Файли RAW зберігають 3 кольори на піксель або лише один?

Кен Роквелл каже, що виробники камер враховують окремі датчики R / G / B, коли вони говорять про мегапікселі. Отже, зображення нижче буде камерою 6x6 пікселів, а не 3x3, як ви собі уявляли.

Якщо це правда, файл RAW містив би лише одну інформацію про колір на піксель (будь то R, G або B) у вигляді 10, 12 або 14 бітового числа.

Моя плутанина настає, коли я читаю в деяких місцях такі речі, як:

• Файли RAW зберігають два зелених датчика на піксель.
• Файли RAW використовують 12 біт на піксель, але є 3 кольори, так що насправді це 36 біт на піксель.

Що, очевидно, було б помилковим, якщо твердження Кена є правильним.

То яка правда?

Сирі файли насправді не зберігають жодних кольорів на піксель. Вони зберігають лише одне значення яскравості на піксель.

Це правда, що за допомогою маски Байєра над кожним пікселем світло фільтрується або червоним, зеленим, або синім фільтром¹ по кожній лунці пікселя. Але немає жодного жорсткого відсічення, де тільки зелене світло проникає до зеленого відфільтрованого пікселя або лише червоне світло проникає до червоного відфільтрованого пікселя. Існує багато перекриттів. Багато зеленого світла та синього світла потрапляє через зелений фільтр. Багато червоного та навіть синього світла проходить через червоний фільтр, а деяке червоне та зелене світло фіксується пікселями, які фільтруються синім кольором.

Оскільки необроблений файл - це набір одиничних значень освітленості для кожного пікселя на датчику, фактична інформація про колір пікселя для неочищеного файлу не має. Колір отримують шляхом порівняння сусідніх пікселів, які фільтруються за одним із трьох кольорів за допомогою маски Байєра. Але так само, як поставити червоний фільтр перед об'єктивом під час зйомки чорно-білої плівки, це не призвело до отримання однотонної червоної фотографії (або фотографії з Ч / б, де тількичервоні предмети взагалі мають будь-яку яскравість), маска Байєра перед однотонними пікселями також не створює колір. Що це робить, це змінити тональне значення (наскільки яскравим або наскільки темним записано значення освітленості певного кольору) різних кольорів різними кількостями. Коли тональні значення (інтенсивності сірого) сусідніх пікселів, відфільтрованих трьома різними кольорами, використовуваними в масці Байєра, порівнюються, то кольори можуть бути інтерпольовані з цієї інформації. Це процес, який ми називаємо демосайзінгом .

Для присвоєння значень R, G та B для кожного пікселя робиться багато математики . Існує маса різних моделей для здійснення цієї інтерполяції. Скільки упередженості приділяється червоному, зеленому та синьому в процесі демонстраційного оцінювання - це те, що встановлює баланс білого / кольору . Контрастність визначає гамма-корекцію та будь-яке додаткове формування кривих світлових реакцій . Зрештою, значення R, G і B присвоюються кожному пікселю. У вашому прикладі 6x6 пікселів у запитанні результатом демонстраційного оцінювання буде зображення 36 пікселів з 36 пікселями, кожне з яких має значення Червоне, Зелене та Синє.

Трохи дозвіл втрачається при перекладі. Виявляється, що за кількістю чергових чорних і білих ліній на дюйм або мм, які можна вирішити датчиком з маскою Bayer RGGB і добре виконаною демотазою, абсолютна межа роздільної здатності датчика Bayer становить приблизно 1 / √2 порівняно з монохроматичним датчиком, який не має маски Байєра, і тому він не потребує демозаспостереження (але може бачити лише у чорно-білому).

Навіть коли ваша камера налаштована для збереження неочищених файлів, зображення, яке ви бачите на задній панелі РК-екрану камери відразу після фотографування, не є необробленими необробленими даними. Це зображення попереднього перегляду, згенероване камерою, застосувавши параметри камери до необроблених даних, в результаті чого зображення попереднього перегляду jpeg, яке ви переглядаєте на РК-екрані. Це попереднє зображення додається до необробленого файлу разом із даними датчика та інформацією EXIF, яка містить параметри камери під час зйомки фотографії.

Налаштування в розробці камери для таких речей, як баланс білого, контраст, тінь, підсвічування тощо, не впливають на фактичні дані датчика, записані в неочищеному файлі. Швидше за все, ці налаштування перераховані в іншій частині сировинного файлу.

