Was sind die Unterschiede zwischen dem Bayer-Mosaik- und dem Foveon-3-Schicht-Sensor?

Der Bayer -Sensor, der von der überwiegenden Mehrheit der Kameras verwendet wird, ist im Grunde ein Zwei-mal-Zwei-Gitter von Sensoren mit 1 blauen, 1 roten und 2 grünen Sensoren, bekannt als Bayer-Filter, benannt nach dem Wissenschaftler von Kodak Labs, der ihn entwickelt hat. Die Daten von einem solchen Sensor müssen dann einen Demosaicing-Prozess durchlaufen, der die 4 Datenpunkte in ein Pixel umwandelt, das das Ergebnis der 3-Farben-Mischung ergibt. Der Grund für 2 grüne Seiten ist, dass das menschliche Auge Berichten zufolge empfindlicher für Grün ist und daher die Farbe im System betont wird.

Das Foveon -Modell, das mich total fasziniert, ist ein Ansatz, einem traditionelleren Filmstil zu folgen. Die Idee in diesem Zusammenhang ist, dass die drei primären Lichtbänder bei unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten und so unterschiedlich tief in das Sensormaterial eindringen, die Prämisse des Farbfilms. In diesem Fall ist Blau am wenigsten durchdringend und Rot am stärksten, sodass sie durch Stapeln der Schichten an jeder Fotostelle den Pegel jeder der Primärfarben erkennen können. Als Ergebnis eliminiert die Technologie das Moiré-Muster, das aus den mit einem Bayer-Filter verbundenen Demosaicing-Algorithmen resultieren kann, und liefert ein genaueres Ergebnis.

Ich bin wirklich begeistert von der Foveon-Technologie und freue mich darauf zu sehen, wohin Sigma sie führt. Sie haben endlich eine APS-C-Kamera mit diesem Sensor produziert, also werde ich sie mir genau ansehen, wenn die Rezensionen und Muster endlich eintreffen. Trotzdem denke ich, dass die Kamerahersteller mit dem Bayer-Modell einen sehr guten Job gemacht haben, es ist ein bewährtes und gut verstandenes Mittel zur Bilderfassung, und das kann man an den oft erstaunlichen Ergebnissen sehen. Wenn das Foveon das übersteigt, befinden wir uns im Fotografie-Nirwana. :)

Wie auch immer, ich habe einige relevante Wiki-Artikel zu den beiden verlinkt, von denen ich denke, dass sie Ihnen wirklich helfen werden, die Unterschiede zu erkennen.

Ich fotografiere seit einigen Jahren mit Sigma DSLRs, seit der SD-9. Ich bin in das System eingestiegen, als ich von Film-Spiegelreflexkameras auf Digitaltechnik umgestiegen bin, und habe viel recherchiert, bevor ich den Sprung gewagt habe. Ich bin auch auf den Foveon-Chip gestoßen und sein Design erschien mir auf konzeptioneller Ebene viel solider als das Bayer-Design; Außerdem mochte ich die Bilder, die ich von der Kamera kommen sah, wirklich.

Man kann sich den Unterschied hier so vorstellen, dass ein herkömmlicher Bayer-Sensor wirklich drei separate Fotos aufnimmt – ein grünes, ein rotes und ein blaues. Bei einem 14-Megapixel-Bayer-Sensor hat das grüne Foto 7 Millionen Pixel, während die roten und blauen Bilder 3,5 Millionen Pixel an Daten haben. Keine dieser Daten überlappt sich räumlich; Das heißt, wenn ein Objekt nur ein Pixel hoch wäre, wie es vom Sensor erfasst wird, könnte es je nach Farbe in jedem der Bilder verschwinden. An jedem gegebenen räumlichen Ort werden 2/3 der Farbdaten verworfen. Während die Ausgabe, die Sie von einer 14-Megapixel-Kamera erhalten, möglicherweise 14 Millionen Pixel enthält, handelt es sich im Wesentlichen um eine neu abgetastete und vergrößerte Version des Bildes mit den meisten Details - dem grünen 7-Megapixel-Bild.

Auf der Foveon-Seite gibt es keine Stelle, an der sich eine Farbe im Bild „verstecken“ kann, da an jedem beliebigen Erfassungsort das gesamte Lichtspektrum von den drei Sensorschichten erfasst wird und daher kein so großer Bedarf an Eingaben besteht von Nachbarn, um aufzulösen, was der Sensor gesehen hat.

Der Endeffekt ist, dass Foveon-Sensoren nicht glauben, dass feine Details wirklich eine Art Farbe (Farbmoiré) sind, und der erfasste Detailgrad konstant ist, da kein feines Detail versehentlich verworfen wird. Der Bayer-Sensor, der an jedem Punkt 2/3 des Lichts verwirft, kann manchmal feine Details verlieren, die der Foveon-Chip auflöst – auch hier hängt es von der Szenenfarbe ab.

