Dlaczego niebieski kanał jest najgłośniejszy?

Jest on powszechnie zaobserwować , że niebieski kanał w aparatach cyfrowych jest najgłośniejszy. Z pewnością zauważyłem to w moim aparacie. Dlaczego to?

Czy jest to artefakt jakiejś konkretnej technologii (np. Matryca Bayera lub czujniki CMOS), czy może ma to związek z fizyką światła o wyższej częstotliwości, czy też jest związane z ludzkim widzeniem?

_{Kolejne pytanie: dlaczego czujniki są mniej wrażliwe na światło niebieskie?}

Oprócz reakcji czujnika omówionej przez Tall Jeffa, większość oświetlenia sceny (światło słoneczne, światło żarowe) jest pozbawiona niebieskiego światła w stosunku do zielonego i czerwonego. Odpal ten symulator ciała czarnego Java i zobacz, że niebieski jest niższy niż zielony lub czerwony dla interesujących temperatur barwowych (~ 5500 K światła dziennego, ~ 3000 K żarowych).

Jest jeszcze jeden mały czynnik, który potęguje problem. Macierze CCD i CMOS są detektorami zliczającymi fotony. Większość wykresów, w tym te w powyższym symulatorze ciała czarnego, pokazuje widmową gęstość energii , a nie liczbę fotonów. Niebieskie fotony są bardziej energetyczne niż fotony czerwone dzięki odwrotnemu stosunkowi ich długości fal, więc dla tej samej wartości energii na wykresach można uzyskać około 25% więcej fotonów czerwonych niż fotonów niebieskich. I to jest punkt wyjścia dla efektów wrażliwości, które opisuje Tall Jeff.

Jeśli chodzi o matryce CCD i czujniki podświetlane od tyłu, matryce CCD oświetlone od przodu mają tę samą zmniejszoną czułość niebieskiego, ponieważ duża część niebieskiego światła jest pochłaniana podczas przechodzenia przez niewrażliwą strukturę bramki układu. Czujniki podświetlone od tyłu zobaczą poprawioną niebieską odpowiedź. Zobacz tę typową krzywą odpowiedzi widmowej (dla różnych typów CCD klasy badawczej).

Biorąc pod uwagę obecny stan techniki, szum w niebieskim kanale jest kombinacją efektów kaskadowych, które działają razem, aby niebieski „wyglądał” najgorzej. Po pierwsze, przy ustawieniu wzoru Bayera w macierzy * jest dwa razy więcej zielonych niż czerwonych lub niebieskich pikseli. To natychmiast stawia niebieską i czerwoną w niekorzystnej przestrzeni w porównaniu z kanałem zielonym i powoduje znacznie więcej szumu widmowego dla tych dwóch kanałów, gdy triplety RGB są odtwarzane z sąsiednich pikseli czujnika. Na przykład 10-pikselowy czujnik będzie miał 5M źródłowych zielonych pikseli, 2,5 mln czerwonych i 2,5 mln niebieskich. Oczywiście, kiedy formujesz te surowe informacje w końcowe tryplety 10M RGB, jasne jest, że nie może być lepszej niż 1/2 takiej ilości informacji dla kanału czerwonego lub niebieskiego, a to pojawia się jako forma szumu na ostatecznym obrazie.

Następny efekt dotyczy czułości spektralnej układu czujników poprzez filtry czerwony, zielony i niebieski. Jako system, nowoczesne czujniki CMOS są o około 50% bardziej czułe na zielone i czerwone obszary widma niż na niebieskie obszary. Na przykład w przypadku tego czujnika CMOS firmy Cypress na stronie 3 możemy zobaczyć, że czułości względne wynoszą około czerwonego (75%), zielonego (80%), niebieskiego (50%) podczas indeksowania krzywych dla odpowiednich długości fal dla każdego kolor. Ten brak czułości w połączeniu ze stałym poziomem czujnika i szumem próbkowania dla wszystkich pikseli w czujnikach powoduje, że niebieski ma znaczną wadę w stosunku sygnału do szumu w porównaniu z pozostałymi dwoma kolorami.

Pomijając to, oznacza to, że kolorowe matryce CMOS radzą sobie najlepiej w odtwarzaniu koloru zielonego, a następnie drugiego, a następnie niebieskiego, co jest najgorszym z trzech z ogólnej perspektywy szumu.

