Qu'est-il arrivé aux capteurs Foveon?

Il semble que le capteur Foveon devrait être en mesure de produire de meilleures images, car il ne dépend pas des pixels rouges, verts et bleus séparés comme il en existe sur la plupart des appareils photo numériques. Cependant, les caméras équipées de capteurs Foveon sont pratiquement inexistantes. Pourquoi?

(Note latérale: Cette question a été inspirée par la réponse du filtre Bayer où le filtre Bayer a potentiellement causé des problèmes ...)

Ce qui s'est passé, c'est que Sigma a acheté Foveon et a mis beaucoup de pression sur eux pour produire un capteur qui est en fait capable de rivaliser avec les capteurs DSLR standard. Maintenant que Sigma construit l'ensemble de la caméra et du capteur, l'accent est mis davantage sur la production d'un produit final convaincant.

L'an dernier, Sigma a annoncé le SD1, qui utilise un capteur APS-C (recadrage 1.5X) avec 15 millions de photosites. Leur façon de compter Sigma l'appelle un capteur de 46 mégapixels. Ils n'ont pas communiqué beaucoup de détails aux membres de la presse (moi du moins) mais devraient être disponibles d'ici cet été.

Il existe encore plusieurs caméras Sigma (DP1x, DP2s, SD15) qui utilisent le capteur Foveon 1.7X avec 4,5 millions de photosites (alias 14 mégapixels).

Cela se résume à ceci: au moins pour la plupart des gens, la résolution spatiale (en particulier dans la gamme de couleurs vertes) est beaucoup plus importante que la résolution des couleurs, en particulier dans les rouges et les bleus. La courbe de réponse en couleur que j'ai incluse dans une réponse précédente donne au moins une certaine idée de la raison de cela.

Cela est particulièrement pertinent lorsque la grande majorité des images stockées / affichées électroniquement sont au format JPEG ou MPEG. Ces formats prennent en charge le sous-échantillonnage des canaux de chrominance à demi-résolution de toute façon - et (en particulier dans le cas de MPEG), c'est ainsi que la plupart des images sont stockées. En tant que tel, la conversion des données d'un capteur Foveon au format JPEG ou MPEG jette généralement une grande partie des informations supplémentaires que vous avez collectées.

Bien que l'avantage ne soit pas nécessairement énorme, certains appareils photo à capteur Bayer (par exemple, le haut de gamme Leaf / Phase One) prennent en charge le décalage du capteur pour prendre une série de quatre photos (d'un sujet fixe) avec le capteur déplacé vers différentes positions , de sorte que chaque pixel de l'image finale contient des informations en couleur (et comporte toujours deux fois plus de bits pour le vert que pour le rouge ou le bleu, il s'adapte donc assez bien à une vision normale).

Les capteurs Foveon sont excellents en théorie, mais en pratique, ils ne sont pas un choix convaincant. Ils ont généralement une résolution beaucoup plus faible et ne peuvent rivaliser qu'en comptant les 3 capteurs à chaque position de pixel pour être des pixels individuels.

Sigma produit toujours des caméras avec des capteurs Foveon: http://blog.sigmaphoto.com/2011/faqs-the-sigma-camera-and-its-foveon-x3-direct-image-sensor/

Ce qui est arrivé au capteur Foveon, c'est que Sigma a adopté la technologie très tôt, mais d'autres fabricants d'appareils photo étaient réticents à le faire.

Cet état continue à ce jour. Sigma continue à faire évoluer les caméras, proposant actuellement un reflex numérique SD-15 et les caméras compactes à grand capteur et à focale fixe DP-1 et DP-2.

Cependant, récemment, la technologie Foveon semble avoir été à la hausse. Comme un autre article l'a mentionné, Sigma semble sur le point de publier un capteur Foveon grandement amélioré dans le SD-1 avec une gestion du bruit encore meilleure et une résolution qui dépasse à peu près tous les reflex numériques grand public actuels (mais pas les systèmes de format moyen). Le nouveau capteur est connu pour être à peu près 46MP, ce qui se traduit par l'équivalence Bayer signifie environ 30MP de détails à peu près égaux à une image Bayer - c'est-à-dire, si vous avez pris l'image de sortie de 15 millions de pixels d'un RAW converti à partir d'un SD-1 , et suréchantillonné à 30MP, il ressemblerait à une image de bayer 30MP. Seulement, il manquerait également des problèmes de motif de couleur qu'un capteur Bayer pourrait avoir et aurait une meilleure atténuation en détail. Les capteurs Foveon ont traditionnellement maintenu une large plage dynamique, ainsi qu'un très faible bruit à des ISO plus faibles,

