Saturday, June 23, 2012

Nikon'un geliştirdiği LBCAST algılayıcı

Çeşitli kaynaklardan çevirerek derlediğim ve Nikon firmasının 2003 yılında D2H kamerasında kullandığı ve adına LBCAST denen sensör hakkında bilgi

Nikon firması Temmuz 2003’de Nikon’un amiral gemisi konumundaki D2H kamerasını LBCAST isminde CCD ve CMOS dan farklı yeni bir sensör kullanarak pazara sunduğunu açıkladı. Bu sensör hızlı, düşük noise ve  enerjiyi verimli kullanıyordu. Nikonun LBCAST sensörü ne CMOS nede CCD idi. Bu sensör, Nikon’ un CCD ve CMOS teknolojilerinin avantajlarının birleştirilmesiyle geliştirilmiş yepyeni bir kavramdır. Geleneksel sensörlerden farklı olarak enerjiyi az kullanır. Daha az karanlık parazit üretirler. Görüntü işleme, renk, kontrast ve hassasiyette daha iyidirler. Nikon 1980 yılından bu yana CCD’den farklı bir sensör geliştirmeye çalışıyordu ve sonunda başarmıştı.
LBCAST sensörü CCD ve CMOS ile kıyasladığımızda; CMOS’un enerji verimi ve makinenin çekime hazır hale gelme hızına karşı CCD genellikle daha az parazit (noise) üretir. Bu anlamda LBCAST sensörün her iki teknolojiyi de birleştiren bir kavramdır.
Akla hemen LBCAST sensörü CMOS tabanlı mıdır sorusu gelmektedir?.  Nikon çalışmaya başladığı 1980’li yıllarda düşük sinyalleri yüksekten sensörler zaten mevcuttu ve CMOS diye bir isim de yoktu. CMOS, LBCAST için çevresel devre olarak kullanılabilir. 

AYDINLANMA ÖNCELİKLİ NE DEMEK?

Eğer bir filmin katmanlarına bakıyor olsaydık, hangi katmanda hangi rengin oluştuğunu söylememiz zor olacaktı. Çünkü ışık filme çarparak görüntüyü oluşturur. Bu çarpma anında yüzlerce polimerden oluşan şeffaf katmanlar bu ilginç dizaynı oluşturmaktadır. Değişik açılardan yansıyan ışıklar, değişik uzunluklardadır, çünkü değişik açılardan gelmektedirler. Bu ışık teorisinin bir parçasıdır. Şimdi sormamız gereken soru; Işığın,  fotoğrafla arasındaki bağlantısı nedir ve film renkleri nasıl kaydeder. Değişik dalga boyundaki ışıklar, farklı açılarla filmin üzerinde bulunan birbirinden farklı katmanlara çarparak onunla etkileşime girer ve fotoğrafı oluştururlar. Filmde her 3 ana rengin tespit edildiği katmanlar bulunmaktadır. Diğer renkler ise bu katmanların çeşitli etkileşimleriyle oluşmaktadır.

Diğer taraftan; dünyayı nasıl gördüğümüze bir bakalım. Gözlerimiz, detayları ışık içinde görür. Nesneleri kameranın gördüğü şekilde yani kırmızı, yeşil ve mavi katmanları olarak görmeyiz. Film katmanları arasına değişik dalga boyunda ışık geldiğinde uygun katmanda görüntüyü tespit etmek üzere, görüntüyü oluşturan mekanizmayı tetikler. Gözlerimiz nesneleri filmden farklı görürler. Detaylar en üstte yer alan aydınlanma katmanında yakalanırlar. Bu aydınlanma katmanı LB-CAST sensörünün  netliği ve detayı en çok yakaladığı yerdedir.

Aydınlanma öncelikli renkli algılayıcının (LPCS) yapısı

Bir LPCS algılayıcı bir sürü algılayıcı elementin yerleştirildiği yarı iletken tabanlı bir teknolojidir. Bu algılayıcı elementlerin 2 tane görevi vardır.

1-) Yarı iletken alt tabakasının dışında yer alan renkleri algılayan katman; Frekans bandındaki ışığın yoğunluğunu ölçerek, en az bir tane renge karşılık gelen değeri algılar.

2-) En az bir rengin algılandığı katmanın dışındaki katmanda aydınlanmayı ölçer.

