Jakie trudności techniczne wiążą się z budowaniem czujnika o dużym zakresie dynamicznym, takim jak ludzkie oko?

Dlaczego nie mamy jeszcze czujników o wysokim zakresie dynamiki, które mają odpowiednią ekspozycję w każdej części obrazu?

Istnieją już kamery z DR większym niż ludzkie oko, zarówno natychmiast, jak i ogólnie. Zakres dynamiki ludzkiego oka nie jest tak duży, jak większość ludzi myśli. O ile pamiętam, jest to około 12 do 16 EV, co jest mniej więcej na poziomie współczesnej lustrzanki cyfrowej.

Podstawowa różnica polega na tym, że mamy niezwykle naturalną kontrolę przysłony, która dostosowuje się do różnych części obrazu. W efekcie nasze mózgi automatycznie układają obrazy w stosy. Kiedy patrzymy na jasną część sceny, nasze źrenice kurczą się i widzimy szczegóły jasnej części. Jeśli zmienimy ostrość na ciemniejszą część, nasze źrenice szybko się otworzą i zobaczymy szczegóły ciemnej części. Nasz mózg wie, jak wyglądała poprzednia część, więc nie zauważamy zmiany w naszym widzeniu peryferyjnym, ale tak naprawdę nie widzimy tylu szczegółów, w których nie jesteśmy już skupieni.

Podobnie, nawet dla ogólnego zakresu widzenia ludzkiego, istnieją wyspecjalizowane kamery, które mogą pójść znacznie ciemniej niż my i nadal widzieć, szczególnie kolory, są po prostu zbyt drogie, aby wyprodukować je dla ogółu społeczeństwa, ponieważ wymagają bardzo wysokiej jakości materiałów i konstrukcji, aby bardzo niski poziom hałasu. Istnieją również czujniki zdolne do patrzenia na bardzo jasne obiekty, na które patrzenie ludzi byłoby bolesne.

Widzenie jest procesem aktywnym

Dużym problemem jest to, że patrzenie oczami jest bardzo podobne do robienia zdjęcia - obraz musi zawierać wszystkie informacje, na które może patrzeć, ale normalne widzenie jest aktywnym procesem, który obejmuje ruch oczu, zmianę ostrości i rozszerzenie źrenic zgodnie z do obiektów, na które patrzymy. Tak więc, jeśli chcesz uchwycić „to, co widzi oko”, w istocie musisz uchwycić punkt widzenia we wszystkich ustawieniach, których może użyć oko.

Twoje pytanie dotyczy zakresu dynamicznego, ale ten sam problem pojawia się ze szczegółami wizualnymi i skupieniem. Obraz „ekwiwalent życia” potrzebuje znacznie więcej pikseli, niż może to uchwycić oko, ponieważ rozdzielczość oka jest bardzo nierówna, a gdy patrzysz tylko na jedno małe miejsce z środkową siatkówką o wysokiej rozdzielczości, obraz potrzebuje więcej szczegółów dostępnych, ponieważ poruszysz oczami. Filmy muszą wybrać jedno ogniskowanie, podczas gdy człowiek może zobaczyć „pojedynczy obraz” z większą głębią, szybko zmieniając ostrość oczu i / lub przesuwając je w celu uzyskania prawidłowego widzenia obuocznego z różnych zamierzonych odległości (np. Patrząc na powierzchnię okna lub przez niego ) itp.

Częścią rozwiązania jest to, że - przy użyciu jednej kamery wiele razy szybko (lub wielu kamer) do przechwytywania różnych zdjęć przy różnych ustawieniach i scalania ich później, HDR jest najbardziej rażącym przykładem - podobnie jak nasze oko, aktywnie wygląda w różnych miejscach z różnymi „ustawieniami”, a dopiero potem mózg łączy to wszystko w spójny obraz lub film. Rzeczywiste „zdjęcia” wykonane naszymi oczami są już gorsze niż dobre aparaty, po prostu ich mentalne połączenie jest fajne.

Twój obraz mentalny jest produktem nie tylko siatkówki, ale jej interakcji ze wszystkimi innymi elementami zaangażowanymi w widzenie, w tym źrenicą i, oczywiście, twoim mózgiem. To, co może się wydawać „jednym obrazem”, jest w rzeczywistości wynikiem szybkich dostosowań i przetwarzania informacji, a nie pojedynczą migawką.

Więcej informacji na ten temat można znaleźć tutaj .

Całkowicie możliwe jest wykonanie czujnika światła o właściwościach logarytmicznych - taki czujnik miałby niesamowity zakres dynamiczny kosztem ograniczonej rozdzielczości dla określonej ekspozycji. Uzyskanie obu wymaga ADC o wysokiej rozdzielczości. Do obrazowania CT zwykle stosuje się 24 bity liniowe - a następnie logarytm jest brany po korekcji przesunięcia w celu utworzenia obrazu CT.

Czujnik, który zarówno kontroluje ekspozycję (czas integracji - pomyśl czas otwarcia migawki), może działać lepiej, a jeśli dopuścisz zmiany wydajności zbierania światła (pomyśl liczbę f), zyskasz jeszcze większą elastyczność.

Ostateczny zakres dynamiczny jest zwykle ograniczony przez szum odczytu - gdy odczytasz zakumulowany ładunek, wystąpi błąd - w porównaniu z największym sygnałem, który elektronika może obsłużyć. Jak powiedziałem - 24 bity są powszechne w obrazowaniu medycznym i jest to więcej niż 1 część na 10 milionów. To znacznie wyższy zakres dynamiczny niż siatkówka dla danej ekspozycji. Ale nie jest powszechnie stosowany w konwencjonalnych aparatach, ponieważ oko nie mogło docenić tych szczegółów na obrazie - a rozdzielczość odbywa się kosztem szybkości.