Kameralar neden 3'ten fazla renk kanalı sunmuyor? (Yoksa onlar?)


39

Halen, piyasada satılan çoğu kamera (tümü?) Üç renkli kanalda ışığı yakalar: kırmızı, yeşil ve mavi. Bana göre, daha geniş spektral aralık ve çözünürlükte bir kameraya sahip olmanın çok faydalı olacağını düşünüyorum ve bu yüzden neden üçten fazla renk kanalı çeken kameraların kullanılmadığını merak ediyorum.

Tam olarak ne demek istiyorum?

Yorumlarda (silindiğinden beri) kastettiğim şeylerle ilgili bazı sorgular vardı, bu yüzden daha iyi bir açıklama yapmak istiyorum. Görünür ışık, yaklaşık 390-700 nm dalga boylarında değişir. Bu iki uç nokta arasında sonsuz sayıda dalga boyu vardır, ancak göz, yalnızca üç renkli fotoreseptöre sahip olduğundan, onları ayırt etmek için çok sınırlı bir kapasiteye sahiptir. Bunlar için tepki eğrileri, aşağıdaki şeklin (a) bölümünde gösterilmiştir. ( Daha büyük sürüm .) Bu, ışık frekansına bağlı olarak farklı renkler görmemize olanak tanır, çünkü düşük frekanslı ışık mavi alıcılar üzerinde daha fazla etkiye sahip olacak ve yüksek frekanslı ışık kırmızı alıcılar üzerinde daha fazla etkiye sahip olacaktır.

görüntü tanımını buraya girin

Bir kameradaki dijital sensör, piksellerinin önünde filtreler bulundurarak çalışır ve genellikle üç tür filtre vardır. Bunlar, insan gözünün gördüğü şeyi taklit etmek için yukarıdaki (a) rakamına mümkün olduğunca yakın tepki eğrileri ile seçilir.

Ancak, teknolojik açıdan konuşursak, (b) 'de gösterildiği gibi, örneğin mavi ve yeşil arasında bir tepe noktası olan dördüncü bir filtre tipi ekleyemememiz için hiçbir neden yoktur. Bir sonraki bölümde, fotoğrafın fotoğrafın işlenmesinde neden göze çarpan herhangi bir şeyle uyuşmadığı halde faydalı olacağını açıklıyorum.

Bir başka olasılık, kameranın spektral aralığını genişleten, şekil (c) 'de gösterildiği gibi kızılötesi veya ultraviyole ek kanallar eklemek olacaktır. (Bu teknik olarak daha zor olabilir.)

Son olarak, üçüncü bir olasılık, frekans aralığını daha ince bir şekilde bölmek ve yüksek spektral çözünürlüğe sahip bir kamera üretmek olabilir. Bu versiyonda, normal RGB kanallarının, yazılımda sensörün ürettiği daha ince taneli verilerden inşa edilmesi gerekecektir.

Sorum, DSLR'lerin neden (a) dışında bu seçeneklerin hiçbirinde sunmadığı ve diğerlerinden herhangi birini sunan kameraların bulunup bulunmadığı ile ilgili. (Fotoğraf çekmek için kullanacağınız kameranın türünü soruyorum - bu tür özellikler sunan bilimsel araçlar olduğunu biliyorum.)

Bu neden faydalı olabilir?

DSLR ile çekilen renkli resimlerden, siyah-beyaz fotoğrafları düzenlemekle uğraşıyorum. Bu işlemi ilginç buluyorum çünkü B&W fotoğrafını düzenlerken üç RGB kanalı sadece sahne hakkında veri kaynağı haline geliyor. Temsil ettikleri gerçek renkler neredeyse alakasızdır - mavi kanal çoğunlukla faydalıdır çünkü sahnedeki nesneler, bu dalga boyları aralığında yansıttıkları ışık miktarı ve insan gözünün gördüğü şeye karşılık geldiği için farklılık gösterir. "mavi" çok daha az alakalı.

Üç kanala sahip olmak, nihai siyah-beyaz görüntünün farklı yönlerinin pozlanmasını kontrol etmede büyük esneklik sağlar. Bunu yaparken dördüncü bir renk kanalının daha fazla esneklik vereceğini düşündüm ve bu yüzden böyle bir şeyin neden olmadığını merak ediyorum.

