Чому блакитний канал найшумніший?

Він широко спостерігається , що синій канал в області цифрових камер є гучним. Я, звичайно, помітив це зі своєю камерою. Чому це?

Це артефакт якоїсь конкретної технології (наприклад, масив Байєра чи CMOS-датчики), чи це щось пов’язане з фізикою світла високої частоти, чи це пов’язано із зором людини?

_{Подальше запитання: Чому датчики менш чутливі до синього світла?}

Окрім сенсорної реакції, яку обговорював Талл Джефф, більшість освітленості сцени (сонячне світло, розжарювання) не вистачає у синьому світлі щодо зеленого та червоного. Запустіть цей симулятор чорного тіла Java та переконайтесь, що синій колір нижчий, ніж зелений або червоний, при кольорових температурах, що цікавлять (~ 5500 К денного світла, ~ 3000 К у розжаренні).

Є ще один невеликий фактор, який ускладнює проблему. Матриці CCD та CMOS - це детектори фотонного підрахунку. Більшість ділянок, у тому числі в тренажері чорного тіла вище, показують спектральну щільність енергії , а не кількість фотонів. Сині фотони більш енергійні, ніж червоні фотони, за оберненим співвідношенням їх довжин хвиль, тому за однакову енергетичну цінність на ділянках ви отримаєте приблизно на 25% більше червоних фотонів, ніж сині фотони. І це відправний момент для ефектів чутливості, який описує Талл Джефф.

Що стосується CCD-дисків та датчиків із підсвічуванням ззаду, ПЗЗ з фронтальним боком страждають від тієї ж зменшеної синьої чутливості, оскільки значна частина синього світла поглинається при проходженні через нечутливу структуру затвору мікросхеми. Датчики з підсвічуванням ззаду побачать покращену синю реакцію. Дивіться цю типову криву спектральної реакції (для різних типів ПЗЗ дослідницького рівня).

Зважаючи на сучасний стан техніки, шум у синьому каналі - це поєднання каскадних ефектів, які працюють разом, щоб синій "виглядав" найгіршим. По-перше, при налаштуванні шаблону Bayer в матриці є вдвічі більше зелених пікселів, ніж червоних або синіх *. Це негайно ставить синій і червоний в просторовий недолік порівняно із зеленим каналом і призводить до набагато більшого спектрального шуму для тих двох каналів, коли RPL-трійники реконструюються з сусідніх пікселів датчиків. Наприклад, 10-піксельний датчик матиме 5-метрова зелена пікселя, 2,5-метрова червона та 2,5-метрова синя. Зрозуміло, що коли ви формуєте цю необроблену інформацію в кінцеві трійки RGB 10M, зрозуміло, що для червоного або синього каналу не може бути більше, ніж 1/2, і це виглядає як форма шуму в кінцевому зображенні.

Наступний ефект стосується спектральної чутливості сенсорної системи через червоний, зелений та синій фільтри. Як система, сучасні датчики CMOS приблизно на 50% чутливіші до зеленої та червоної областей спектру, ніж до синьої. Наприклад, для цього датчика CMOS від Cypress ми бачимо на сторінці 3, що відносна чутливість становить приблизно червоний (75%), зелений (80%), синій (50%), коли індексуєш криві на потрібній довжині хвилі для кожної. колір. Ця відсутність чутливості в поєднанні з фіксованим рівнем датчика та дискретизації шуму для всіх пікселів на датчиках позначає синій колір у значному недоліку співвідношення сигнал / шум порівняно з іншими двома кольорами.

Якщо відмітити це, це означає, що кольорові CMOS-датчики найкраще відтворюють зелений, за ним другий червоний, і нарешті синій, що є найгіршим із трьох із загальної точки зору шуму.

Дивлячись у майбутнє, зауважте, що ці обмеження із синім каналом - це здебільшого питання оптимізації витрат та ефективності. Тобто, немає нічого притаманного фізиці, що вимагає, щоб продуктивність синього кольору була гіршою, лише те, що було б МНОГО дорожче, враховуючи поточні конструкції пристроїв, щоб покращити синій канал на помітний запас. Крім того, враховуючи, що людське око не дуже чутливе до осі синього / жовтого кольору, рішення вже є дуже добре оптимізованим рішенням. Насправді, я впевнений , що більшість виробників камер воліли б загальну вартість впасти першим , перш ніж платити такі ж або більш просто поліпшити сині шумові характеристики каналу.

** Байєр вирішив налаштувати матрицю таким чином, оскільки візуальна система людини отримує більшість її сигналів яскравості (тобто: інформації про яскравість) із зеленої частини кольорового спектру. Тобто, стрижні в очах найбільш чутливі до зеленого світла, роблячи зелену частину спектру найважливішою візуально. *

Тому що людські очі / мізки не так чутливі до змін блакитного світла, як до змін зеленого / червоного вогнів. Сучасні датчики камери діють більше, як людські очі, і тому вони менш чутливі до синього, ніж до зеленого / червоного. Оскільки стандартом для відображення нейтральних кольорових моніторів є наявність однакової кількості синього, зеленого та червоного кольорів, а оскільки датчики менш чутливі до синього, ніж до червоного та зеленого, зручно посилити синій канал. Посилення сигналу синього каналу також посилює шум синього каналу.

Зменшення шуму від камери застосовується лише у випадку, коли ви знімаєте JPEG, але оскільки багато людей знімають RAW, синій канал завжди дещо галасливий. Я шукав вирішення цієї проблеми. Один запропонував перетворити зображення в лабораторний колір і згладити / розмити лише канал світності, а потім перетворити назад в RGB для видалення шуму. Ви можете спробувати.

Ми провели аналіз синьо-зелено-червоних каналів DP3 Merrill в цифровому (RAW) режимі. Щойно я придбав цю камеру в червні 2018 року. Синій канал виявляє похибку, залежну від рівня, в перетворювачі / d, який відсутній у червоно-зелених каналах, які функціонують як очікувалося. Схоже, може виникнути помилка або в проводці синього каналу a / d, або в коді, який переводить напругу a / d на цифровий сигнал синього каналу. Це НЕ питання чутливості. Це може бути проблемою насичення, тобто фізичні напруги перевищують діапазон a / d при дуже низьких напругах, тобто занадто великий коефіцієнт посилення в цьому каналі. Камера була встановлена ​​на рівні ISO 100 для отримання даних, а дані отримувались за діапазоном швидкостей затвора та рівнів сигналу в кадрі. Вимірювання синього каналу були майже майже правильними сигналами на найнижчих рівнях сигналу. Чим вище сигнал, тим більша помилка. Це проблема посилення / оцифрування в алгоритмі, що створює файли X3F, або, можливо, проблема впорядкування байтів. Ми дивимося на файли X3F безпосередньо, щоб перевірити, чи помилка вже присутня там, але я сподіваюся, що це так, оскільки і файли TIFF, і JPEG, що створюються перетворювачем, мають однакову проблему. Це питання, чи буде виробник зацікавлений виправити цю проблему? Чіп Foveon - це гарна ідея, яку потрібно правильно спроектувати. Це питання, чи буде виробник зацікавлений виправити цю проблему? Чіп Foveon - це гарна ідея, яку потрібно правильно спроектувати. Це питання, чи буде виробник зацікавлений виправити цю проблему? Чіп Foveon - це гарна ідея, яку потрібно правильно спроектувати.