4.10. Cảm biến màu sắc

Photodiode trong mỗi ô không phân biệt màu sắc. Nó đếm photon của mọi bước sóng mà silicon hấp thụ mà không phân biệt đỏ với xanh lá với xanh lam. Để lấy ảnh màu từ cảm biến mù màu, nhà sản xuất phủ lưới điểm ảnh bằng một mảng bộ lọc màu (CFA): một lớp phim màu nhuộm cho phép mỗi ô chỉ nhìn thấy một trong ba màu cơ bản.

4.10.1. Mẫu Bayer

Bố cục CFA chiếm ưu thế là mẫu Bayer, được đặt theo tên nhà phát minh của nó tại Kodak. Phim xen kẽ hai loại hàng: hàng chẵn là mẫu đỏ-xanh lá lặp lại (đỏ, xanh lá, đỏ, xanh lá) và hàng lẻ là mẫu xanh lá-xanh lam lặp lại (xanh lá, xanh lam, xanh lá, xanh lam). Trong ô lặp nhỏ nhất -- hai hàng nhân hai cột -- một ô thấy đỏ, một thấy xanh lam, và hai thấy xanh lá.

Mảng bộ lọc màu Bayer. Mỗi ô của cảm biến chỉ thấy một trong ba màu cơ bản; xanh lá xuất hiện trong hai trong mỗi bốn ô.

Xanh lá được nhân đôi có chủ ý. Thị giác của con người nhạy cảm hơn nhiều với màu xanh lá so với màu đỏ hoặc xanh lam, và độ sáng cảm nhận của một cảnh chủ yếu được mang bởi kênh xanh lá. Lấy mẫu xanh lá ở mật độ gấp đôi so với đỏ và xanh lam đặt ngân sách độ phân giải nơi mắt nhận thấy rõ nhất, và che giấu sự mềm mại của chrominance đi kèm.

4.10.2. Mỗi điểm ảnh ghi lại gì

Cảm biến màu vẫn chỉ lưu trữ một số cho mỗi điểm ảnh -- số photon đã đi qua bộ lọc màu của điểm ảnh đó. Một ô bộ lọc đỏ ghi giá trị kênh đỏ của nó; các giá trị xanh lá và xanh lam tại cùng vị trí đơn giản là thiếu trong dữ liệu. Điều tương tự cũng đúng với các ô xanh lá và xanh lam.

Dữ liệu rời khỏi cảm biến ở định dạng Bayer thô do đó là một kênh cho mỗi điểm ảnh, được bố cục theo mẫu Bayer, thay vì ba kênh cho mỗi điểm ảnh của một ảnh màu hoàn chỉnh. Việc tái tạo hai kênh còn thiếu tại mọi vị trí ô được gọi là debayering.

4.10.3. Microlens và góc tia chính

Bộ lọc màu không phải là thứ duy nhất trên đầu photodiode. Phía trên nó là một microlens nhỏ tập trung nón ánh sáng vào vùng hoạt động của photodiode, và microlens được thiết kế với giả định rằng ánh sáng đến gần vuông góc với bề mặt cảm biến. Khi ánh sáng đến với góc dốc thay thế -- góc tia chính tăng về phía các góc của mọi ống kính thực tế -- một phần có thể rơi vào bộ lọc của điểm ảnh lân cận, nhận sai màu và tạo ra crosstalk màu. Các điểm ảnh ở góc cũng mất độ bão hòa, vì một phần nón bỏ lỡ photodiode hoàn toàn.

Các cảm biến bù đắp bằng cách dịch chuyển microlens của mỗi điểm ảnh hướng ra phía ngoài từ trung tâm cảm biến theo vòng đồng tâm mở rộng từ trung tâm ra đến các góc. Độ dịch chuyển bằng không ở trung tâm và tăng đến vài micron ở vòng ngoài cùng, được điều chỉnh theo một hồ sơ CRA cụ thể được đưa vào thiết kế của cảm biến. Ghép cảm biến với ống kính có hồ sơ CRA khác đáng kể so với mục tiêu thiết kế để lại các lỗi màu sắc và độ nhạy rõ ràng ở các góc, đó là lý do tại sao cảm biến ảnh và ống kính thường được chọn cùng nhau.