¿Por qué los sensores de la cámara son verdes?

El color que ve cuando mira un "sensor" generalmente está determinado por los colores combinados de las matrices de filtros de colores que se colocan directamente frente al chip de silicona real, así como por 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 significativamente sensibles a la luz que van desde aproximadamente 460 nm hasta más de 800 nm y el borde del rango infrarrojo. La mayoría de los humanos perciben el "color" de la luz de 540 nm como un color verde ligeramente azulado .
• 25% de píxeles "azules" centrados en alrededor de 460 nm y significativamente sensibles a la luz que van desde el rango ultravioleta no visible hasta alrededor de 560 nm. La mayoría de los humanos perciben el "color" de la luz de 460 nm como un color violeta azulado .
• 25% de píxeles "rojos" que están centrados en alrededor de 590-600nm y significativamente sensibles a la luz que van desde alrededor de 560nm hasta el rango infrarrojo. La mayoría de los humanos perciben el "color" de la luz de 600 nm como un color naranja amarillento . (Lo que llamamos "rojo" está del otro lado del naranja a unos 640 nm).

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

Los "colores" a los que cada tipo de cono en la retina humana es más sensible 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 tricolor que se centran en lo que llamamos "rojo", a pesar de todos los dibujos en Internet de sensores CMOS con conjuntos 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 tanto infrarrojos (IR) como ultravioleta (UV) frente a la matriz de filtros de color de Bayer. La mayoría también incluye un filtro "anti-aliasing" de paso bajo. Incluso los diseños de sensores que se dice que "no tienen filtro de paso bajo" tienden a tener un cubreobjetos con el mismo índice de refracción o los dos componentes de un filtro de paso bajo orientados entre sí de modo que el segundo cancela al 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 ligeramente verde azulado de las partes filtradas "verdes" de la Máscara Bayer combinada con la mitad de porciones filtradas azul-violeta y naranja-amarillo que llamamos "azul" y "rojo". Cuando se ve sentado dentro de una cámara real, la mayor parte de la luz que golpea el sensor y la pila frente a él será desde un rango de ángulos bastante estrecho y, por lo general, será de color bastante uniforme. (El tinte púrpura en el borde del sensor de Sony probablemente se deba a los reflejos de la luz en los ángulos correctos de los filtros de corte UV y/o IR).

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

Un sensor CCD o CMOS sin filtrar tiene un aspecto muy similar a cualquier otro circuito integrado de silicio que tenga una estructura muy regular/repetitiva de tamaño de estructura similar: gris semimetálico (de silicio, cuarzo y aluminio) con algo de iridiscencia que probablemente resulte de los efectos de rejilla de difracción en las estructuras finas y repetitivas. Compare una DRAM desnuda o un chip de memoria flash.

Un sensor filtrado típico de una cámara fija o de vídeo en color aparecerá de color verdoso porque las matrices de filtro de color que están muy sesgadas por el verde (2 píxeles verdes por cada píxel rojo y azul) se utilizan con mucha frecuencia, ya que este sesgo de percepción también es bien conocido por existen en el ojo humano (incluso en individuos sin ojos verdes :))

Personalmente he visto sensores de varios colores en diferentes cámaras; verde, rosa, azul, etc. Sin las dimensiones específicas y los detalles de construcción, es difícil decirlo, pero me imagino que el color en la mayoría de los sensores viene dado por el grosor de los revestimientos en la parte superior del sensor. Diferentes espesores producirán diferentes colores debido a la interferencia de la película delgada . Según el grosor de los revestimientos, las diferentes longitudes de onda de la luz (es decir, los colores) interfieren destructivamente entre sí en el revestimiento, y las longitudes de onda que no se reflejen le devuelven 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 así solucionar el problema debido a la “halación”. Tenía algunas emulsiones teñidas de amarillo para detener la exposición de la luz azul de los reflejos de la interfaz emulsión-base. El funcionó pero para su asombro, 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 evolucionaron los sensores CCD y CMOS, también fue necesario ajustarlos en cuanto a la sensibilidad RGB. Bryce Bayer de Eastman Kodak desarrolló un esquema de matriz de subpíxeles que revistió los diversos sitios de fotos con fuertes filtros de color aditivos. El esquema es aproximadamente 50% filtros verdes, 25% azules y 25% rojos. Este esquema ajusta la sensibilidad general para que resulte una imagen más fiel.

Dado que el sensor de imagen es muy sensible a la radiación infrarroja, se filtra toda la superficie de la imagen y este cubreobjetos plano cumple una doble función y protege la frágil superficie de la abrasión. Un cubreobjetos está muy pulido, 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 adquirían una capa natural de suciedad debido a la contaminación del aire. Estas lentes "florecidas" reflejaron solo el 2%, mientras que una lente nueva reflejó el 8%. La floración artificial (recubrimiento) se afianzó en la década de 1930.

La lente recubierta o cubreobjetos 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 tienen capas múltiples, una observación casual da pocas pistas sobre qué color se está mitigando.