ทำไมเซ็นเซอร์กล้องถึงเป็นสีเขียว

เมื่อฉันดูเซ็นเซอร์ CMOS มันเป็นสีเขียว

แต่เซ็นเซอร์ CCD ภาพถ่ายในอินเทอร์เน็ตแสดงเซ็นเซอร์สีชมพู

ดังนั้นสิ่งที่กำหนดสีของเซ็นเซอร์กล้องอย่างแน่นอน? โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งที่กำหนดสีของเซ็นเซอร์ของกล้องวิดีโอ 3CCD ที่งดงาม?

ฉันมองไปที่เซ็นเซอร์ CMOS ท่ามกลางแสงแดด จะมีความแตกต่างไหมถ้าฉันมองมันในห้องมืดที่มีไฟฉายสีขาวอยู่ในมือฉัน

สีที่คุณเห็นเมื่อดูที่ "เซ็นเซอร์" มักจะถูกกำหนดโดยสีที่รวมกันของอาร์เรย์ฟิลเตอร์สีที่วางอยู่ด้านหน้าชิปซิลิโคนจริงโดยตรงรวมถึงฟิลเตอร์อื่น ๆ (Low-pass, IR, UV) วางไว้ที่ "stack" ด้านหน้าเซ็นเซอร์

แม้ว่าเราจะเรียกมันว่า "สีแดง", "สีเขียว" และ "สีฟ้า" แต่สีของหน้ากากไบเออร์ส่วนใหญ่ก็คือ:

• พิกเซล 50% "สีเขียว" ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ประมาณ 530-540 นาโนเมตรและมีความไวต่อแสงอย่างมีนัยสำคัญตั้งแต่ประมาณ 460nm ถึง 800nm ​​ที่ผ่านมาและขอบของช่วงอินฟราเรด ว่า "สี" ของแสง 540Nm เป็นสีเขียวสีฟ้าเล็กน้อย
• พิกเซล "สีน้ำเงิน" 25% ที่อยู่ตรงกลางประมาณ 460nm และมีความไวต่อแสงอย่างมากตั้งแต่ช่วงอัลตราไวโอเลตที่มองไม่เห็นจนถึงประมาณ 560 นาโนเมตร ว่า "สี" ของ 460nm แสงเป็นสีฟ้าสีม่วง
• พิกเซล "แดง" 25% ที่อยู่กึ่งกลางประมาณ 590-600nm และมีความไวต่อแสงอย่างมากตั้งแต่ประมาณ 560nm ไปจนถึงช่วงอินฟราเรด ว่า "สี" ของ 600Nm แสงเป็นสีเหลืองสีส้มสี (สิ่งที่เราเรียกว่า "สีแดง" อยู่อีกด้านหนึ่งของสีส้มที่ประมาณ 640nm)

ส่วนประกอบ "สี" ของหน้ากากไบเออร์สามารถมองเห็นได้โดยการดูกราฟการตอบสนองเชิงสเปกตรัมสำหรับเซ็นเซอร์ต่างๆ:

"สี" แต่ละชนิดของกรวยในเรตินาของมนุษย์นั้นไวต่อสิ่งที่คล้ายกันมากที่สุด:

นี่คือตัวแทนของมนุษย์ "สี" ที่รับรู้ถึงความยาวคลื่นแสงต่าง ๆ :

โปรดเปรียบเทียบยอดของความไวแสงด้านบนกับ "สี" ของความยาวคลื่นเหล่านั้นตามสเปกตรัมที่มองเห็นได้

ไม่มีการเคลือบบนเซ็นเซอร์ภาพสามสีส่วนใหญ่ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่สิ่งที่เราเรียกว่า "สีแดง" ภาพวาดทั้งหมดบนอินเทอร์เน็ตของเซ็นเซอร์ CMOS ที่มีอาร์เรย์ตัวกรองของไบเออร์แสดงให้เห็น