Da der Detaillierungsgrad in einem Bayer-Sensor variabel ist, kann es sehr schwierig sein, ihn in Bezug auf die erfassten Details mit dem Foveon-Chip zu vergleichen. Eine grobe Faustregel lautet jedoch, dass ein Foveon-Bild ungefähr die gleiche Detaillierungsgrad erfasst wie ein Bayer-Kamera mit 2/3 der Foveon-MP-Bewertung (oder Sensoranzahl). So hat zum Beispiel die kommende SD1 46 Millionen Fotoseiten (Sensoren), was bedeutet, dass Sie ähnliche Detailebenen wie bei einem 30-MP-Bayer-Bild erwarten können. Aber das ist wieder ein Bild ohne Farbmoiré, ohne AA-Filter vor dem Filter (wenn Sie sich keine Sorgen um Farbmoiré machen, brauchen Sie keinen AA-Filter).

Sie können hier einige interessante Beispiele sehen, die die ursprüngliche Canon 5D mit der Sigma SD-14 vergleichen:

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

Achten Sie besonders darauf, was beim Schießen von Farbzielen passiert, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie Details variieren können.

Abgesehen von all dem technischen Kram, womit kann der Sensor gut? Da es das volle Spektrum an jedem Pixel und unabhängig von der Farbe auf dem gleichen Auflösungsniveau erfasst, denke ich, dass es subtile Tonänderungen wirklich gut erfasst. Das bedeutet wirklich schöne Himmel oder irgendetwas anderes mit allmählichen Änderungen in Farbe oder Ton. Als solche erzeugen sie wegen der sehr glatten Übergänge zwischen den Tönen auch wirklich schöne Bilder für die Schwarzweiß-Konvertierung.

http://www.pbase.com/kgelner/image/90304998

http://www.flickr.com/photos/kigiphoto/5308324073/in/set-72157625711613108/

http://www.pbase.com/kgelner/image/108588990

(Versionen in voller Größe von jedem dieser Bilder finden Sie unter den Links).

Wo der Sensor Probleme hatte, ist mit höherem ISO - die aktuellen Kameras können ISO 3200 erreichen, wenn sie gefragt werden:

http://www.flickr.com/photos/kigiphoto/4684772878/in/set-72157624236424558/

aber wirklich 800 ist eher eine realistische Grenze für die meisten Aufnahmen (es sei denn, Sie fotografieren für Schwarzweiß und dann können diese Bilder aufgrund der Art des Rauschens wirklich gut halten).

Die Sigma-Kameras sind nicht wirklich auf Leute ausgerichtet, die mit der Fotografie beginnen, weil sie nicht viele Unterstützungsmodi oder ähnliches bieten ... also seien Sie sich dessen bewusst, wenn Sie daran denken, in das System einzusteigen. Der einfachste Weg, den Sensor selbst auszuprobieren, ist der Sigma DP-1 oder DP-2, frühere Versionen der Kameras können langsamer zu bedienen sein, aber alle geben Ihnen einen guten Eindruck von Details und Farben der Bilder Erfassung.

Beachten Sie, dass ich offensichtlich keine unvoreingenommene Quelle bin, da ich die Kameras seit langem gerne verwende. Die andere Sache, die Sie also tun sollten, bevor Sie sich eine Kamera zulegen, ist, die Bilder des Sensors genauer zu untersuchen. Ich stelle einige oben zur Verfügung und Sie können meine Websites erkunden, da ich im Allgemeinen nur mit Sigma-Kameras fotografiere, aber Sie können hier eine Menge Beispielbilder von all den verschiedenen Kameras finden, die Sigma produziert hat (auch mit Bildern in voller Größe zu finden):

http://www.pbase.com/sigmadslr

Auch im Blog von Carl Rytterfalk finden Sie eine Menge toller Informationen:

http://www.rytterfalk.com/

Irgendwo darin hat er Beispiel-RAW-Pakete, die Sie herunterladen können, und verschiedene Dinge, die über Sigma-Kameras, Objektive und den Foveon-Sensor sprechen. Er ist ein großartiger Fotograf und sehr enthusiastisch, wie Sie sehen werden, wenn Sie sich eines seiner Videos ansehen.

BEARBEITEN: Carl hat gerade einen langen Beitrag zu "Warum ich Sigma verwende" geschrieben, der sich direkt auf diese Frage bezieht:

http://www.rytterfalk.com/2011/01/20/warum-ich-sigma-wähle/

Die Zusammenfassung seiner Gründe sind:

1. Nuancen (in Farbe)
2. Dichte
3. Mikrokontrast
4. Wahre Schärfe
5. Dynamikbereich

Auf die er unter dem Link näher eingeht, zusammen mit einigen weiteren Bildern.

