Merhaba Dostlar;

Geçen sayılarımızda görüntü algılayıcılardan bahsetmiş, aslında onların renkli görüntü üretemediklerini belirtmiştik. Görüntü algılayıcılarının ürettikleri siyah beyaz görüntünün gerçek renklerine ulaşması için kullanılan sistemleri incelemeye başlamıştık. Önceki sayımızda renk üretim sistemleri içinde en yaygın olan "Bayer Filtre"yi dilimiz döndüğünce yalın haliyle açıklamaya çalışmıştık. Bu sefer yine tek bir algılayıcı üzerinde renk oluşturma sistemlerinden biri olan "Foveon"la devam edelim. 

Foveon X3 Sensörü

Orijinal adıyla " Foveon X3 CMOS direct sensor technology"  sistemi Sigma Foveon firmasının geliştirdiği bir görüntü algılayıcıdır. Foveon Bayer'e göre farklı bir renk üretim sistemine sahiptir. Renkler, üç ana renge ait üst üste katmanlar halindeki fotohücreler aracılığıyla oluşur. Her katman 3 ana rengi oluşturan belirli bir dalga boyu arasındaki ışığı algılar. Üç katmanın oluşturduğu sinyaller işlenerek görüntünün 3 ana rengine ve sonrasında görüntünün tamamının renklerine ulaşılır. 

Foveon'un yapısında en üstte mavi, ortada yeşil, en altta kırmızı algılayıcı hücre grubu, katmanı vardır. Işığın bu katmanlardan geçişi sırasında oluşan kayıplara karşı en alttaki kırmızı algılayıcı yapı daha derin, sonra yeşil, en üst en ince katmanda da mavi hücreler sıralanmıştır. Ana renkler Bayer'deki gibi ayrı 4 lü hücrelerde değil, 3 ana rengin katmanlarındaki tüm hücrelerde oluşur. Başka bir deyişle Foveon da ana renkler hücrelerde %100, Bayer'de ise hatırlayalım %50 yeşil, %25'er kımızı ve mavi olarak paylaşılır. 

Foveon da debayering ve anti alliasing işlemleri yoktur. Özellikle renklerin oluşumu sürecindeki debayering ve anti alliasing filtre uygulamalarından kaynaklanan sorunlar olmaması, Foveon renk sisteminin Bayer'e göre en büyük avantajıdır. Foveon bu yüzden görece daha detaylı, doğrusal, kaliteli renk üretimi sağladığı iddiasıyla tanıtılmıştır. Bazı karşılaştırmalı testlerde Bayer e göre renk, gürültü ve keskinliğin daha iyi olduğu belirtilmiştir. 

FOVEON X3 Renk Katmanları

Foveon'nun aslında renkli film teknolojinsinden esinlenilerek tasarlandığını söyleyebiliriz. Foveon x3 sensörü ilk olarak 2002'de Sigma SD DSLR makinelerde kullanılmıştır. Günümüzde yaygınlığı ve kullanımı yok denecek kadar azdır. 

3 CCD Renk Sistemi

Kameralarda renkli görüntü elde etmek için Bayer ve Foven gibi tek bir algılayıcı (tek sensörlü) sistemlerinden farklı olarak 3 algılayıcılı teknolojiler de yaygın olarak kullanılıyor. Sistemin temeli, tüm renklerin, her bir ana renge ait bağımsız 3 ayrı algılayıcı tarafından oluşturulmasıdır. Günümüzde cmos tipi algılayıcılar kullanılsa da bu sistem yaygın olarak "3 CCD" olarak bilinir. 

Lensten geçen ışık bir ışın bölücü prizma (dichroic prism, beam spliter) aracılığıyla 3'e bölünür ve  RGB ana renklere ait CCD'lere yönlendirilir. Işık CCD ye ulaşmadan önce o renge ait renk filtresi diyebileceğimiz ve belirli bir bant aralığındaki dalga boylarının geçebildiği filtreden (bandpass fitler) geçerek CCD'yi pozlar. Sonuçta 3 algılayıcıda aynı görüntünün kırmızı, mavi ve yeşil resim katmanları oluşur. 

Işın Bölücü Dikroik Prizma

Kamerada CCD Blok Dikroik Prizma

Grafikte görüldüğü gibi dikroik prizma gelen ışığı aslında ikiye ayırır, yeşil ışık doğrudan yeşil algılayıcıya gider. Tasarımcıların bu tercihinin nedeni insan gözünün yeşile hassasiyetinin fazla olması, kırmızı ve mavi gibi prizmadan kırılarak, yansıyarak geçmeden, ışığın daha az kayıpla doğrudan yeşil algılayıcıya ulaşmasıdır. Hatırlarsınız geçen sayımızda Bayer renk filtrelerini incelerken aynı gerekçeyle hücrelerin renk diziliminde mavi ve kırmızı hücrelerin iki misli yeşil hücre olduğundan bahsetmiştik.