Коли ви відкриваєте "сирий" файл на своєму комп’ютері, ви бачите одну з двох різних речей:

• Попередній перегляд jpeg-зображення, створеного камерою під час фотографування. Камера використовувала налаштування, які діють, коли ви робили знімок і додавали їх до вихідних даних у файлі .cr2. Якщо ви дивитесь на зображення на задній панелі камери, ви бачите попередній перегляд jpeg.

• Перетворення необроблених даних додатком, який ви використовували для відкриття "необробленого" файлу. Коли ви відкриваєте 12-бітний або 14-розрядний "необроблений" файл у вашій програмі для фотографій на комп’ютері, те, що ви бачите на екрані, - це 8-бітове візуалізація демозовованого сирого файлу, який дуже схожий на jpeg, а не на власне монохроматичний 14-бітний файл, відфільтрований Bayer. Коли ви змінюєте налаштування та повзунки, "необроблені" дані перезаписуються та надаються знову в 8 біт на кольоровий канал.

Які ви бачите, залежатимуть від налаштувань, вибраних для програми, з якою ви відкриваєте неробочий файл.

Якщо ви зберігаєте свої фотографії в необробленому форматі під час їх зйомки, під час обробки після публікації ви будете мати таку саму інформацію для роботи, незалежно від того, які параметри розробки були вибрані в камері під час зйомки. Деякі програми можуть спочатку відкрити файл, використовуючи або попередній перегляд jpeg, або застосувавши параметри камери, активні під час зйомки зображення на необроблені дані, але ви можете вільно змінити ці налаштування без будь-якої руйнівної втрати даних на будь-яку іншу ви хочете в пошті.

Digital Photo Professional від Canon відкриє вихідний файл у форматі .cr2 у тому ж стилі зображення , який був обраний у камері під час зйомки. Все, що вам потрібно зробити, це змінити - скористатися спадним меню та вибрати інший стиль зображення . Ви навіть можете створити "рецепт" для одного зображення, а потім пакетно застосувати його до всіх зображень, перш ніж почати працювати з ними. Інше програмне забезпечення для сировини для переробки сировини подібне, і зазвичай існує можливість, щоб програма відкривала зображення із застосуванням налаштувань розвитку камери.

З використанням сторонніх програм для необробленої обробки, таких як Lightroom або Camera Raw Adobe , діафрагма Apple або фотографії , PhaseOne's Capture One Pro , OpticsPro лабораторії DxO тощо, отримання зображень для відображення відповідно до параметрів камери може бути трохи складніше. Наприклад, продукти Adobe ігнорують більшість розділів приміток виробника в EXIF-файлах необробленого файлу, де багато виробників містять хоча б частину інформації в налаштуваннях камери.

_{¹ Справжні кольори маски Байєра перед сенсорами більшості кольорових цифрових камер: Синій - злегка фіолетовий варіант синього кольору з центром 450 нанометрів, Зелений - злегка синюватою версією зеленого з центром приблизно на 540 нанометрів, а Червоний - злегка помаранчевий варіант жовтого. Те, що ми називаємо «червоним», - це колір, який ми сприймаємо для світла довжиною хвилі близько 640 нанометрів. "Червоні" фільтри на більшості масивів Bayer дозволяють просвічувати десь близько 590-600 нанометрів. Перекриття між «зеленим» та «червоним» шишками в сітківці людини ще ближче, ніж «червоне» зосереджене приблизно на 565 нанометрів, що ми сприймаємо як жовто-зелене.}

Це все правда, але тлумачення можна розтягнути.

Цей специфічний сирий колірний малюнок називається схемою Байєра.

Так, сировина - це один колір на піксель, а один піксель - (як правило) 12 біт. Отже, є три кольори сирих пікселів, деякі - синій, деякі - червоний, а 2х - ці зелені.

Потім пізніше програмне забезпечення для необробленої обробки (щоб зробити RGB JPG, воно може бути негайно в камері, а може бути зовнішнім значно пізніше) перетворює необроблені дані в RGB-зображення, щоб ми могли їх використовувати. Це інтерполяція, сусідні пікселі двох інших кольорів об'єднуються у кожен з цих пікселів RGB, але всі вони стають пікселями RGB. На той момент це 36-бітні RGB-пікселі, проте просторове дозвіл дещо порушено, і різні піксельні дані передаються сусідам. Ми можемо отримати (наприклад) 6000 RGB пікселів ширини датчика, але вони отримані з 2000 синіх та 2000 червоних датчиків тощо (а також дані поділяються вертикально, вони надходять із понад трьох пікселів). Це називається демосайзінг ... який можна знайти в Інтернеті.