Eine Randbemerkung, die ich vergessen habe zu erwähnen, bezieht sich nicht wirklich direkt auf den Sensor, sondern auf die Sigma-spezifischen DSLRs, die den Foveon-Chip enthalten - Sie können sie auch problemlos für IR-Arbeiten verwenden, indem Sie einfach den Staubschutz an der Kamera entfernen ( entwickelt, um vom Benutzer entfernt und ohne Werkzeuge neu installiert zu werden).

Ich habe Sigma viel Lob dafür, dass sie etwas anderes und innovatives ausprobiert hat, und auf dem Papier ist der Foveon-Sensor eine sehr gute Idee. Ich bin jedoch nicht einverstanden mit der Art und Weise, wie Sigma ihr aktuelles Modell mit 4,6 Millionen Fotoseiten (von denen jede sowohl farb- als auch intensitätsempfindlich ist) mit einem 14-Megapixel-Sensor bezeichnet!

Die Anzahl der Fotostellen mit drei zu multiplizieren, um das Bayer-Äquivalent zu erhalten, wäre in Ordnung, wenn die Farbkanäle nicht miteinander korreliert wären. In realen Szenen variieren die Farbkanäle jedoch von leicht korreliert bis stark korreliert. Nehmen Sie dieses folgende Beispiel:

Sie haben einen 5 MP Foveon-Sensor und einen 15 MP Bayer-Sensor. Jeder Sensor hat 5 Millionen rote Pixel, 5 Millionen grüne Pixel und 5 Millionen blaue Pixel. Sie fotografieren eine graue Katze, die auf einem großen grauen Betonblock sitzt. Da das von der Szene kommende Licht grau ist, erhalten die roten, grünen und blauen Pixel in jedem Sensor alle die gleiche Lichtmenge. Beim Foveon-Sensor erhalten Sie jedoch drei identische Messwerte übereinander, was nicht sehr nützlich ist und nur 5 Millionen eindeutige Datenwerte ergibt. Im Bayer-Sensor sind sie seitlich verschoben, was potenziell 15 Millionen eindeutige Werte ergibt. Das Bayer-Bild bräuchte nicht einmal eine Demosiazierung, würde also viel mehr Details enthalten.

Dies ist ein sehr erfundenes Beispiel, aber korrelierte Farbkanäle kommen ziemlich oft vor, und deshalb funktionieren Bayer-Interpolationen. Wenn Sie ein gelbes Objekt fotografieren, gibt Ihnen der rote Messwert Aufschluss darüber, wie der grüne Messwert aussehen würde, obwohl dort im Gegensatz zum Foveon kein grünes Pixel vorhanden ist.

Bei Tests in der realen Welt entspricht die Auflösung aufgrund der Korrelation etwas mehr als dem 2-fachen von Bayer, nicht der 3-fachen Sigma-Behauptung. Das bedeutet, dass das aktuelle Flaggschiff-Foveon-Modell mit 4,6 Millionen Fotoseiten ungefähr einem 10-Megapixel-Bayer entspricht (obwohl sie immer noch etwas andere Qualitäten haben werden, zum Beispiel kein Farbmoiré im Foveon). Damit hinkt Foveon den 35-mm-DSLRs mit 24 MP etwas hinterher. Das aktuelle Foveon hat auch Probleme bei schwachem Licht, da Licht zwei Schichten darüber durchdringen muss, um die letzte Schicht zu erreichen.

Die Zukunft:

Auf dieser Grundlage wäre mein aktueller Rat, sich für eine Bayer-Kamera zu entscheiden, aber es wird interessant sein zu sehen, was die Zukunft bringt. Nach einer langen Pause hat Sigma den SD1 mit 15,4 Millionen Fotoseiten angekündigt. Es gibt noch kein Veröffentlichungsdatum, aber wenn sie dies in einem anständigen Körper durchziehen können, würde dies der 24MP Nikon D3x einen ernsthaften Kampf um ihr Geld verschaffen!

Auf der anderen Seite der Medaille steigen die Bayer-Vorsätze stetig und werden einfach durch die Wirtschaftlichkeit gestützt (immer mehr Menschen stellen Bayers in größerer Zahl her). Mit zunehmender Sensorauflösung werden Moiré und andere Bayer-Artefakte ohne entsprechende Verbesserungen der Linsenschärfe zu einem viel geringeren Problem. Schließlich wird ein Bayer-Sensor mit einer ausreichend hohen Megapixelzahl den gleichen Effekt wie der Foveon erzielen, jedoch mit den Pixeln nebeneinander und nicht übereinander.