Alors, qu'est-ce qui a changé pour le mieux qui permet de telles avancées? C'est en partie parce que nous voyons le résultat d'un travail constant de R&D chez Foveon, mais aussi parce que Sigma a acheté Foveon et les concentre désormais entièrement sur la production de meilleurs capteurs pour grandes caméras. Avant, Foveon essayait de voir quel segment du marché photographique pourrait faire un bon client pour la technologie et, par conséquent, était beaucoup plus dispersé dans les objectifs.

Non seulement les résultats de cette mise au point sont observés dans des augmentations de résolution vraiment significatives du capteur par rapport aux générations précédentes, mais aussi que leur technologie a été sélectionnée pour aller sur Mars par l'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

Désolé pour la traduction approximative, je ne trouve aucune autre source pour cette nouvelle.

Donc, fondamentalement, ce qui se passe pour la technologie Foveon, c'est qu'elle évolue toujours, juste à un rythme apparemment plus lent que les autres technologies de capteur, mais ce qui pourrait finir par être un bond en avant. Nous devons voir ce que le nouveau capteur peut faire pour voir où en est réellement l'état de la technologie Foveon, c'est donc probablement une excellente question à examiner dans trois mois.

Si vous voulez vraiment plus d'informations sur la façon dont une image de sortie de 15 millions de Foveon peut contenir autant plus de détails qu'une image de sortie de 30 MP bayer, lisez cet article comparant un capteur Foveon de 4,7 Mpx à un capteur Bayer de 12 Mpx (le Canon 5D ):

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

Notez en particulier la résolution du nuancier et réfléchissez à cette question intéressante - un appareil photo 15 MP ne possède que 3,75 millions de photosites détectant le rouge. Donc, si vous mettez un filtre rouge traditionnel comme les photographes noir et blanc aiment utiliser, tous les autres capteurs sont noircis et vous photographiez maintenant avec un appareil photo de 3,75 MP. Pendant ce temps, un capteur Foveon de 46 mégapixels avec trois couches de 15 millions de photosites détectant le rouge / vert / bleu (à peu près) ne se soucie pas du filtre que vous mettez devant, chaque pixel de sortie contiendra les données de 15 millions de capteurs rouges différents.

Cela peut sembler un cas arbitraire, mais qu'en est-il des changements de ton dans quelque chose comme une voiture rouge - ou un ciel bleu.

Pour ceux qui se demandent VRAIMENT où Foveon va au niveau technique, lisez le dernier brevet de Foveon couvrant essentiellement les principes fondamentaux de ce qui est probablement le capteur SD-1:

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

Une dernière chose à noter est qu'une certaine forme de la technologie Foveon, même si ce n'est pas exactement la conception de Foveon, semble être l'avenir de l'imagerie - des brevets ont commencé à arriver de Sony et d'autres sociétés cherchant également des façons de superposer des capteurs.

Il y a deux problèmes qui ont posé problème pour les capteurs Foveon autres que le problème de la résolution spatiale. Ces deux éléments sont inhérents au concept clé de Foveon: utiliser l'absorption spectrale de différentes profondeurs de silicium pour séparer les couleurs.

Avec un réseau Bayer, les différents filtres sont créés avec des colorants soigneusement sélectionnés pour correspondre aux primaires rouges, vertes et bleues choisies. Avec Foveon, la distinction est entièrement basée sur la physique du silicium, qui ne correspond pas aussi bien que le montrent généralement les documents marketing. Il en résulte les deux problèmes.

Premièrement, les trois couleurs primaires enregistrées par les capteurs Foveon sont plus éloignées des longueurs d'onde primaires auxquelles répondent les cellules du cône de l'œil humain, et en fait la forme de la courbe de longueur d'onde à laquelle chaque profondeur répond est très différente de celle de notre vision. Cela signifie que l' espace colorimétrique natif de l'appareil est une forme différente et décalée de sRGB et d'autres espaces colorimétriques de sortie typiques - ou de la vision humaine. Le capteur enregistre des "couleurs imaginaires" - celles que nous ne pouvons pas vraiment voir - dans une partie de sa gamme de couleurs, et d'autres parties de la gamme de couleurs ne sont pas parfaitement couvertes. Cela ne se présente pas comme des couleurs manquantes , mais comme une sorte de daltonisme (l'analogie y est en fait assez bonne, car c'est effectivement le même problème),

