Установить чувствительность ISO на канал?

Question

Для контроля цветового баланса при воздействии на цифровую камеру было бы полезно иметь возможность изменять чувствительность датчика для каждого канала или, альтернативно, иметь возможность применять «компенсацию экспозиции» для каждого канала ( где красный, зеленый и синий - три канала). Есть ли камера, которая поддерживает эту способность?

ADDENDUM

Применение специфического для цвета усиления в аналоговых схемах иногда называют селективным усилением . Очевидно, что КМОП-датчики из-за их конструкции могут использовать избирательное усиление, в то время как ПЗС - нет. Ссылка, описывающая избирательное усиление, может быть найдена здесь:

https://www.extremetech.com/electronics/49052-anatomy-of-a-digital-camera-image-sensors/6

Цитата из этого источника:

В дополнение к усилению в пиксельном сайте, усиление Схема может быть размещена в другом месте вдоль цепочки сигналов CMOS. это обеспечивает различные, несколько ступеней усиления по всему датчику. Усилители могут применять глобальное усиление для увеличения чувствительности при слабом освещении ситуации. Или избирательное усиление может быть применено к определенному цвету помочь в алгоритмах баланса белого или художественных эффектов.

Answer 1

Это невозможно по той простой причине, что сенсор цифровой камеры не записывает цветное изображение. Он записывает отфильтрованное черно-белое изображение (см. RAW-файлы хранят 3 цвета на пиксель или только один? ), которое затем преобразуется в цветное изображение с помощью специальных вычислений (удаление мозаики). В отношении цвета между пикселями на сенсоре и на изображении не существует отношения 1: 1.

Но способ повлиять на баланс цветов на изображении - установить определенный баланс белого ( Что означает «баланс белого»? ). (что, конечно, влияет только на изображение (JPEG) после экспозиции.)

В старом стиле техника заключалась в использовании цветных фильтров перед объективом. Но полезность этого сомнительна с легкостью изменения цвета в цифровой пост-обработке.

Answer 2

Современные CMOS-датчики имеют избирательное усиление на канал, но эта регулировка усиления, по-видимому, доступна только для научных или промышленных изображений, а не для фотографических камер. Похоже, это чисто маркетинговое решение / список функций компаний-производителей. Врожденная способность датчиков изображения CMOS заключается в том, что они имеют аналоговую регулировку усиления для конкретного канала.

В качестве примера можно привести камеру Mallincam SDI, продаваемую астрономическим фотографам для использования в телескопах. В этой камере используется типичный датчик CMOS Panasonic, который также используется в фотографических камерах и является одним из членов линейки датчиков Maicovicon, который в настоящее время используется для высококачественных камер Olympus, таких как OM-D M1. Если мы рассмотрим список возможностей Mallincam, мы найдем следующие настройки:

Итак, из этого видно, что датчик поддерживает базовую категорию усиления уровня («Кельвин»), которая может быть точно настроена путем выборочного усиления на красном и синем каналах. В настоящее время Olympus (например) не позволяет пользователям получать доступ к этой настройке напрямую, а только дает им единый контроль температуры. Затем прошивка регулирует усиление R и B для достижения этой цели. Другие камеры, такие как Nikon, Canon и Fuji, следуют точно такой же практике. Обратите внимание, что вам не нужен контроль над зеленым каналом, только возможность установить R / B относительно зеленого. Вот почему нет регулировки усиления G.

Чтобы получить полную регулировку усиления для конкретного канала в настоящее время (август 2017 г.), по-видимому, единственными вариантами является использование научного имидж-сканера (такого как Mallincam) или для большинства камер изменение прошивки камеры и добавление функции с использованием двоичного кода, что было бы нелегко сделать. Есть некоторые высококачественные камеры Sony и Fuji, у которых есть возможность установить усиление красно-синего цвета. Однако Canon, Nikon и Olympus не поддерживают эту опцию.

Answer 3

Цифровые датчики изображения в подавляющем большинстве камер, используемых для творческой фотографии, не измеряют информацию о цвете. Они измеряют значение яркости света, попадающего на каждый пиксель.

Это правда, что для датчика изображения с маскировкой Байера перед пикселями установлен красный, зеленый или синий фильтр. Но каждый пиксель по-прежнему измеряет свет всех длин волн, которые проходят через фильтр и попадают в этот пиксель. Каждый пиксель измеряет все фотоны, которые попадают на него, независимо от длины волны, без разбора.

Зеленый фильтр пропускает больше света на длинах волн с центром в зеленом, чем свет на длинах волн, близких к синему или красному. Но хороший бит красного и некоторого синего света пройдет через зеленый фильтр и будет включен в значение общей яркости, подсчитанное этим "зеленым" пикселем.

