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富士 一直走在图像传感器技术发展的革新路上


  来源: imaging-resource 时间:2020-04-22 编辑:仪器仪表WXF
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真的没有办法解决这个问题。尽管非数学家会告诉您,这是生活中的数学事实。如果对象细节相对于像素间距太细,则在所有情况下都无法保证没有大量的处理或花哨算法。


如今,大多数相机都配备了低通滤镜,而由于传感器分辨率超过了许多镜头的分辨能力,低通滤镜无法使用。在许多情况下,镜头无法将细节解析得足够细致以至于引起莫尔纹问题,因此相对于像素的精细间距,它基本上是系统中的低通滤镜。镜头模糊了最好的主体细节,因此相机不需要自己的低通滤镜就可以进一步模糊。


当然,您会看到以下问题:如果您的镜头可以解决如此精细的细节,会发生什么?


设计一种不仅具有良好光学特性,而且还可以可靠且可重复地制造的镜片,与科学一样多。任何制造过程都是管理公差,平衡您在理想世界中想要做的事情以及您在工厂车间实际可以实现的事情的游戏。与其他类型的镜片相比,镜片制造更是如此。镜片设计师对冲他们赌注的一种方法是设计镜片,使得没有一个绝对最佳焦点的点,而是一个焦点大致相同的范围。



这些图在垂直轴上显示模糊,而在水平轴上显示焦距。(我们称它们为景深曲线或DOF曲线。)理论上完美的镜头恰好在一个焦点设置下进入了最清晰的对焦,如左图所示。在现实世界中,镜头的DOF曲线往往会有些平底,这取决于其分辨率极限。镜片设计师有时会故意使曲线的底部变平,但要权衡最终的清晰度以制造出更易于制造的镜片。


完美的教科书镜头和无限分辨率传感器的理想景深曲线为V形。在现实世界中,大多数镜头被设计为V形底部平坦,这有助于在制造过程中适应零件公差的微小变化。


大概是六,七年前,富士胶片的一些顶级光学设计师向我解释了这一点——无论如何都追求最大清晰度,使“ V”的角度尽可能清晰。这意味着图像更清晰,但是波纹如何呢?


在某种程度上,您的镜头越好,您越有可能在带有重复图案的被摄对象的图像中看到波纹。富士乐意采用这种方法的部分原因是,他们已经想到了采用X-Trans传感器技术的解决方案。



大多数图像传感器无法直接注册颜色信息,只能以灰色阴影看到世界。要捕获彩色图像,必须将它们与彩色滤光片阵列重叠,以使每个光电二极管只能看到色谱的特定部分,通常是红色,绿色和蓝色。左上方是大多数相机传感器使用的标准“拜耳”彩色滤光片阵列图案,黄色轮廓指示在其上重复阵列的2 x 2像素网格。右图显示了富士独特的X-Trans彩色滤光器阵列,其六到六像素的像素网格更大。较大的网格允许更随机的布局,从而更耐波纹。


X-Trans通过使用更复杂的彩色滤光片阵列来改变事物。X-Trans不是使用大多数相机使用的2×2 RGBG Bayer图案,而是使用更大的6×6阵列混合像素间距。根据您所看的位置和方向,给定颜色的像素之间的间距可能会有所不同。这为相机的图像处理器提供了更多的空间信息,以帮助您分辨出什么是波纹和什么是主体细节。


当然,X-Trans仍然具有彩色像素的重复图案,因此不能100%保证您永远不会看到波纹图案。不过,最重要的是X-Trans传感器为相机提供了更广泛的空间频率信息范围,因此其X处理器拥有更多数据可用于在波纹和最大锐度之间达到最佳平衡。它需要进行大量的数字运算,但是不同的空间采样频率为处理器提供了更多信息。


三、经过多年的发展,X-Trans真正达到了成熟


像之前的Super CCD一样,Fujifilm的X-Trans传感器技术自问世以来已有十多年的历史。自从第一代X-Pro1于2012年问世以来,随后的三代都对该技术进行了完善和扩展。


首款X-Trans II芯片于2013年在Fuji X100S中首次亮相。富士X-Trans II传感器回溯到之前的Super CCD EXR II设计,增加了片上相位检测自动对焦功能。改进的像素电路还带来了更好的暗噪声抑制,分辨率也从12.3兆像素跃升至16.3兆像素。


2016年,第三代X-Trans III与富士X-Pro2一同上市。它带来了更高的24.3百万像素分辨率,甚至更多的相位检测自动对焦点,并且从铝线切换到了铜线,同时降低了噪声水平并显着提高了读取速度,从而改善了相机性能。


2018年,Fujifilm X-Trans CMOS 4传感器与X-T3一起问世。新一代传感器切换到背面照明设计,以提供更好的聚光能力,并再次大幅提升了片上相位检测像素数量,以实现更强大的自动对焦。它还将分辨率提高到了26.1兆像素。


X-Trans技术是Fujifilm战略的基础。他们将图像质量视为相机的主要差异因素,并为此投入了大量资金来开发自己的传感器技术。X-Trans只是该过程中的最新迭代,这是在处理器技术实现其可行性之前计划的几年。


富士 X-Trans传感器


富士最新一代的X-Trans传感器设计是X-Trans CMOS 4芯片,如上图所示,它位于X-T3无反光镜相机中。


关键词:富士 图像传感器 技术革新    浏览量:1018

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