Кен має рацію в претензії, яку ви цитуєте - начебто. Правильно, що цифрові камери сьогодні (за винятком тих, що мають датчики Foveon Sigma) працюють за допомогою матриці Байєра, а роздільна здатність датчика котирується як розмір матриці. Ваш приклад зображення представляє датчик "36 пікселів". Однак важливо визнати, що камери перетворюють це на повнокольорове зображення повного заданого розміру у фактичних пікселях , і що це не так вже й погано, як це робить Кен .

Декілька речей, які він говорить у цій статті, прямо помиляються, починаючи з:

Станом на 2006 рік, ці розумні алгоритми дозволяють починати з однієї третини даних і роблять це приблизно так само добре, як і половина кількості заявлених пікселів.

Це була нісенітниця в 2006 році, і це нісенітниця сьогодні. Процес працює на деяких простих припущеннях. Більшість з них викладено тут , але основне - це те, що ви можете передбачити, яка «відсутність» інформації повинна дивитись на різнокольорові пікселі сусідів. Це, як виявляється, є гарним припущенням більшу частину часу, а дуже неправильне в інші часи. У випадках, коли не дуже багато деталізованого переходу між кольорами, результат настільки ж хороший, як якщо б кожен датчик записав повнокольоровий колір. У випадках, коли припущення неправильне, це набагато гірше. У реальному світі колишній насправді дуже поширений і працює набагато краще, ніж «половина» - але важливо, що це залежить від контексту.

RAW не пропонує тут жодних переваг, крім однієї потенційної азартної гри. Інтерполяція Bayer відбувається в програмному забезпеченні, що відкриває вихідні дані. Майбутні досягнення алгоритмів інтерполяції Bayer можуть бути закладені в майбутньому сировинному програмному забезпеченні, якщо і лише в тому випадку, якщо ваш виробник камер продовжить підтримувати вчорашні камери у програмі завтрашнього дня. Так само, як імовірно, виробник камер може більше не підтримувати вашу стару камеру у завтрашньому програмному забезпеченні!

Він правий у тому, що зйомка RAW не змінює основ, але думка про те, що старі файли перестануть працювати, в основному є дурницею . Оскільки старі камери використовують один і той же основний принцип і принципово подібні формати файлів, це не коштує багато часу, щоб підтримувати старі моделі на безстроковий час, і у виробників є багато стимулів для цього - і навіть якщо це станеться, є чудові декодери з відкритим кодом.

І звичайно, зберігання файлів RAW пропонує й інші переваги, не пов’язані з демозаспозицією.

Але також нерозумно говорити, що можливість майбутніх удосконалень є єдиною перевагою. Як я вже говорив, існують різні припущення щодо вмісту вашого зображення, і різні алгоритми (або підключення до цих алгоритмів) краще підійдуть до різних ситуацій у реальному світі, тому якщо ви опинитесь у ситуації, коли ви потрапляєте муару чи інших артефактів, ви можете з цим впоратися. (Хоча, додам, що це на дуже метушливому рівні - дуже рідко трапляється ситуація, коли зазирнути до цього уважно варто.)

Існує також фактор, за який можна вибачити Кена, оскільки статтю десятиліття. У 2006 році більшість камер знаходилися в діапазоні 5-8 мегапікселів, а моделі DSLR високого класу розтягувались до 12. Тепер типові DSLR з низьким / середнім діапазоном та беззеркальні камери пропонують 16 та 24 мегапікселі, і звідти вона піднімається. На даний момент, кавгувати про кольорові деталі на рівні пікселів - це справді академічно, тому що в реальному світі дуже рідко, що освітлення, лінзи, стабільність та все інше вибудовуються так добре, що це обмежуючий фактор.

Загалом, дуже багато веб-сайтів Кена Роквелла. (Дивіться цю відповідь докладніше .) Це прикро, адже він насправді має багато цікавого, що можна сказати, і кілька хороших порад, але є і багато дурниць, і замість того, щоб визнати це чи покращити його, він прагне подвоїтись вниз, а потім стверджує, що весь сайт - сатира.

О, і бонусний факт - факт, що задні РК-екрани камери та EVF також використовують три кольорові пікселі для зображення одного цифрового пікселя, а ці екрани зазвичай продаються з підрахунком пікселів - фактично 3 × те, що ви можете очікувати від того, як задано роздільну здатність екрана комп'ютера.