Krijgt de spiegelloze Nikon een revolutionaire nieuwe sensor?

Misschien moeten we beginnen met het uit de wereld helpen van een aantal misverstanden. Menigeen denkt - dankzij de trollenfabrieken - dat Nikon alleen maar goede beeldsensoren heeft door Sony. In werkelijkheid is het omgekeerd, om twee redenen. Sensoren worden gemaakt met machines die in staat zijn superfijne structuren in silicium te bakken, zogenaamde steppers. Drie keer raden wie deze machines maakt? Juist: Nikon. Zonder de machines van Nikon kan Sony geen chips bakken. Maar de echte kennis over het maken van de beeldsensoren zit uiteraard ook bij de maker van deze machines. Zeker in het begin heeft Sony veel geleerd van Nikon. Maar ook nu nog weet Nikon uit de basischips van Sony iedere keer weer meer te halen dan Sony zelf.

Nikon kan dus heel gemakkelijk eigen sensoren ontwikkelen én fabriceren. Het ontwikkelen van de nieuwe sensor zal Nikon bij de nieuwe spiegelloze camera’s ook wel móeten doen, want de scherpstelling maakt bij een spiegelloze camera gebruik van de beeldsensor. Maar voor de fabricage geldt dat niet noodzakelijkerwijs. Net als IBM en Apple, kiest Nikon er meestal voor om de chips (want iets anders zijn beeldsensoren niet) door anderen te laten maken.

Patenten

Dat Nikon over verregaande kennis op het gebied van het ontwerpen van beeldsensoren beschikt, kun je ook zien aan de patenten van Nikon. Sommige ervan houden verband met de scherpstelling volgens fasedetectie op de chip, anderen houden verband met de snelle verwerking van de beeldsignalen en dergelijke. Canon heeft dual-pixel-technologie, Nikon heeft een vergelijkbaar patent. Sony heeft patenten voor het gebruiken van individuele pixels voor fasedetectie-AF door de beeldsensor, Nikon eveneens – al gebruikt in de zeer snelle Nikon 1 -. Uiteraard hebben veel gepatenteerde ontwerpen betrekking op BSI-chips. BSI staat voor back side illuminated - dat houdt in dat de extra schakelingen van de beeldchip niet op het deel van het silicium zitten wat gebruikt wordt om het licht op te vangen, maar daaronder, dus aan de achterkant.

BSI

BSI kun je gebruiken om via slimme versterkerschakelingen de ruis te verlagen en de dynamiek te vergroten. Je kunt BSI echter ook gebruiken voor andere schakelingen. Sony gebuikt deze bij onder meer de A9 om de beeldsignalen zeer snel te verwerken, ten behoeve van de scherpstelling. Dat heeft het nadeel dat je BSI niet kunt gebruiken om de ruis te verlagen en de dynamiek te verhogen. Deze is bij Sony dan ook niet beter dan bij de chip uit de D800(E). Dat is overigens nog steeds een prima chip is, die ook door Pentax gebruikt wordt in de K1. Iets soortgelijks kun je ook zeggen van de dual pixel-technologie van Canon, al gebruikt Canon nog geen BSI. Ieder voordeel heeft zijn nadeel – totdat iemand iets slims bedenkt wat dat nadeel wegneemt…

Persbericht en teaservideo

In het Engelstalige Nikon-persbericht staat de volgende zin: ‘Through the development of this new mirrorless camera, Nikon reaffirms our commitment to providing photographers with the ability to capture images that are richer and more vivid than ever before.’

Foto’s die rijker en levendiger zijn dan ooit tevoren, daarbij denk je natuurlijk meteen aan de kleuren. Zou Nikon iets aan de sensor kunnen veranderen waardoor de kleuren beter worden? Om die vraag te beantwoorden, moet je iets weten van de huidige sensortechnologie. Met een paar uitzonderingen zoals Sigma (Foveon) en Fuji (TransX, niet bij alle Fuji-camera’s) gebruiken alle camera’s een Bayer kleurenfilter, dat samen met micro-lenzen bovenop de beeldsensor geplaatst wordt. We noemen dat een CFA (color filter array). Dat Bayerfilter bestaat uit afwisselend één roodfilter, twee groenfilters en één blauw filter, in een bepaald patroon (mozaïek).

Rood, groen en blauw zijn de primaire kleuren. De complementaire kleuren daarvan zijn cyaan, magenta en geel. Je zou dus rood ook kunnen zien als niet-cyaan, groen als niet-magenta en blauw als niet-geel. Als je ooit kleurenfoto’s afgedrukt hebt, zal dit je niet onbekend voorkomen.

Laten we nu nog eens kijken naar de teaser-video van Nikon:

Valt je iets op?