Deuxièmement, la lumière rouge à basse fréquence est absorbée au niveau le plus profond, ce qui entraîne inévitablement une certaine atténuation - ce qui signifie plus de bruit dans le canal rouge. Si je comprends bien, la réduction du bruit dans les caméras Sigma résout ce problème en brouillant plus fortement le canal rouge. Je sais que ma caméra à capteur Bayer présente, par une large marge, plus de bruit dans le canal bleu . Je ne sais pas si c'est un problème inhérent aux capteurs Bayer ou CMOS, ou s'il s'agit d'un double problème sur Foveon. (J'ai fait cela sa propre question .)

Rien de tout cela ne veut dire que la technologie Bayer répandue est parfaite, voire absolument meilleure que Foveon. C'est juste que tout a ses compromis, et Foveon se révèle en fait avoir des compromis. Les gros problèmes avec Bayer (aliasing, résolution des couleurs) peuvent être résolus en jetant plus de pixels sur le problème, étant donné l'augmentation correspondante de la gestion du bruit. Cela a fonctionné jusqu'à présent avec beaucoup de succès, et bien sûr, ce n'est pas un hasard si cela correspond bien au marketing basé sur les mégapixels.

Mise à jour (mai 2011): Sigma vient d'annoncer le nouveau modèle "SD1", au prix d'environ 9700 $ - un coût comparable à quelque chose comme le Pentax 645D moyen format, mais avec un capteur de taille APS-C. Il sera intéressant de voir s'ils ont effectivement pu résoudre certains de ces problèmes. Je pense qu'ils l'ont probablement fait, mais au prix qui les a amenés à changer le marché cible. Mais même dans ce cas, je ne suis pas si sûr - l'ISO maximum est toujours de 6400, soit deux arrêts derrière la récolte actuelle de capteurs Bayer. (Reste à voir, bien sûr, s'ils ont simplement décidé d'une limite plus conservatrice. Sans regarder trop durement la boule de cristal, il n'y a aucun moyen de le dire; je mettrai à jour cela à nouveau lorsque les critiques seront publiées, et si je "

_{Avertissement: je n'ai pas d'appareil photo à capteur Foveon (bien que j'en ai utilisé un, et c'était cool!). Je ne suis pas très proche de la technologie. Sigma fait beaucoup de recherches pour contourner ou résoudre ces problèmes.}

La plus grande raison pour laquelle "personne" n'utilise Foveon, je pense, a peu à voir avec Foveon et beaucoup à voir avec Sigma. Si Canon ou Sony avaient acheté la technologie au lieu de Sigma, elle serait désormais courante, l'idée de base est bonne. Sigma est un petit joueur dans ce domaine, trop petit pour tout faire par lui-même, et les caméras Sigma sont quelque chose d'un goût acquis.

Le capteur est très bien ... ou du moins c'était jusqu'à la version 45Mp Merrill. Avec la dernière version Quattro, Sigma a abandonné l'approche "pure" consistant à capturer trois couleurs à chaque emplacement pour un compromis, avec moins de capteurs dans les couches inférieures.

Mais le capteur n'est pas le problème. Quiconque l'utilise sait qu'il excelle à faible ISO, mais est inférieur aux capteurs Bayer avec une résolution REELLE comparable à ISO élevé.

Le vrai problème est que les caméras Sigma sont d'une lenteur frustrante et peu pratiques à utiliser, en particulier en raison des temps d'écriture absurdement lents. Au début des appareils photo numériques abordables, nous aurions été ravis du SD1, mais une fois que vous vous êtes habitué à la vitesse d'un bon reflex numérique de Nikon ou Canon, il est difficile de revenir à attendre deux minutes pour une rafale de 7 prises de vue à écrire sur la carte, et jusqu'à ce que cela se termine, vous ne pouvez pas vérifier vos expositions, et vous n'avez pas la pleine utilisation des commandes de l'appareil photo.

De plus, les fabricants d'appareils photo continuent de tirer de plus en plus de performances de la technologie Bayer. Cela me rappelle la Porsche 911. Le moteur est au mauvais endroit, mais avec une ingénierie suffisamment intelligente, la voiture peut être conçue pour gérer ainsi que de nombreuses machines mieux équilibrées à l'avant ou à moteur central.