36 Schichten Sensor - Foveon-artig

DrZoom · 08. Okt. 2014

http://www.mirrorlessrumors.com/new-tfd-foveon-alike-sensor-has-36-layers

Spanish researcher from the University of Granada announced a new kind of sensor having 36 different colored layers(!). It works just like the Sigma Foveon sensor but Sigma uses only three layers (Red-Green-Blue) aligned vertically one below the other. The current Sigma and Bayer sensors only extracts information from one of these three colours (RGB) in each pixel within the image. To extract the information from the rest of colours in each pixel, it is necessary to apply algorithms which in most cases are among manufacturers’ best-kept secrets.

The new 36 layer sensor named "Transverse Field Detectors (TFD)" can obtain up to twelve times more color information than the human eye!

According to the PI in this group, Miguel Ángel Martínez Domingo:

“the new sensors developed at the Polytechnic University of Milan are called Transverse Field Detectors (TFD) and they are capable of extracting the full colour information from each pixel in the image without the need for a layer of colour filter on them.
In order to do so, they take advantage of a physical phenomenon by virtue of which each photon penetrates at a different depth depending on its wavelength, i.e., its colour. In this way, by collecting these photons at different depths on the silice surface of the sensor, the different channels of colour can be separated without the necessity of filters.”

There is yet no info about when these kind of sensor will make it into a real mass production camera.

Mir fehlt da jetzt vor allem die eigentliche Neuigkeit. Das ist doch 100% ganz genau dasselbe, was Sigma bei Foveon längst genauso macht. Nur mit noch mehr Schichten. Wo genau ist da also jetzt das Problem mit dem zuvielen Rauschen addressiert ?

Nur mal zur Erläuterung: so wie ich das verstanden habe, ist das Grundproblem bei Foveon, das die oberen Schichten blau und grün und rot abfangen, die mittlere dann nur noch grün und rot, und die unterste Schicht dann nur noch rot.

D.h. am Ende wird die unterste Schicht genommen, um festzustellen, wieviel von dem Signal der obersten und mittleren Schicht denn wohl rot war, und die mittlere Schicht wird zur Separierung von grün und blau herangezogen.

Leider ist die unterste Schicht aber durch die darüberliegenden Schichten verdunkelt und damit ist das Signal schwach und ergo stark verrauscht. Das Problem der mittleren Schicht ist ähnlich gelagert.

Ich sehe jetzt nicht, wie 36 Schichten an dieser Problematik etwas ändern würden.

FaceGB · 09. Okt. 2014

Das klingt ja eher so als würden eben keine Schichten gebraucht:

...and they are capable of extracting the full colour information from each pixel in the image without the need for a layer of colour filter on them.

Und dann wäre das natürlich schon ein Fortschritt und rauschfreier als die Foveons.

Zuseher · 09. Okt. 2014

Müsste ich es für die Sendung mit der Maus erklären, würde ich es wie einen Trichter mit unterschiedlich grösser werdenden Löchern darstellen.

Die Trennung des Lichtes erfolgt über die unterschiedliche Wellenlänge des Lichtstrahles, das kurzwellige Licht fällt dabei eher "zum Loch raus" als das langwellige Licht, dass länger braucht "bis zum passenden Loch" so ganz laienhaft gesprochen.

Wie auch immer das auf dem Baustein dann funktionieren soll in der Praxis, irgendwie wird die unterschiedliche Lichtwellenlänge dabei ausgenutzt, was ja auch erstmal sehr logisch klingt.

Gast_165699 · 09. Okt. 2014

Das klingt für mich teilweise etwas dubios:
Weil der Sensor 12x mehr Schichten aufweist als ein Foveon-Sensor kann er deswegen - welch Zufall - "obtain 12x more color information than the human eye"?
(Wieviel Farbinformation, in Zahlen ausgedrückt, kann das menschliche Auge denn aufnehmen sodass man von 12x soviel sprechen kann?)

MrWahoo · 09. Okt. 2014

lynx_at schrieb:
"obtain 12x more color information than the human eye"?

Damit komme ich auch gar nicht klar. Demnach würde das menschliche Auge also auch nur drei Farben aufnehmen und diese (im Gehirn) mischen?

Abgesehen davon, Informationen, die ein Auge nicht aufnehmen kann, wie werden die dann dargestellt?

Entweder stehe ich gerade voll auf dem Schlauch (durchaus möglich) oder der Schreiber des Artikels meinte vielleicht den Vergleich zu einem herkömmlichen Sensor. Das würde ja dann durchaus Sinn ergeben.

