Супер CCD: Эволюция сенсоров Fujifilm

Введение

Super CCD – это запатентованное устройство с зарядовой связью, разработанное компанией Fujifilm с 1999 года. В Super CCD используются восьмиугольные, а не прямоугольные пиксели. Это позволяет достичь более высокого горизонтального и вертикального разрешения (за счет диагонального разрешения), чем у традиционного сенсора с эквивалентным числом пикселей. 21 января 2003 года Fujifilm представила четвертое поколение сенсоров SuperCCD в двух вариантах: SuperCCD HR и SuperCCD SR. HR означает «высокое разрешение», а SR – «супердинамический диапазон». Сенсор SR имеет два фотодиода на светочувствительный элемент, один значительно больше другого. Правильная обработка информации от обоих позволяет получить более широкий диапазон яркости от черного к белому (динамический диапазон). Сенсоры Super CCD HR 4-го поколения расположены под углом 45 градусов к горизонтали. Для преобразования изображений в стандартную ориентацию пикселей (горизонталь/вертикаль) выполняется интерполяция одного пикселя между каждой парой сенсоров, что позволяет получить 12 записанных мегапикселей из 6 эффективных. Fujifilm утверждает, что сенсоры HR Super CCD 5-го поколения также расположены под углом 45 градусов, но не используют интерполяцию. Однако не объясняется, как сенсоры преобразуют изображение в пиксели горизонтальной/вертикальной ориентации без интерполяции. 29 июля 2005 года Fujifilm анонсировала камеры с сенсорами Super CCD HR 5-го поколения: FinePix S5200 (S5600) и FinePix S9000 (S9500). FinePix F10 и F11 были выпущены позднее в 2005 году. В 2006 году Fuji представила 6-е поколение сенсора Super CCD (размер 1/1.7", 6.3 миллиона эффективных пикселей, за исключением F40fd с размером 1/1.6", 8.3 миллиона эффективных пикселей). Этот сенсор обеспечивает приемлемое качество изображения даже при ISO 800. Он встроен в мостовую камеру FinePix S6500fd (2006) и компактные камеры FinePix F серии F30, F20 (2006), F31fd и F40fd (2007), которые широко признаны благодаря своим лучшим в классе возможностям при слабом освещении. В конце 2007 года было представлено 7-е поколение (размер 1/1.6", 12 миллионов эффективных пикселей), которое используется в Fujifilm FinePix F50fd (2007). Этот сенсор, хотя и резкий, значительно снизил производительность при высоких значениях ISO по сравнению с предыдущими поколениями, снизив качество до среднего уровня. По сравнению с сенсором 6-го поколения, площадь отдельного пикселя на сенсоре 7-го поколения примерно на 1.7 раза меньше, что значительно уменьшает количество света, попадающего на каждый пиксель. В середине 2008 года было представлено 8-е поколение (такой же размер 1/1.6", 12 миллионов эффективных пикселей), которое используется в Fujifilm FinePix F100fd (2008). Этот сенсор незначительно улучшает ранее потерянную производительность при высоких значениях ISO, но все еще не достигает уровня сенсоров 6-го поколения. В сентябре 2008 года Fujifilm анонсировала новый тип сенсора Super CCD – Super CCD EXR. Этот сенсор призван объединить преимущества сенсоров HR и SR в одном чипе. Он использует новую компоновку цветового фильтра, которая позволяет объединять пиксели одного цвета. Этот сенсор используется в камерах F200EXR, F70EXR и F80EXR, а также в мостовой камере S200EXR. И F200EXR, и S200EXR используют один и тот же 12-мегапиксельный сенсор размером 1/1.6", в то время как F70EXR и F80EXR используют 10-мегапиксельный и 12-мегапиксельный сенсор размером 1/2" соответственно. В 2010 году Fujifilm выпустила свои последние камеры с сенсором Super CCD – F300EXR и Z800EXR. Обе используют один и тот же 1/2" 12-мегапиксельный сенсор SuperCCD EXR с гибридной системой автофокусировки. Камера использует обычную автофокусировку по контрасту, а также фазовую автофокусировку с помощью специальных пикселей для расчета фокуса. По утверждению Fujifilm, эта система была не медленнее, чем у зеркальных камер. В 2011 году Fujifilm приняла решение использовать CMOS-сенсоры с обратной засветкой (BSI) с традиционным квадратным расположением фоточувствительных элементов цветового фильтра Bayer, а также массив цветовых фильтров Fujifilm EXR, который использовал квадратные фоточувствительные элементы, повернутые на 45 градусов. Это ознаменовало прекращение производства SuperCCD.