Ekstra renkli kanallar, siyah beyazın yanı sıra renkli fotoğrafçılık için de aynı sebepten yararlı olacaktır. RGB kanallarının her birini, şimdi bir B&W görüntü oluşturduğunuz şekilde, farklı frekans aralıklarının ışığını temsil eden farklı kanallardan gelen verileri birleştirerek oluşturuyorsunuz. Çoğu amaç için bu, yazılımda otomatik olarak yapılır, ancak işleme sonrası seçenekler açısından daha fazla esneklik sunar.

Bunun nasıl faydalı olabileceğinin basit bir örneği olarak, bitkilerin yakın kızılötesi olarak çok yansıtıcı olduğunu biliyoruz. Bu gerçek genellikle bitkilerin renkli beyaz renkte göründüğü çarpıcı özel efektler çekimleri yapmak için kullanılır. Bununla birlikte, düzenleme yazılımınızda dördüncü bir kanal olarak kızılötesi görüntüye sahipseniz, örneğin daha az IR yansıtıcı nesneler bırakırken, görüntüdeki tüm bitkilerin pozlamasını değiştirerek renkli görüntüleri işlemek için kullanılabilir.

Kızılötesi durumunda, IR-duyarlı olmayan bir sensör yapmanın zorluğunun fiziksel nedenleri olduğunu anlıyorum , böylece dijital sensörler genellikle önünde bir IR-bloklayıcı filtreye sahiptir. Ancak, görünür aralıkta, aynı türde avantajları sağlayacak olan daha yüksek spektral çözünürlüğe sahip bir sensör oluşturmak mümkün olmalıdır.

Bir kimse bu özelliğin dijital işleme çağında daha az faydalı olacağını düşünebilirdi, ama aslında ben şimdi kendi başına geleceğini düşünüyorum. Dijital olarak yapabileceklerinizin sınırları, mevcut veriler tarafından belirlenir, bu nedenle, daha fazla miktarda spektral verinin, onsuz hiçbir şekilde var olamayacak işleme tekniklerine olanak sağlayacağını hayal ediyorum.

Soru

Bu özelliğin neden görünmediğini bilmek istiyorum. Dört veya daha fazla renk kanalına sahip bir sensör yapımında büyük bir teknik zorluk var mı, yoksa böyle bir özellik için talep yetersizliği ile daha mı fazla ilgisi var? Çok kanallı sensörler araştırma çalışması olarak var mı? Yoksa ne kadar yararlı olacağı konusunda yanıldım mı?

Alternatif olarak, eğer mevcutsa (veya geçmişte kaldıysa), hangi kameralar bunu önerdi ve temel kullanım alanları nelerdir? (Örnek görüntüleri görmeyi çok isterim!)


Herkese selam, burada otomatik sistemlerin tetiklenmesi için fazlasıyla yorumlarda çok fazla tartışma yapıldı. Sorular ve / veya cevaplarla ilgili bir tartışma almak istiyorsanız, lütfen bunu sohbet odamıza götürün. Teşekkürler.
John Cavan

İlgili (ancak farklı) soru : Neden tüm dalga boyları için filtreler yerine RGB kullanıyoruz
Karan Karan

Bazı modern aydınlatma ekipmanlarının neden olduğu sorunların üstesinden gelmek için daha iyi seçenekler sunması yararlı olacaktır ...
rackandboneman

Yanıtlar:


32

Kameralar neden 3'ten fazla renk kanalı sunmuyor?

Üretmek daha pahalı (birden fazla maliyete mal üretmek daha fazla) ve Bayer CFA'ya göre (pazarlanabilir) hiçbir avantaj sağlamaz.

(Yoksa onlar?)

Onlar yaptı. Perakendede olanlar da dahil olmak üzere birçok kamerada RGBW (RGB + Beyaz) RGBE (RGB + Emerald), CYGM (Camgöbeği Sarı Yeşil Macenta) veya CYYM (Camgöbeği Sarı Macenta) filtreleri vardı.

Bana göre, daha geniş spektral aralık ve çözünürlükte bir kameraya sahip olmanın çok faydalı olacağını düşünüyorum ve bu yüzden neden üçten fazla renk kanalı çeken kameraların kullanılmadığını merak ediyorum.

Kanal sayısı doğrudan spektral aralık ile ilişkili değildir.

