Zasada działania przetworników obrazu w aparatach cyfrowych jest prosta: światło przechodząc przez układ filtrów jest rozdzielane na barwy składowe (RGB), które następnie są rejestrowane przez umieszczone poniżej fotodiody. Szczegółowo mechanizm ten opisaliśmy w artykule Typy matryc aparatów cyfrowych, wspominając jednocześnie o wadach takiego rozwiązania. Jedną z nich jest niska – w porównaniu z fotografią tradycyjną – rozpiętość tonalna fotografowanego obrazu.

Ilustracja budowy przetwornika obrazu z filtrem barwnym na przykładzie popularnej matrycy bayerowskiej.

Firma Kodak, po pięciu latach badań opracowała metodę filtrowania światła białego, która umożliwi za pomocą stosowanych dzisiaj przetworników CCD i CMOS rejestrować obraz o rozpiętości tonalnej od 1 do 2 EV wyższej niż pozwalał na to klasyczny filtr bayerowski.
Projekt filtra barwnego drugiej generacji (Color Filter Array 2.0) opiera się na założeniu, że oprócz rejestrowania natężenia trzech barw podstawowych, matryca będzie również mierzyła natężenie światła nie rozszczepionego (tzw. luminancję) dla każdego punktu obrazu. Będzie to osiągane przez dodanie do układu trzech filtrów barwnych punktów "czystych" (tzw. panchromatycznych), przepuszczających pełne spektrum światła. Opracowane przez firmę Kodak algorytmy pozwolą na odczytanie z takich punktów matrycy pełniejszych informacji o jasności obrazu niż jest w stanie dostarczyć światło przefiltrowane.

Różnica pomiędzy konstrukcją filtra stosowanego w matrycy bayerowskiej (z lewej) a Color Filter Array 2.0 (z prawej).

Poprzez połączenie ze sobą danych o barwach składowych (tzw. chrominancji) z informacjami o luminancji możliwe będzie odtworzenie obrazu o większej rozpiętości tonalnej i mniejszym zaszumieniu. Ta ostatnia cecha pozwoli z kolei zwiększyć czułość ISO cyfraków i lepiej rejestrować obraz przy słabym oświetleniu. Ceną za to jest konieczność opracowania bardziej złożonych algorytmów interpretujących sygnał z przetwornika, a także zmniejszenie się rozdzielczości obrazu zarejestrowanego przez matrycę – każdy piksel musi być bowiem składany nie z czterech, lecz z szesnastu punktów składowych.

W zależności od budowy przetwornika obrazu oraz jego oprogramowania może zostać wykorzystany jeden z kilku wzorów matrycy.

Inżynierowie z laboratoriów Kodaka przewidują, że w zależności od mocy obliczeniowej urządzenia, producenci sprzętu foto i wideo mogą zechcieć wykorzystać różne układy filtrów nowej generacji. Trzy zaprojektowane wzory pozwolą konstruować matryce o wysokiej precyzji obrazu, wymagające silnego procesora oraz takie, których sygnał będzie znacznie łatwiejszy do przetworzenia na gotowy obraz. W każdym z nich została zachowana stała proporcja pikseli: znana z matrycy bayerowskiej dwukrotnie większa liczba komórek zielonych aniżeli czerwonych i niebieskich oraz równa sumie trzech pól barwnych liczba komórek nie filtrujących światła.
Nowa technologia w większym stopniu niż wcześniejsze przypomina sposób rejestrowania obrazu świata przez nasze oczy. Na nowej matrycy znajdują się bowiem punkty rejestrujące światło o słabym natężeniu, za to nie rejestrujące kolorów – są to odpowiedniki pręcików. Z kolei komórki z filtrami RGB odpowiadają działaniu czopków, pełniących w oku rolę receptorów barw (co ciekawe, wrażliwych na ten sam zestaw barw składowych). Ponadto w ludzkim oku znajduje się znacznie więcej pręcików niż czopków, co odpowiada konstrukcji nowych filtrów Kodaka, w których punkty "czyste" pokrywają połowę powierzchni światłoczułej.

Strona producenta: www.kodak.com

Zobacz także:
Typy matryc aparatów cyfrowych