Красный фильтр пропускает больше света на длинах волн с центром на красном, чем свет, приближающийся к зеленым или синим длинам волн. Но хороший бит зеленого и немного синего света пройдет через красный фильтр и будет включен в общее значение яркости, подсчитанное этим "красным" пикселем.

Синий фильтр пропускает больше света на длинах волн с центром в синем, чем свет, приближающийся к зеленым или красным длинам волн. Но хороший зеленый и даже немного красного света пробьются и будут включены в общее значение яркости, подсчитанное этим "синим" пикселем.

Кривые цветовых характеристик типичного датчика изображения CMOS:

Один из способов понять это - вспомнить, что происходит, когда мы помещаем красный фильтр перед объективом при использовании черно-белой пленки. Полученное изображение остается черно-белым, но цвета в сцене, которые ближе к красному, имеют такой же яркий оттенок серого на изображении с красным фильтром, как и на изображении, снятом без красного фильтра. Не так с цветами в сцене, которые ближе к зеленому или синему. Зеленые элементы имеют более темный оттенок серого, чем они были на нефильтрованном изображении, а синие элементы - НАМНОГО более темного оттенка серого, чем они были на нефильтрованном изображении.

Но зеленые и синие объекты все еще видны на фильтрованном красном изображении при уменьшенных значениях яркости.

Вот так работают фильтры по каждому пикселю на маскирующем датчике Байера - некоторые из всех длин волн света проходят через каждый из них. Только когда количество света, пропускаемое для смежных пикселей, отфильтрованных для красного, зеленого и синего, сравнивается с , информация о цвете может быть получена из информации, собранной монохроматическим датчиком . Это процесс, который мы называем демозаицированием или дебаеризацией .

Причина, по которой это работает так хорошо, заключается в том, что маскированные Байером фильтры имитируют работу человеческой сетчатки: в наших сетчатках есть колбочки трех размеров, которые чувствительны к разным длинам волн света при разных затуханиях. Но каждый размерный конус чувствителен в той или иной степени к перекрывающимся длинам волн видимого света. Только когда наш мозг сравнивает различия между яркостью каждого набора колбочек, он создает цвета, которые мы воспринимаем.

Цветовая характеристика трех размеров колбочек в сетчатке человека:

Обратите внимание, как близко совпадают ответы наших "красных" и "зеленых" шишек! Но разницы достаточно, чтобы наш мозг различал различные цвета на основе сравнительной разницы между сигналами, которые он получает от каждого набора колбочек.

Для контроля цветового баланса при воздействии на цифровую камеру было бы полезно иметь возможность изменять чувствительность датчика для каждого канала или, в качестве альтернативы, применять «компенсацию воздействия» для каждого канала ( где красный, зеленый и синий - три канала). Есть ли камера, которая поддерживает эту способность?

В значительной степени каждая цветная камера с маскирующим фильтром Байера (или внешнее приложение, используемое для декодирования необработанных данных позже вне камеры), применяет компенсацию экспозиции для каждого канала , Это то, что мы называем «Баланс белого». Но для камер, предназначенных для творческой фотографии, которая является приложением, которым занимается эта группа, все они делают это после , сигнал от датчика преобразуется в цифровую информацию.

Почему? Потому что для этого путем разного количества каждого набора пикселей, отфильтрованного по трем различным цветам фильтра, перед аналого-цифровым преобразованием без уменьшения динамического диапазона и шумовых характеристик пикселей из каждого набора разным количеством потребуется изменение точных цветов каждый набор фильтров в маске Байера. Если мы сделаем это в электронном виде с аналоговыми напряжениями, выводимыми каждым датчиком (в пикселях), мы добавим различное количество «темнового тока» к значению каждого набора датчиков, отфильтрованных по каждому цвету, и мы уменьшим динамический диапазон датчик таким образом, что это может привести к полосам в областях градации цвета в пределах изображения. Усиливая сигнал от каждого датчика одинаково (помните, что в этот момент у каждого датчика есть только определенное значение яркости без информации о цвете), мы можем использовать максимальный динамический диапазон и минимизировать шум считывания, создаваемый каждым пикселем на датчике. для конкретной настройки ISO. Эти недостатки могут быть приемлемы для других форм визуализации, таких как машинное зрение и другие технические приложения. Для творческой фотографии недостатки, кажется, перевешивают преимущества.

Answer 4

Для контроля цветового баланса при воздействии на цифровую камеру было бы полезно иметь возможность изменять чувствительность датчика для каждого канала или, альтернативно, иметь возможность применять «компенсацию воздействия» для каждого канала ( где красный, зеленый и синий - три канала). Есть ли камера, которая поддерживает эту способность?

Единственный способ сделать это - снимать в формате RAW и применять различную обработку к разным каналам.

Я не знаю ни одного приложения, которое бы позволяло вам специально это делать, поэтому вам, возможно, придется разработать изображение с различными настройками для трех каналов и объединить их в другие приложения (например, GIMP или PS).