Что произойдет, если камера использует совершенно разные основные цвета?

Question

Итак, как многие люди знают, у людей есть три колбочки, что позволяет нам видеть три разных «первичных» цвета, которые могут объединяться, образуя весь спектр, который мы способны видеть. Между тем, многие другие животные имеют четыре или более колбочек, что позволяет им видеть еще более широкий или более четко определенный спектр.

Теперь цифровые камеры обычно регистрируют свет, используя массив светочувствительных «пикселей». Пиксели обычно сгруппированы в группы по четыре, причем два специализированных (с использованием фильтрующих материалов) для зеленого цвета, один для красного и один для синего. Интенсивности обнаруживаются каждым пикселем и затем конвертируются в RGB-файл с использованием некоторого алгоритма. Интенсивности, записанные каждым специализированным пикселем, могут быть отображены на спектр оттенков ниже.

Это то, что мы обычно хотим, так как получающееся изображение имеет прекрасный смысл для наших глаз и достаточно для записи сцены для большинства намерений и целей. Но почему мы должны ограничивать камеру в том, чтобы снимать и записывать свет так, как его видят люди?

Допустим, мы изменили фильтры по светочувствительным «пикселям», чтобы оптимально допускать разные длины волн, особенно те, которые мы обычно не видим, или те, которые ближе друг к другу в специализированном цветовом диапазоне, который обеспечил бы больше деталей. Оттуда мы можем растянуть спектр оттенков: 0/360 - это первый цвет, 120 - второй, а 240 - конечный.

Мне очень любопытно посмотреть, каков будет этот результат, если, например, мы выберем длины волн 800 нм, 400 нм и 200 нм, чтобы немного больше рассмотреть инфракрасный и ультрафиолетовый излучения. Или, если бы у нас был коллаж из чего-то, что выглядело синим, мы могли бы выбрать длины волн 450 нм, 475 нм и 500 нм, чтобы легче различать похожие оттенки. Другой возможностью будет обнаружение четырех разных длин волн и отображение их на спектр оттенков. Это позволило бы сделать что-то вроде «тетрахроматической» фотографии.

Вот макет того, что можно ожидать (изменено, чтобы лучше отразить вопрос):

Вот несколько вещей, на которые нужно ответить:

Это уже делается? Если нет, то почему? (Я видел ультрафиолетовую и инфракрасную фотографии раньше, но обычно это черно-белая или черно-пурпурная фотография. Зачем использовать одно измерение и почему не растягивать спектр?)

Что существует с точки зрения потребительской технологии для получения изображений таким образом?

Существуют ли в технологии ограничения на то, какие длины волн могут быть захвачены?

Answer 1

Цветная фотография действительно основана на трехцветной теории. Мир увидел первую цветную картину в 1861 году, сделанную с использованием красного, зеленого и синего фильтров Джеймса Кларка Максвелла. Сегодняшняя цветная фотография основана на его методе. В 1891 году Габриэль Липпманн продемонстрировал полноцветные изображения с использованием одного листа черно-белой пленки, без фильтров, без цветного красителя или пигмента. Этот процесс отошел на второй план, потому что красивые изображения не могли быть скопированы или дублированы. В 1950-х годах доктор Эдвин Лэнд из Polaroid Corporation продемонстрировал, что он может делать красивые цветные фотографии, используя только два цвета (579 и 599 нанометров). Это тоже отошло на второй план.

Инженеры по визуализации давно хотели получать изображения с использованием невизуальной части спектра. Было быстро обнаружено, что обычные фотопластинки и пленка записывают только фиолетовый и синий свет, а также ультрафиолет (от 4 до 380 нм). Они обнаружили, что фильмы записывают рентгеновские и инфракрасные лучи.

Какие другие части спектра можно отобразить? Изображение астрономов через радиочастоты Метеорологи и авиационная промышленность, изображение с помощью радара. Оптический микроскоп ограничен примерно 1000Х, однако электронный микроскоп отображает молекулы и атомы.

Мы изображаем человеческое тело с помощью звуковых волн (ультразвук). Мы визуализируем тело человека с помощью радиоволн (магнитно-резонансная томография, МРТ).

Существует множество других способов изображения. Сначала изображения, сделанные с использованием невизуальной части спектра, были представлены только в черно-белом варианте. В конце концов, мы не можем видеть через это излучение, поэтому любое графическое изображение, которое мы представляем, будет неправильным представлением.

Теперь доктора, смотрящие на рентген, ищут тонкие изменения в оттенках серого. С помощью компьютерной логики мы можем изменить черно-белые тона на ложные цвета, чтобы лучше различать. Таким образом, современные рентген и сонограмма отображаются с ложными цветами. Другие научные дисциплины, работающие с изображениями, следуют этому примеру. Ложные цветные изображения, сделанные из невизуальных частей спектра, являются обычным делом.

