Цветные фильтры на базе основных цветов RGB — часть светочувствительной матрицы — основного элемента фотосенсора, осуществляющий пространственное разделение фотографируемых цветных предметных точек изображения по фотодиодам — пикселам матрицы, где каждый пиксел накрыт одним светофильтром массива и несущий один цвет.
Таблица расположений цветных фильтров[]
| схема | название | описание | размер элемента (пикселы) |
|---|---|---|---|
|
Фильтр Байера | Cтандартный RGB фильтр. 1 синий, 1 красный, 2 зелёных | 2×2 |
|
RGBE | Один из зелёных фильтров заменён на изумрудный (англ. emerald). Применялся фирмой Sony в 8-мегапиксельной матрице ICX456 и в фотоаппарате Sony CyberShot DSC-F828.[1] | 2×2 |
|
CYYM | Голубой,
2 жёлтых, пурпурный. Kodak. [2] |
2×2 |
|
CYGM | Голубой, жёлтый,
зелёный, пурпурный. Применяется в камерах Kodak. |
2×2 |
|
RGBW Байер | один из зелёных фильтров заменён на белый, в стандартном фильтре Байера. Выигрывает в светочувствительности и выигрывает в фотографической широте. | 2×2 |
|
RGBW #1 | три примера RGBW фильтров Kodak, с 50 % белого. По сравнению с остальными, выигрывают в светочувствительности и фотографической широте, но несколько проигрывает в цветопередаче. Между собой отличаются алгоритмами обработки и характером структурного шума (англ. pattern noise), создаваемого большим (по сравнению с традиционным фильтром Байера) пространственным периодом структуры фильтра. | 4×4 |
|
RGBW #2 | ||
|
RGBW #3 | 2×4 |
Фильтр размывающий[]
Сейчас размывающий фильтр используется в матрицах фотосенсоров с мозаичными фильтрами в большинстве камерах, но его применение не является необходимым. Фирма Kodak производила две камеры DCS Pro SLR/n и DCS Pro SLR/c[3], в которых использовались матрицы без размывающего фильтра. Результатом этого был эффект цветного муара на мелких деталях[4].
Смягчение артефактов этого типа не является необходимым и может быть скомпенсировано постобработкой изображения в соответствии с целями фотографа.
Однако развитие цифровых фотоаппаратов в сторону упрощения их использования, стремление получить конечный продукт - jpg файл, не увеличивая затрат на обработку, непосредственно в фотоаппарате, привели к решению о применении рассеивающего фильтра. Это стало компромиссным решением, ныне массово применяемым. [5]
Вместе с тем будущее принадлежимт фотосенсорам без светофильтров (см. Foveon X3-матрица), где вопрос увеличивая затрат на обработку, непосредственно в фотоаппарате и решение о применении рассеивающего фильтра снят. Больше того, последнее время расширяется производство прфессиональных и дюбительсеких цифровых фотоаппаоатов, где с успехом применяется фотосенсор Foveon X3-сенсор) вообще без светофмльтров, обеспечивающий замену цветной фотоплёнки и дающий аналоговые изображения (См.Sigma SD15 и др. цифрокамеры этой фирмы).
Развитие CFA[]
Фильтр Байера — исходно не только самый первый вариант расположения фильтров на матрице, но и наиболее простой в обработке вариант фильтра. Даже быстрая билинейная интерполяция даёт «конечный результат» в виде полноцветной RGB картинки.
В отличие от традиционного RGGB фильтра Байера, при иных цветах светофильтров получение RGB компонентов каждого пиксела требует более сложных алгоритмов, учитывающих в определённых пропорциях значения всех окружающих пикселов. Однако неидеальность цветопередачи и потеря 2/3 светового потока на фильтрах заставили разработчиков искать возможные изменения массива фильтров.
Улучшение цветопередачи[]
Желание увеличить точность цветопередачи зелёных цветов привела к разработке RGEB-фильтра, в котором половина зелёных ячеек заменена зелёно-голубыми («изумрудными», англ. emerald).
| G | R |
| B | E |
Снимки, сделанные с применением таких матриц, отличаются более плавными переходами голубых цветов и зелёной листвы. Применяется в некоторых камерах фирмой Sony.
Увеличение чувствительности[]
Также иногда применяются CYGM-фильтры:
| C | Y |
| G | M |
Данный фильтр интересен тем, что пропускает приблизительно 2/3 падающего света, задерживая 1/3. Тем самым достигается рост общей светочувствительности матрицы. Однако итоговое цветовое пространство оказывается у́же, чем при аддитивном RGB наборе фильтров.