เซ็นเซอร์ CMOS ส่วนใหญ่ที่อยู่ในกล้องที่ใช้สำหรับการถ่ายภาพประเภทที่เราพิจารณาว่า "การถ่ายภาพ" ที่นี่มีตัวกรอง "สแต็ค" ที่มีทั้งตัวกรองอินฟราเรด (IR) และรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ด้านหน้าตัวกรองสีไบเออร์ ส่วนใหญ่ยังมีตัวกรอง "การลดนามแฝง" low pass แม้แต่การออกแบบเซ็นเซอร์ที่มีการกล่าวว่า "ไม่มีตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำ" มีแนวโน้มที่จะมีกระจกหน้าปกที่มีดัชนีการหักเหของแสงเดียวกันหรือส่วนประกอบทั้งสองของตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำที่มุ่งเน้นซึ่งกันและกัน

สิ่งที่เห็นเมื่อมองเข้าไปที่ด้านหน้าของกล้องและเห็นเซ็นเซอร์ CMOS ที่ได้รับการสัมผัสคือผลรวมของแสงที่สะท้อนตัวกรองเหล่านี้ทั้งหมดและโดดเด่นด้วยโทนสีเขียวสีน้ำเงินเล็กน้อยของส่วนที่กรอง "สีเขียว" ของ หน้ากากไบเออร์รวมกับสีม่วงน้ำเงินและส้มเหลืองจำนวนครึ่งที่เราเรียกว่า "สีน้ำเงิน" และ "สีแดง" เมื่อนั่งดูภายในกล้องจริงแสงส่วนใหญ่ที่กระทบกับเซ็นเซอร์และสแต็คด้านหน้าจะมาจากมุมที่ค่อนข้างแคบและมักจะมีสีค่อนข้างสม่ำเสมอ (โทนสีม่วงที่ขอบของเซ็นเซอร์ Sony อาจเกิดจากแสงสะท้อนที่มุมฉากจากฟิลเตอร์ UV และ / หรือ IR cut)

เมื่อมีแสงจากมุมกว้างที่ตกลงมาบนเซ็นเซอร์ที่ไม่มีตัวกรอง "สแต็ค" ด้านหน้ามันก็จะมีเอฟเฟ็กต์ปริซึมที่เห็นได้ชัดซึ่งจะแสดงช่วงสีที่กว้างขึ้นเนื่องจากรูปร่างของพื้นผิว ของ microlenses ด้านบนและสีของหน้ากาก Bayer ที่คั่นกลางระหว่าง microlenses และเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์ CCD หรือ CMOS ที่ไม่มีการกรองนั้นมีลักษณะคล้ายกับวงจรรวมซิลิคอนอื่น ๆ ที่มีโครงสร้างปกติ / ทำซ้ำขนาดโครงสร้างที่คล้ายกันมาก - สีเทาเมทัลลิคเมทัลลิก (จากซิลิกอนควอตซ์และอลูมิเนียม) โครงสร้างที่ดีและทำซ้ำ เปรียบเทียบ DRAM หรือชิปหน่วยความจำแฟลชเปล่า

เซ็นเซอร์ที่กรองโดยทั่วไปสำหรับวิดีโอสีหรือกล้องถ่ายรูปจะปรากฏเป็นสีเขียวเนื่องจากเมทริกซ์การกรองสีที่มีความเอนเอียงอย่างมาก (พิกเซลสีเขียว 2 พิกเซลสำหรับทุกพิกเซลสีแดงและสีน้ำเงิน) เป็นที่นิยมใช้กันมาก มีอยู่ในสายตามนุษย์ (แม้ในบุคคลที่ไม่ได้มีตาสีเขียว :))

ฉันเห็นเซ็นเซอร์สีต่างๆในกล้องที่ต่างกันเป็นการส่วนตัว สีเขียว, ชมพู, น้ำเงินและอื่น ๆ หากไม่มีขนาดและรายละเอียดที่เฉพาะเจาะจงในการก่อสร้างมันยากที่จะพูด แต่ฉันจินตนาการว่าสีของเซ็นเซอร์ส่วนใหญ่ได้รับจากความหนาของสารเคลือบผิวที่อยู่ด้านบนของเซ็นเซอร์ ความหนาต่างกันจะให้สีที่ต่างกันเนื่องจากสัญญาณรบกวนแบบฟิล์มบาง ความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกัน (เช่นสี) ขึ้นอยู่กับความหนาของการเคลือบนั้นจะไปรบกวนการเคลือบของตัวเองและสิ่งที่ความยาวคลื่นไม่สะท้อนกลับจะให้สีที่คุณเห็น