Patrząc w przyszłość, zauważ, że te ograniczenia związane z niebieskim kanałem są tak naprawdę głównie kwestią optymalizacji kosztów / wydajności. Oznacza to, że nie ma nic nieodłącznego od fizyki, która wymagałaby gorszego działania niebieskiego, tyle że byłoby O DUŻO droższe, biorąc pod uwagę obecne konstrukcje urządzeń w celu poprawy niebieskiego kanału o zauważalny margines. Ponadto, biorąc pod uwagę, że ludzkie oko nie jest bardzo wrażliwe na osi koloru niebieskiego / żółtego, rozwiązania są już bardzo dobrze zoptymalizowanym rozwiązaniem. W rzeczywistości jestem pewien, że większość producentów aparatów wolałaby najpierw obniżyć całkowity koszt, zanim zapłaciłby tyle samo lub więcej, tylko w celu poprawy wydajności szumu niebieskiego kanału.

** Bayer postanowił ustawić matrycę w ten sposób, ponieważ ludzki system wzrokowy uzyskuje większość swojego sygnału luminancji (tj. Informacji o jasności) z zielonej części spektrum kolorów. Oznacza to, że pręciki w oczach są najbardziej wrażliwe na zielone światło, dzięki czemu zielona część spektrum jest najważniejsza wizualnie. *

Ponieważ ludzkie oczy / mózgi nie są tak wrażliwe na zmiany niebieskiego światła, jak na zmiany zielonego / czerwonego światła. Nowoczesne czujniki aparatu działają bardziej jak ludzkie oczy i dlatego są mniej wrażliwe na niebieski niż na zielony / czerwony. Ponieważ standardem wyświetlania neutralnego na kolorowych monitorach jest równe ilości niebieskiego, zielonego i czerwonego, a ponieważ czujniki są mniej wrażliwe na niebieski niż na czerwony i zielony, wygodnie jest wzmocnić niebieski kanał. Wzmacnianie sygnału kanału niebieskiego wzmacnia również szum kanału niebieskiego.

Redukcja szumów z aparatu jest stosowana tylko podczas fotografowania w formacie JPEG, ale ponieważ wiele osób fotografuje w formacie RAW, niebieski kanał jest zawsze nieco zaszumiony. Szukałem rozwiązania tego problemu. Jeden zasugerował konwersję obrazu do koloru laboratoryjnego i wygładzenie / rozmycie tylko kanału luminancji, a następnie konwersję z powrotem do RGB, aby usunąć szum. Możesz spróbować.

Przeprowadziliśmy analizę niebiesko-zielono-czerwonych kanałów DP3 Merrill w trybie cyfrowym (RAW). Właśnie kupiłem ten aparat w czerwcu 2018 r. Niebieski kanał wykazuje błąd zależny od poziomu w przetworniku A / D, który nie występuje w kanałach czerwono-zielonych, które działają zgodnie z oczekiwaniami. Wydaje się, że może wystąpić błąd w okablowaniu niebieskiego kanału a / d lub w kodzie, który tłumaczy napięcie a / d na sygnał cyfrowy niebieskiego kanału. NIE jest to kwestia wrażliwości. Może to być problem z nasyceniem, tzn. Napięcia fizyczne przekraczają zakres a / d przy bardzo niskich napięciach, tj. Zbyt duży zysk w tym kanale. Aparat został ustawiony na ISO 100 w celu pozyskiwania danych, a dane były zbierane w zakresie czasu otwarcia migawki i poziomów sygnału w ramce. Pomiary kanału niebieskiego były prawie poprawnymi sygnałami przy najniższych poziomach sygnału. Im wyższy sygnał, tym większy błąd. Jest to problem wzmocnienia / digitalizacji w algorytmie tworzącym pliki X3F lub problem z porządkowaniem bajtów. Patrzymy bezpośrednio na pliki X3F, aby sprawdzić, czy błąd już tam występuje, ale spodziewam się, że tak jest, ponieważ zarówno pliki TIFF, jak i JPEG generowane przez konwerter mają ten sam problem. Pytanie, czy producent będzie zainteresowany rozwiązaniem tego problemu? Chip Foveon to dobry pomysł, który należy odpowiednio zaprojektować. Pytanie, czy producent będzie zainteresowany rozwiązaniem tego problemu? Chip Foveon to dobry pomysł, który należy odpowiednio zaprojektować. Pytanie, czy producent będzie zainteresowany rozwiązaniem tego problemu? Chip Foveon to dobry pomysł, który należy odpowiednio zaprojektować.