Ana sensörler neden RGB yerine CYM filtreleri kullanmıyor?


18

Anladığım kadarıyla, çoğu dijital kamerada, her piksel sensörünün her birinde R, G ve B filtreli üç alt sensör bulunan bir sensör var. RGB, doğrudan insan gözündeki reseptörlere (koniler) karşılık geldiği için daha temel renk modelidir.

Bununla birlikte, RGB filtreleri bileşenlerini almak için mutlaka beyaz ışığın üçte ikisini keser. Eğer filtreler bunun yerine her bir eleman ışığın sadece üçte birini kesiyorsa CYM olsaydı, kameralar daha kısa pozlama sürelerinden faydalanabilir mi? Bir CYM veri noktası kolayca RGB'ye dönüştürülebildiğinden, kameranın işlemcisi görüntüyü tüketicinin istediği formatta kaydedebilir.

Bunun bazen CYM filtreleri ile üç ayrı S&B fotoğraf çekildiği astrofotografide yapıldığını biliyorum.

Sadece yanlış mıyım ve bu aslında zaten yapılmış - ya da bir RGB sensörünün iyi bir nedeni var mı?


1
Uzun pozlama astrofotografisinde, yakalanan toplam ışık miktarının önemli bir endişe duyduğu birkaç alandan biri, ortak bir yaklaşım, saf tek renkli bir sensör kullanmak ve kırmızı, yeşil ve mavi filtrelerle alınan (nispeten) kısa pozlama sürelerini birleştirmektir. nihai sonuçtaki ayrıntıyı en üst düzeye çıkarmak için hiçbir filtrenin kullanılmadığı çok daha uzun bir aralıkla görüntüyü renklendirin.
Dan Neely

Yanıtlar:


19

İlk olarak, küçük bir yanlış anlaşılmayı gidermek için biraz arka plan.

Renkli dijital kameraların büyük çoğunluğunda, her pikseli bir renk filtresi ile maskeleyen bir Bayer filtresi vardır: Kırmızı, Yeşil veya Mavi. W RAW verileri herhangi bir renk bilgisi içermez, yalnızca her piksel için bir parlaklık değeri içerir.

Bununla birlikte, RGB filtreleri bileşenlerini almak için mutlaka beyaz ışığın üçte ikisini keser.

Pek sayılmaz. Onu 'kırmızı' ve 'mavi' filtreleri geçen birçok yeşil ışık var. Çok fazla 'kırmızı' ışık ve onu 'yeşil' filtreyi aşan bir miktar 'mavi' ışık var. Kırmızı filtreyi geçen ve tersi olan bazı 'mavi' ışık var. 'Yeşil' ve 'Kırmızı' filtrelerin ortalandığı dalga boyları birbirine çok yakındır ve 'Kırmızı' genellikle 580nm ile 600nm arasında bir yerdedir, bu da 'sarı' turuncu'dan daha fazladır. Tipik bir Bayer dizisindeki filtrelerin "zirveleri", "kırmızı", "yeşil" ve "mavi" olarak tanımladığımız dalga boylarıyla hizalanmamıştır.

resim açıklamasını buraya girin

Yani bir anlamda, kameralarımız RGB kadar sarı YGV (Sarı-Yeşil-Mor). Renk çoğaltma sistemlerimiz (monitörler, yazıcılar, web baskı makineleri, vb.) RGB, CMYK veya diğer bazı renk kombinasyonlarıdır.

resim açıklamasını buraya girin

Bu, 'kırmızı' konilerimizin, sadece karışık sarı bir renk tonu ile yeşil olan 540nm merkezli ortadaki 'yeşil' konilerimizin aksine, yeşilimsi sarı olan 565 nm civarında merkezlendiği insan gözünü taklit eder. hem insan görme sisteminin hem de kameralarımızın elektromanyetik radyasyon spektrumunun "ışık" dediğimiz kısmından nasıl "renk" yarattığı hakkında daha fazla bilgi için lütfen bakınız: Neden Kırmızı, Yeşil ve Mavi ışığın ana renkleri?

Filtre renkleri arasında, sadece çok dar bir dalga boyu bandına izin veren bilimsel bir cihazda kullanılan bir filtre gibi sert bir kesim yoktur. Daha çok S&B filmlerde kullandığımız renk filtrelerine benziyor. S&B filmli kırmızı bir filtre kullanırsak, yeşil nesnelerin tümü kaybolmaz veya tamamen siyah görünmez, sert bir kesimle olduğu gibi. Bunun yerine, yeşil nesneler, gerçek sahnede benzer şekilde parlak olan kırmızı nesnelerden daha koyu bir gri tonuna bakacaktır.

