Почему усиление зеленого влияет на значения синего и красного на CMOS-датчике с индивидуальной регулировкой усиления?

Question

Я снимаю маленькие поверхности (5 х 5 миллиметров) в экспериментальной установке с камерой с идентификатором, которая содержит датчик cmos.Затем изображения разделяются на 3 цветовых канала (красный, зеленый, синий) для дальнейшей обработки.

Перед тем, как мы начали оценивать фотографии, мой начальник попросил меня выяснить, как различные настройки камеры влияют на сделанные снимки.Параметры камеры позволяют индивидуально настраивать усиление для общей яркости, а также для каждого отдельного цвета (красный, зеленый, синий).Говорят, что любое из этих усилений происходит внутри камеры (аналоговое усиление, согласно инструкции), а не в программном обеспечении.

Затем мы наблюдали что-то, чего не понимаем, может, кто-то здесь может помочь: всякий раз, когда мы меняли настройки отдельного цветового канала (например, усиление для зеленого сигнала), значение этого сигналаизменилось пропорционально.Пока все хорошо.Плохая вещь: Другие 2 канала (на которые мы ожидали, что они вообще не будут затронуты) значительно уменьшали свои значения при увеличении усиления для зеленого канала.

Может кто-нибудь сказать нам, почемув таком случае, если это обычное поведение, или как мы могли бы остановить сигналы красного и синего, на которые влияет усиление зеленого цвета?

Дополнительная информация: Баланс белого отключен (этонастройка позволяет мне настроить индивидуальные усиления цвета в первую очередь).Модель камеры - «UI-3280CP», версия «C-HQ» (цвет - высокое качество) от «IDS», датчик представляет собой датчик cmos с глобальным затвором под названием «IMX264».

Дополнительная информация:Уменьшение цветов «синий» и «красный» прекратилось, как только зеленый цвет стал насыщенным (достиг значения 255):

Answer 1

Существуют как цветные, так и монохромные версии этой камеры в соответствии с веб-страницами производителя.У них одинаковые номера датчиков и одинаковое разрешение, но разные кривые чувствительности.Это делает более вероятным, что цветная версия работает с массивом фильтров, цветным фильтром Байера.Информация RGB будет доступна только после «демозаикирования», что означает, что обработанная информация RGB поступает не только из необработанных пикселей GRBG.Даже если бы эти пиксели имели независимые аналоговые усиления (которые я бы посчитал сомнительными без дополнительной информации), результирующая информация RGB с демозаизацией не будет независимой от результатов отдельных каналов.Это было бы особенно заметно, когда некоторые пиксели / каналы попали в насыщенность.

Answer 2

Первое, что нужно понять, чтобы понять, что здесь происходит, - это то, что цвета массива фильтров Байера не соответствуют цветам цветовой системы RGB.

Более подробно это описано в этот ответ до Почему красный, зеленый и синий являются основными цветами света?

Короткий ответ заключается в том, что каждый из фильтров в маске Байера позволяетширокий диапазон длин волн.Они ослабляются для пиковой передачи при 455 нм («синий»), 540 нм (зеленый) и 590–600 нм («красный»).Существует также много совпадений между тем, что проходит через каждый фильтр, по сравнению с другими.

Три цветовых фильтра для большинства "RGB" камер с маской Байера действительно "синие с фиолетовым оттенком", "Зеленыйс оттенком желтого »и где-то между« желтым с оттенком зеленого »(который больше всего имитирует человеческий глаз) и« желтым с большим количеством оранжевого »(который, кажется, легче реализовать для датчика CMOS).

Это имитирует три типа колбочек в сетчатке человека:

Но наши системы воспроизведения цветов RGB используют значения около 480 нм (синий), 525 нм (зеленый) и 640 нм (красный) для трех основных цветов.Некоторые экраны также содержат желтые подпиксели, излучающие со скоростью около 580 нм.

Как видите, пики детекторов, используемых в наших камерах, не соответствуютцвета, используемые в наших устройствах вывода.Все значения R, G и B для каждого пикселя должны быть интерполированы из необработанных значений сенсоров, покрытых фильтрами «R», «G» и «B», поскольку «R» ≠ R, «G», G,и «B» ≠ B.

Это означает, что когда вы ослабляете «зеленый» канал, даже если на «красный» и «синий» каналы не влияют, когда информация из всех трех каналов демосакцируется впредоставьте информацию о цвете, отличающееся значение «Зеленый» повлияет на вычисление всех трех значений красного, зеленого и синего.

Для дальнейшего чтения:
Почему красный, зеленый и синийосновные цвета света?
Почему обычные датчики не используют фильтры CYM вместо RGB?
Файлы RAW хранят 3 цвета на пиксель или только один?
Как выглядит необработанный файл RAW?
Почему мы используем RGB вместо длин волн для представления цветов?
Почему бы некамеры предлагают более 3 цветовых каналов?(Или они?)
Каковы плюсы и минусы различных алгоритмов демоакции Байера?

Answer 3

Другие 2 канала (которые, как мы ожидали, не будут затронуты вообще) значительно уменьшали свои значения при увеличении усиления для зеленого канала.

Проблема может быть связана с преобразование цветового пространства при обработке необработанных данных.Это не зависит от того, когда применяется усиление (аналоговое или цифровое).

Увеличение усиления канала эквивалентно смещению его вправо на гистограмме.Вот гистограммы из необработанного файла, чтобы проиллюстрировать, что происходит, когда каждый канал смещается вправо, когда рабочее и выходное цветовые пространства не совпадают , а не .

Вот что происходит, когда рабочие и выходные цветовые пространства do совпадают.

Другие возможныеожидается, что такие причины, как демозаика, управляемая соседними датчиками, увеличат значения в синем и красном каналах вместе со значениями в зеленом канале.

Наивный / простойМетоды демозаики и пиксельного биннинга , которые обрабатывают каждый канал независимо от других, будут вести себя, как вы ожидаете, на каналы RB не влияют изменения в зеленом канале.

Answer 4

Датчик RGB не имеет пикселей, которые воспринимают только R / G / B .Зеленый фильтр обычно пропускает немного синего и красного, а синий и красный фильтры обычно распространяются в / к зеленому спектру.

Эти кривые спектрального отклика очень похожи на человеческий глаз, где конусы сетчатки определяются как чувствительные к коротким / средним / длинным волнам (а не к RGB).И для камеры, и для человеческого зрения зелено-желтые (средние) длины волн являются основными в обеспечении значений яркости для сцены / изображения в целом.Вот почему типичная матрица цветных фильтров имеет в 2 раза больше зелено-центрированных отфильтрованных пикселей, чем синего или красного.

Я ожидаю, что корректировки зеленого канала также окажут значительное влияние как на синий, так и на красный каналы., из-за перекрытия в кривой отклика, и это важно как общая яркость.И я ожидаю, что корректировки на синий или красный будут иметь меньшее влияние на зеленый канал (что может затем иметь последующий эффект на противоположном канале).

См. Здесь примерные кривые отклика: https://www.maxmax.com/faq/camera-tech/spectral-response