白黒カメラ

白黒sensor改造(= Debayering)とは?

汎用デジタルカメラのimageセンサーを白黒imageセンサーに変えるために、カラーimageセンサー表面に形成されているBayer Filter(= color filter array)の層を剥離作業を指します。

世界中の多くの挑戦的実験精神徹底amateur天文家がさまざまな方法でimageセンサーのDebayering作業成功を収めた実例がたくさんあります。ほとんどのセンサー表面のmicro研磨したり、木stickを使用してCFA層をスライドさせて剥離方法がここに属します。 私たちは、上記のような方法が持つ欠点である定量的なプロセスの制御は不可能、微細scratch問題を解決するための新しい方法を探そうと2年余りの間、多くの試みをしました。

私達の試みた方法は、micro研磨、竹箸を利用したCFA層剥離、熱、有機溶剤、エッチング液、CNCを用いた微細研磨、顕微鏡とmicrotome bladeを用いたCFA層除去試みします。ほとんどの場合、適切な作業ツールを作って一緒に使用すると、非常に完成度のDebayeringが可能です。 しかし、作業中に発生することができる非常に小さな衝撃にもsensor表面に傷を残すことになって作業の収率が低くリスクが高かった。そんな中、2015年の春、私たちは、神が特別な知恵をいただき、画期的に安定した新しいDebayering Processを発見しました。

複数の会社のイメージセンサーを対象にテスト結果Canon、Nikon、Sony、Fuji imageセンサーDebayering成功し、非常にキレイsensor表面からCFAを削除することができました。この方法は、定量化された方法として、安全に作業を制御することが可能になって、高品質の商用化製品を発表しました。

Imageセンサーの黒と白の改造後の欠点は何ですか?

第一、カラー写真を永久に撮ることができません。センサー表面にあったColor Filter Arrayをすべて削除したので、すべてのpixelでカラー値を記録できなくなります。

第二に、microレンズが削除されたため、受光損失が発生します。
第三に、センサー表面の配線部分で生じる反射によって明るい星、光源を撮影するときHalo、ghost映像が改造前よりも強く生じます。

microレンズはCFAの上に位置して光を集めてphotodiodに集中させる役割をするのに、これはDebayering作業時CFAと一緒に削除されました。

CFAはRGGBの色フィルタとして透過率が高くない。これらのCFAが削除され、photodiodに到達する受光量は増加します。しかし、CFAと一緒に削除されたMicrolensは光を集めてphotodiodに集中させる非常に重要な役割をする、これが削除されたため集光効率が低下します。つまり、CFA削除で得た利益とML削除で失われた損失が同時に発生します。

CFAが削除された後、露出したwaferの配線部分は光の反射体であるため、改造前に比べて高い反射が発生します。これは、センサー前面のフィルターやレンズの表面から2次反射を起こすようになって明るい光源は、撮影された写真にHaloとGhost相を作成します。これらの現象は、ほとんどのdigital cameraのセンサーカバーwindowで少しずつ発生する現象であるがDebayered Sensorの場合、センサ表面からより強く表示されます。つまり、天体写真撮影時の明るい星と星雲星団が一緒にいる場合、明るい星の周りにHaloを作成し、画面の別の領域にGhost映像が生じることがあります。

Monochrome改造の利益は何ですか?

Color Image sensorのBayer Filter(= color filter array)という概念は、唯一の光の強さだけを記録することができるイメージセンサーに色の情報を一緒に記録することができるようにする非常に革新的なコンセプトですが、colorの値を得るために、センサが持っている固有の能力の大幅な損失を甘受しています。

Photodiod上ついているRGB color filter層は透過率は高くないので、光量の損失が大きく、2pixels x 2pixelsをした単位にして、すなわち4pixelが一つの色情報を実装するためBayer Filterが適用される前に1pixelこの情報を記録するのに比べて解像度がはるかに低いです。そしてfalse colorを予防するために使用するlow pass filterの使用は、より大きな解像度の低下を招いています。