Tıpkı insan gözünde olduğu gibi, neredeyse tüm Bayer filtreleri "Kırmızı" veya "Mavi" pikselden iki kat daha fazla "Yeşil" piksel içerir. Diğer bir deyişle, diğer tüm pikseller "Yeşil" ile maskelenir ve kalan yarısı "Kırmızı" ile "Mavi" arasında bölünür. 20MP'lik bir sensör kabaca 10M Yeşil, 5M Kırmızı ve 5M Mavi piksele sahip olacaktır. Her pikselden gelen parlaklık değerleri kameranın işlem birimi tarafından yorumlandığında, farklı renklerle maskelenen bitişik pikseller arasındaki fark, Kırmızı, Yeşil ve Mavi değerlerini enterpole etmek için kullanılır ( aslında 480, 530 ve 640 nanometrelik bir yere karşılık gelir ) her piksel için. Her renk ek olarak kabaca insan gözünün hassasiyetine göre ağırlıklandırılır, böylece "Kırmızı"

Her pikselden tek renkli parlaklık değerlerini her piksel için enterpolasyonlu bir RGB değerine dönüştürme işlemi, demosaising olarak bilinir. Çoğu kamera üreticisi bunu yapmak için özel algoritmalar kullandığından, Adobe Camera RAW veya DxO Optics gibi üçüncü taraf RAW dönüştürücüler kullanmak, üreticinin kendi RAW dönüştürücüsünü kullanmaktan biraz farklı sonuçlar verecektir. Foveon gibi, birbiri üzerine yığılmış üç renge duyarlı katmanı olan bazı sensör türleri vardır. Ancak üreticiler, birbiri üzerine yığılmış üç 15MP katmana sahip böyle bir sensörün 45MP sensör olduğunu iddia ediyor. Gerçekte böyle bir düzenleme, yaklaşık 30MP geleneksel Bayer maskeli sensörle aynı miktarda ayrıntı verir. Foveon tipi sensörlerle ilgili sorun, en azından şimdiye kadar, düşük ışıklı ortamlarda daha düşük gürültü performansı olmuştur.

Pek çok dijital kamera neden RGB¹ filtreleri yerine CYM filtreleri kullanmıyor? Birincil neden, insanın farklı ışık dalga boylarını algılamasıyla tanımlanan renk doğruluğudur. CYM maskesi kullanırken bitişik piksellerden değerleri kullanarak renk değerlerini doğru bir şekilde enterpolasyon yapmak çok daha zordur. ¹ Böylece renk doğruluğu elde etmek için biraz ışık hassasiyetinden vazgeçersiniz. Sonuçta, en yüksek seviyedeki ticari fotoğrafçılık, kontrollü aydınlatma (ışık eklemek için yeterince kolay olan bir portre stüdyosu gibi) veya bir tripoddan (daha fazla ışık toplamak için daha uzun pozlama sürelerine izin verir) yapılır. Ve profesyonel fotoğrafçıların talepleri, daha sonra tüketici sınıfı ürünlere giden teknolojiyi yönlendiren şeydir.

Bayer Çoğu Bayer maskeli "RGB" kamera için üç renk filtresi dışında gerçekten 'mavi-menekşe dokunuşu', 'sarı dokunuşlu yeşil' ve 'yeşil dokunuşlu sarı' arasında ( en çok insan gözü) ve 'Çok turuncu olan sarı' (bir CMOS sensörü için uygulanması daha kolay görünüyor).


Bayer filtre bilgileri için teşekkürler. Kasvetli, düşük ışıklı bir ülkede yaşayan biri olarak her zaman hassasiyet için optimize ederdim, ancak renk doğruluğu argümanını anlıyorum. Mükemmel cevap!
Robin

Kasvetli, düşük ışıklı ülkenizde elektrik ve ampul yok mu? :-)
Michael C

Dünyanın en çok CCTV kaplı ülkesiyiz, bu yüzden bazı kameraların çalıştığını düşünüyorum. Ampullere gelince ... Güneşin muhteşem gücünü kullanmayı tercih ederim.
Robin

Güneşin muhteşem gücü bile bazen bir konunun gölge tarafına ışık dökmek için bir reflektöre ihtiyaç duyar. Ve bu gezegende nerede olursanız olun, güneş bir yıl boyunca yarı yarıya 'uykuda'.
Michael C

10

Camgöbeği kırmızı sarı sensörleri, kırmızı yeşil camgöbeği ve diğer birkaç varyasyon ile birlikte yapılmıştır.

Ana sorun, RGB sensörlerinde bile, her bir boyanın spektral tepkisi arasında önemli bir çakışma olması, yani "yeşil" piksellerin kırmızı ve mavi ışığa belirli bir ölçüde hassas olmasıdır. Bu, sonuçların doğru renkler elde etmek için karmaşık hesaplamalar gerektirdiği anlamına gelir; bitişik kırmızı ve mavi piksellerin göreceli yanıtları, yeşil yanıtın ne kadarının gerçekten kırmızı ve mavi ışığın sonucu olduğunu değerlendirmek için kullanılır.