Answer 2

Это уже делается?

Конечно. Космический телескоп Хаббла воспринимает ближний ИК, видимый и ближний УФ спектр. Любые изображения, которые вы видите с Хаббла и которые содержат информацию за пределами видимого спектра: ложный цвет изображения.

Аналогично, изображения от Чандры, который наблюдает рентгеновский спектр, могут быть визуализированы только путем сопоставления его «тонов» с видимым спектром света.

В неастрономической области сканеры миллиметровых волн в аэропортах отображают сигналы миллиметрового диапазона в визуальную область.

Что существует с точки зрения потребительской технологии для получения изображений таким образом?

FLIR камеры, для одной.

Существуют ли в технологии ограничения относительно того, какие длины волн можно захватывать?

Этот вопрос слишком широкий (в технологии всегда ограничения).

Answer 3

Некоторые фотографические камеры общего назначения фактически записывают за пределами видимого спектра, так что есть некоторый опыт с этим. Leica M8 был известен тем, что записывал ИК. Расширенный диапазон плохо повлиял на точность цветопередачи, и Leica пришлось предоставить клиентам ИК-фильтры для их линз, чтобы решить эту проблему.

Распространение УФ-излучения затруднено, поскольку стекло в линзах блокирует УФ-излучение.

Эффект захвата более широкого спектра сразу - по крайней мере, как видно на Leica или модифицированных камерах - не особенно приятен, интересен или полезен. Даже если вам удастся обработать данные каким-то интересным способом, вы получите одну хитрость пони.

Есть компании, которые снимают фильтры с датчика, если вам это интересно. Вы можете использовать цветные фильтры с разными спектрами на верхней части объектива, создать три экспозиции с разными фильтрами и смешать их в программном обеспечении.

Answer 4

Интенсивности, записанные каждым специализированным пикселем, могут быть отображены на спектр оттенков ниже.

Матрица Байера не отображается ни на один цвет. Изображение интерполируется для получения полноцветного изображения на пиксель, где каждый пиксель имеет компонент R, G и B. Эти компоненты RGB могут быть сопоставлены с цветовым пространством, таким как sRGB или adobeRGB, но режим RGB по своей природе не имеет цветового пространства.

Допустим, мы изменили фильтры по светочувствительным «пикселям», чтобы оптимально допускать разные длины волн, особенно те, которые мы обычно не видим, или те, которые ближе друг к другу в специализированном цветовом диапазоне, который обеспечил бы больше деталей.

Вопрос заключается в том, что составляет подробно. Если целью является выполнение спектроскопии, то следует использовать не обычную камеру, а спектрометр или спектрофотометр.

Каждый добавленный фильтр снижает общую эффективность датчика. Эффективность RGB-камеры составляет около 20-25% по сравнению с видимой полосой. UV-VIS-IR камера, использующая 5 фильтров, будет иметь эффективность, близкую к 10%, по сравнению с этой полосой, а в УФ и ИК полосах будет меньше света, поэтому им потребуется гораздо больший коэффициент усиления и шум.

Это уже делается? Если нет, то почему нет?

Да, они называются спектрофотометрами. На самом деле, нечто очень похожее на то, о чем вы говорите, уже сделано. MastCAM на любопытном вездеходе использует специальную матрицу Байера, которая отбирает значительный ИК-свет вместе с колесом фильтра 8. Затем камера может делать узкополосные изображения в полном разрешении в коротковолновом ИК-диапазоне на 6 различных длинах волн.

Обычно это делается, нет. Вне научных исследований этот тип настройки делает очень громоздкую камеру с более сложной схемой метаданных. Это две вещи, которые являются бичом для потребительских товаров.

Answer 5

Обратите внимание, что вы можете использовать любые 3 основных цвета в видимом спектре, и вы будете генерировать точное изображение (в пределах ваших устройств записи и отображения), пока устройство записи и устройство отображения используют те же самые праймериз. Например, большинство камер, выпущенных за последние 10 лет, имеют датчики, которые фиксируют цвета, которые соответствуют цветовому пространству sRGB. И большинство мониторов отображаются в цветовом пространстве sRGB (или рядом с ним).

Более новые камеры (в настоящее время высококлассные, но, несомненно, скоро потребительские камеры) способны снимать в более широком цветовом пространстве под названием DCI-P3. Он по-прежнему считается цветовым пространством «RGB», потому что записанные основные цвета - это то, что мы субъективно назвали бы «Красный», «Зеленый» и «Синий», хотя они отличаются от основных цветов sRGB. Несколько ЖК-дисплеев на современных компьютерах и мобильных телефонах теперь могут отображаться и в цветовом пространстве DCI-P3. Эти устройства захватывают и отображают гораздо более широкий диапазон цветов.

