Optoelektronik 19.04.2002, 17:33 Uhr

Dreifache Auflösung dank Farberkennung in der Tiefe

Pixel der drei Grundfarben digitaler Bilder sind bei herkömmlichen Sensoren nebeneinander angeordnet. Foveons X3-Chip bringt sie untereinander an und erhöht so die Auflösung um den Faktor 3.

Ende Februar wurde auf der PMA(Photo Marketing Association)-Konferenz in Orlando, Florida, eine neue digitale Spiegelreflexkamera der Fachwelt vorgeführt: die Sigma SD9. Dank des neuen X3-Chips der Firma Foveon soll sie eine höhere Auflösung bieten als ein typischer Kleinbildfilm.
Damit hat der mittlerweile 67-jährige Mikroelektronik-Pionier Carver Mead, bis 1999 Professor am Caltech in Pasadena, seinen 1997 gegründeten Silicon-Valley-Start-up Foveon Inc. in das Zentrum der digitalen Fotografie lanciert. Mit dem X3-Sensor setzt die Sigma SD9 neue Maßstäbe für Auflösung und Preis.
Foveons X3 ist eine radikale Abkehr von den traditionellen CCD(charge coupled devices)-Sensoren und den neueren Cmos-Wandlern. X3 folgt
Meads Grundidee der Annäherung an die gewohnte Farbcharakteristik der photochemischen Filmemulsionen und damit der Vermeidung spezieller Artefakte digitaler Wandler: Farbsäume und Moiré.
Laut Mead geht das so: CCD-Sensoren besitzen je ein Pixel für die drei Grundfarben in einer Matrix nebeneinander angeordnet, die jeweils „fehlenden“ Pixel einer Farbe werden rechnerisch aufwändig interpoliert. Dagegen sind chemische Emulsionen mehrschichtig sensibilisiert: Sie filtern und registrieren die Farbmischung jedes einzelnen Bildpunktes vertikal.
Genau das emuliert Meads X3: Die drei Detektoren für die Grundfarben sind in mikroelektronischen Dimensionen untereinander angeordnet, optisch transparent. Sie nutzen den bekannten Effekt, dass Silizium Licht verschiedener Wellenlängen in unterschiedlichen Eindringtiefen absorbiert. Blau direkt unter der Oberfläche, dann Grün und Rot noch etwas tiefer. Die vertikal getrennten Photodetektoren liefern somit im X3-Chip drei Ausgangssignale an eine bei Foveon entwickelte Software zur Bildverarbeitung.
Auf diese natürliche Farbseparation ist Mead besonders stolz. Denn sie erspart die komplexe, teure und Zeit raubende Interpolation der räumlich verteilten Pixel. Der erste lieferbare X3-Chip bietet eine Auflösung von 2304 x 1536 Bildpunkten. Zum Vergleich mit konventionellen Sensoren sind diese mit dem Faktor 3 zu multiplizieren – deswegen der Name X3. Der Sensor misst 20,7 mm x 13,8 mm.
X3 bietet noch eine weitere Feinheit: Je nach verfügbarem Licht lassen sich die vollfarbigen Pixel elektrisch zu VPS(variable pixel size)-Gruppen zusammen schalten. Damit erhöht sich die Lichtempfindlichkeit. Das kann in der Kamera auch automatisch geschehen. Dabei vergröbert sich natürlich, wie beim höher empfindlichen Film, die Auflösung. Doch mit dem X3-Sensor lassen sich dann auch bewegte Videoszenen aufnehmen.
Nicht nur für Mead und Foveon ist der X3-Sensor ein Durchbruch. Auch Brian Halla, CEO des lange im Schatten stehenden Chipmachers National Semiconductor, hat mit seinem frühzeitigen Investment in Foveon seinen Coup gelandet: National fertigt den X3-Sensor in seiner Halbleiterfabrik in South Portland, Maine.
Auch Microsoft hat schnell erkannt, welche Zukunft in Foveons Sensor steckt: Bill Gates hat angekündigt, dass Windows XP das native RAW-Datenformat von X3 unterstützen wird. Die gleiche positive Reaktion kam von Adobe für das Editierprogramm Photoshop.
Natürlich werden die etablierten CCD-Hersteller, darunter Sony und STMicroelectronics, der X3-Entwicklung nicht tatenlos zusehen. Sie dürften versuchen, meint Halle, ihre Positionen im Sensormarkt über Preiskämpfe zu halten. WERNER SCHULZ

Von Werner Schulz
Von Werner Schulz

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