Ряд производителей использует для мозаичного светофильтра субтрактивную схему, в которой применяется CMY-синтез. Однако, как и в случае со струйными принтерами, используется дополнительный цвет – зелёный, поэтому схема эта обозначается C–Y–G–M (cyan–yellow–green–magenta, циан–жёлтый–зелёный–пурпурный). Появление зелёных светофильтров обусловлено теми же, что и в аддитивной схеме, причинами – чувствительностью к зелёному человеческого зрения и ПЗС-матрицы. Субтрактивные схемы отличаются более точной передачей яркостной характеристики изображения, однако при этом они менее точно регистрируют цветовую составляющую снимка.

Субтрактивная схема

Впрочем, в аддитивной схеме зачастую также встречаются «посторонние» цвета. В частности, разработчики Sony в модели DSC-828 половину «зелёных» элементов заменили сине-зелёными, именуемыми emerald («изумрудный»), данный вариант Байеровской схемы получил обозначение R–G–B–E. В отличие от цианового эти цвета отличаются более тёмным оттенком и – по замыслу создателей – должны расширить диапазон регистрируемых оттенков цвета и обеспечить более точную цветопередачу.

Аддитивная схема Sony

В 2007 году концерн Eastman Kodak предложил вообще отказаться от светофильтров для половины пикселей, оставив их для регистрации исключительно яркостной характеристики изображения. По словам разработчиков новой технологии, 2/3 светового потока, падающего на ПЗС-матрицу, «съедается» светофильтрами, поэтому отказ от них должен значительно улучшить динамический диапазон снимка.

Аддитивные схемы Kodak

Расположение «чистых» (так разработчики Kodak именуют лишённые светофильтров ПЗС-элементы) пикселей может быть самым разным, однако открытым остаётся вопрос, насколько сильно отказ от светофильтров повлияет на цветопередачу снимков.

Следует отметить, что с 2002 года схема с интерполяцией цвета обрела соперника в лице матриц многослойной структуры, в которых цвет регистрируется так же, как и в классической фотографии, – все оттенки основных цветов в каждом пикселе, причём при однократной экспозиции. Основной разработчик сенсоров, использующих «слоёную» технологию, фирма Foveon сравнивает эффект от появления многослойных матриц с эффектом, возникшим при создании трёхслойных цветных плёнок, а существующую схему с интерполяцией цвета, по мнению разработчиков Foveon, должна постигнуть участь автохромного метода, то есть забвение.

В основе новой разработки используется разделение изображения на основные цвета за счёт того, что коэффициент поглощения светового излучения зависит от его длины волны, поэтому фотоны «разного цвета» проникают в слой кремния на разную глубину. Например, «синие волны» обладают наименьшей проникающей способностью, а «красные» – наибольшей. В сенсоре Foveon светочувствительный элемент каждого пикселя состоит из трёх слоев.

Матрица Foveon

Слои эти входили друг в друга, как матрёшки. Чередуясь по типу основных носителей (n-типа и p-типа), каждый следующий слой образовывал новую потенциальную яму – в зависимости от слоя, для электронов либо для «дырок». Толщина и материал подбирались таким образом, чтобы разделение проникающих фотонов происходило именно по тем диапазонам спектра, которые содержат основные цвета. Затем потенциалы ям считывались и каждый пиксель получал «истинное неинтерполированное» значение цвета.

Но как у каждой новой технологии, у этой схемы есть ряд побочных эффектов. Вот лишь некоторые из них.

Хорошо известно негативное влияние блюминга – переполнения потенциальной ямы пикселя с «разливом» избыточного заряда по соседним пикселям. Изучены также сложности, возникающие при нейтрализации этого эффекта. В многослойных матрицах блюминг становится «трёхмерным» – избыточный заряд может перетекать не только в соседние пиксели, но и в «чужие» слои. При этом вертикальный электронный дренаж (то есть подача на подложку матрицы потенциала, «вытягивающего» избыточные электроны из потенциальной ямы) практически невозможен, ведь «разноцветные» ямы пикселя расположены одна над другой. Ну а реализация бокового дренажа (то есть своеобразной канавки рядом с потенциальной ямой, в которую можно «сбросить» избыточный заряд) приводит к значительному уменьшению площади светочувствительной области.

Следует помнить, что при распределении фотонов по слоям часть их неизбежно будет поглощена при переходе из одного слоя в другой. В результате чувствительность матрицы опять-таки ослабляется.

При съёмке с максимально открытой диафрагмой увеличивается процент лучей, падающих на поверхность сенсора под большим углом. Даже в обычных матрицах данная проблема требует применения непрозрачной решётки либо микролинз. В многослойных ЭОП преломление света на стыке слоёв матрицы может привести к проникновению в «чужой» слой фотонов, попавших в пиксель под большим углом.

Однако предположим, что разработчикам каким-то образом удалось разрешить все вышеперечисленные проблемы. Означает ли это, что многослойные матрицы при этом раз и навсегда заменят сенсоры «классической» конструкции? Вряд ли.

При одинаковом разрешении и равных габаритах потенциальные ямы пикселей матриц, построенных по Байеровской схеме, всегда будут обладать большей глубиной, чем у «слоёных» сенсоров. Соответственно, шире будет и динамический диапазон. Человеческий глаз устроен таким образом, что яркость для него важнее, чем цвет. И если кадр идеален по цветопередаче, но все освещённые участки представляют собой белые пятна, а тени – чёрные, то такое изображение никто не назовёт удачным снимком – ни профессионал, ни любитель.

Динамика продаж фотоаппаратов Sigma SD9, SD10 и SD14, оборудованных «слоёными» сенсорами Foveon, отнюдь не поражает воображение. В целом вряд ли можно утверждать, что матрицы с интерполяцией цвета в скором времени перестанут пользоваться интересом среди разработчиков цифровой фототехники. Ведь в отличие от автохромных фотопластинок фирмы «Люмьер» цифровые «зёрна крахмала» обладают весьма надёжным тылом в виде производительных процессоров и «хитрых» алгоритмов, позволяющих получить полноцветное изображение объекта съёмки, на 99,99% соответствующее оригиналу.

Продолжение следует

Итак, процесс получения «цифрового негатива» описан полностью. В следующей статье будет рассказано о маленьких хитростях, используемых производителями для повышения объёмов продаж.