Kameralar neden tüm çekim boyunca ışık verileri kaydetmiyor?

Maalesef soru başlığı kafa karıştırıcıysa, bunu söylemenin en iyi yolunu bilmiyorum, bu yüzden daha iyi bir şey düşünebilirseniz değiştirmekten çekinmeyin. Perdeyi kullanan mekanik bir deklanşör kullanmak yerine elektronik panjurların görüntüyü bir kerede yakalayabildiğini öğrendim. Bu bana bir fikir verdi. Diyelim ki belirli bir çekim 1 / 200'lerde düzgün bir şekilde pozlanacak, ancak görüntünün dinamik aralığı kameranın çekemeyeceği kadar geniş.

Neden elektronik deklanşöre sahip bir kamera , sadece ışık verisi toplamak ve nihayet tek bir resim olarak saklamak yerine, deklanşörün tüm süresi boyunca bir görüntüden ışık verilerini sürekli olarak yakalayıp kaydedemiyor ? Bir odanın karanlıktan başladığını ve parlaklığın giderek arttığını görmek gibi bir şey. Böylece kamera, bir görüntünün tüm dinamik aralığını yakalayabilir ve verileri bir HDR için birden fazla pozlamaya ihtiyaç duymak yerine tek bir fotoğrafta tüm dinamik aralığa sahip bir görüntüye derleyebilir. Bu ayrıca , fotoğraf makinesi tüm pozlama aralıklarından gelen ışık verilerini depoladığından, işlem sonrası hiçbir bilgi kaybı olmadan pozlama ayarına izin verir . Bu fikir şu anda neden uygulanmıyor?

X-ışınlarında yapıldı.

Timepix 256x256 dedektörüdür. It has üç çalışma modu :

• "entegre olmaya başladığımızdan beri bu pikseldeki toplam enerji";
• Eşik Süresi (TOT): algılanan darbe yüksekliği TOT modunda piksel sayacına kaydedilir; ve
• Varış Zamanı (TOA): TOA modu, tetikleyici ile radyasyonun her piksele varış arasındaki süreyi ölçer.

Bu teknoloji optik görüntülemeye uyarlanmıştır . TOT modu en iyi Wilkinson ADC gibi davranmak olarak tanımlanır - okuma, biriken yükün eşikte veya üstünde olduğu toplam süreye karşılık gelir. Bunu deklanşör zamanından çıkarmak, bu pikselin doygunluğunun ne kadar sürdüğünü gösterir. Böylece, her piksel için, deklanşör açıldığından beri çizgiyi 0'dan doygunluğa çekebilirsiniz. Böylece istediğiniz sanal deklanşör zamanını seçebilirsiniz (tüm pikseller doygun olduğu sürece) ve her bir piksel çizgisini kullanarak o sanal deklanşör zamanına kadar biriken ışığını tahmin edebilirsiniz.

Bir daha doğrudan uygulama fikrinizi CMOS yapılmıştır. Her piksel bir eşik yüküne ulaşma süresini kaydeder ve raporlar. (Zaman içinde doymayan pikseller ADC'den ziyade eşik süpürülür, bu nedenle her piksel sonunda yeterince düşürülmüş bir eşiği aşar.)

Pixim Dijital Piksel Sisteminin ( örnek ) bunu piksel başına bir ADC kullanarak ve biriken yükü tekrar tekrar (birikim eğimini elde etmek için) okumadan yaptıklarını hatırlıyorum . Fakat şu an için destekleyici kanıt bulamıyorum.

Bu fikirle ilgili bazı belirgin sorunları kaçırıyorsunuz.

Işık verilerini "sürekli" yakalamak istiyorsunuz, ama bu zaten yapılıyor.

Görünüşe göre, pozlamadan sonra her biri tüm pozlama ile ilerleyerek ilerleyen zamanlarda pozlanan bir dizi görüntüye sahip olmak istersiniz. Sonraki görüntülerde gölge alanlarda daha fazla ayrıntı olabilir, ancak parlak alanlar kırpılmış olabilir. Kamera ürün yazılımı, tek tek görüntülerden daha büyük dinamik aralığa sahip tek bir görüntü oluşturabilir.

Bununla ilgili iki göze çarpan sorun:

• milyonlarca pikselin bu kadar hızlı nasıl okunacağı ve
• sonuçları nereye koyacağız.

Teknoloji bugün bunu yapmaya müsait değil.