Bu icadın yapılmasındaki ana amaç elektronik bir algılayıcının üzerindeki bir katmanda oluşan aydınlanmanın insan gözüyle çok benzer tepkiler vermesidir. Bu nokta normal CCD ve CMOS’ ta farklılık göstermektedir. Bu anlamda LPCS algılayıcı insan gözüne en yakın sistem olarak düşünülebilir.
Hatırlayın aydınlanma=detay’dır. Çok aydınlanma sağlarsanız çok detay elde edersiniz.
Bu Photoshop’taki netleştirme özelliği gibidir. PS’ nin sırrı netleştirilen bir fotoğraftadır. PS’da fotoğrafın uç noktaları etrafındaki özel yerlerden gelen renklerden çoğu zaman yalnızca BEYAZ rengin aydınlığını kullanarak netlik yapmaktadır. PS’nin algoritması konunun uç noktalarındaki temel renklerin aydınlığından yararlanma eğiliminde olup,  netleştirmeyi bu sayede yapmaktadır.

Aydınlanma öncelikli renkli algılayıcı ne demek?

Renk algılama sönsörünün ilk algılama tabakası; Işık kaynağından gelen ışığın ilk spektrumuna tepki verecek şekilde dizayn edilmiştir. Ayrıca en az bir tane ikincil spektruma tepki verecek ve ilk spektruma tepki veren  katmandan farklı bir ikinci katman daha bulunur. İkincil spektruma tepki verecek katman, ilk spektruma tepki verecek katmanı dengelemek için dikey düzlemde yerleştirilmiştir.

Geleneksel CCD ve Aydınlanma öncelikli renkli algılayıcı

Geleneksel CCD sensör yapısı








802: Renkleri algılayan tabaka
804: CCD algılaycı
806: Diod
808: Yeşil renk filtresi
810: Işık demeti
812: Mavi filtre
814: Kırmızı filtre

(802) Renkli matriks tabaka CCD algılayıcısının (804) üstüne ince bir tabaka halinde yerleştirilmiştir. Her bir diodun (806) üstünde renkleri yakalayan bir filtre vardır (808). Bu filtre ışık demetini (810) filtre eder. Bu tipik Bayer dizilimi, birçok dijital makine ve aygıt için kullanılmaktadır. 
LBCAST Sensörün yapısı
1002: Basit CCD katmanı; Görünüşe göre CCD’de değişemeyecek bir katman.
1004: Bilinen CCD algılayıcı dizilimi. Bu da yeni değil
1006: Kırmızı renk yutuluyor. Yeşil renk 1004 nolu katmanın üstünden geçiyor.   Bu filtre SARI filtrenin altınadır.
1008: Diğer bir CCD algılayıcı dizisi katmanı.
1010: 1008 katmanı üzerine yerleştirilmiş diğer bir sarı filtre
1012: En üste bir dizi algılayıcı yerleştirilmiştir.
1014: Bir kırmızı ışık demeti 1006 nolu CYAN filtre onu yutmadan önce 1008 ve 1012 katmanları tarafından teşvik edilerek geçişi..
1016: Bir yeşil ışık demetinin algılayıcıya girişi 1004, 1008 ve 1012 katmanları tarafından teşvik ediliyor. Yeşilin yakalanma seviyesi maksimumda.
1018: Bir mavi ışık demetinin algılayıcıya girişi sadece en üstteki katman 1012 tarafından teşvik ediliyor.

ÖZET

Görüntüyü oluşturan her noktaya olan erişim eşit miktarda ve 3 renginde bulunduğu düzlemde gerçekleşmekte ve bu sayede parlak bir nokta veya dar beyaz bir çizgi bile aynı renk üzerinde diğerlerinden bağımsız olarak algılanarak matriks ile hizalanmaktadır. Bu buluş ile; Mevcut teknolojide renkte insan eliyle yapılmış izlenimini uyandıran harelenmeler ortadan kaldırılmıştır.

