¿Qué pasó con los sensores Foveon?

Parece que el sensor Foveon debería poder producir mejores imágenes, porque no depende de los píxeles rojos, verdes y azules separados que existen en la mayoría de las cámaras digitales. Sin embargo, las cámaras equipadas con sensores Foveon son prácticamente inexistentes. ¿Por qué?

(Nota al margen: esta pregunta se inspiró en la respuesta de Bayer Filter donde el filtro de Bayer podría causar problemas ...)

Lo que sucedió es que Sigma compró Foveon y ejerció mucha presión sobre ellos para producir un sensor que realmente sea capaz de competir con los sensores DSLR estándar. Ahora que Sigma está construyendo toda la cámara y el sensor, hay mucho más enfoque en producir un producto final convincente.

El año pasado, Sigma anunció el SD1 que utiliza un sensor APS-C (recorte de 1.5X) con 15 millones de fotosites. Según cuentan, Sigma lo llama un sensor de 46 megapíxeles. No han publicado muchos detalles a los miembros de la prensa (al menos yo), pero se espera que estén disponibles para este verano.

Todavía hay varias cámaras Sigma (DP1x, DP2s, SD15) en producción que usan el sensor Foveon 1.7X con 4.5 millones de fotositas (también conocido como 14 megapíxeles).

Todo se reduce a esto: al menos para la mayoría de las personas, la resolución espacial (especialmente en la gama de colores verdes) es mucho más importante que la resolución del color, especialmente en los rojos y azules. La curva de respuesta de color que incluí en una respuesta anterior da al menos alguna noción de la razón de esto.

Esto es particularmente relevante cuando la gran mayoría de las imágenes almacenadas / mostradas electrónicamente están en formatos JPEG o MPEG. Estos formatos admiten el muestreo descendente de los canales de croma a la mitad de la resolución de todos modos, y (especialmente en el caso de MPEG) así es como se almacenan la mayoría de las imágenes. Como tal, la conversión de datos de un sensor Foveon a formato JPEG o MPEG generalmente arroja bastante información adicional que recopiló.

Aunque el beneficio no es necesariamente enorme, algunas cámaras con sensor Bayer (por ejemplo, la Leaf / Phase One de gama alta) admiten el cambio de sensor para tomar una serie de cuatro imágenes (de un sujeto fijo) con el sensor desplazado a diferentes posiciones , por lo que cada píxel en la imagen final tiene información a todo color (y aún tiene el doble de bits para el verde que para el rojo o el azul, por lo que todavía se ajusta razonablemente bien con la visión normal).

Los sensores Foveon son geniales en teoría, pero en la práctica no son una opción convincente. Generalmente tienen una resolución mucho más baja y solo pueden competir contando los 3 sensores en cada posición de píxel para que sean píxeles individuales.

Sigma todavía produce cámaras con sensores Foveon: http://blog.sigmaphoto.com/2011/faqs-the-sigma-camera-and-its-foveon-x3-direct-image-sensor/

Lo que le sucedió al sensor Foveon es que Sigma adoptó la tecnología desde el principio, pero otras compañías de cámaras se mostraron reacias a hacerlo.

Ese estado continúa hasta nuestros días. Sigma continúa desarrollando cámaras, ofreciendo actualmente una DSLR SD-15, y las cámaras compactas de sensor grande de distancia focal fija DP-1 y DP-2.

Sin embargo, recientemente, la tecnología Foveon parece haber estado en alza. Como se mencionó en otra publicación, Sigma parece estar cerca de lanzar un sensor Foveon mejorado en el SD-1 con un manejo de ruido aún mejor, y una resolución que supera prácticamente a cualquier DSLR de consumo actual (aunque no sistemas de formato medio). Se sabe que el nuevo sensor tiene aproximadamente 46MP, lo que traducido a la equivalencia de Bayer significa alrededor de 30MP de detalles aproximadamente iguales a una imagen de Bayer, es decir, si tomó la imagen de salida de 15 millones de píxeles de un RAW convertido de un SD-1 , y lo muestreó a 30MP, se vería idéntico a una imagen bayer de 30MP. Solo que también carecería de problemas con el patrón de color que podría tener un sensor Bayer, y tendría una mejor caída en detalle. Los sensores Foveon han mantenido tradicionalmente un amplio rango dinámico, y también un ruido muy bajo a ISOs más bajos,

Entonces, ¿qué ha cambiado para mejor que permita tales avances? Esto se debe en parte a que estamos viendo el resultado de un trabajo constante de I + D en Foveon, pero también porque Sigma compró Foveon y ahora los enfoca por completo en producir mejores sensores de cámaras grandes. Antes de que Foveon intentara ver qué segmento del mercado fotográfico podría ser un buen cliente para la tecnología y, como resultado, estaba mucho más disperso en los objetivos.