Увеличение чувствительности и фотографической широты[]
Фильтры RGBW в нормальных условиях панхроматического освещения дают бо́льшую светочувствительность, но худшую цветопередачу. На освещении, близком к монохроматическому, RGBW превосходит по всем параметрам сенсоры с RGGB-фильтрами за счёт большего числа пикселей, воспринимающих свет.
Сравнение с другими системами[]
Преимущества перед трёхматричными системами[]
- компактность;
- технологичность, возможность производства интегральной микросхемы со всей прилегающей к ней оптической частью (фильтр Байера, микролинзы, low-pass фильтр) как единого целого;
- отсутствие проблем cведения цветов и механической юстировки;
- возможность применения в зеркальных аппаратах;
- возможность применения объектива с малым задним вершинным расстоянием, тем самым существенно уменьшить габариты камеры и упростить оптическую схему при сохранении характеристик;
Преимущества фотосенсоров без светофильтров[]
Проблемы, присущие фильтрам Байера, призвано решить новое поколение многослойных или многокомпонентных фотосенсоров — Foveon X3-сенсор компании Foveon или фотосесорах видеокамер 3CCD-сенсор, в которых каждый пиксель состоит из трёх слоев, каждый из которых воспринимает свой цвет. Цветопередача фотосенсоров Foveon X3-сенсор, 3CCD-сенсор приближена к цветопередаче цветной фотоплёнки и в настоящее время обеспечивает цветопередачу объекта получаемых аналоговых изображений с соотношением 1:1 (см. Foveon X3-матрица).
Сравнение с фотосенсорами без светофильтров[]
Сравнение фотосенсоров без светофильтров: внутрипиксельных трёзуровневых пикселей фотосенсоров (Foveon X3-сенсор) или с фотосенсорами, применяющих трехматричный компауд в сочетании с дихроической призмой (3CCD-сенсор) с однослойными фотосенсорами Nikon RGB-матрица в настоящее время (2009) ещё рано говорить. Nikon RGB-матрица с дихроическими зеркалами внутри каждого пикселя. Они ещё представляют «продукцию» лишь запатентованную, но не внедрённую на прктике. Однако очевидно, что фотосенсоры согласно патенту Nikon RGB-матрица будут иметь перед ними следующие преимущества: технологичность, более точное разделение и аддитивный синтез цветов RGB, компактность по сравнению с 3CCD-сенсор.
Недостатки систем с мозаикой цветных фильтров[]
- Необходимость восстанавливать часть цветовой информации приводит к потере пространственного разрешения в цветных деталях.
- Процедура восстановления порождает эффект цветного муара и цветные артефакты.
- Для снижения эффекта цветного муара применяется low-pass фильтр, дополнительно размывающий изображение до его попадания на матрицу. Это приводит к дополнительному снижению разрешающей способности системы в целом и снижению микроконтраста.
- Снижение резкости в алгоритме и на low pass фильтре делает необходимым применение алгоритмов повышения резкости.
История, аналоги[]
Фильтр Байера и расположение световоспринимающих элементов в одной плоскости ведут своё происхождение от растрового способа цветной фотографии.
См. также[]
Сноски[]
- ↑ Phil Askey, Sony Cybershot DSC-F828 Review, DPReview.com, январь 2004. (англ.)
- ↑ О цветокоррекции разных CFA от Kodak (англ.)
- ↑ Kodak DCS Pro SLR/c Review (англ.)
- ↑ Пример муара при воспроизведении мелких деталей без AA фильтра (англ.)
- ↑ Brian W. Keelan (2004). Handbook of Image Quality: Characterization and Prediction. Marcel–Dekker. pp. 390. ISBN 0824707702. http://books.google.com/books?vid=ISBN0824707702&id=E45MTZn17gEC&pg=RA1-PA388&lpg=RA1-PA388&ots=noDzLfu2ju&dq=spot+separation+in+optical+anti-aliasing+filters&sig=IWnjfbrjX-oMXNkeW2ZBxH_RBmg#PPA390,M1. "increasing fill factor provides a more favorable exchange of sharpness and aliasing than does increasing spot separation, probably because of the poor stop-band characteristics of the birefringent filter" (англ.)
- Soo-Wook Jang, Eun-Su Kim, Sung-Hak Lee, and Kyu-Ik Sohng (2005). Adaptive Colorimetric Characterization of Digital Camera with White Balance. LNCS. 3656. Springer. pp. 712-719. doi:. ISBN 978-3-540-29069-8.
|
Это заготовка статьи о фотографии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
en:Color filter array