Mavi kanal neden en gürültülü?

Dijital kameralardaki mavi kanalın en gürültülü olduğu yaygın olarak görülmektedir . Bunu kameramla kesinlikle fark ettim. Bu neden?

Belirli bir teknolojinin (örneğin Bayer array veya CMOS sensörleri) yapay bir eseri mi, yoksa yüksek frekanslı ışığın fiziğiyle bir ilgisi var mı, yoksa insan görüşü ile mi ilgili?

_{Takip eden soru: Neden sensörler mavi ışığa karşı daha az hassastır?}

Tall Jeff tarafından tartışılan sensör yanıtına ek olarak, çoğu sahne aydınlatması (güneş ışığı, akkor lamba) yeşil ve kırmızıya göre mavi ışıkta yetersizdir. Bu Java blackbody simülatörünü ateşleyin ve ilgilenilen renk sıcaklıkları için mavinin yeşil veya kırmızıdan düşük olduğunu görün (~ 5500 K gün ışığı, ~ 3000 K akkor lamba).

Sorunu artıran başka küçük bir faktör var. CCD ve CMOS dizileri foton sayma detektörleridir. Yukarıdaki kara cisim simülatörü dahil olanlar da dahil olmak üzere çoğu grafik foton sayısını değil, spektral enerji yoğunluğunu göstermektedir . Mavi fotonlar, dalga boylarının tersi oranıyla kırmızı fotonlardan daha enerjiktir, bu nedenle grafiklerdeki aynı enerji değeri için mavi fotonlardan yaklaşık% 25 daha fazla kırmızı foton elde edersiniz. İşte Tall Jeff'in tanımladığı hassasiyet etkilerinin başlangıç ​​noktası budur.

CCD'ler ve arkadan aydınlatmalı sensörler ile ilgili olarak, önden aydınlatmalı CCD'ler çipin hassas olmayan kapı yapısından geçerken mavi ışığın çoğu emildiği için aynı azalan mavi hassasiyetten muzdariptir. Arkadan aydınlatmalı sensörler gelişmiş bir mavi tepki görecektir. Bkz bu tipik spektral tepki eğrisi (araştırma-kalitesinde bir CCD türleri için).

Tekniğin bilinen durumu göz önüne alındığında, mavi kanaldaki gürültü, mavinin "en kötü" görünmesini sağlamak için birlikte çalışan basamaklı etkilerin bir birleşimidir. İlk olarak, Bayer paterni ayarında, matristeki * iki veya daha fazla yeşil pikselin kırmızı veya mavi olanları vardır *. Bu hemen mavi ve kırmızıyı yeşil kanala kıyasla boşluklu bir dezavantaja sokar ve RGB üçüzleri bitişik sensör piksellerinden yeniden yapılandırıldığında bu iki kanal için çok daha fazla spektral gürültü oluşturur. Örneğin, bir 10M piksel sensöründe 5M kaynak yeşil pikseller, 2,5M kırmızı olanlar ve 2,5M mavi olanlar olacaktır. Açıkçası, bu ham bilgiyi son 10M RGB üçüzüne dönüştürdüğünüzde, kırmızı ya da mavi kanal için 1 / 2'den daha iyi bir bilginin olamayacağı açıktır ve bu, son görüntüde bir gürültü biçimi olarak görünür.

Bir sonraki etkinin, kırmızı, yeşil ve mavi filtrelerle sensör sisteminin spektral hassasiyetleri ile ilgisi var. Bir sistem olarak, modern CMOS sensörleri, spektrumun Yeşil ve Kırmızı bölgelerine mavi alanlara göre% 50 daha hassastır. Örneğin, Cypress'in bu CMOS sensörü için, sayfa 3'te eğrileri her biri için doğru dalga boylarında indekslediğinizde göreceli hassasiyetlerin Kırmızı (% 75), Yeşil (% 80), Mavi (% 50) olduğunu görebiliriz. renk. Bu duyarlılık eksikliği, sensörler boyunca tüm pikseller için sabit bir sensör seviyesi ve örnekleme gürültüsü ile birleştiğinde, diğer iki renge kıyasla, gürültü oranının dezavantajında ​​mavi bir sinyal verdi.

Bunu netleştirmek, renkli CMOS sensörlerinin Green'i çoğaltmak için en iyisini yaptığını, ardından Kırmızı'yı ve son olarak da genel bir gürültü perspektifinden üçünün en kötüsü olan Mavi'yı ifade eder.

