Warum sind Kamerasensoren grün?

Wenn ich mir einen CMOS-Sensor anschaue, ist er grün.

Aber CCD-Sensor. Fotos im Internet zeigen rosa Sensoren.

Was genau definiert die Farbe eines Kamerasensors? Vor allem was macht die Farben der Sensoren eines wunderschönen 3CCD-Camcorders aus?

Ich schaute im Sonnenlicht zum CMOS-Sensor. Würde es einen Unterschied geben, wenn ich es in einem dunklen Raum mit einer perfekt weißen Taschenlampe in der Hand betrachte?

Die Farbe, die Sie sehen, wenn Sie einen "Sensor" betrachten, wird normalerweise durch die kombinierten Farben der farbigen Filterarrays bestimmt, die direkt vor dem eigentlichen Silikonchip platziert sind, sowie durch die Kombination anderer Filter (Tiefpass, IR, UV) in den "Stapel" vor dem Sensor gelegt.

Obwohl wir sie "rot", "grün" und "blau" nennen, sind die Farben der meisten Bayer-Masken:

• 50% "grüne" Pixel, die auf etwa 530-540 Nanometer zentriert sind und für Licht im Bereich von etwa 460 nm bis über 800 nm und den Rand des Infrarotbereichs erheblich empfindlich sind. Die "Farbe" von 540 nm Licht ist eine leicht bläulich grüne Farbe .
• 25% "blaue" Pixel, die auf etwa 460 nm zentriert und für Licht im Bereich von nicht sichtbarem Ultraviolett bis etwa 560 nm erheblich empfindlich sind. Die "Farbe" von 460 nm Licht ist eine bläulich-violette Farbe .
• 25% "rote" Pixel, die auf etwa 590-600 nm zentriert sind und für Licht im Bereich von etwa 560 nm bis weit in den Infrarotbereich erheblich empfindlich sind. Die "Farbe" von 600 nm Licht ist eine gelblich-orange Farbe. (Was wir "rot" nennen, ist bei ungefähr 640nm auf der anderen Seite von Orange).

Die "Farb" -Komponenten der Bayer-Maske lassen sich anhand der spektralen Antwortkurven für verschiedene Sensoren erkennen:

Die "Farben", auf die jeder Zapfentyp in der menschlichen Netzhaut am empfindlichsten ist, sind ähnlich:

Hier ist eine Darstellung für die "Farben", die Menschen für verschiedene Wellenlängen des Lichts wahrnehmen :

Bitte vergleichen Sie die Spitzen der obigen Empfindlichkeiten mit den "Farben" dieser Wellenlängen entlang des sichtbaren Spektrums.

Bei den meisten dreifarbigen Bildgebungssensoren gibt es keine Beschichtungen, die sich auf das konzentrieren, was wir "rot" nennen. Alle Zeichnungen im Internet von CMOS-Sensoren mit Bayer-Filter-Arrays sind hier ungeachtet dargestellt.

Die meisten CMOS-Sensoren in Kameras, die für die Aufnahme der von uns als "Fotografie" betrachteten Bildtypen verwendet werden, verfügen über einen "Filterstapel", der sowohl Infrarot- (IR) als auch Ultraviolett- (UV) Sperrfilter vor dem Bayer-Farbfilterarray enthält. Die meisten enthalten auch einen Tiefpassfilter ("Anti-Aliasing" -Filter). Selbst Sensorkonstruktionen, von denen gesagt wird, dass sie "kein Tiefpassfilter" haben, neigen dazu, entweder ein Deckglas mit dem gleichen Brechungsindex oder die beiden Komponenten eines Tiefpassfilters so zueinander auszurichten, dass das zweite das erste aufhebt.

Was man sieht, wenn man in die Vorderseite einer Kamera schaut und einen belichteten CMOS-Sensor sieht, ist der kombinierte Effekt des Lichts, das von allen Filtern reflektiert wird, und wird von der leicht bläulich-grünen Tönung der "grünen" gefilterten Bereiche der Kamera dominiert Bayer-Maske kombiniert mit halb so vielen blau-violetten und orange-gelben gefilterten Anteilen, die wir "blau" und "rot" nennen. Bei Betrachtung in einer tatsächlichen Kamera kommt der größte Teil des Lichts, das auf den Sensor und den Stapel davor fällt, aus einem relativ engen Winkelbereich und weist normalerweise eine relativ gleichmäßige Farbe auf. (Der violette Farbton am Rand des Sony-Sensors ist wahrscheinlich auf Lichtreflexionen zurückzuführen, die genau im rechten Winkel zu den UV- und / oder IR-Sperrfiltern liegen.)