Dört veya daha fazla renk kanalına sahip bir sensör yapımında büyük bir teknik zorluk var mı, yoksa böyle bir özellik için talep yetersizliği ile daha mı fazla ilgisi var?

Talep eksikliği belirleyici faktördür.

Ek olarak, CYYM / CYGM filtreleri renk parazitine neden olur çünkü dönüşüm sırasında büyük katsayılı aritmetik işlemler gerektirir. Parlaklık çözünürlüğü, renkli parazit pahasına olsa da, daha iyi olabilir.

Çok kanallı sensörler araştırma çalışması olarak var mı? Yoksa ne kadar yararlı olacağı konusunda yanıldım mı?

Daha fazla kanalla spektral aralığın daha büyük olacağı konusunda yanılıyorsunuz, dördüncü kanalda hem renk hem de monoton için birkaç ilginç işleme tekniği sağladığınızı düşünüyorsunuz.

Alternatif olarak, eğer mevcutsa (veya geçmişte kaldıysa), hangi kameralar bunu önerdi ve temel kullanım alanları nelerdir?

Sony F828 ve Nikon 5700, örneğin, onlar ve diğer birkaç kişi ikinci el bile mevcut. Yaygın olarak kullanılan kameralardır.


Spektral aralığın yalnızca çoğu kamerada bulunan sıcak ayna ile değil, aynı zamanda sensörü oluşturan fotodiyotların duyarlılığı ile sınırlı olduğunu bilmek ilginçtir. Tüketici kameralarında ne tür fotodiyotların tam olarak kullanıldığını bilmiyorum ama işte yarı iletkenlerin sınırlandırılmasını gösteren örnek bir grafik:

Işığa duyarlı yarı iletkenlerin karşılaştırılması


Dördüncü kanalı çıkarmak için kullanılabilecek bir yazılım ile ilgili olarak: büyük olasılıkla dcrawancak yalnızca bir kanalı çıkarmak için değiştirilip derlenmesi gerekiyor.

dcraw.cDördüncü kanalı kullanan F828 için bir 4x3 matrisi vardır . İşte bir fikir: { 7924,-1910,-777,-8226,15459,2998,-1517,2199,6818,-7242,11401‌​‌​,3481 }- Bu lineer formdaki matristir, muhtemelen her dördüncü değer Zümrüt'ü temsil eder. Bunu şuna çevirirsiniz: { 0,0,0,8191,0,0,0,0,0,0,0,0 }( 8191bir tahminde bulunmak yerine hangi sayının olması gerektiğini bilmiyorum ), yeniden derleyin ve çıktı görüntüsünün kırmızı kanalda görüntü bozulduktan sonra Zümrüt kanalını alması (kaynakları doğru anladıysam).


Yorumlar uzun tartışmalar için değildir; bu konuşma sohbete taşındı .
John Cavan

3
Euri, dcraw vb. Hakkındaki yorumlarınızda bazı süper yararlı bilgiler vardı, şimdi sohbet odasına taşındı. Bunu gelecek nesiller için cevabınıza göre düzenleme şansınız var mı?
Nathaniel,

16

Bu uzun süredir çalışan optik sistem mühendisinden birkaç not. Birincisi, gelen ışığı düzinelerce, hatta birkaç yüz renkli (dalga boyu) kanala kırmak için ızgaralar veya eşdeğeri kullanan "hiperspektral" kameralar denilen şeyler var. Tahmin edebileceğiniz gibi bunlar başlı başına renkli fotoğraflar üretmek için kullanılmaz veya faydalı değildir, ancak yayılan veya yansıtılan dar bant spektral çizgileri belirli malzemelerden ayırmak için harikadır. örneğin jeologlar, bunları bir uçağa monte edilmiş bir aşırı kamera kullanarak mineral yataklarını tanımlamak için kullanırlar.

Daha sonra, her bir dalga boyunun ürettiği renkler (foton enerjisi) ile gözlerimizin algıladığı renkler arasında büyük bir fark var. Her biri farklı spektral tepki eğrilerine sahip üç veya bazı şanslı insanlar için dört farklı koni var. Vikipedi sayfasındaki ilk resim de dahil olmak üzere, bu eğrileri ağın her tarafında bulabilirsiniz. Daha sonra, algıladığımız renk / ton aralığı bütün bir haritayı kaplarken, herhangi bir tek foton dalga boyu tarafından üretilen renkler o haritanın alanında bir çizgi oluşturur.

