Спектральный отклик цветовых фильтров на сенсорах Байера близко имитирует отклик трех разных типов колбочек в сетчатке человека. Фактически, наши глаза имеют большее «наложение» между красным и зеленым, чем большинство цифровых камер.
«Кривые отклика» трех разных типов колбочек в наших глазах:
Типичная кривая отклика современной цифровой камеры:
В большинстве цифровых камер длины волн инфракрасного и ультрафиолетового излучения фильтруются элементами в стопке перед датчиком. Почти весь этот свет уже был удален, прежде чем свет достиг маски Байера. Как правило, эти другие фильтры в стопке перед датчиком отсутствуют, и инфракрасный и ультрафиолетовый свет не удаляются, когда датчики проверяются на спектральный отклик. Если эти фильтры не снимаются с камеры, когда она используется для фотографирования, отклик пикселей под каждым цветным фильтром, скажем, на 870 нм не имеет значения, поскольку практически не допускается, чтобы сигнал с длиной волны 800 нм или более достигал маски Байера.
Без «наложения» между красным, зеленым и синим (или, точнее, без наложения, кривые чувствительности трех различных типов колбочек в наших сетчатках имеют форму света с длинами волн с центром в 565 нм, 540 нм и 445 нм. ) было бы невозможно воспроизвести цвета так, как мы их воспринимаем. Наша система зрение глаз / мозг создает цвета из комбинаций и смесей различных длин волн света. Без перекрытия в том, как колбочки в наших сетчатках реагируют на свет с различными длинами волн, мы не смогли бы создать цвет так, как мы. Нет цвета, присущего конкретной длине волны видимого свет. Существует только цвет, который наш глаз / мозг назначает определенной длине волны или комбинации длин волн света. Многие из различных цветов, которые мы воспринимаем, не могут быть созданы единственной длиной волны света.
Причина, по которой мы используем RGB для воспроизведения цвета, заключается не в том, что RGB присущ природе света. Это не так. Мы используем RGB, потому что он присущ трихроматическому способу, которым наши системы глаза / мозг реагируют на свет.
Если бы мы могли создать датчик таким образом, чтобы «синие» фильтрованные пиксели были чувствительны к свету только 445 нм, то «зеленые» фильтрованные пиксели были чувствительны к только 540 нм свету и «красные» отфильтрованные пиксели были чувствительны к свету только 565 нм, и это не давало бы изображение, которое наши глаза распознали бы как что-либо, напоминающее мир, каким мы его воспринимаем. Начнем с того, что почти вся энергия "белого света" будет заблокирована от попадания на датчик, поэтому она будет гораздо менее чувствительной к свету, чем наши современные камеры. Любой источник света, который не излучал или не отражал свет на одной из точных длин волн, перечисленных выше, вообще не поддается измерению. Таким образом, подавляющее большинство сцен будет очень темным или черным. Также было бы невозможно провести различие между объектами, которые отражают много света, скажем, на 490 нм, и ни одного на 615 нм от объектов, которые отражают много света на 615 нм, но ни один на 490 нм, если они оба отражали одинаковое количество света на 540 нм и 565 нм. , Было бы невозможно отличить многие различные цвета, которые мы ощущаем.
Подумайте, как это, когда мы видим при очень ограниченном спектре красного освещения. Невозможно отличить красную рубашку от белой. Они оба выглядят одинаково для наших глаз. Точно так же при ограниченном спектре красного света все, что синего цвета, будет очень похоже на черное, потому что оно не отражает красный свет, падающий на него, и нет синего света, который отражается на нем.
Идея о том, что красный, зеленый и синий цвета будут измеряться «идеальным» датчиком цвета, основана на частых заблуждениях о том, как камеры с маскировкой Байера воспроизводят цвет (только зеленый фильтр допускает зеленый свет пропускает, красный фильтр только пропускает красный свет и т. д.). Это также основано на неправильном представлении о том, что такое «цвет».
Как камеры в маске Bayer воспроизводят цвет
Необработанные файлы на самом деле не хранят любых цветов на пиксель. Они хранят только одно значение яркости на пиксель.
Это правда, что с маской Байера над каждым пикселем свет фильтруется либо красным, зеленым или синим фильтром по лунке каждого пикселя. Но нет жесткого ограничения, когда только зеленый свет проникает в пиксель с зеленым фильтром или только красный свет проникает в пиксель с красным фильтром. Там много совпадений. Много красного света и немного синего света проходит через зеленый фильтр. Много красного света и даже немного синего света проходит через красный фильтр, а некоторое количество красного и зеленого света регистрируется пикселями, отфильтрованными синим. Поскольку необработанный файл представляет собой набор отдельных значений яркости для каждого пикселя на датчике, фактическая информация о цвете для необработанного файла отсутствует. Цвет получается путем сравнения смежных пикселей, отфильтрованных по одному из трех цветов, с маской Байера.
Каждый фотон, вибрирующий на соответствующей частоте для «красной» длины волны, которая проходит мимо зеленого фильтра, считается точно так же, как каждая фотография, вибрирующая на частоте для «зеленой» длины волны, которая хорошо попадает в один и тот же пиксель.
Это все равно, что поставить красный фильтр перед объективом при съемке черно-белой пленки. Это не привело к монохроматическому красному фото. Это также не приводит к черно-белой фотографии, на которой только красные объекты вообще не имеют яркости.
Скорее, при фотографировании в черно-белом режиме через красный фильтр красные объекты выглядят более яркими оттенками серого, чем зеленые или синие объекты, которые имеют ту же яркость на сцене, что и красный объект.
Маска Байера перед монохроматическими пикселями тоже не создает цвета. То, что он делает, - это изменяет тональное значение (насколько яркое или насколько темное записывается значение яркости определенной длины волны света) для различных длин волн на разные величины. Когда сравниваются тональные значения (интенсивности серого) смежных пикселей, отфильтрованных с помощью трех разных цветовых фильтров, используемых в маске Байера, то из этой информации можно интерполировать цвета. Это процесс, который мы называем demosaicing .
Что такое «цвет»?
Имейте в виду, что приравнивая определенные длины волн света к «цвету», люди воспринимают эту конкретную длину волны как ложное предположение. «Цвет» - это в значительной степени конструкция системы глаза / мозга, которая его воспринимает и в действительности не существует вообще в электромагнитном излучении, которое мы называем «видимым светом». Хотя это тот случай, когда свет, который представляет собой дискретную единственную длину волны, может восприниматься нами как определенный цвет, в равной степени верно то, что некоторые из цветов, которые мы воспринимаем, не могут быть получены светом, который содержит только одну длину волны *. 1065 *
Единственное различие между «видимым» светом и другими формами ЭМИ, которые наши глаза не видят, состоит в том, что наши глаза химически чувствительны к определенным длинам волн ЭМИ, но не чувствительны химически к другим длинам волн. Камеры Bayer в маске работают потому, что их датчики имитируют то, как наши сетчатки реагируют на видимые длины волн света, и когда они обрабатывают необработанные данные с датчика в видимое изображение, они также имитируют способ, которым наш мозг обрабатывает информацию, полученную от наших сетчаток.