Los resultados de este enfoque no solo se ven en aumentos de resolución realmente significativos del sensor con respecto a las generaciones anteriores, sino también en que su tecnología fue seleccionada para ir a Marte por la ESA:

http://translate.google.com/translate?hl=da&sl=ko&tl=en&u=http%3A%2F%2Fwww.styledb.com%2Fbbs%2Fboard.php%3Fbo_table%3DB08_news%26wr_id%3D102

Perdón por la traducción aproximada, no puedo encontrar otra fuente para esa noticia.

Entonces, básicamente, lo que está sucediendo para la tecnología Foveon es que todavía está evolucionando, justo a lo que aparentemente fue un ritmo más lento que otras tecnologías de sensores, pero lo que puede terminar siendo un salto por delante de ellos. Necesitamos ver qué puede hacer el nuevo sensor para ver dónde se encuentra realmente el estado de la tecnología Foveon en estos días, por lo que realmente esta es una gran pregunta para revisar en tres meses.

Si realmente desea más información sobre cómo es una imagen de salida Foveon de 15 millones puede contener muchos más detalles que una imagen de salida bayer de 30 MP, lea este artículo comparando un sensor Foveon de 4.7MP con uno Bayer de 12MP (Canon 5D ):

http://www.ddisoftware.com/sd14-5d/

Tenga especialmente en cuenta la resolución de la tabla de colores y reflexione sobre esta interesante pregunta: una cámara bayer de 15MP tiene solo 3.75 millones de fotositas que detectan el rojo. Entonces, si coloca un filtro rojo tradicional como les gusta a los fotógrafos en blanco y negro, todos los demás sensores están apagados y ahora está disparando con una cámara de 3.75MP. Mientras tanto, un sensor Foveon de 46 megapíxeles con tres capas de 15 millones de fotosites que detectan rojo / verde / azul (aproximadamente) no le importa qué filtro coloque delante, cada píxel de salida contendrá datos de 15 millones de sensores rojos diferentes.

Puede parecer un caso arbitrario, pero ¿qué pasa con los cambios de tono en algo así como un automóvil rojo o un cielo azul?

Para aquellos que REALMENTE se preguntan a dónde se dirige Foveon a nivel técnico, lea la última patente de Foveon que cubre básicamente los fundamentos de lo que probablemente sea el sensor SD-1:

http://www.freepatentsonline.com/y2010/0155576.html

Una última cosa a tener en cuenta es que alguna forma de la tecnología Foveon, incluso si el diseño de Foveon no parece ser el futuro de la imagen, las patentes han comenzado a llegar de Sony y otras compañías que también están buscando formas de colocar sensores.

Hay dos problemas que han sido problemáticos para los sensores Foveon además del problema de la resolución espacial. Ambos son inherentes al concepto clave de Foveon: usar la absorción espectral de diferentes profundidades de silicio para separar los colores.

Con una matriz Bayer, los diferentes filtros se crean con tintes cuidadosamente seleccionados para que coincidan con los primarios rojos, verdes y azules elegidos. Con Foveon, la distinción se basa completamente en la física del silicio, que no es una combinación tan buena como suelen mostrar los materiales de marketing. Esto da como resultado los dos problemas.