Super CCD is a proprietary charge coupled device that has been developed by Fujifilm since 1999. The Super CCD uses octagonal, rather than rectangular, pixels. This allows a higher horizontal and vertical resolution (at the expense of diagonal resolution) to be achieved than a traditional sensor of an equivalent pixel count. On January 21, 2003 Fujifilm announced the fourth generation of SuperCCD sensors, in two variations: SuperCCD HR and SuperCCD SR. HR stands for "high resolution" and SR stands for "super dynamic range". The SR sensor has two photodiodes per photosite, one much larger than the other. Appropriately processing information from both can yield larger black to white range of brightness (dynamic range). The 4th Generation Super CCD HR has sensors placed at 45 degrees to the horizontal. In order to convert the images into the normal horizontal/vertical pixel orientation, it interpolates one pixel between each pair of sensors, thereby producing 12 recorded megapixels from 6 effective megapixels. By contrast, Fujifilm says that 5th Generation Super CCD HR sensors are also at 45 degrees but do not interpolate. However, it omits to explain how the sensors turn the image into horizontal/vertical pixels without interpolating. On July 29, 2005 Fujifilm announced cameras with "5th Generation Super CCD HR sensors", the FinePix S5200 (S5600) and FinePix S9000 (S9500). The FinePix F10 and F11 were released later in 2005. In 2006 Fuji introduced the 6th generation of the Super CCD sensor (size 1/1.7", 6.3 million effective pixels, except for the F40fd which has size 1/1.6", 8.3 million effective pixels). This sensor allows for acceptable image quality even at ISO 800. It is built into the FinePix S6500fd (2006) bridge camera and the FinePix F series F30, F20 (2006), F31fd and F40fd (2007) compact cameras, all of which are widely accredited for their class leading low light capabilities. In late 2007 the 7th generation was introduced (size 1/1.6", 12 million effective pixels). Included in Fuijfilm FinePix F50fd (2007). This sensor, although sharp, has significantly decreased ISO performance compared to earlier generations, dropping in quality to average level. When compared to the 6th generation sensor, the individual pixel area on the 7th generation sensor is approximately 1.7× lower, considerably reducing the amount of light reaching each pixel. In mid 2008 the 8th generation was introduced (same size 1/1.6", 12 million effective pixels), included in Fujifilm FinePix F100fd (2008). This sensor improves slightly on the previously lost ISO performance, but does still not seem to compare with the 6th generation sensors. In September 2008 Fujifilm announced a new type of Super CCD sensor, the Super CCD EXR. This sensor aims at combining the advantages of the HR and SR sensor types in a single chip. It uses a new color filter array layout that allows for binning (combining) of pixels of the same color. This sensor is used in the F200EXR, F70EXR and F80EXR point and shoot cameras and the S200EXR bridge camera. Both the F200EXR and the S200EXR use the same 12 Megapixel 1/1.6" size sensor while the F70EXR and F80EXR use a 10 Megapixel and 12 Megapixel 1/2" sensor respectively. In 2010, Fujifilm made its last cameras with the Super CCD sensor in the form of the F300EXR and the Z800EXR. Both use the same 1/2" 12 Megapixel SuperCCD EXR sensor with hybrid autofocus system. The camera uses the conventional contrast detection AF and also Phase detection AF by means of dedicated pixels to calculate focus. According to Fujifilm, this system was as fast or faster than a DSLR. In 2011, Fujifilm have decided to use Backside illuminated (BSI) CMOS sensors with conventional square photosited Bayer color pattern array as well as Fujifilm's EXR color filter array that used square photosites that were rotated 45 degrees. This marked the end of the SuperCCD production.