@DrZoom: spontan hätte ich gesagt, dass die 36 Schichten das selbe Problem haben wie die Foveons. Aber vielleicht stehe ich auch gleich zwei mal auf dem Schlauch :ugly:

DrZoom · 09. Okt. 2014

FaceGB schrieb:
Das klingt ja eher so als würden eben keine Schichten gebraucht:

Der Satz, den du zitierst, sagt aus, das kein Bayer-Farbfilter über dem Sensor liegt.

http://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

Zuseher schrieb:
Müsste ich es für die Sendung mit der Maus erklären, würde ich es wie einen Trichter mit unterschiedlich grösser werdenden Löchern darstellen.

Würde das so wirklich stimmen, wie du das erklärst, bestände dann ja gar kein Rauschproblem.

lynx_at schrieb:
Das klingt für mich teilweise etwas dubios:
Weil der Sensor 12x mehr Schichten aufweist als ein Foveon-Sensor kann er deswegen - welch Zufall - "obtain 12x more color information than the human eye"?

Ja, das ist die ganze Aussage. Für wissenschaftliche Anwendungen klingt das btw ganz nützlich. Nur den Fortschritt für normale Fotografie mag ich nicht zu erkennen. Und wie gesagt - das Problem mit dem Rauschen bleibt bestehen.

Release Candidate · 09. Okt. 2014

MrWahoo schrieb:
Demnach würde das menschliche Auge also auch nur drei Farben aufnehmen und diese (im Gehirn) mischen?

Ja, so ist es http://de.wikipedia.org/wiki/Zapfen_(Auge)

Release Candidate · 09. Okt. 2014

Wer wirklich was ueber den Sensor und den Unterschied zum Foveon lesen will, kann das hier: http://canal.ugr.es/index.php/infor...-12-times-more-information-than-the-human-eye

This particular advantage has already been put to good use in previous cases, such as the X3 of Foveon Inc (USA). However, what is new about TDF is the fact that, by applying a transversal electric field of varying and controlled intensity, “we can modulate the depth at which the photons in each colour channel are collected. This offers the possibility of fine tuning the way in which these sensors turn the light they receive into electric signals”, according to the PI in this project.

DaBest · 09. Okt. 2014

Ah, es gibt also wohl jetzt nutzbare(?) Farbsensoren, statt nur Schwarzweiß.

Wenn sie das produziert kriegen, freue ich mich schon.

Otzuka · 09. Okt. 2014

Theoretisch möglich, aber wohl sehr praxisfern! Einen CMOS Sensor mit über 36 pn Übergängen (untereinander!) herzustellen ist wohl momentan genau so wenig machbar wie ein daraus sinnvoll nutzbares Signal zu erhalten.

Release Candidate · 09. Okt. 2014

Otzuka schrieb:
Theoretisch möglich, aber wohl sehr praxisfern! Einen CMOS Sensor mit über 36 pn Übergängen (untereinander!) herzustellen ist wohl momentan genau so wenig machbar wie ein daraus sinnvoll nutzbares Signal zu erhalten.

Wer redet von CMOS? Ausserdem ist die Formulierung 'Schichten' zumindest irrefuehrend.
Und niemand (ernstzunemehndes

redet davon, den Sensor in einer 'normalen' Kamera zu verwenden. Es geht vor allem darum, mehr Daten in einem Bild zu erhalten, ist also vor allem fuer alle Varianten der elektr. Bildverarbeitung (nein, _Be_arbeitung mit PS ist was anderes) interessant.

DrZoom · 09. Okt. 2014

Es ist also genau so, wie ich gedacht habe - wissenschaftliche Anwendungen gibts dafür schon, aber das alte Problem mit dem Rauschen der Foveon-Sensoren wird damit kein bisschen besser.

Und ich gehe schon davon aus, das wieder CMOS verwendet wird ? CCD rauscht ja noch mehr, außer man kühlt den Sensor.

Steht auch z.B. hier: http://www.researchgate.net/publica...le_of_on-line_tuning_of_the_spectral_response

"Active Pixel" ist die CMOS Technologie.

asterix_at · 10. Okt. 2014

Wenn man sich den Originalartikel durchliest, dann klingt das ganz anders.
http://www.opticsinfobase.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-53-13-C14
Da sind keine 36 Schichten vorhanden. Der TFD-Sensor kann auch nur bis zu 5 Spektralbereiche pro Belichtung auslesen, davon sind allerdings 2 im Infrarot, weshalb sich die Autoren auf die 3 Kanäle im sichtbaren Bereich beschränkt haben.