Primero, los tres colores primarios registrados por los sensores Foveon están más lejos de las longitudes de onda primarias a las que responden las células cónicas del ojo humano, y de hecho, la forma de la curva de longitud de onda a la que responde cada profundidad es muy diferente de la de nuestra visión. Eso significa que el espacio de color nativo del dispositivo tiene una forma diferente y cambiada de sRGB y otros espacios de color de salida típicos, o de la visión humana. El sensor registra "colores imaginarios", unos que realmente no podemos ver, en alguna parte de su gama de colores, y otras partes de la gama de colores no están cubiertas perfectamente. Esto no aparece como falta de colores, sino como una especie de daltonismo (la analogía allí es bastante buena, ya que efectivamente es el mismo problema),

En segundo lugar, la luz roja de baja frecuencia se absorbe en el nivel más profundo, lo que inevitablemente produce cierta atenuación, lo que significa más ruido en el canal rojo. Según tengo entendido, la reducción de ruido en las cámaras Sigma se ocupa de esto al desenfocar el canal rojo más fuertemente. Sé que mi cámara con sensor Bayer exhibe, por un amplio margen, más ruido en el canal azul . No estoy seguro si ese es un problema inherente con los sensores Bayer o CMOS, o si es un problema doble en Foveon. (Hice eso su propia pregunta ).

Nada de esto quiere decir que la tecnología generalizada de Bayer es perfecta, o incluso absolutamente mejor que Foveon. Es solo que todo tiene sus compromisos, y Foveon en realidad resulta tener algunos problemas. Los grandes problemas con Bayer (alias, resolución de color) se pueden resolver lanzando más píxeles al problema, dados los aumentos correspondientes en el manejo del ruido. Hasta ahora, esto ha funcionado con mucho éxito y, por supuesto, no es casualidad que corresponda bien al marketing basado en megapíxeles.

Actualización (mayo de 2011): Sigma acaba de anunciar el nuevo modelo "SD1", con un precio de alrededor de $ 9,700, comparable en costo a algo como la cámara de formato medio Pentax 645D, pero con un sensor de tamaño APS-C. Será interesante ver si, de hecho, han podido abordar algunos de estos problemas. Mi especulación es que probablemente sí, pero al tipo de costo que los llevó a cambiar el mercado objetivo. Pero incluso entonces, no estoy tan seguro: el ISO máximo sigue siendo 6400, que es dos paradas detrás de la cosecha actual de sensores Bayer. (Queda por ver, por supuesto, si simplemente decidieron un límite más conservador. Sin mirar mucho más fijamente la bola de cristal, no hay forma de saberlo; actualizaré esto de nuevo cuando estén las revisiones, y si yo '

_{Descargo de responsabilidad: no tengo una cámara con sensor Foveon (aunque he usado una, ¡y fue genial!). No sigo la tecnología muy de cerca. Sigma está investigando mucho para solucionar o resolver estos problemas.}

Creo que la razón principal por la que "nadie" usa Foveon tiene poco que ver con Foveon y mucho que ver con Sigma. Si Canon o Sony hubieran comprado la tecnología en lugar de Sigma, ya sería corriente, la idea básica es buena. Sigma es un jugador de bits en este campo, demasiado pequeño para hacerlo solo, y las cámaras Sigma son algo del gusto adquirido.

El sensor está bien ... o al menos era hasta la versión de 45Mp Merrill. Con la versión posterior de Quattro, Sigma ha abandonado el enfoque "puro" de capturar tres colores en cada ubicación para un compromiso, con menos sensores en las capas inferiores.

Pero el sensor no es el problema. Cualquiera que lo use sabe que sobresale a ISO bajo, pero es inferior a los sensores de Bayer con resolución REAL comparable a ISO alto.

El verdadero problema es que las cámaras Sigma son frustrantemente lentas e incómodas de usar, especialmente debido a los tiempos de escritura absurdamente lentos. En los primeros días de las cámaras digitales asequibles, nos habría encantado la SD1, pero una vez que se haya acostumbrado a la velocidad de una buena réflex digital de Nikon o Canon, es difícil volver a esperar dos minutos por una explosión de 7 disparos para escribir en la tarjeta, y hasta que eso se complete, no podrá verificar sus exposiciones y no tendrá el uso completo de los controles de la cámara.

Además, los fabricantes de cámaras continúan sacando más y más rendimiento de la tecnología Bayer. Me recuerda al Porsche 911. El motor está en el lugar equivocado, pero con una ingeniería lo suficientemente inteligente, se puede hacer que el automóvil maneje, así como muchas máquinas delanteras o de motor central mejor equilibradas.