Если вы хотите увидеть, как будет выглядеть захват с одним набором основных цветов и отображение в другом наборе, вы можете использовать фильтр регулировки оттенка в своем любимом графическом редакторе. Вращение оттенка покажет вам эквивалент захвата с одним набором основных цветов и отображения с другим.

Answer 6

Существуют ли в технологии ограничения на то, какие длины волн можно захватывать?

Есть:

• Фотосъемка в ближней инфракрасной области (ночное видение),
• Середина инфракрасной фотографии (тепловизионное изображение) http://www.ipac.caltech.edu/outreach/Edu/Regions/irregions.html
• Рентгеновские лучи (не только для того, чтобы увидеть кости с проходящими рентгеновскими лучами, но некоторые настолько чувствительны, что вы можете видеть отраженные) https://en.wikipedia.org/wiki/Backscatter_X-ray,
• Радиотелескопы и микроволновые телескопы.
• Гамма-телескоп.
• Ультрафиолетовые камеры и т. Д.

Итак, в основном весь спектр изучен.

Но у всех этих людей разные системы. Следует учитывать взаимосвязь между длиной волны и веществом, атмосферой и, более конкретно, датчиком.

Посмотрите, почему мы видим «видимый свет». Если бы длина волны, в частности, не проходила через верхнюю атмосферу, не было бы источника света, то есть солнечного света: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg другой проходящий свет - это радио но это слишком долго, что проходит через наше тело.

Различия в длинах волн являются экспоненциальными, поэтому, да, есть некоторые технологические проблемы, связанные с тем, какие электромагнитные волны могут что-то воспринимать, нашими глазами или инструментами.

Что существует с точки зрения потребительской технологии для получения изображений таким образом?

Инфракрасный

Простой вопрос: у вас может быть ближняя инфракрасная пленка и фильтры для экспериментов, и вы можете адаптировать свой dlsr: https://photo.stackexchange.com/search?q=infrared

Есть несколько камер и объективов ночного видения.

Вы могли бы купить инфракрасную тепловизионную камеру, но это не «потребительский» продукт, потому что они дороги.

UV Я сомневаюсь, что законно стрелять в людей более энергичным световым лучом. Помните, что некоторые длительные воздействия ультрафиолета могут обжечь, прежде всего, сетчатку. поэтому для использования ультрафиолетового излучения низкой мощности вам нужна среда с низким уровнем освещения. «Черные» изображения - это отражения, вызванные ультрафиолетом, так что вы тоже можете это сделать. https://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet_photography

Я видел ультрафиолетовую и инфракрасную фотографии раньше, но обычно это черно-белые или черные

Если вы не видите, это интерпретация . Очки ночного видения обычно зеленого цвета, потому что наши глаза более чувствительны к зеленому, а когда солдат снимает линзу, его глаза легче адаптируются к темноте. Если у вас есть черно-белое зрение, время адаптации глаза к темноте будет намного больше.

Зачем использовать одно измерение?

«Трехмерность» «первичных» цветов объясняется тем, как наш мозг воспринимает свет. Пурпурный не находится в видимом спектру, у него нет длины волны, связанной с ним. Наш мозг интерпретирует его как пурпурный.

В действительности спектр электромагнитных длин волн является одномерным. Двумерный , если мы используем интенсивность как второе измерение для получения изображений.

Почему бы не растянуть спектр?

У нас есть для расширения спектра. Или мы видим это или нет. Черно-белое изображение на самом деле является повторным сжатием длины волны, которую мы не видим в ограниченном спектре, который мы видим.

Конечно, вы можете сделать рентгеновский цифровой аппарат для отображения пурпурного цвета, у меня был старый монитор CTR, который делал это самостоятельно. Но это скорее психологический аспект, чем технический.

Но в некоторых областях, таких как тепловые изображения, цветовой спектр используется для обнаружения различий в температуре, поэтому в настоящее время это делается.

Что касается того, почему не настраивать спектр видимого света или нет, я думаю, что это полностью художественная интерпретация, поэтому вы можете делать все, что захотите.

Но

Но с другой стороны было бы интересно иметь симулятор Tetrachromacy из нескольких людей, у которых он есть, аналогично тому, как у нас есть симуляторы дальтонизма, как это: http://www.color -blindness.com / coblis-color- слепота-тренажер /

Answer 7

Я читаю действительно интересную книгу Маргарет Ливингстон под названием «Видение и искусство, биология видения». Я еще не закончил с этим, но главы, которые я прочитал до сих пор, говорят о том, как глаз воспринимает цвет, как смешиваются цвета (как свет, так и пигменты) и каковы ограничения и почему. Это может помочь ответить на некоторые ваши вопросы о том, как работает глаз, и каковы ограничения возможностей фотографии.