¿Por qué los sensores de la cámara son verdes?

Cuando miro un sensor CMOS es verde.

Pero el sensor CCD. las fotos en internet muestran sensores rosados.

Entonces, ¿qué define exactamente el color de un sensor de cámara? Especialmente, ¿qué define los colores de los sensores de una hermosa videocámara 3CCD?

Miré al sensor CMOS a la luz del sol. ¿Habría alguna diferencia si lo mirara en una habitación oscura con una linterna perfectamente blanca en la mano?

El color que ves cuando miras un "sensor" generalmente está determinado por los colores combinados de las matrices de filtros de colores que se colocan directamente en frente del chip de silicona real, así como la combinación de otros filtros (paso bajo, IR, UV) colocado en la "pila" frente al sensor.

Aunque los llamamos "rojo", "verde" y "azul", los colores de la mayoría de las máscaras de Bayer son:

• 50% de píxeles "verdes" que se centran en alrededor de 530-540 nanómetros y son significativamente sensibles a la luz que varía desde aproximadamente 460 nm hasta más allá de 800 nm y el borde del rango infrarrojo. El "color" de la luz de 540 nm es un color verde ligeramente azulado .
• 25% de píxeles "azules" que se centran en alrededor de 460 nm y son significativamente sensibles a la luz que van desde el rango ultravioleta no visible hasta aproximadamente 560 nm. El "color" de la luz de 460 nm es un color violeta azulado .
• 25% de píxeles "rojos" que se centran en alrededor de 590-600 nm y son significativamente sensibles a la luz, que van desde aproximadamente 560 nm hasta el rango infrarrojo. El "color" de la luz de 600 nm es un color naranja amarillento. (Lo que llamamos "rojo" está en el otro lado de la naranja a aproximadamente 640 nm).

Los componentes de "color" de la máscara Bayer se pueden ver mirando las curvas de respuesta espectral para varios sensores:

Los "colores" a los que cada tipo de cono en la retina humana son más sensibles son similares:

Aquí hay una representación de los "colores" que los humanos perciben para varias longitudes de onda de luz:

Compare los picos de las sensibilidades anteriores con los "colores" de esas longitudes de onda a lo largo del espectro visible.

No hay recubrimientos en la mayoría de los sensores de imágenes tricolores que se centran en lo que llamamos "rojo", a pesar de todos los dibujos en Internet de sensores CMOS con matrices de filtros Bayer representados.

La mayoría de los sensores CMOS colocados en cámaras utilizadas para tomar los tipos de imágenes que consideramos "fotografía" aquí tienen una "pila" de filtros que incluyen filtros de corte infrarrojo (IR) y ultravioleta (UV) frente a la matriz de filtros de color Bayer. La mayoría también incluye un filtro de paso bajo "anti-aliasing". Incluso los diseños de sensores que se dice que no tienen "filtro de paso bajo" tienden a tener una cubierta de vidrio con el mismo índice de refracción o los dos componentes de un filtro de paso bajo orientados entre sí para que el segundo cancele el primero.

Lo que uno ve cuando mira al frente de una cámara y ve un sensor CMOS expuesto es el efecto combinado de la luz que se refleja en todos estos filtros, y está dominado por el tinte verde azulado de las porciones filtradas "verdes" de La máscara de Bayer se combina con la mitad de las porciones filtradas de color azul violeta y amarillo anaranjado que llamamos "azul" y "rojo". Cuando se ve sentado dentro de una cámara real, la mayor parte de la luz que incide en el sensor y la pila frente a él será desde un rango de ángulos bastante estrecho y generalmente será de color bastante uniforme. (El tinte púrpura en el borde del sensor Sony probablemente se deba a reflejos de luz en los ángulos correctos de los filtros de corte UV y / o IR).

Cuando hay luz de una amplia gama de ángulos que cae sobre dicho sensor sin el filtro "apilado" delante de él, también habrá un efecto prismático evidente que mostrará una gama más amplia de colores, debido a las formas de la superficie de las microlentes en la parte superior y los colores de la máscara Bayer intercalados entre las microlentes y el sensor.

Un sensor CCD o CMOS sin filtro se ve muy similar a cualquier otro circuito integrado de silicio que tiene una estructura muy regular / repetitiva de un tamaño de estructura similar: gris semimetálico (de silicio, cuarzo y aluminio) con cierta iridiscencia probablemente como resultado de los efectos de rejilla de difracción en Las finas estructuras repetitivas. Compare una DRAM desnuda o un chip de memoria flash.

Un sensor filtrado típico para un video en color o una cámara fija aparecerá de color verdoso porque las matrices de filtro de color que están muy sesgadas en verde (2 píxeles verdes por cada píxel rojo y azul) se usan muy comúnmente, ya que este sesgo de percepción también es bien conocido por existir en el ojo humano (incluso en personas sin ojos verdes :))

Personalmente he visto sensores de varios colores en diferentes cámaras; verde, rosa, azul, etc. Sin las dimensiones y detalles específicos de la construcción, es difícil decirlo, pero me imagino que el color de la mayoría de los sensores viene dado por el grosor de los recubrimientos en la parte superior del sensor. Diferentes espesores producirán diferentes colores debido a la interferencia de película delgada . Dependiendo del grosor de los recubrimientos, las diferentes longitudes de onda de la luz (es decir, los colores) interfieren destructivamente entre sí en el recubrimiento, y cualquier longitud de onda no se refleja para darle el color que ve.

La película fotográfica es naturalmente sensible solo a las frecuencias de luz violeta y azul. Hermann Vogel, profesor técnico de Berlín, intentando resolver el problema debido a la "halación". Tenía algunas emulsiones teñidas de amarillo para detener la luz azul que se exponía de los reflejos de la interfaz de base de emulsión. Funcionó, pero para su sorpresa, la película ganó sensibilidad a la luz verde (ortocromática). Sus estudiantes de posgrado descubrieron otros tintes que sensibilizan las emulsiones a la luz roja. Este fue un paso importante, las emulsiones sensibles al rojo, verde y azul, produjeron un desgarro monocromático correcto. Estas emulsiones modificadas hicieron posibles futuras películas en color.

A medida que evolucionaban el sensor CCD y CMOS, también era necesario ajustarlos en cuanto a la sensibilidad RGB. Bryce Bayer, de Eastman Kodak, desarrolló un esquema de matriz de subpíxeles que recubre las diversas fotositas con fuertes filtros de color aditivos. El esquema tiene aproximadamente 50% de filtros verdes, 25% azules y 25% rojos. Este esquema ajusta la sensibilidad general para que resulte una imagen más fiel.

Debido a que el sensor de imagen es altamente sensible a la radiación infrarroja, se filtra toda la superficie de imagen y esta cubierta de vidrio plana cumple la función de duelo y protege la superficie frágil de la abrasión. Una cubierta de vidrio está altamente pulida, por lo que, al igual que las lentes pulidas, induce una pérdida de luz debido a la reflexión de la superficie.

Robert Taylor, óptico de Londres, descubrió que las lentes envejecidas adquirieron una capa natural de mugre de la contaminación del aire. Estas lentes "florecidas" se reflejaron solo un 2%, mientras que una nueva lente se reflejó un 8%. La floración artificial (revestimiento) se afianzó en la década de 1930.

La lente recubierta o la cubierta de vidrio parece dicroica. Se ve un color por transmisión y el color opuesto por reflexión. Digamos que la capa es para controlar los reflejos rojos y azules, la lente aparece verde por la luz reflejada y magenta por la luz transmitida. Debido a que la mayoría de estos vidrios son multicapa, una observación casual da poca pista sobre qué color se está mitigando.