Światłoczułe punkciki

Porównanie matrycy klasycznej oraz OmniBSI

W matrycy OmniBSI warstwę półprzewodnika rejestrującego światło przesunięto bliżej mikrosoczewki – tuż pod filtr koloru, dzięki czemu trafia do niego więcej światła. W tradycyjnej matrycy warstwa światłoczuła znajduje się pod warstwą metalu – na dnie piksela – przez co rejestruje mniej światła.

Inne rozwiązania mające na celu zwiększenie ilości światła docierającego do półprzewodnika zakładają zmianę kolejności warstw, z których zbudowany jest piksel matrycy. Autorami takiej koncepcji są inżynierowie z firmy OmniVision. Matryca OmniBIS to czujnik typu CMOS, w którym półprzewodnik umieszczono nad warstwami metalu znacznie bliżej mikrosoczewki. Niestety, ostatnie doniesienia na temat tej technologii pochodzą z końca maja 2008 roku, kiedy zaprezentowano działający prototyp 8-megapikselowego czujnika.

Jest kolorowo

Fizyczny rozmiar matrycy oraz jej rozdzielczość nie są jedynymi zagadnieniami, z którymi zmagają się inżynierowie. Szeroko zakrojone prace idą w kierunku polepszenia kolorystyki fotografii. Obecnie za kolory na zdjęciach odpowiada umieszczony nad matrycą kolorowy filtr Bayera, składający się z kwadratowych pół niebieskich, czerwonych i zielonych – tych ostatnich jest dwa razy więcej niż pozostałych. Ułożenie filtru jest takie, że nad pojedynczym pikselem znajduje się pole w tylko jednym kolorze. Piksel rejestruje więc światło jednej barwy. Aby fotografia nie składała się wyłącznie z punktów w trzech podstawowych kolorach, elektronika aparatu wylicza średni kolor dla każdego z pikseli, opierając się na informacjach o kolorze z punktów z nim sąsiadujących (to tzw. interpolacja).

Filtr Bayera jest obecnie stosowany w większości cyfrowych aparatów fotograficznych. Ma jednak swoje wady. Interpolacja kolorów czasami generuje błędy, które powodują pogorszenie ostrości wykonywanych fotografii. Tymczasem trwają badania nad konkurencyjnymi rozwiązaniami.

Budowa matrycy Super CCD firmy Sony

Dzięki zwiększeniu rozmiaru materiału światłoczułego , poszerzeniu otworu, przez który fotony trafiają do półprzewodnika oraz zmniejszeniu odległości między mikrosoczewką a materiałem światłoczułym trafia do niego więcej światła niż w klasycznych matrycach. Takie zmiany docelowo mają pozwolić na zniwelowanie szumów na zdjęciach. Niestety ten typ matryc nie trafił jeszcze do seryjnie produkowanych aparatów.

Jednym z najbardziej zaawansowanych jest matryca Super CCD SR firmy Fuji. W tym rozwiązaniu zarówno piksele, jak i pola filtru barwnego mają kształt ośmiokątów, a cała matryca jest rombem. Pozwala to ciaśniej niż przy czujnikach kwadratowych upakować piksele na matrycy. Dodatkowo każdy piksel ma dwa punkty światłoczułe: mniejszy, rejestrujący dobrze oświetlone fragmenty kadru, oraz większy, który może zarejestrować szczegóły ukryte w cieniach. Dzięki temu matryca Fuji poprawnie rejestruje sceny o dużej rozpiętości tonalnej. Kolejne wersje matryc, Super CCD SR II i EXR, wprowadziły zmiany w ułożeniu dużych i małych pól piksela. W najnowszym prototypie ich wielkości zrównano, umieszczając warstwę rejestrującą jasne punkty pod warstwą rejestrującą ciemne sekcje kadru.

Rozwiązanie Fuji zwiększa liczbę punktów światłoczułych bez zwiększania rozdzielczości matrycy. Na podobnych zasadach opierają się pomysły innych producentów. Przykładowo w matrycy CMOS Foveon X3 piksele są ułożone w trzech warstwach. Każda rejestruje światło w innym z trzech kolorów. Zaletą tej metody jest brak interpolacji kolorów – fotografie mają bardzo dobrą ostrość i naturalną kolorystykę.