これに比べMono改造後、改造前に比べて少なくとも2倍以上の解像度に増加して、これは画素数の概念に換算すると約4倍以上のpixel数の増加に対応するものであって、圧倒的に優れた解像力を得ることになります。これは 2千万画素のキヤノンeos 6Dカメラをモノクロで改造するとFull Frame sensor 8千万画素のcolor DSLRで得ることができる解像度の写真を撮ることができるようになると言うことができます。

  

上記のテスト画像は、白黒天体写真の中で最も多く使用されてナローバンドフィルタであるHaフィルター(7nm)をカラーAstro 6Dと白黒CMOS改造されたMono Astro 6DのDrop-In filter Holderにそれぞれ装着して、同じ露出条件で撮影後RawDiggerプログラムを使用して変換された写真です。

  

上記のテスト画像では、我々は4pixelが一つの単位で記録されたカラーイメージセンサーと1 pixel単位でDataが記録されている白黒イメージセンサーの違いを簡単に確認することができます。

なぜ市販のデジカメを白黒カメラで変えるか?

Kodak、Sony白黒イメージセンサーを使用した冷却カメラが多くのアマチュアチョンムンインに使用されています。しかし、PCをはじめとするカメラを制御するための装置の使用環境は、DSLRまたはMirrorlessカメラに比べて複雑で価格もたくさん高いというのが現実です。

DSLR改造カメラの最大の利点は、非常に簡単で親しみやすいUser Interfaceを持っているということと、新たに開発されている新製品のカメラは、最新の半導体プロセスで製造されて、センサ性能も優れ、価格も安いということが利点があります。

どのような種類の写真を撮ることがありますか?

1.天体写真

Drop-in filter Holderに簡単に交換して装着することができる天体写真用2″LRGB filterを使用して、はるかに繊細なDetailが生きている星雲、銀河の写真を撮ることができHa、H-beta、SII OIIIなどのNarrow Band filterなどを使用して創造的なfalse color Deep Sky写真を作成することができます。今冷却CCDカメラで行うことができた専門的な天体写真の操作をDSLRの簡単で便利な使用環境で行うことができるようになりました。

2.一般的な可視光線の写真

白黒写真を使用して、作家は、日常の被写体を介して作家の深い作品世界を表現することができます。この場合、各種フィルタを使用すると、非常に多くの益があります。 R、G、B filterを使用すると、それぞれのフィルタごとに透過帯域が全体可視光線領域に比べ約3分の1程度であるため、レンズ色収差の影響をはるかに少ない受けて、より鮮鋭度の高い画像が可能となります。ここに加えてBayer filterが削除されたため、4倍に増加された解像度が加われば、驚くべき解像度の風景と人物写真の作品を簡単に作成することができます。

通常DSLrカメラの場合、良い品質のレンズで正確に焦点を合わせて撮影した写真であってもlow pass filterによる解像度の低下やレンズ収差、bayer filter image processingため、最大解像度の写真の場合も、通常3ピクセル幅のディテールを持っています。しかし、下のサンプル画像は、キヤノンの汎用EF 40mmレンズ+ Haフィルターを使用して撮影された写真として1:1の拡大写真を見ると、1 pixel単位の細かな極限のディテールを確認することができます。

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3.赤外線写真、紫外線写真

既存の赤外線写真のためのlow pass filter改造カメラはRGGBフィルタ配列では、主R pixelにdataのほとんどが記録されるので、残りのGGBは何の役割がなかったことができます。 Debayered cameraを赤外線カメラで活用する場合、RGGBフィルタアレイを削除したため、IRフィルタ改造のみした時より4倍の有効画素数を持つようになってR72フィルタなどの赤外線写真用フィルターを使用すると、鮮鋭度が圧倒的に高い画像を得られます。

汎用のDSLRカメラはほとんど紫外線をほとんど記録しませないがmonochrome改造後、紫外線の通過を妨害たcover glass、CFA、low pass filterなどがすべて削除され、紫外線透過性能を有するprotection filterを装着したので、紫外線受光能力は4倍以上に増加しました。 Hoya U-360, X-nite330フィルタなどを一緒に使用すると、改造前には不可能だった300〜400nm帯の高解像度の紫外線写真を撮ることができます。

 

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