Почему цветные каналы от цифровой камеры слабо реагируют на свет других цветов?

Question

Я пробую высокоскоростную фотографию в темной комнате с простой веб-камерой CMOS Logitec c270. Я вспыхиваю красным или синим светом и снимаю кадры. Затем я разделяю его на каналы в фотошопе. Там я вижу, что все каналы имеют некоторую экспозицию, а не только канал цвета мигалки. Например. Когда используется красная мигалка, изображение отображается в красном канале, но зеленый канал также имеет затененное изображение. Это явление усугубляется, когда мигалка становится ярче.

Может кто-нибудь объяснить, как это происходит, и как мне от этого избавиться?

Answer 1

Это происходит по крайней мере по двум причинам:

1. Существует очень мало чистых (одночастотных / узких частот) источников света. Другими словами, ваш красный свет не ограничен «красным» концом спектра видимого света. Он излучает свет в желто-зеленой области спектра (и, вероятно, также немного в синем). Точно так же ваш синий свет не ограничен синей областью спектра видимого света.

   Лазеры лабораторного уровня излучают очень узкие спектры света. Это, вероятно, самый близкий источник света "одного чистого цвета", который вы можете использовать. Большинство других источников света имеют гораздо более широкий спектр излучения.

2. Существенно перекрываются светочувствительность фотофильтров с цветной фильтрацией в вашем CMOS-датчике. То есть пиксели чувствительных к красному цвету датчиков (точнее, «красноватые») частично перекрывают зеленоватый спектр. Чувствительные к голубоватому цвету пиксели также немного реагируют на зеленоватый и красноватый свет.

   Вы ничего не можете с этим поделать. Трехцветные датчики изображения предназначены для имитации реакции человеческого глаза на свет. «Средние» или «нормальные» цветовые рецепторы человеческого глаза, хотя и описываются как красный, зеленый и синий, имеют много совпадений в частоте света. Это особенно верно для красных и зеленых рецепторов, так что наиболее распространенной формой цветового дефицита или дальтонизма является красно-зеленый. Это связано с тем, что частотная характеристика красных колбочек и зеленых колбочек у людей с дефицитом красно-зеленого цвета или у людей с дальтонизмом настолько сильно перекрывает друг друга, что они не могут отличить красноватые оттенки от зеленоватых.

Если вам нужно больше цветоделения, вам нужно получить более качественные / более чистые источники света. Но даже если вы используете одночастотный источник голубого света и одночастотный источник красного света, они, вероятно, будут в некоторой степени улавливаться зелеными датчиками.

Answer 2

Почему цветные каналы цифровой камеры слабо реагируют на свет других цветов?

Поскольку фильтры, помещенные перед кремнием на маскирующем фильтре Байера, все позволяют некоторым всех длин волн видимого света проходить. Они просто пропускают больше света на длинах волн, близких к цвету каждого фильтра.

Еще во времена черно-белой пленочной фотографии часто использовались цветные фильтры. На первый взгляд это может показаться немного смешным. Но то, что цветовые фильтры позволяют делать с черно-белой фотографией, это отдельная яркость двух объектов разных цветов. Если на сцене есть красный цветок и зеленый цветок, и оба имеют одинаковую яркость, то нефильтрованное черно-белое фото будет отображать оба цвета в одном и том же оттенке серого. Если поставить перед камерой красный фильтр, больше света от красного цветка будет проходить через фильтр, чем от зеленого цветка. Теперь красный цветок будет более серого оттенка, чем зеленый на нашей фотографии. Но мы все еще можем видеть детали в зеленом цветке, они просто темнее, чем были раньше. Все, что не является точным оттенком красного цвета с фильтром, не становится чисто черным на нашей фотографии. Красный фильтр не устраняет все зеленый свет, он имеет только уменьшен зеленый свет по сравнению с красным светом той же интенсивности.

"Все, что отличается от красного оттенка, что и фильтр не станет чисто черным на нашей фотографии. "

Тем не менее, именно этого, по-видимому, многие ожидают от масок Байера на цифровых датчиках изображения - они думают, что только с диапазоном зеленых длин волн проходят через зеленый фильтр и только диапазон красных длин волн проходит через красный фильтр, а только диапазон длин волн синий проходит через синий фильтр.

Массивы цветовых фильтров на датчиках изображений с маскировкой Байера работают точно так же, как цветовые фильтры в черно-белой фотографии. Каждый сенсор (лунка / к / пиксель) в датчике изображения записывает одно значение яркости. Весь свет, прошедший через фильтр над ним, регистрируется одинаково, независимо от длины волны этого света ». Цветовые фильтры датчика Байера также работают аналогично тому, как работают конусы в наших сетчатках. Вот почему датчик Bayer в маске и устройство отображения RGB могут воссоздать цвета, которые выглядят «правильными» для наших глаз. Они используют те же три канала, которые использует наша система глаза / мозг для создания цветов, которые мы воспринимаем.

¹ _{Технически говоря, отклик будет зависеть от отклика кремниевой пластины на различные длины волн света, когда перед ним нет цветовой маски. Но реакция на «синий» фотон, который проходит через фильтр Байера, будет иметь точно такой же эффект на сенсоре с красным, зеленым или синим фильтрованием. Просто меньшее количество «синих» фотонов, попадающих на фронт маски Байера, пройдет через красный и зеленый фильтры, чем через синий.}