"Ya da foton sensördeki bir piksele her vurduğunda zaman damgası verin" - bu çok büyük miktarda veri olacaktır. Hızlı bir arama, bir dijital kameradaki her pikselin veya senselin 20.000 ila 100.000 foton arasında bir yerde doygun olduğunu gösterir. Diyelim ki 12 megapiksellik bir kameradan memnun kaldık ve buradaki hassasiyetin alt tarafında iyiyiz. Bu hala trilyonlarca veri noktasının dörtte biri . Çok fazla dinamik aralığa sahip 50 megapiksel bir kameradan bahsediyorsak, belki beş trilyon . Zaman damgalarımızı her biri sadece iki bayt yapıyor olsak bile (bir bayt sadece 256 değer verir, bu yüzden bunu değerli kılmak için yeterli değildir), bu ... bir görüntü için çok fazla veri. Demek istediğim, kelimenin tam anlamıyla terabayt.

Yani açıkça günümüz teknolojisi ile veri boru hattı açısından halen uygulanabilir şöyle dursun, değil bir yere koyarak .

İstediğiniz şey, sürekli ışık örneklemesi, teorik olarak mümkün olabilir, ancak pratik olarak çok pahalı olabilir. Çok yüksek bir örnekleme oranı ile yaklaşık olarak tahmin etmek mümkün olabilir. Bu, çok yüksek kare hızlarına sahip yüksek hızlı (ağır çekim) video kamera ile yapılabilir. Daha sonra çıktı bir görüntü oluşturmak için sonradan işlenebilir.

Hızlı bir arama bu Phantom gibi yeter gösterir

Bunlar hızlı sensörlere sahip olarak ve büyük miktarda veriyi taşıyabilen ve depolayabilen bir iştir. Sürekli örnekleme denemesi veya sürekli göründüğü kadar hızlı bir örnekleme oranı, bu sorunu ve maliyeti büyütür.

Elektronik deklanşör zaten bir adım. Artık tüm pikselleri aynı anda alabilir, ardından toplamayı durdurmalarını söyleyebiliriz (yani, her pikseli örnekleyebilir) ve her bir pikselin her rengi için bilgileri seri olarak ölçerek, aynı anda çekilen bir görüntü hakkında veri yakalayabiliriz.

Bu eskiden böyle değildi.

Yine de HDR manzarası için bazı hack'ler yapmak zorundayız, ancak yine de sensör teknolojisindeki ilerlemeler nedeniyle eskisi kadar kötü değil. Artık daha fazla sensör hassasiyetine ve dinamik aralığa sahibiz, bu nedenle iki braket çekimi ve işleme sonrası gerektiren bir fotoğraf artık kamerada yakalanabilir, çünkü sensör belirli görüntülerin hem yüksek hem de düşük değerlerini ölçebilir. Aslında, sensörler o kadar iyi oldu ki, tüm dinamik aralığı elde etmek için üçten fazla köşeli çekim gerektiren bir duruma nadiren rastlayacaksınız. Eski sensörler 5 veya daha fazla köşeli çekim gerektirebilir.

Fikriniz, anladığım kadarıyla, piksel başına sürekli ölçüm gerektirir.

Bu harika bir fikir olmakla birlikte, uygulama bir sorun olmaya devam etmektedir. Kameralar, sensörden seri olarak veri akışı sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. İşlemcinin her pikseli için bir çizgi yoktur, bunun yerine görüntü sensörü işlemcinin bir kerede veya birden fazla pikselin değerini aynı anda okumasına izin verir, ancak aynı anda değil. Tüm pikseller arasında yineleme yapmak zorundadır ve bu zaman alır.

Bunun üstesinden gelemeyiz, çünkü sensör ve işlemci arasında 50 milyon kablo bulamayacağız. İşlemin daha fazlasını sensöre entegre edebiliriz, ancak sensör bir şey yapmak ve iyi yapmak için uzmanlaşmıştır. Dijital devre eklemek 3D IC'ler kullanılsa bile daha fazla gürültüye ve muhtemelen daha küçük piksele neden olur. Ayrıca, iyi bir ışığa duyarlı silikon oluşturmak için kullanılan işlemler, iyi, düşük güçlü, hızlı işlenen bir dijital silikon oluşturmak için kullanılan işlemlerden farklıdır.

Bunların hepsi engeldir, ancak bazı özel uygulamalar için zaten kullanılmaktadır. Genellikle bilimsel ve endüstriyel alanda.

Ama bu soğukta kaldığımız anlamına gelmiyor. Sensörler, özellikle dinamik aralıkta iyileştikçe, sonunda parantezsiz kamerada "HDR" elde edeceğinizi göreceksiniz - sensörler tüm aralığı alacak kadar hassas olacak ve lensler ve kamera gövdesi iyi olacak kanama, yansıma ve sensörün tam kapasitesine ulaşmasını engelleyen diğer sorunları önlemek için yeterli.