Das Prinzip ist zwar das gleiche wie beim Foveon-Sensor, allerdings ist die Auslesetechnik anders, und, was viel wichtiger ist, man kann durch Variieren der Spannung verschiedene Spektralbereiche auslesen. Belichtet man also mehrfach, und variiert bei jeder Belichtung die angelegte Spannung, dann kann man ein Mehrfaches an Spektralbereichen auslesen. Der verwendete Sensor erlaubt 8 Variationen, das macht theoretisch 8x3=24 verschiedene auslesbare Farbkanäle. Allerdings stellt das Rauschen ein Problem dar, was ein sinnvolles Rückrechnen auf die einzelnen Farben stark limitiert.

Die Forscher haben verschiedene Konfigurationen getestet, und als optimal hat sich dabei eine Mischung aus TFD und Farbfiltern herausgestellt. Die beste der getesteten Konfigurationen war dabei die folgende: 6 verschieden Farbfilter, zwei Belichtungen des TFDs, bei dem jeweils 3 Kanäle ausgelesen werden. Ergibt insgesamt 6x2x3=36 verschiedene Farbkanäle.

Otzuka · 10. Okt. 2014

Release Candidate schrieb:
Wer redet von CMOS? Ausserdem ist die Formulierung 'Schichten' zumindest irrefuehrend.
Und niemand (ernstzunemehndes redet davon, den Sensor in einer 'normalen' Kamera zu verwenden. Es geht vor allem darum, mehr Daten in einem Bild zu erhalten, ist also vor allem fuer alle Varianten der elektr. Bildverarbeitung (nein, _Be_arbeitung mit PS ist was anderes) interessant.

Ich rede davon und du solltest dich evtl. in das Thema "CMOS" etwas einlesen um zu verstehen was es eigentlich bedeutet

DrZoom · 10. Okt. 2014

Mit "CMOS Sensor" meint man in der Fotografie das hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Active_pixel_sensor

An active-pixel sensor (APS) is an image sensor consisting of an integrated circuit containing an array of pixel sensors, each pixel containing a photodetector and an active amplifier. [...] Such an image sensor is produced by a CMOS (and is hence also known as a CMOS sensor) or NMOS process (branded Live MOS), and has emerged as an alternative to charge-coupled device (CCD) image sensors. [...]

Aber man befrage mich nicht nach weiteren Details - wie genau CMOS und CCD jetzt eigentlich funktionieren, dazu habe ich noch keine Quelle gefunden, die ich wirklich verstehe.

Otzuka · 14. Okt. 2014

DrZoom schrieb:
Mit "CMOS Sensor" meint man in der Fotografie das hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Active_pixel_sensor
Aber man befrage mich nicht nach weiteren Details - wie genau CMOS und CCD jetzt eigentlich funktionieren, dazu habe ich noch keine Quelle gefunden, die ich wirklich verstehe.

CCD (coupled charge device) arbeitet über eine Ladungsverschiebung. Das heißt das die gesammelte Elektronenmenge in jedem Pixel Zeilenweise zum auslesen an den Rand des Sensors geschoben wird.

APS-CMOS Sensoren hingegen arbeiten über Spannungswerte die direkt aus dem Pixel ausgelesen werden. Ein APS-Pixel (aktiver Pixelsensor) besteht aus mindestens 3 Transistoren und verstärkt das Signal schon im Pixel bevor es weitergeleitet wird und entweder on chip per ADC (weniger Ausleserauschen) oder off chip (höheres Ausleserauschen vorallem bei niedrigen ISO's) konvertiert wird.

Nimrais · 14. Okt. 2014

Otzuka schrieb:
CCD (coupled charge device) arbeitet über eine Ladungsverschiebung. Das heißt das die gesammelte Elektronenmenge in jedem Pixel Zeilenweise zum auslesen an den Rand des Sensors geschoben wird.

APS-CMOS Sensoren hingegen arbeiten über Spannungswerte die direkt aus dem Pixel ausgelesen werden. Ein APS-Pixel (aktiver Pixelsensor) besteht aus mindestens 3 Transistoren und verstärkt das Signal schon im Pixel bevor es weitergeleitet wird und entweder on chip per ADC (weniger Ausleserauschen) oder off chip (höheres Ausleserauschen vorallem bei niedrigen ISO's) konvertiert wird.

Weiss man auch wie ein Schichtensensor arbeitet? CCD wird wohl vor allem günstiger sein als APS. Grosse Sensoren sind ja heute noch weitgehendst CCD (ausnahme der neue Sony 44*33mm CMOS).
Da beim Schichtsensor der Platz enger wird (in der höhe) wird eine CCD ähnliche Konstruktion sinnvoller sein wenn man hohe Auflösungen erreichen möchte.

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