Geleceğe bakarken, mavi kanaldaki bu sınırlamaların gerçekten bir maliyet / performans optimizasyonu meselesi olduğunu unutmayın. Yani, mavi performansın daha da kötüleşmesini gerektiren fiziğin doğasında olan hiçbir şey yoktur, sadece mavi kanalı gözle görülür bir farkla iyileştirmek için mevcut cihaz konstrüksiyonları verildiğinde çok daha pahalı olacaktır. Ayrıca, insan gözünün mavi / sarı renk ekseninde çok hassas olmadığı göz önüne alındığında, çözümler zaten çok iyi optimize edilmiş bir çözümdür. Aslında, çoğu kamera üreticisinin, yalnızca mavi kanal gürültü performansını iyileştirmek için aynı veya daha fazla ödemeden önce toplam maliyeti düşürmeyi tercih edeceğinden eminim .

** Bayer matrisi bu şekilde ayarlamayı seçti, çünkü insan görsel sistemi parlaklık sinyalinin büyük bölümünü (yani: parlaklık bilgisi) renk spektrumunun yeşil kısmından alıyor. Yani gözlerdeki çubuklar yeşil ışığa karşı en hassastır, spektrumun yeşil kısmını görsel olarak en önemli kılan şey.

Çünkü insan gözü / beyinleri mavi / kırmızı ışıktaki değişimlere olduğu kadar mavi ışıktaki değişimlere de duyarlı değildir. Modern kamera sensörleri insan gözü gibi davranıyor ve bu nedenle maviye yeşil / kırmızıya göre daha az hassas. Renkli monitörlerde nötr görüntüleme standardı eşit miktarda mavi, yeşil ve kırmızıya sahip olduğundan ve sensörler maviye kırmızı ve yeşile karşı daha az hassas olduklarından, mavi kanalı yükseltmek uygundur. Mavi kanal sinyalinin yükseltilmesi, mavi kanal gürültüsünü de arttırır.

Kamera gürültüsünü azaltma yalnızca JPEG çekiyorsanız uygulanır, ancak birçok kişi RAW çekim yaptığı için mavi kanal her zaman biraz gürültülü olur. Bu sorunun bir çaresini aradım. Görüntüyü laboratuar rengine dönüştürmek ve sadece parlaklık kanalını yumuşatmak / bulanıklaştırmak, ardından gürültüyü gidermek için tekrar RGB'ye dönüştürmek önerildi. Deneyebilirsin.

Dijital (RAW) modda DP3 Merrill'in mavi-yeşil-kırmızı kanallarının bir analizini yaptık. Bu kamerayı Haziran 2018'de yeni satın aldım. Mavi kanal, a / d dönüştürücüsünde beklenmeyen şekilde çalışan kırmızı-yeşil kanallarda bulunmayan seviyeye bağlı bir hata gösteriyor. Mavi kanalın a / d kablolanmasında veya a / d voltajını mavi kanal dijital sinyaline dönüştüren kodda bir hata olabileceği anlaşılmaktadır. Bu bir hassasiyet konusu değil. Bir doygunluk sorunu olabilir, yani fiziksel gerilimler çok düşük gerilimlerde a / d aralığını aşıyor, yani o kanalda çok fazla kazanç var. Kamera veri almak için ISO 100 olarak ayarlandı ve veriler bir çerçeve üzerinde çeşitli enstantane hızları ve sinyal seviyeleri üzerinden elde edildi. Mavi kanal ölçümleri, en düşük sinyal seviyelerinde en neredeyse doğru sinyallerdi. Sinyal ne kadar yüksek olursa, hata o kadar büyük olur. X3F dosyalarını üreten algoritmada kazanç / sayısallaştırma problemi veya belki bir bayt siparişi problemidir. Hatanın zaten mevcut olup olmadığını görmek için doğrudan X3F dosyalarına bakıyoruz, ancak dönüştürücünün ürettiği TIFF ve JPEG dosyalarının aynı soruna sahip olduğundan eminim. Üreticinin bu sorunu düzeltmekle ilgilenip ilgilenmeyeceği bir soru mu? Foveon çipi, doğru bir şekilde tasarlanması gereken iyi bir fikirdir. Üreticinin bu sorunu düzeltmekle ilgilenip ilgilenmeyeceği bir soru mu? Foveon çipi, doğru bir şekilde tasarlanması gereken iyi bir fikirdir. Üreticinin bu sorunu düzeltmekle ilgilenip ilgilenmeyeceği bir soru mu? Foveon çipi, doğru bir şekilde tasarlanması gereken iyi bir fikirdir.