Fikir kötü olmasa da, karmaşık, pahalı ve hala diğer iyileştirilebilir alanlarda büyümek için yerimiz var, böylece yönteminiz bile gerekli olmayabilir.

Asıl cevap fiyattır. Fotoğraf makineniz için 10-100x daha fazla ödeme yapmak istiyorsanız, gerçekten süslü sensörler alabilirsiniz.

Açıkladığınız istenen sonuç, her piksel için daha yüksek bir dinamik aralıktır. Bunu yapmanın birkaç yolu var. Açık yol daha iyi bir ADC ve CMOS sensörü elde etmektir, ancak bu paraya mal olur ve düşündüğünüz şeyin damarında değildir. Bir sonraki yaklaşım, sürekli bir süreçte, analog olarak yükü emmek olacaktır . Bu, piksele kaç foton vurduğunu açıklayan sürekli bir işlev elde etmenizi sağlar. Bununla birlikte, bu tür analog donanımlar son derece zordur. Kameranızda, tüm piksel verileri oldukça az sayıda ADC aracılığıyla kaydırılır. Sensörlerimizin güzelliğinin bir kısmı, bunu nasıl yapabildikleri, yüzlerce faktörden daha ucuz bir donanım sağlıyor. Bunu sürekli yapmak için her pikselin olağanüstü miktarda ince ayarlı analog donanıma sahip olması gerekir.

Bu da bizi dijital örnekleme yaklaşımına getiriyor. Saniyenin 1 / 1000'inde bir veri yakalama fikrinden bahsettiniz, bu da bana sürekli bir süreç düşünmediğinizi, ince zaman dilimleri için birçok veri noktası aldığınız ve bunları diktiğiniz bir örnekleme işlemi kadar birlikte. Diğer cevaplarda belirtildiği gibi, bazı telefonlarda HDR + tam olarak bunu yapar. Hızlı bir şekilde art arda birkaç fotoğraf çeker ve bunları HDR efekti elde etmek için harmanlar. Bunu yapmak için, tek bir görüntü için gerekenden çok daha yüksek ADC bant genişliğine sahiptirler, ancak her pikseli sürekli olarak işlemek için gereken kadar ihtiyaç duymazlar.

Sesinden, her pikselin bu kez kendi başına örnekleme yapmasını istersiniz. Bunu yapmak için, önce 3d entegre devre tasarımına bir göz atmamız gerekir. Sensörün yüzeyinde yer kaplayan her pikseldeki herhangi bir donanımın olmasını istemezsiniz veya IC'nin sensör olmayan kısımlarına düştüğünde çok az piksele sahip olmak veya bir grup ışığı kaybetmekte sorun yaşarsınız. Bunu yapmanın tek yolu bir 3d çip oluşturmaktır. Bunlar gerçekten geleceğin teknolojisi. Bunu nasıl yapacağımızı keşfetmeye başlıyoruz , ancak bu kolay değil. Kameranıza ayıracak yüz binlerce dolar varsa, bu tür şeyleri gerçekleştirebiliriz.

Sonunda, her pikselin çıktısının "tamsayı" yerine "kayan nokta sayısı" olmasını istediğiniz anlaşılıyor. Diğer bir deyişle, her piksel kaç foton vurduğuna dair bir değere ve asıl foton sayısını elde etmek için bu değerin ne kadar çarpılacağını söyleyen bir üssü olacaktır. Piksel maruz kaldıkça, çok yüksek bir hızda (belki 5000Hz) örneklenir ve foton sayısı çok büyürse, daha büyük bir üs alır.

Şimdi asıl soru, bundan ne kadar fayda elde edeceğinizdir. Unutmayın, HDR + yaklaşımı yüzlerce dolarlık cep telefonları için güncel teknolojidir. Buradaki herhangi bir kameradan çok daha zorlu toleranslarla ultra ileri teknoloji kullanmaktan bahsediyorsunuz. Bunun bir bedeli olacak. Seni ne satın aldı? Deklanşör sırasındaki bu tek pikselli cihazlar size Google'ın sunduğu ucuz CMOS teknolojisinin gerçekten yapmadığını ne satın aldı? Cevap çok fazla değil. Bunun tercih edilen bir yaklaşım olduğu birkaç ufacık küçük köşe vakası olabilir , ancak mevcut teknolojiden önemli ölçüde daha yüksek bir fiyat etiketi ile, ticari bir marş.