CMY ile sorun çok daha kötü. Renk doğruluğu için aslında ışık verimliliği ile ticaret yapıyorsunuz. Bu, her zaman net renk sınırlarına sahip olmadığınız astronomik fotoğrafçılık için iyi olabilir, bu nedenle bulanıklaştırarak renk gürültüsünü azaltabilirsiniz, ancak manzara veya moda fotoğrafçılığı için iyi değildir.


RGB çipleri arasında kesin filtre seçimi üreticiye göre değişir. Örneğin Canon, düşük ışık performansını takip etmek için geniş tepkili zayıf boyalar kullanır, ancak kullanılan spesifik boyalar, Canon kameralarını kullanan spor ordusunun ve haber fotoğrafçılarının yararı için floresan aydınlatma altında ayırt edici renklere de ayarlanır.

Öte yandan Sony, A900 ile çok yüksek renk doğruluğu sağlayarak profesyonel moda pazarına girmeye çalıştı. Orta format dijital sırtlarda kullanılan renk filtresi dizileri, hoş (mutlaka doğru olmasa da) cilt tonları sağlayacak şekilde ayarlanmıştır.


Bir kameranın, güçlü bir şekilde ölmüş ve zayıf bir şekilde ölmüş piksellerin bir karışımını kullanarak, muhtemelen piksel boyutunu da değiştirerek, bir şekilde göze benzer bir performans elde etmeye çalışması pratik olur mu, böylece daha küçük güçlü boyalı piksellerin olduğu aydınlatma koşullarında doygun renklerin üretilmesinde kullanılacak anlamlı verileri toplarken, düşük ışık koşullarında daha zayıf boyanmış pikseller daha temiz bir parlaklık kanalı sağlarken, kromozomdaki gürültüyü temizlemek için uyarlanabilir filtreleme kullanılır mı?
supercat

1
"Asıl sorun, RGB sensörlerinde bile her bir boyanın spektral tepkisi arasında önemli bir çakışma olması ..." Her bir filtrenin diğerlerinin izin verdiği ışık frekanslarını tamamen engellemesi çok daha büyük bir problem olurdu. İnsan görüşü ile "renk" algısının tamamı, retinalarımızdaki konilerin çeşitli frekansların ışığına tepki vermesinin örtüşen yolundan kaynaklanmaktadır. Işığın çeşitli dalga boylarında örtülü renkler yoktur, sadece retinalarımızdaki S, M ve L konilerinin örtüşen tepkileriyle trikromatik görüşümüzün ışık algısında.
Michael C

2

Kamera üreticilerinin RGBG Bayer dizisine yerleşmesinin nedenleri , renk "doğruluğu" ile olduğundan daha fazla patent, kullanılabilirlik ve maliyet ile ilgilidir. Prensip olarak, üç uygun, "dik" (tabiri caizse), renklerin çoğaltılması için renkler iyi olmalıdır. Daha gelişmiş sensörler ve işlemcilerle daha da kolay olmalı.

RGB ve CMYK renk doğruluğu iddiasından şüpheliyim çünkü RGB ve CMYK arasındaki dönüşümler her zaman baskı için yapılır. Ayrıca, beyaz dengelemeden önce, ham dosyalardaki demografik renkler, istenen gerçek renklere yakın bir şey değildir. Renkler gerçekten "doğru" olsaydı, fotoğrafçılar fotoğrafları düzeltmek için çok fazla zaman harcamak zorunda kalmazlardı.

Fujifilm'in çeşitli sensör deneyleri (Super CCD, EXR CMOS, X-Trans), herkesin belirli bir şekilde yaptığı için bunu yapmanın mutlaka en iyi yol olduğu anlamına gelmediğini gösteriyor. Kodak ayrıca farklı renk dizileri denedi , ancak teknolojilerini ve patentlerini pazarlama konusunda çok iyi bir iş yapmadılar.

2002 civarında 5mp kamera olan Nikon Coolpix 5700, CYGM renk dizisini kullanan son kameralar arasında yer alıyor . Dijital Fotoğrafçılık İncelemesi diyor (vurgu eklendi) :

Bu mükemmel matris ölçümü, iyi ton dengesi ve rengi (renkleri patlatmadan doğru ve canlı) artı ortalama çözünürlüğün üzerinde görüntü kalitesi mükemmel . Mor saçak düştü, ancak görüntünün genel görünümü hala çok 'Coolpix'. Gürültü seviyeleri, özellikle diğer beş megapiksel dijital kameralarla karşılaştırıldığında (Minolta DiMAGE 7i ile karşılaştırmamızın gösterdiği gibi) iyidir.

Aldığımız az sayıda görüntü kalitesi detayı; namlu bozulma, vurgu kırpma ve Bayer eserleri, günlük çekimi etkileyen sorunlar değildir ve 5700'ün görüntü kalitesinden genel olarak keyif almazsınız.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.