Dikroik Prizma ve 3CCD Blok

Dikroik Prizma

3 Ayrı CCD'de oluşan eldeki bu kırmızı, mavi, yeşil 3 ayrı resim üst üste çakıştırılarak renklerin tamamı yani beyaz meydana getirilir. Konvergens (convergence, registration) denilen ve çok hassas bir çalışma gerektiren bu çakıştırma işlemi 3 algılayıcının bir "CCD blok" haline getirilmesi sırasında fabrikada mükemmel hassaslıkta yapılır ve sistem mühürlenir. Bu sistemlerin kullanıldığı kameralar genellikle gövdelerinde 3CCD logosuyla belirtilir.

CCD'ler geliştirilmeden önce kullanılan resim tüpleri zamanındaki ilk renkli televizyon kameralarında da aynı 3 algılayıcı, yani 3 tüplü sistemler kullanılırdı. Fakat 3 ana renk tüpünün görüntülerinin üst üste çakıştırılması, konvergens ayarı çok zor ve zaman alan bir işlemdi. Bu işlem tüplerin fiziksel olarak mikron boyutlarda kaydırılmasıyla geçekleştirilirdi. Kameranın kullanımındaki hareketler ve titreşimler nedeniyle zaman içinde konvergens ayarı bozulur ve her seferinde teknisyenler ekrana verdikleri ızgara paterniyle renkleri çakıştırmaya çalışırlardı. Öyle ki, malum tüpler (lambalar, vacuum tube) ısı üreten cihazlar olduğu için uzun çekimlerde kameranın iç ısısının yükselmesiyle oluşan genleşmeler sonucu çekim devam ederken dahi konvergens ayarı bozulabilirdi. Mesleğe başladığım yıllarda kullandığımız Bosch Fernseh marka lambalı kameralarda bu yüzden çalışmaya çok ara verdiğimizi hatırlıyorum.  

3CCD Dikroik Prizma RGB Renk Kanalları

İlk renkli televizyon yayınlarının 1950'lerde başlamasından beri 3 algılayıcı sistemler sadece profesyonel televizyon kameralarında kullanılıyor. Işık hassasiyeti diğer sistemlere göre yüksek olduğu için stüdyo ortamlarında tercih edilir. Dolayısıyla neredeyse tüm dünyada televizyon stüdyolarında 3CCD'li (Broadcast) kameralar kullanılır. Televizyon sistemindeki kamera kontrol ünitesi (CCU) aracılığıyla aynı yapımda kullanılan çok sayıdaki kameranın renklerinin ayarlanması ve eşlenmesinin bu sistemde çok daha kolay olması 3CCD teknolojisinin diğerlerine göre bir başka avantajıdır. 

Günümüz dijital kameralarında kullanılan en yaygın iki sistem Bayer filtre ve 3CCD dir. 3CCD nin Bayer filtreye karşı avantaj ve dezavantajlarını ana haylarıyla şöyle sıralayabiliriz;

3CCD ve Bayer Filtre Moiré Pattern Karşılaştırması

3CCD ve Bayer Filtre Renk Girişimi Karşılaştırması

• 3CCD'de renkler bağımsız olarak ayrı ayrı kontrol edilebilir.
• Geniş renk gamına sahiptir.
• Daha doğrusal ve keskin renk geçişlerine sahiptir.
• Düşük ışıkta resim oluşturma ve renk ayrımı çok iyidir.
• Bayer filtredeki gibi renklerdeki kayıplardan dolayı yapılan interpolation (demosaicing) işlemleri yoktur.
• Daha düşük gürültü ve yüksek seçiciliğe sahiptir.
• 3CCD sistemlerde "moire" etkisi çok düşüktür. 
• 3CCD sistemlerde 3 algılayıcı kullanıldığı için maliyetleri daha yüksek, dolayısıyla daha pahalıdır.
• 3CCD bloğu diğer sistemlere göre daha büyük bir hacim ve alan gerektirdiği için kameraları küçültmek mümkün değildir.

Küçük yazı dizimizde kamerlarda görüntü ve renklerin nasıl oluştuğuna göz atmaya çalıştık. Yaş itibarıyla benim kuşağım özellikle son 30 yılda kameralardaki gelişmeleri adım adım izledik. Siz de takdir edersiniz ki bu gelişmelerin en önemli iki ayağını CCD ve Bayer filtrenin icadı oluşturuyor. Ben de  bu vesileyle CCD'nin mucitleri Willard S. Boyle ve George E. Smith’e ile hayatımızı renklendiren Bruce E. Bayer'e tüm kameramanlar ve tüm insanlık adına minnetimi ifade etmek isterim.

Hoşça kalın…..