Çok benzer bir şey uygulanıyor. Hala farklı çerçevelerle çalışır, çünkü analog bir yaklaşımdan ziyade bir dijitalin önemli avantajları vardır. Ancak yaklaşımlar, pico saniyesinde zaman çözünürlüğü ile var olur.

https://www.ted.com/talks/ramesh_raskar_a_camera_that_takes_one_trillion_frames_per_second

Neden elektronik obtüratörlü bir kamera, sadece ışık verisi toplamak ve nihayet tek bir resim olarak saklamak yerine, deklanşörün tüm süresi boyunca bir görüntüden sürekli olarak ışık verisi yakalayıp kaydedemiyor?

Burada gerçekten önerdiğiniz şey, "tüm pozlama sırasında ne kadar ışık toplandı?" daha ziyade "sahne her noktada ne kadar parlaktı?" Bu harika bir düşünce ve bunu yapmanın birkaç yolunu düşünebilirim, ancak hepsinin ortak noktası sensöre karmaşıklık katmaları.

Kamera üreticileri uzun zamandır daha fazla piksel sağlamak için çalışıyor ve her bir pikselin yapısını basit tutmanın bu çabaya yardımcı olduğunu tahmin ediyorum. Artık DSLR'lerde genellikle 20 ila 50 milyon piksel arasında sensör var, belki de daha iyi pikseller oluşturmak yerine bunların çalıştığını göreceğiz . Bunu bazı açılardan görüyoruz - çift piksel otomatik odaklama bunun bir örneği. Ve kesinlikle daha dinamik aralık , daha az gürültü vb. Sağlayan sensörler üzerinde çalışan şirketler var .

Kısacası, sanırım, bu şekilde çalışmazsa bile, gelecekte önerdiklerinizin çizgileri boyunca bir şeyler göreceğiz ve zaten orada olmamamızın nedeni muhtemelen artan piksel yoğunlukları gibi diğer hedefler geçmişte daha yüksek önceliklerdi.

Biraz farklı bir şekilde yapılabilir. Bir resim yerine farklı pozlama sürelerine sahip birkaç kare çekersiniz. Ardından, istifleme için kullandığınız algoritmaya bağlı olarak bir tür ortalama elde etmek için resimleri yığınlarsınız.

Örneğin, son güneş tutulması ile çıplak gözle görülebilen korona miktarı, kamera için herhangi bir pozlama süresinin gösterebileceğinden çok daha büyüktü. Çünkü gözün logaritmik bir dinamik aralığı vardır, oysa gözün doğrusal bir dinamik aralığı vardır. Böylece, çeşitli pozlama sürelerini istifleyerek, bir resimde gözlemcilerin gözleriyle gördüklerini çok daha iyi tahmin edebilirsiniz .

Olympus Live Bulb ve Live Time modları tanımladığınız yöne gider.

Gönderen OM-D E-M5 kılavuzuna :

Çekim sırasında pozlamanın ilerlemesini görüntülemek için [Live BULB] (S.89) veya [Live TIME] (S.89) için bir görüntüleme aralığı seçin.

İşte bir video . İşlem sırasında birden çok pozlama görseniz bile, sonunda yalnızca bir pozlama elde ettiğinizi unutmayın. Sensör pikselleri sadece pozlama sırasında aldıkları toplam foton miktarını önemser, bu fotonların sensöre ne zaman veya hangi sırada geleceğini bilmezler.

Doğru fikre sahipsiniz. Sony, RX100M5 ve D-Range Optimizer olarak adlandırdıkları bir özelliğe sahip diğer kameralarda bu etki için bir şeyler yapıyor - sahneyi analiz ediyor ve sorunlu alanları ayarlıyor ve telafi ediyor.

D-Aralık Geliştirici işlevi yakalanan görüntü verilerini anında analiz eder ve en uygun pozlama ve ton üretimi için otomatik olarak düzeltir. Genellikle arkadan aydınlatmalı sahneler çekilirken, öznenin yüzü veya gölgedeki diğer alanları fotoğrafta insan gözüne göre daha koyu görünür. D-Aralık Geliştirici işlevi, fotoğraflanan sahneler için farklı koşullar arasında ayrım yapar ve gama eğrisini, pozlama düzeyini ve diğer parametreleri insan gözünde göründüğünden daha koyu olan kısımları kaldırmak için otomatik olarak düzeltir.

D-aralığı optimize edici işlevi ayrıca tüm görüntüyü eşit olarak ayarlayan (pozlama gibi yönleri düzeltmek için etkili) Standart modu ve kompozisyon içindeki alanları otomatik olarak düzelten Gelişmiş modu içerir. Gelişmiş modunu kullanarak, fotoğrafçı, ikisinin parlaklığında büyük bir fark olsa bile, hem öznenin hem de arka planın uygun parlaklık ile resmedildiği net bir görüntü üretebilir.

kaynak: https://sony-paa-pa-en-web--paa.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/26259/~/what-is-the-function-of-d-range-optimizer % 3F