Был бы полезен алгоритм демозаики для черного и белого?

Question

Учитывая, что основной целью демозаики является максимально точное восстановление цвета, будет ли какое-либо преимущество для алгоритма демозаики "только для черно-белых"? То есть, вместо того, чтобы сначала восстанавливать цвет, а затем преобразовывать черный и белый, может быть лучше преобразовать файл RAW непосредственно в черный и белый?

Меня особенно интересует качество изображения (например, динамический диапазон и резкость). В связи с этим отметим, какие распространенные алгоритмы демозаики наиболее пригодны для черно-белого преобразования?

Answer 1

Вам понадобится алгоритм демозаики, даже если вы конвертируете изображение в черно-белое изображение.

Причина этого довольно проста - в противном случае вы получите субпиксельные артефакты повсюду. Вы должны понимать, что изображение, записанное датчиком, довольно грязное. Давайте посмотрим на образец из Википедии :

А теперь представьте, что мы не делаем демосакцию и просто конвертируем RAW в оттенки серого:

Ну ... вы видите черные дыры? Красные пиксели не регистрируют ничего на заднем плане.

Теперь давайте сравним это с демозаизированным изображением, преобразованным в шкалу серого (слева):

Вы в основном теряете детали, но также теряете много артефактов , которые делают изображение довольно невыносимым. Изображение, обходящее демозаики, также теряет много контраста из-за того, как выполняется черно-белое преобразование. Наконец, оттенки цветов, которые находятся между основными цветами , могут быть представлены довольно неожиданным образом, в то время как большие поверхности красного и синего будут пустыми на 3/4.

Я знаю, что это упрощение, и вы могли бы стремиться к созданию простого алгоритма: более эффективного преобразования RAW в B & W, но моя точка зрения такова:

Для получения правильных оттенков серого на черно-белой фотографии требуется вычисленное цветное изображение.

Хороший способ сделать черно-белую фотографию - полностью удалить массив цветных фильтров - как Leica сделала в Monochrom - , а не , изменив преобразование RAW. В противном случае вы получите либо артефакты, либо ложные оттенки серого, либо снижение разрешения, либо все это.

Добавьте к этому тот факт, что преобразование RAW-> Bayer-> B & W дает вам гораздо больше возможностей для улучшения и редактирования изображения, и вы получили довольно отличное решение, которое может быть свергнуто только с помощью специальной конструкции сенсора. Вот почему вы не видите выделенных B & W RAW-конвертеров, которые не будут возвращаться к демозаицированию где-то в процессе.

Answer 2

Невозможно преобразовать файл RAW напрямую в черно-белый, не восстанавливая сначала цвет, если ваш преобразователь не использует только один из наборов пикселей R, G, B для создания изображения. Такой подход приведет к значительной потере разрешения.

Чтобы не потерять разрешение при преобразовании в черно-белое изображение, необходимо использовать все пиксели RG и B, что неявно означает, что необходимо выполнить вычисления цвета, и в этот момент вы также можете использовать один из расширенных алгоритмов демосакции цвета а затем преобразовать результат в черно-белый.

Answer 3

Эффект цветовых фильтров на каждую пиксельную лунку в слое Байера такой же, как при съемке черно-белой пленки с цветными фильтрами на линзе: он изменяет соотношение уровней серого разных цветов в снимаемой сцене. Чтобы получить точный уровень яркости для всех цветов в сцене, сигналы от каждого пикселя должны быть демозированы. Как уже упоминалось, датчик без слоя Байера дает монохромное изображение, которое не нуждается в демозаписи. Это должно привести к лучшей резкости изображения, если круг путаницы от объектива равен или меньше ширины каждого пикселя.

В практическом плане я заметил несколько вещей, преобразующих файлы RAW в монохромные с помощью Canon Digital Photo Professional (DPP).

1. Регулировка баланса белого может влиять на изменение общей воспринимаемой яркости так же, как регулировка контрастности. Как таковой, он может быть использован для тонкой настройки контраста.
2. Баланс белого также будет влиять на относительную яркость различных цветов в сцене. Это может быть использовано для тонкой настройки эффектов фильтра «Оранжевый», «Желтый», «Красный» и т. Д. Красный, кажется, больше всего затронут этим и намного более темный в 2500K, чем в 10000K. Удивительно, по крайней мере для меня, что синие тона не демонстрируют обратного.
3. Так как для всех практических целей на черно-белой фотографии нет шума цветности, его можно оставить равным "0".
4. Инструмент «Маска без резкости» даст гораздо больший контроль над резкостью, чем более простой слайдер «Резкость». Особенно, если у вас есть несколько «теплых» или «горячих» пикселей на изображении, вы можете увеличить общую резкость, не выделяя их.

Ниже представлены две версии одного и того же экспонированного снимка на Canon 7D с объективом EF 70-200 мм f / 2.8L IS II и телеконвертером Kenco C-AF 2X Teleplus Pro 300. Изображение было обрезано до 1000X1000 пикселей. Первый был преобразован с использованием настроек камеры, показанных под ним. Второй был отредактирован с настройками, показанными на снимке экрана. В дополнение к вкладке RAW была применена настройка шумоподавления 2, а также значение хроматической аберрации 99.

Answer 4

Камеры машинного зрения с байеровскими фильтрами могут напрямую выводить изображения в оттенках серого, но делают это путем демозаики, преобразования в YUV и отправки только V-канала (те, которые я обычно использую по крайней мере). Если бы у них был лучший способ, обходя эту реконструкцию цвета, я думаю, что они сделали бы, поскольку они постоянно увеличивают частоту кадров (типичная камера, которую я использую, работает, например, со скоростью 100FPS).

Если бы игнорировать демосайкинг по цвету, он мог бы вдвое уменьшить разрешение и средневзвешенное значение для каждого квадрата 2х2, но если вы хотите получить полное разрешение, лучше использовать алгоритм нормального демасайкинга цвета, который пытается лучше сохранить края. Если мы знаем, что хотим использовать оттенки серого, мы просто с самого начала получим монохромную камеру. Если мы ищем определенный цвет, шлепнем по цветному фильтру, поскольку эта настройка значительно превосходит качество изображения, уменьшая необходимость в избыточной дискретизации разрешения, что, в свою очередь, позволяет использование быстрого датчика низкого разрешения с большими пикселями, что, в свою очередь, дает еще лучшее изображение.

Answer 5

Я бы предложил такой алгоритм (предполагается, что ваша цель белая и имеет постоянную цветовую температуру):

• Демо-версия RAW Bayer для RGB
• Уменьшить цвет до оттенков серого
• Создать LUT между необработанными значениями Байера и полутоновыми значениями (это необходимо выполнить один раз для цветовой плоскости RGGB или RGB)
• Использование LUT для каждого цветового фильтра для преобразования RAW Bayer непосредственно в оттенки серого без межпиксельной фильтрации

Теоретически это приблизилось бы к результатам настоящего монохромного датчика.