Wenn Licht aus einem weiten Winkelbereich auf einen solchen Sensor fällt, ohne dass der Filter "gestapelt" ist, ist auch ein prismatischer Effekt erkennbar, der aufgrund der Oberflächenformen eine breitere Farbpalette aufweist der Mikrolinsen oben und der Farben der Bayer-Maske zwischen Mikrolinsen und Sensor.

Ein ungefilterter CCD- oder CMOS-Sensor sieht jeder anderen integrierten Siliziumschaltung sehr ähnlich, die eine sehr regelmäßige / sich wiederholende Struktur mit ähnlicher Strukturgröße aufweist - ein halbmetallisches Grau (aus Silizium, Quarz und Aluminium) mit einem gewissen Schimmer, der wahrscheinlich aus Beugungsgittereffekten in resultiert die feinen, sich wiederholenden Strukturen. Vergleichen Sie einen leeren DRAM oder Flash-Speicherchip.

Ein gefilterter Sensor, der für ein Farbvideo oder eine Standbildkamera typisch ist, erscheint grünlich, da Farbfiltermatrizen, die stark grün vorgespannt sind (2 grüne Pixel für jedes rote und blaue Pixel), sehr häufig verwendet werden, da eine solche Wahrnehmungsvorspannung auch bekannt ist existieren im menschlichen Auge (auch bei nicht grünäugigen Personen :))

Ich habe persönlich Sensoren verschiedener Farben in verschiedenen Kameras gesehen. Grün, Rosa, Blau usw. Ohne die spezifischen Abmessungen und Konstruktionsdetails ist es schwer zu sagen, aber ich würde mir vorstellen, dass die Farbe bei den meisten Sensoren durch die Dicke der Beschichtungen auf dem Sensor bestimmt wird. Unterschiedliche Dicken erzeugen aufgrund von Dünnfilmstörungen unterschiedliche Farben . Abhängig von der Dicke der Beschichtungen stören sich verschiedene Wellenlängen des Lichts (dh der Farben) in der Beschichtung selbst und alle Wellenlängen werden nicht zurückreflektiert, um Ihnen die Farbe zu geben, die Sie sehen.

Der fotografische Film ist von Natur aus nur für violette und blaue Lichtfrequenzen empfindlich. Hermann Vogel, Professor Berlin Technical, versucht so das Problem durch "Lichthof" zu lösen. Er ließ einige Emulsionen gelb färben, um blaues Licht abzufangen, das durch die Reflexionen von der Grenzfläche zwischen Emulsion und Basis freigelegt wurde. Das hat geklappt, aber zu seinem Erstaunen wurde der Film empfindlicher für grünes Licht (orthochromatisch). Seine Doktoranden entdeckten, dass andere Farbstoffe Emulsionen für rotes Licht sensibilisieren. Dies war ein wichtiger Schritt, Emulsionen, die gegenüber Rot, Grün und Blau empfindlich waren, ergaben ein korrektes monochromatisches Zerreißen. Diese optimierten Emulsionen ermöglichten zukünftige Farbfilme.

Da sich der CCD- und der CMOS-Sensor weiterentwickelten, war es auch notwendig, sie hinsichtlich der RGB-Empfindlichkeit zu optimieren. Bryce Bayer von Eastman Kodak hat ein Subpixel-Matrixschema entwickelt, mit dem die verschiedenen Fotosites mit stark additiven Farbfiltern beschichtet werden. Das Schema besteht aus ungefähr 50% grünen, 25% blauen und 25% roten Filtern. Durch dieses Schema wird die Gesamtempfindlichkeit so angepasst, dass ein originalgetreueres Bild entsteht.

Da der Bildsensor sehr empfindlich gegenüber Infrarotstrahlung ist, wird die gesamte Bildoberfläche gefiltert, und dieses flache Deckglas leistet Duellarbeit und schützt die zerbrechliche Oberfläche vor Abrieb. Ein Deckglas ist hochglanzpoliert, so dass es wie polierte Linsen einen Lichtverlust aufgrund von Oberflächenreflexionen hervorruft.

Robert Taylor, Optiker in London, entdeckte, dass gealterte Linsen durch Luftverschmutzung eine natürliche Schmutzschicht aufwiesen. Diese "geblühten" Linsen reflektierten nur 2%, während eine neue Linse 8% reflektierte. Das künstliche Ausblühen (Beschichten) setzte in den 1930er Jahren ein.

Die beschichtete Linse oder das Deckglas erscheint dichroitisch. Es sieht durch Transmission eine Farbe und durch Reflexion die entgegengesetzte Farbe aus. Angenommen, das Fell soll rote und blaue Reflexionen kontrollieren, die Linse erscheint grün durch reflektiertes Licht und magenta durch durchgelassenes Licht. Da die meisten dieser Gläser mehrfach beschichtet sind, gibt eine gelegentliche Beobachtung wenig Aufschluss darüber, welche Farbe gemildert wird.