Edwin Land tarafından yürütülen bazı muhteşem deneyimler de dahil olmak üzere herhangi bir sayıda deney, gözlerin tüm olası görme renklerini yeniden yapılandırması için RGB'nin karıştırılmasının yeterli olduğunu göstermiştir. (Aslında, sadece iki rengin artı diğerinin gri tonlamalı bir temsilinin yeterli olacağı ortaya çıktı. Beyindeki optik işlem gerçekten garip)


11

RGB kamera sensörleri çok popüler çünkü insan vizyonunu yeniden oluşturuyorlar

Çoğu insanın ihtiyaç duyduğu şey bu - gördüğümüz gibi görünen fotoğraflar çekmek.

Daha fazla spektral çözünürlüğe sahip daha fazla bandı ayırt etmek için RGB alt piksellerini daha farklı tür filtrelerle değiştirmek işe yarayacaktır:

  • sadece tek bir amaç için . İyi fotoğraflar elde etmek için herkesin kabaca aynı RGB filtrelerine ihtiyacı vardır, ancak biri için faydalı olabilecek sınırsız sayıda spektral bant vardır. Bu şekilde evrensel bir kamera yapamazsınız.

  • sensörün genel hassasiyetini azaltır . Verilen her alt piksel, kabul ettiği dar bant dışındaki tüm ışıklarda kullanışsızdır. Daha fazla filtre = daha fazla boşa ışık.

Bu nedenle, dar özelleşmiş sensörler yapmak yerine, herhangi bir dahili filtreye sahip olmayan bir sensöre sahip olmak ve görüntü elde etme sırasında filtreleri değiştirmek daha iyidir. Bu şekilde tüm sensör alanı her bir filtre ile birlikte kullanılır, eşleşen alt piksele sahip sadece küçük bir kesir değil.


1
Bu kesinlikle doğru değil, 3 ana renk, bir insanın görebileceği tüm tonları sağlayamıyor. CIE kromatiklik şemasına bakarsanız, üçgen şeklinde görünür, ancak içinde yazılı bir pratik RGB üçgeni gördüğünüzde kaç tane renk kaçırdığınızı görürsünüz. Mavi-yeşil alandaki dördüncü bir birincil, belki% 20 daha fazla renkle dörtgen yaratacaktır.
Mark Ransom

PS, insanların RGB'den memnun olmalarının tek nedeni, tipik gamın dışındaki renklerin, RGB'nin üretebildiğinden daha nadir olmasıdır.
Mark Ransom

1
Bayer filtresi, renk boşluğunu bir ekran gibi bir üçgene nasıl kısıtlamaz? Yeterince dikkat çekmeyeceğini düşündüğüm bir konu; Örneğin sensör çip farkları hakkında konuşurken asla söz edilmez.
Mark Ransom

1
Aynı soru, sadece 3 çeşit "filtreye" sahip olan insan retinası için de geçerlidir - ve cevabı, sanırım, sergilemenin ve hissetmenin farklı hayvanlar olduğudur! belki, gamutların birbirleriyle savaştığı gösterilerin aksine, hiç kimsenin bu konuda konuşmaması çok sıkıcı ve kolaydır.
szulat

1
@MarkRansom görüntüleme veya kaydetme hakkında konuşur musunuz? Çok büyük fark var. XYZ uzamı bir tristimulus uzayıdır ve kromatiklikleri, adlandırdığım grafikte koordinatlara sahiptir. İşte resimde (dış, gölgeli).
Euri Pinhollow

2

İnsan gözünde üç renk sensörü var. Spektral profilleri geniştir ve örtüşürler. Her biri, girişin renk olarak yorumlandığı beyine sinir sinyalleri gönderir. Beyindeki işlemenin garip olduğu hakkındaki önceki cevabındaki yorum doğrudur. Durum böyle olunca, belirli bir renk için sadece 3 uyaran gerekir. Daha fazla ayrıntı için renkli görüş hakkındaki Wikipedia makalesine bakın.


0

IR ve UV ışık için ilave kanallara sahip, ancak tüketici ürünü olarak olmayan çok sayıda spektral kamera var.

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