Burada CCD ve JEFT LBCAST algılayıcı arasındaki fark anlatılmaktadır. Dijital kameralara algılayıcılar yerleştirilmeye başlandığından bu yana KIRMIZI, YEŞİL ve MAVİ renge aynı anda ve eşit miktarda erişim CCD’de  maalesef mümkün değildir.  Çünkü renkleri yakalayan hücrelerin yerleşim mimarisi gereği bu imkansızdır. Aşağıdaki şekilde bir CCD algılayıcıdaki renk yakalama hücrelerinin dizilimi görülmektedir. Buraya dikkat; KIRMIZI rengi tespit eden hücrenin etrafında 4 YEŞİL ve 4 MAVİ renk tespit hücresi, MAVİ rengi tespit eden hücrenin etrafında 4 KIRMIZI ve 4 YEŞİL renk tespit hücresi ama YEŞİL renk tespit eden hücrenin etrafında sadece 2 KIRMIZI ve 2 MAVİ renk tespit hücresi bulunmaktadır. Bu durumda kameranın mikro bilgisayarı YEŞİL renk tespit hücresinin etrafındaki 2 KIRMIZI ve 2 MAVİ rengi tespit eden hücrelerin yokluğu nedeniyle YEŞİL rengi direkt olarak görememekte ve bunu interpolasyon denilen hesaplama tekniğine göre hesaplamaktadır.
CCD Sensörde renk filtrelerinin dizilimi

LB-CAST sensörde ise renk yakalama birden çok filtre kullanarak yapılabilmektedir. Bu filtreler yansıma yaparak tüm renklere erişimi sağlamaktadır. Bu yöntem ise harelenme etkisini azaltmaktadır, çünkü renk yakalama olayı katmanlarda gerçekleşmektedir ve renk yakalama hücrelerin sıralamasına bağlı değildir. Algılayıcının dizaynından dolayı mavi renk 2 defa yansıdığı ve kırmızı rengin ise yine dizayn nedeniyle doğal olarak algılayıcıyı daha fazla etkilediğinden, algılayıcıda elde edile IŞIK/AYDINLANMA oranı birbirine eşit olmaktadır.

Bu algılayıcı ile ilgili patent kurulunun görüşü; Dijital fotoğrafçılık için dramatik bir iyileşmeyi temsil eden, pazarda tüm elektronik cihazlarda kullanılabilecek yeni bir dünyanın kapılarını açacak pratik bir algılayıcı olduğu yönündedir. Aydınlanma öncelikli bu sensör görüntü netliği ve renklerde oluşan harelenme etkisini minimize ettiği ve yarattığı yenilikler nedeniyle kendisinden önce gelen tüm bu teknolojileri geride bırakmıştır.

Çok ilginç bir açıklama değil mi? tek katmanlı bir algılayıcı da en az 3 farklı katmandan oluşan bir algılayıcı kadar renk algılama gibi benzer bir fonksiyonu yerine getirebilmektedir. Bu olay sadece dijital fotoğraf makinelerinde değil, diğer video kameralarda da kullanılabilecektir. Bir çoğumuz 3 CCD'li yüksek teknoloji ürünü kameralar alırken, bu algılayıcı sayesinde bu güne kadar görüntü algılayıcıları hakkında öğrendiklerimiz değişeceğe benziyor.

Peki Nikon neden bu algılayıcıyı sadece DH2 modelinde kullandı ve sonra kullanıma devam etmedi. Bunun kesin cevabını Nikon yetkilileri verebilir ama izin verirseniz bende bir tahminde bulunmak istiyorum. LBCAST sensörünün geliştirme maliyetinin çok yüksek olduğunu Nikon yetkilileri bildirmişlerdi. Hatta 1 sensörün, 1 kameranın fiyatından daha pahalıya mal olduğunu da açıklayan yine Nikon yetkilileriydi. Büyük bir ihtimalle bu sensörün sadece Nikon marka kameralarda kullanılması durumunda üretim maliyeti yine yüksekte kalacağı için, araştırmaya daha fazla para ayırmak istemeyerek en ölümcül  hatayı yaptılar. DSLR kameraları için CCD sensör kullanmaya karar verdiler. Bu onlar için resmen yıkım olacaktı. Çünkü düşük ışık koşullarında 400 ISO’da bile inanılmaz GREN (noise, kumlama, parazit, gürültü..) oluşuyordu. O dönemde birçok profesyonel Nikon kullanıcısı; Hem bu CCD sensör kullanımı sonucu oluşan GREN nedeniyle hemde Nikon’un piyasada tam kare algılayıcılı kamerası olmadığı için Canon 5D’ye geçtiler.


No comments:

Post a Comment