ฟิล์มถ่ายภาพนั้นไวต่อแสงสีม่วงและสีฟ้าตามธรรมชาติเท่านั้น เฮอร์มันน์โวเกิลศาสตราจารย์เบอร์ลินเทคนิคัลพยายามแก้ไขปัญหาเนื่องจาก“ การหยุดชะงัก”, เขามีอิมัลชั่นย้อมสีเหลืองเพื่อจับแสงสีน้ำเงินที่เผยออกมาจากการสะท้อนจากส่วนต่อประสานฐานอิมัลชัน ภาพยนตร์เรื่องนี้ทำงานได้ แต่เพื่อความประหลาดใจของเขาภาพยนตร์ได้รับความไวต่อแสงสีเขียว (orthochromatic) นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขาค้นพบสีย้อมอื่น ๆ อิมัลชันไวต่อแสงสีแดง นี่เป็นขั้นตอนสำคัญอิมัลชันที่มีความอ่อนไหวต่อสีแดงสีเขียวและสีน้ำเงินให้ผล monochromatic ที่ถูกต้อง อิมัลชันที่ปรับแต่งแล้วเหล่านี้ทำให้ฟิล์มสีในอนาคตเป็นไปได้

เมื่อ CCD และ CMOS senor วิวัฒนาการขึ้นจึงจำเป็นต้องปรับแต่งความไวแสง RGB ไบรซ์ไบเออร์แห่งอีสต์แมนโกดักได้พัฒนาโครงร่างเมทริกซ์พิกเซลย่อยเคลือบผิวของแสงที่หลากหลายด้วยฟิลเตอร์สีที่แข็งแกร่ง โครงร่างมีตัวกรองสีเขียวประมาณ 50%, สีฟ้า 25% และตัวกรองสีแดง 25% รูปแบบนี้ปรับแต่งความไวโดยรวมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ภาพที่น่าเชื่อถือยิ่งขึ้น

เนื่องจากเซ็นเซอร์รับภาพมีความไวสูงต่อการแผ่รังสีอินฟราเรดพื้นผิวการถ่ายภาพทั้งหมดจึงถูกกรองและฝาครอบแก้วแบบแบนนี้ทำหน้าที่ดวลและปกป้องพื้นผิวที่บอบบางจากการเสียดสี ฝาครอบแก้วนั้นมีความมันเงาสูงเช่นเดียวกับเลนส์ที่มันทำให้เกิดการสูญเสียแสงเนื่องจากการสะท้อนของพื้นผิว

โรเบิร์ตเทย์เลอร์นักแว่นตาในลอนดอนค้นพบว่าเลนส์วัยชราได้รับเสื้อคลุมธรรมชาติจากมลภาวะทางอากาศ เลนส์“ บาน” นี้สะท้อนออกไปเพียง 2% ในขณะที่เลนส์ใหม่สะท้อนออกไป 8% ดอกไม้ประดิษฐ์ (การเคลือบ) เกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930

เลนส์ที่เคลือบหรือฝาครอบแก้วจะปรากฏเป็นเส้นตรง มันดูสีเดียวจากการส่งสัญญาณและสีตรงกันข้ามด้วยการสะท้อน เสื้อคลุมคือการควบคุมการสะท้อนแสงสีแดงและสีน้ำเงิน, เลนส์ปรากฏเป็นสีเขียวโดยแสงสะท้อนและสีม่วงแดงโดยแสงส่งผ่าน เนื่องจากแก้วแบบนี้ส่วนใหญ่เคลือบหลายชั้นการสังเกตแบบไม่เป็นทางการจึงให้เงื่อนงำเล็กน้อยว่าสีใดที่ถูกลดทอนลง