Alle lichtstralen die de camera opvangt en verwerkt, zijn cyaan, magenta, geel en wit (CYMW afgekort in het Engels, die afkorting gebruiken we ook hierna). Laten dat nu precies de kleuren (voor zover wit een kleur is) zijn waarmee een heel interessant alternatief voor een sensor met een Bayer-CFA werkt.

Er zijn nu twee mogelijkheden:

1. De een of andere grafische ontwerper heeft spontaan de lichtstralen cyaan, magenta, geel en wit gemaakt en niemand bij Nikon is het op idee gekomen dat dit een beetje vreemd is.

2. Nikon heeft de ontwerpers de opdracht gegeven het revolutionaire principe van hun nieuwe sensor in de kleuren van de video te doen uitkomen. Als je het mij vraagt is het twee: Nikon komt met een CMYW-sensor. Of CMYG. Of CMYGW. Uit de teaserbeelden is dat niet goed op te maken. Maar dat het niet RGB is, lijkt wel zeker – in ieder geval in de video. Natuurlijk, pas op zijn vroegst op 23 augustus weten we het zeker. Maar omdat we tot die tijd niets anders kunnen doen dan speculeren, gaan we daar nu even mee verder.

RGB vs. CYM(G)

In de beginjaren van de digitale fotografie gebruikten veel camera’s niet de RGB-kleuren, maar CMY aangevuld met groen, dus CMYG. Zowel Canon als Nikon (en sommige Sony-camera’s) gebruikten CMYG, vanwege de voordelen op het gebied van de transmissie, de lichtdoorlating. De filters waren lichter, lieten dus meer licht door en op die manier had je minder ruis en meer dynamiek. Nikon is er het langst mee doorgegaan, tot de Coolpix 3500 in september 2002. Je kunt dus veilig stellen dat Nikon de meeste ervaring heeft met CMYG-sensoren en het ontwikkelen van de bijbehorende algoritmes van alle camerafabrikanten.

Er waren echter ook nadelen verbonden aan de CMYG-sensoren uit die jaren. Door de overlapping van de filterkleuren was de kleurprecisie minder. Dat wil zeggen: om dezelfde kleurprecisie te behalen als bij RGB, zou je meer berekeningen moeten uitvoeren in de sensor. Daarvoor moet je dan weer meer transistoren op het lichtgevoelige silicium plaatsen en dat zou dan weer meer ruis opleveren en daarmee gooi je het kind met het badwater weg. Vandaar dat ook Nikon uiteindelijk overging op RGB.

BSI

Sinds 2002 is er echter nogal wat veranderd. Sensoren zijn veel beter in staat om berekeningen uit te voeren zonder dat dat ten koste gaat van de ruis en/of de dynamiek. Het ontwikkelen van algoritmes is enorm geëvolueerd, onder andere door de veranderingen met betrekking tot computertalen. Heel belangrijk in dit verband is de BSI-sensor. Theoretisch zou je zelfs nog een of meer extra lagen aan de beeldchip toe kunnen voegen, ook hiervoor bestaan patenten. Dat betekent dus, dat het nadeel van de CMYW-sensor door BSI op te heffen is met behoud van de voordelen.

Wit

Wanneer we nu dus nog eens denken aan de drie kleuren en daar wit aan toevoegen, dan heeft dat minstens drie voordelen. Ten eerste: De extra witte pixels zorgen voor een nog betere transmissie dan alleen de CYM-filters. Ten tweede: je beeld wordt scherper, naar mijn inschatting ongeveer 7%. Dat staat gelijk aan een megapixelwinst van 14%. Bij Bayer heb je immers nooit op één pixel alle kleuren, bij CYMW bij ¼ van alle pixels. Ten derde: Wanneer je algoritmes goed genoeg zijn en je maar genoeg berekeningen uitvoert, kun je juist ook een betere kleurscheiding krijgen dan met RGB.

Dat nu is precies wat het Engelstalige persbericht ons na enige close reading belooft. Het zou Nikon ook de mogelijkheid geven om zonder nadelen een soort dual pixel-systeem te gebruiken, of om een extra laag in te voeren voor de AF-sensoren.

Voorlopig kun je niets anders doen dan wat ik ook ga doen: naar de teaserfilm kijken en dromen over de toekomst. Ik heb hem al vaak bekeken en iedere keer raak ik er meer van overtuigd dat de nieuwe spiegelloze Nikon-camera’s een CYMW-sensor zullen hebben. Maar ik weet het niet zeker. Op 23 augustus zal het raadsel waarschijnlijk worden onthuld. Tot dan? blijf ons volgen.

Lees ook: Krijgen de nieuwe, spiegeloze Nikons een Z-vatting? 

Lees ook: Nikon kondigt full-frame systeemcamera aan

Lees ook: 10 belangrijke vragen over Nikon's spiegelloze camera's

Lees ook: Waaraan moet de Nikon spiegelloze full-frame volgens jou voldoen?