Матрица цифрового фотоаппарата. Сенсоры Fuji Photo Film

Как заявляют представители компании Fuji Photo Film, первый цифровой фотоаппарат был произведен ими в далеком теперь 1988 году. Тогда выпускалось довольно небольшое количество цифровых фотокамер, соответственно соперничать с Fuji Photo Film и составлять ей сколько-нибудь значительную конкуренцию в производстве цифровиков было практически некому. Но время шло, и с развитием технологий на рынке производства цифровых камер в игру вступали все новые игроки, и в начале девяностых годов прошлого века и другие известные японские компании — Canon, Minolta, Nikon, Olympus – также занялись разработкой и выпуском цифровых фотоаппаратов помимо производства традиционных пленочных камер. И постепенно как раз именно эти компании и стали лидерами на этом рынке, устанавливая свои стандарты на цифровую фотографическую технику так же, как перед этим они делали это в отношении техники для пленочных технологий.

Тем не менее, в середине девяностых годов прошлого века только некоторые модели цифровых фотокамер имели разрешение около двух миллионов пикселей, могли похвастать качественной оптической системой и богатыми функциональными настройками — такие фотоаппараты в то время относили к разряду профессиональных. В основной же массе были любительские фотокамеры с очень низким (по теперешним меркам) разрешением в пределах одного мегапикселя. И до самого конца прошлого века цифровые фотоаппараты так и были практически экзотическими устройствами. Стоили они очень дорого (цена на некоторые модели достигала нескольких тысяч долларов), и их непомерно высокое соотношение цены и качества приводило к тому, что они были доступны очень небольшой части покупательской массы. Правда, нужно отметить, что за выпуск цифровых камер уже к концу двадцатого столетия принялись производители, выпускавшие компьютерную и бытовую технику, такие как Sony, Toshiba, Samsung, Epson, JVC и другие.

Все это привело к необычайному ужесточению конкуренции на рынке цифровой фототехники. Компании Fuji Photo Film пришлось искать новые способы для того, чтобы привлечь внимание покупателей к своей продукции. И вот специалистами компании была разработана фирменная матрица по технологии, которая получила название Super CCD Honeycomb. Она была разработана для того, чтобы увеличить площадь фотодиодов в каждом пикселе. Такая технология позволила бы увеличить светочувствительность и расширить динамический диапазон. Базируется она на той же архитектуре CCD IT, но использует уникальную топологию (фотосенсоры, из которых состоит матрица, имеют вид шестиугольников, поэтому матрица выглядит как пчелиные соты, отсюда и оригинальность названия технологии – Honeycomb – пчелиные соты). Сама компания Fuji Photo Film утверждает, что вследствие такой топологии можно более эффективно использовать площадь матрицы, так как количество света, падающего на единицу поверхности матрицу, получается больше, отсюда получается и более широкий динамический диапазон. Также были изменены цепи для передачи электрических сигналов с целью увеличения скорости их передачи от сенсора до чипа. В итоге сенсор показывал неплохие результаты по вертикальному и горизонтальному разрешениям, к которым вследствие особенностей своего строения привык человеческий глаз.

В 1999 году была разработана Super CCD первого поколения. Она обладала следующими особенностями: массив пикселей, которые были расположены линейно, был повернут на 45°, при этом каждый фотодиод приобрел форму восьмиугольника. Эту инновационную систему отличала сбалансированная комбинация разрешения, светочувствительности, разрешающей способности, соотношения сигнал/шум, глубины цвета, да еще при всем при этом она обладала повышенной светочувствительностью. В 2001 году эта технология по праву была удостоена престижной премии Walter Kosonocky Award за успехи в области твердотельных сенсоров изображений.

В 2001 году ей на смену пришла Super CCD следующего, второго поколения. В ней было принято решение увеличить число фотодиодов, приходящееся на единицу ее площади, и включен механизм подавления шумов. Все это в комплексе позволило довольно ощутимо повысить резкость получаемого конечного изображения.

Третье поколение Super CCD увидело свет в 2002 году. Тут появилась реализация записи видео в формате VGA (до 30 фреймов в секунду), а также новый алгоритм обработки данных, позволяющий увеличить светочувствительность до 1600 единиц в эквиваленте ISO.

В дальнейшем Fuji Photo Film приняла решение устранить недостатки обычных сенсоров при получении изображений высокой контрастности, которые содержат как темные, так и светлые участки. При фотосъемке в темных областях обычно наблюдается снижение деталировки, а в светлых происходит засвечивание, из-за которого часть изображения получается однородно светлого тона. Для исправления этих недостатков компанией были сконструированы матрицы Super CCD 4-го поколения, в которых используются парные фотодиоды, расположенные в виде двойных ячеек (две соты в одной). По утверждению Fuji Photo Film, таким способом сконструированная матрица может работать с падающим световым лучом любой интенсивности. Это в значительной мере увеличивает динамический диапазон и интервал экспозиции фотокамеры. В каждой паре один из фотодиодов настраивается на высокую светочувствительность, а второй, соответственно, на низкую. Теоретически появляется возможность производить фотосъемку даже в условиях очень неблагоприятной освещенности, и вроде как на отснятых изображениях должны получаться хорошо проработанными мелкие детали как на ярко освещенных участках, так и на тех, которые затемнены, чего очень трудно добиться при съемке фотоаппаратом с обычной CCD-матрицей. Но, к сожалению, на практике, в отличие от теории, при низкой освещенности чудес не происходит, несмотря на то, что по заявлению компании, так называемая SR-матрица позволяет в четыре раза повысить динамический диапазон по сравнению с обычным одинарным фотодиодом. В реальности SR-матрица работает так: одна половина сенсоров (большие S-pixel) отвечает за чувствительность, а другая (маленькие S-pixel) — за диапазон.


Super CCD SR

Если отбросить субъективное мнение Fuji Photo Film, то такие матрицы следует условно называть (N+N)-пиксельными, хотя сама компания настаивает на удвоении в своих фотоаппаратах размерности (2xN). При этом выпущенные в 2003 году Super CCD-матрицы 4-го поколения с разрешением 6,03-мегапикселов позволяют либо получать изображения с эффективным разрешением 12-мегапикселей (матрица Super CCD HR), либо увеличивать вчетверо динамический диапазон получаемого изображения (матрица Super CCD SR).

Итак, не меняя общей технологии CCD IT, компания Fuji Photo Film в матрицах Super CCD первого поколения обеспечила получение более сбалансированных характеристик, в матрицах Super CCD второго поколения двигалась по пути увеличения разрешения, в третьем поколении уделила особое внимание увеличению светочувствительности, а в четвертом поколении Super CCD SR почти в четыре раза расширила динамический диапазон.

Технология Fuji Super CCD является интересной альтернативой для камер, обеспечивающих (пусть и хитростью) высокое разрешение по приемлемой цене. Сегодня данная технология вполне отработана, и ее качество не вызывает нареканий.

25 июня 2009
Раздел: Статьи

Связной

Комментарии

Есть мнение о написанном в статье? Напишите свой комментарий!