İnsan gözü gibi yüksek dinamik aralığa sahip bir sensör oluşturmanın arkasındaki teknik zorluklar nelerdir?

Neden bir resmin her bölümünde doğru pozlamaya sahip yüksek dinamik aralık sensörlerine sahip değiliz?

Anında ve genel olarak DR'nin insan gözünden daha büyük olduğu kameralar zaten var. İnsan gözünün dinamik aralığı çoğu insanın düşündüğü kadar büyük değildir. Hatırladığım kadarıyla, modern bir DSLR seviyesi civarında 12 ila 16 EV civarında bir yerde.

Birincil fark, görüntünün farklı kısımları için ayarlanacak son derece doğal diyafram kontrolümüzün olmasıdır. Beynimiz etkili bir şekilde bizim için otomatik olarak görüntü istifleme yapar. Bir sahnenin parlak kısmına baktığımızda, öğrencilerimiz küçülür ve parlak kısmın detayını görürüz. Vardığımız zaman daha karanlık kısma odaklanırsak, öğrencilerimiz hızla açılır ve karanlık kısmın detayını görürüz. Beynimiz, önceki bölümün neye benzediğini biliyor ve bu nedenle çevresel vizyonumuzdaki değişikliği fark etmiyoruz, ancak aslında artık odaklanmadığımız kadar fazla ayrıntı görmüyoruz.

Benzer şekilde, genel insan vizyonu yelpazesi için bile, bizden çok daha karanlık gidebilen ve özellikle renk görebilen özel kameralar var, şu anda genel halk için üretmek için çok pahalılar çünkü gürültü zemin süper düşük olsun. Ayrıca, insanların bakması acı verici çok parlak nesnelere bakabilen sensörler de vardır.

Görme aktif bir süreçtir

Büyük bir sorun, gözlerinizle bakmak bir görüntü yakalamadan çok farklıdır - bir görüntünün , bakıcının bakabileceği tüm bilgileri içermesi gerekir , ancak normal görme, gözlerin hareketini, yeniden odaklanmasını ve öğrencilerin genişlemesini içeren aktif bir süreçtir. baktığımız nesnelere. Bu nedenle, "gözün gördüklerini" yakalamak istiyorsanız, özünde, bakış açısını gözün kullanabileceği tüm ayarları yakalayın .

Sorunuz dinamik aralık ile ilgili, ancak aynı sorun görsel ayrıntı ve odak ile ortaya çıkıyor. 'Yaşam eşdeğeri' bir görüntü, göz çözünürlüğünün gerçekte yakalayabileceğinden çok daha fazla piksele ihtiyaç duyar, çünkü göz çözünürlüğü çok eşit değildir ve yüksek çözünürlüklü retinanın ortasıyla yalnızca tek bir küçük noktaya bakarken, bir görüntü gerekir daha fazla detay mevcut çünkü gözlerinizi hareket ettireceksiniz. Filmlerin tek bir odak seçmesi gerekirken, insanlar gözleri hızlı bir şekilde yeniden odaklayarak ve / veya farklı amaçlanan aralıklarda (örneğin bir pencerenin yüzeyine veya içinden bakarken) uygun dürbün görüş için hareket ettirerek 'tek bir görüntüyü' daha derinlemesine izleyebilir. ), vb.

Çözümün bir kısmı, farklı ayarlarda çeşitli görüntüleri yakalamak ve daha sonra birleştirmek için tek bir kamerayı hızlı bir şekilde birkaç kez (veya birden fazla kamera) kullanmak, HDR'nin en açık örnektir - tıpkı gözümüzün yaptığı gibi, aktif olarak görünüyor farklı "ayarlara" sahip farklı yerlerde, ve daha sonra beyniniz hepsini tutarlı bir resim veya filmde birleştirir. Gözlerimiz tarafından alınan gerçek "görüntüler" zaten iyi kameralardan daha kötü, sadece zihinsel kombinasyonu güzel.

Zihinsel imajınız sadece retinanın değil, öğrenci ve elbette beyniniz de dahil olmak üzere görme ile ilgili diğer tüm bileşenlerle etkileşimi. Sana bir 'tek resim' olarak görünen şey, aslında tek bir anlık görüntünün değil, yüksek hızlı ayarların ve bilgi işlemenin sonucudur.

Bu konu hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz .

Logaritmik özelliklere sahip bir ışık sensörü yapmak tamamen mümkündür - böyle bir sensör, belirli bir pozlama için sınırlı çözünürlük pahasına inanılmaz dinamik aralığa sahip olacaktır. Her ikisini de elde etmek için yüksek çözünürlüklü bir ADC gerekir. CT görüntülemede tipik olarak 24 bit doğrusal kullanılır - ve sonra CT görüntüsünü oluşturmak için ofset ayarlamasından sonra logaritma alınır.

Hem pozlama kontrolünü (entegrasyon süresi - düşünme deklanşör hızı) yapan bir sensör daha iyi yapabilir ve ışık toplama verimliliğinde değişikliklere izin verirseniz (f sayısı düşünün) daha fazla esneklik elde edersiniz.

Nihai dinamik aralık genellikle okuma gürültüsü ile sınırlıdır - biriken şarjı okuduğunuzda, bir miktar hata olacaktır - elektronik cihazların destekleyebileceği en büyük sinyale karşı. Dediğim gibi - 24 bit tıbbi görüntülemede yaygındır ve bu 10 milyonda 1 bölümden daha iyidir. Bu, belirli bir pozlama için retinadan çok daha yüksek bir dinamik aralıktır. Ancak, geleneksel kameralarda yaygın olarak kullanılmaz, çünkü göz görüntüdeki bu ayrıntıları takdir edemezdi ve çözünürlük hız pahasına gelir.