Как связаны значение и интенсивность пикселей?

Question

Как значение пикселя в любой точке соответствует интенсивности световых фотонов, падающих в эту точку? Есть ли математическая связь между этими двумя? 1 пиксель = Просвет.

Answer 1

Структура ячейки датчика с тремя полевыми транзисторами (из Wikipedia ):

Теперь, как это работает, очень просто. Mrst пропускает некоторый ток к воротам Msf, поэтому там будет фиксированный заряд, а затем отключается. Тогда фотодиод будет заряжаться, чем выше интенсивность света, тем больше заряда будет разряжаться. Msf просто усиливает это окончательное значение заряда и преобразует его в текущий, а Msel просто выбирает эту ячейку, когда необходимо прочитать это значение.

Теперь вам нужно знать, как работает фотодиод.

Прежде всего, он должен реагировать на интенсивность входящего света линейно:

(посмотрите левый нижний квадрант).

Однако фотодиоды имеют чувствительность к длине волны:

, поэтому нет четкого однозначного сопоставления между интенсивностью света и значением пикселя.

Кроме того, здесь есть дополнительные факторы, наиболее важным является фильтр Байера . Как видите, пиксели R, G и B имеют разные области отклика интенсивности:

Это в основном показывает чувствительность диода + эффект цветного фильтра.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос: существует ли математическая связь между этими двумя? Нет, потому что

• Чувствительность зависит от частоты,
• входящий свет не является чисто спектральным,
• датчики не имеют математической модели (есть нелинейности и т. Д.)
• и давайте даже не будем вдаваться в определение «люмена», которое предполагает частотно-зависимую интенсивность реакции человеческого глаза ...

Однако существуют инструменты, которые могут имитировать физику фотодиодов и вычислять электрический отклик (последний - HSPICE или аналогичный инструмент), и они также могут имитировать реакцию всей цепи на различные интенсивности и спектры входящего света. (Случайный выбор: см. эту ссылку ).

Answer 2

Нет корреспонденции. Настоящий фотосайт - это аналоговое устройство, которое накапливает заряд при попадании на него фотонов. Затем этот заряд преобразуется в числовой масштаб с помощью аналого-цифрового преобразователя. «Значение» числа зависит от размера скважины, времени воздействия, уровня, выбранного в качестве нуля, величины применяемого усиления и т. Д. Все это предназначено для получения фотографий, а не научных измерений - если последнее - то, что вам нужно, вам нужно другое устройство.

Answer 3

Пока существует соответствие, оно не является одинаковым для разных камер или для разных настроек. Датчики камеры преобразуют фотографии, поражающие датчик, в электрический заряд, который накапливается в каждом пикселе. Необработанным показателем интенсивности является количество фотонов, которые ударили, которое измеряется зарядом на основе эффективности датчика, создающего заряд от удара фотона.

Затем, когда изображение считывается с датчика, измеряется размер заряда на каждом фотосайте, и формируется необработанное цифровое значение, основанное на том, насколько полон был фотосайт. В зависимости от характеристики отклика датчика это может быть или не быть линейным соотношением.

Затем мы переходим к обработке изображений, которая преобразует необработанные данные датчика в изображение. Выбранные белые и черные точки, а также выбранная гамма изображения будут влиять на конечные значения пикселей, полученные из данных датчика RAW.

Короче говоря, да, есть связь, но она длинная и сложная и зависит от большого количества сложных факторов, поэтому практически нет прямой связи, на которую можно положиться, чтобы отобразить данные пикселей к значениям интенсивности, по крайней мере, не зная кривых отклика всех этапов обработки и имея опорные уровни для работы.