Цвета, используемые в фильтре Байера, уже отцентрированы как можно ближе к трем длинам волн света, к которым человеческие глаза наиболее чувствительны. Насколько чувствителен каждый цвет по отношению к двум другим, определяется тем, как обрабатываются необработанные данные с датчика. Изменение множителей, используемых для пикселей с красной и синей фильтрами, обычно является таким способом. Зеленый канал обычно поддерживается с множителем 1,0.
Чтобы по-настоящему понять, что происходит, нам нужно понять, что ни фильтры на маске Байера, ни цветовые рецепторы в наших глазах не имеют жестких границ между красными, зелеными и синими рецепторами. Все это подробно рассмотрено в этом ответе на В RAW-файлах хранится 3 цвета на пиксель или только один? Мы рассмотрим некоторые основные моменты здесь.
Вот график, который демонстрирует нормализованные кривые ответа трех типов цветовых рецепторов в сетчатке человека. Длины волн, при которых цветовые рецепторы в сетчатке человека наиболее чувствительны, близко моделируют длины волн, при которых каждый фильтр в маске Байера является наиболее пропускающим. Обратите внимание на то, насколько сильно они совпадают, особенно между зеленым и красным.
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 фильтрами по каждому пикселю. Но нет строгой отсечки, когда только зеленый свет проходит через зеленый фильтрованный пиксель или только красный свет проходит через красный фильтрованный пиксель. 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. Но так же, как установка красного фильтра перед объективом при съемке черно-белой пленки не привела к монохроматическому красному снимку, маска Байера перед монохроматическими пикселями также не создает цвета. То, что он делает, это изменяет тональное значение (насколько ярким или темным записывается значение яркости определенного цвета) разных цветов на разные величины. Когда сравниваются тональные значения (интенсивности серого) смежных пикселей, отфильтрованных для трех разных цветов, используемых в маске Байера, то цвета могут быть интерполированы из этой информации. Это процесс, который мы называем demosaicing .
То же самое относится и к цветовым рецепторам человеческого глаза. «Зеленые» рецепторы обнаруживают много того же света, что и «красные» рецепторы, и наоборот. То, что мы воспринимаем как цвет, основано на относительных различиях между реакцией на красный, зеленый и синий рецепторы в наших сетчатках.
Слишком часто мы приравниваем конкретную длину волны света к собственно имеющему определенный "цвет". Истина заключается в том, что «цвет» определенной длины волны света воспринимается так, как его строят наши глаза и мозг. Животные с по-разному настроенным цветовым рецепторам различают различные длины волны света по-разному, чем люди. Некоторые животные имеют только монохроматическое зрение. У некоторых есть всего два разных типа цветовых рецепторов. У некоторых животных есть более трех разных типов рецепторов цвета, которыми обладают люди.
«Цвет», как мы его воспринимаем, не является внутренним физическим свойством света. Фактически, то, что мы называем «видимым светом», является лишь узкой полосой, к которой наши глаза химически чувствительны из всего спектра электромагнитной энергии. Нет реальной разницы между видимым светом и невидимыми радиоволнами, за исключением того факта, что наши глаза химически чувствительны к длинам волн электромагнитного спектра, который мы называем «светом», а наши глаза химически не чувствительны к длинам волн, которые мы называем » радио." Мы воспринимаем «цвета», которые не могут быть созданы единственной длиной волны света. Например, пурпурный - это цвет, который мы воспринимаем, когда видим свет, состоящий из комбинации длин волн как ближнего инфракрасного, так и ближнего ультрафиолетового света на противоположных концах видимого спектра.
Что больше всего отличается между цветовыми рецепторами в сетчатке человека и пикселями в маскирующем датчике Байера, так это формы кривых отклика, особенно в областях с более низким откликом для каждого типа рецептора цвета, когда длина волны источника света движется дальше от длины волны, к которой этот рецептор является наиболее чувствительным.
¹ Разные люди могут незначительно отличаться в отношении точных длин волн, при которых рецепторы в их сетчатках наиболее чувствительны.
Но никто не видит их глазами. Мы видим своими мозгами.
Точно так же, как камера должна выполнять большую обработку данных, собираемых датчиком камеры для создания цветного изображения, так и мозг выполняет большую обработку сигналов, которые он получает от сетчатки. Он корректирует относительный вес каждого набора цветовых рецепторов относительно других. Вот почему мы воспринимаем объект одного и того же цвета (цветов) при различных типах освещения. Если источник освещения достаточно ограничен в своем спектре, наша способность делать это начинает разрушаться. Например, при очень ограниченном красном свете спектра наши глаза не могут отличить красную рубашку от белой.
Наш мозг также регулирует относительную яркость различных областей сцены, чтобы мы могли воспринимать детали в очень широком диапазоне уровней яркости. Мозг строит мысленную модель нашего окружения. Он собирает «данные» из темных областей иначе, чем собирает «данные» из светлых областей. Мозг контролирует радужную оболочку в наших зрачках и изменяет диаметр радужной оболочки, когда мы сканируем сцену, так что яркость света, падающего на наши сетчатки из областей различной яркости, нормализуется до некоторой степени.
Существует два очень важных соображения, которые усложняют воспроизведение любого типа камеры, цифровой или аналоговой, при воспроизведении всего спектра цветов, которые могут воспринимать наши глаза.
Во-первых, мы все еще должны просматривать результаты захвата света камерой нашими глазами . Это означает, что то, что камера захватила на основе записанного ею света, должно быть воспроизведено для создания отраженного (печатного) или испускаемого света (электронный экран), который стимулирует рецепторы в наших сетчатках так же, как свет, захваченный камерой. На данный момент камеры могут захватывать гораздо более широкий диапазон информации, чем то, что наши методы отображения способны отображать одновременно. Таким образом, даже если камера может захватывать весь спектр света, на который реагируют наши глаза, наша технология отображения не может воспроизвести весь этот диапазон. Часть того, что мы делаем в процессе необработанного преобразования (или темной комнате), решает, какую часть всей информации, получаемой камерой, мы хотим втиснуть в более узкие возможности наших методов отображения.
Другое дело, что наш глаз / мозг не может смотреть на двухмерную фотографию и адаптироваться к свету, который он отражает (или излучает) так же, как наш глаз / мозг адаптировался бы к реальной сцене, записанной фотографией. , Мы теряем преимущество нашего стереозрения, которое помогает нашему мозгу воспринимать глубину и расстояние при построении внутренней «трехмерной модели». Мы не адаптируемся одинаково к различным областям светлых и темных частей изображения. Мы не приспосабливаемся к различным источникам света и их различным цветовым температурам и спектральному распределению, освещающему фотографию таким же образом, как мы делаем к реальной сцене. Наши ученики обычно не расширяются и не сжимаются, когда мы сканируем различные области высококонтрастной фотографии. (Возможно, если мы сидим в кинотеатре IMAX, показывая сцену, которая с одной стороны очень темная, а с другой - очень яркая.) Свет, под которым мы видим изображение, также влияет на цвета, которые мы воспринимаем как изображение. , Вот почему для критического анализа фотографий предусмотрены стандартные условия просмотра . Свет, который поляризован в естественной сцене, не поляризован таким же образом, когда он захватывается камерой и затем отображается как фотография. Многие вещи, которые наш мозг использует для восприятия цвета в реальной сцене, отсутствуют на фотографии.