий фільтр цього пікселя. Комірка з червоним фільтром записує значення червоного каналу; значення зеленого і синього в тому самому місці просто відсутні в даних. Те саме стосується зелених і синіх комірок.

Тому дані, що надходять з датчика у сирому форматі Bayer, містять один канал на піксель, розташований у патерні Байєра, а не три канали на піксель, як у готовому кольоровому зображенні. Відновлення двох відсутніх каналів для кожної позиції комірки називається демозаїкуванням.

4.10.3. Мікролінзи і кут головного променя¶

Кольоровий фільтр — не єдине, що знаходиться над фотодіодом. Над ним розташована крихітна мікролінза, що фокусує вхідний конус світла на активну область фотодіода, причому мікролінза спроектована з урахуванням того, що світло потрапляє майже перпендикулярно до поверхні датчика. Коли натомість світло надходить під крутим кутом — кут головного променя, що зростає до кутів будь-якого реального об’єктива — частина його може потрапити на фільтр сусіднього пікселя, захопивши неправильний колір і спричиняючи перехресні кольорові перешкоди. Кутові пікселі також втрачають насиченість, оскільки частина конуса взагалі минає фотодіод.

Датчики компенсують це, зміщуючи мікролінзу кожного пікселя радіально від центру датчика концентричними кільцями, що розширюються від середини до кутів. Зсув нульовий у центрі і зростає до кількох мікронів на крайньому кільці, налаштований під конкретний профіль CRA, закладений у конструкцію датчика. Поєднання датчика з об’єктивом, профіль CRA якого суттєво відрізняється від цільового, залишає помітні кольорові та чутливісні похибки в кутах, тому датчики зображення та об’єктиви зазвичай вибирають разом.