Rang filtr massi qanday (CFA) nima? Bayer filtrini tushunish

Oldingi maqolalarimizda muhokama qildikQanday kamera modulivaKamera modullari qanday rivojlandi. Tasvir sensori tanqidiy komponent ekanligini, yorug'likni qo'lga kiritib, uni elektr signallariga aylantirishini bilib oldik. Ammo qanday qilib kamera sensori, bu dunyoning atrofimizdagi jonzot ranglarini ko'rishga va ushlashga muvaffaq bo'ladimi? Javob muhim komponentda to'g'ridan-to'g'ri sensor piksellariga joylashtirilgan: rangli filtr massiv (CFA).

CFA rolini tushunish uchun biz rasm sensorining o'zi qanday ishlashini tushunishimiz kerak. Rasm sensori yuragida har biri pikselga mos keladigan son-sanoqsiz fotoododlardir. Fotodode (yorug'lik zarralari) fotodiodga (yorug'lik zarralari) tushganda, elektr zaryadi hosil bo'ladi va zaryad miqdori fotons soniga (ya'ni yorug'lik yoki yorug'lik) to'lanadi.

Muammo shundaki, bu fotododlar turli xil yorug'lik ranglarini farqlay olmaydi. Qizil, yashil yoki ko'k chiroqmi yoki yo'qmi, yorug'lik bir xil bo'lsa, zaryad miqdori bir xil. Bu shuni anglatadiki, agar biz rasm sensori-dan to'g'ridan-to'g'ri ishlov bermasdan foydalansak, biz faqat eski fotosuratni suratga olmasdan, faqat eski fotosuratga o'xshab qora va oq yoki kul rangli tasvirni olishimiz mumkin. Rangli kameraga rangni ko'rish uchun bizga har bir pikselni ko'rishning qanday rangli yorug'lik borligini aytish uchun yo'l kerak.

Bu erda rangli filtr massiv (CFA) kiradi. CFA tasvir sensori uchun aniq rangli filtrlar mozaikasi. Tasavvur qiling, har bir pikselning oldida rangli rangli oynani joylashtirishni tasavvur qiling. Ushbu filtrlar odatda qizil (r), yashil (g) va ko'k (b), inson ko'zi rangini sezadi.

CFAning asosiy vazifasi har bir pikselga etib boradigan yorug'lik rangini cheklashdir. Masalan, qizil filtr bilan qoplangan piksel faqat qizil chiroqning intensivligini o'lchash va o'lchash mumkin, yashil filtrning intensivligini o'lchash, faqat ko'k chiroqni o'lchash mumkin va bir xil ko'k rangga qo'llashi mumkin. Shu tarzda, bitta piksel hali ham yorug'likning ma'lum bir rangining yorqinligini sezishiga qaramay, turli xil rangdagi (qizil, yashil va ko'k) engil intensivlik to'g'risidagi ma'lumotlarni qayd etadi. Bu raqamli tasvirlashda ranglar idrokiga erishish uchun birinchi qadam.

CFA turli xil dizaynlari orasida Bayce Kodak shahridagi 1976 yilda "Eastman Kodak" dagi tomonidan ixtiro qilingan va patentlangan. Iste'molchi raqamli kameralaridagi deyarli barcha kameram sensorlari va smartfonlar bayer naqshidan foydalanadilar.

Bayer filtri o'zining maxsus kelishuv namunasi bilan tavsiflanadi: bu 2x2 hujayralari takrorlanadigan qator. Ushbu hujayrada qizil filtr, ko'k filtr va ikkita yashil filtr mavjud. Ushbu 2x2 hujayrasi butun sensor bo'ylab takrorlanganda, siz sensorda qizil yoki ko'k piksel kabi ikki baravar ko'p yashil piksellar mavjudligini bilib olasiz.

Nega yashil piksellar bor? Buning sababi, inson ko'zi yashil chiroqqa sezgir va umuman yashil chiroq eng yorqinlik ma'lumotlarini o'z ichiga oladi. Yashil pikselni oshirish, aks holda tasvir sifatini yaxshilash uchun juda muhim bo'lgan rasmning yorqinlik tafsilotlarini yanada aniqlab olishga yordam beradi (ayniqsa aniqlik va shovqin nisbati).

Bayer rejimida har bir pikselni sensor tomonidan chiqadigan har bir piksel uchta asosiy rangdagi bitta rangli ma'lumotlarni o'z ichiga oladi: qizil, yashil va ko'k. Masalan, pikselli qizil chiroqning intensivligini oladi, uni qabul qiladi, yashil va ko'k haqidagi ma'lumotlar yo'q.

Bayer filter pattern

Bayker filtri shunchalik mashhurki, bu ranglarni tasavvur qilishda yaxshi muvozanatni ta'minlaydi.

Oddiy va samarali:Bayer filtrlari tazyiqlarda va osonroq optik dizaynlarni talab qiladigan echimlar bilan solishtirganda sodda va oson ishlab chiqarish oson.
Xarajatlarni samarali bajarish:Bu ranglarni tasavvur qilishning iqtisodiy jihatdan samarali usuli.
Meksayial va ranglar balansi:U fazoviy o'lchamni (aniqlik) maksimal aniqlashni maksimal darajada maksimal darajada maksimal darajada maksimal darajada maksimal darajada maksimal darajada maksimal darajada oshiradi, chunki har bir piksel kamida bitta rang ma'lumotlarini keltirib chiqaradi.

Yuqorida aytib o'tilganidek, CFA sensorni bir xil rangdagi har bir rangli ma'lumotlar bilan chiqishga olib keladi. Bu biz ko'rib turgan rangli tasvir emas. To'liq rangli tasvirni olish uchun demmogatsiya yoki degunchi deb ataladigan muhim bosqichni amalga oshirish kerak.

Maylab-mozalash - bu rasm signal protsessori (ISP) tomonidan amalga oshiriladigan murakkab hisoblash jarayoni. Demosaitmning algoritm har bir pikselning har bir pikselning rangli qiymatlarini va uning atrofidagi qo'shnilarning rangli qiymatlarini tahlil qilib, har bir pikselning yo'qolgan rang tarkibiy qismlarini hisoblab chiqadi. Masalan, qizil pikselning yashil va ko'k qiymatlari yonidagi yashil va ko'k piksellarning qadriyatlariga qarab "taxmin qilinadi".

Yuqori sifatli demokratik algoritm aniq, rang-barang imidjni yaratishning kalitidir. Kambag'al algoritmda jag 'qirralari, noto'g'ri ranglar (yolg'on ranglar) yoki tafsilotlarni yo'qotishiga olib kelishi mumkin. Texnologiya rivojlanib borayotgani sayin, demozitsion algoritmlar yanada ilg'or bo'lib, rasm tafsilotlari va ranglarini aniqroq tiklashga qodir.

how a pixel gets its missing color values from neighbors8

Bayer filtrlari eng keng tarqalgan, muhandislar turli sohalarda, masalan, past darajadagi ishlash, ranglar aniqligi yoki aniq arizalar uchun yaxshiroq ish qilishga harakat qilish uchun boshqa turdagi muhandislar mavjud. Masalan:

CyGM filtri:Ba'zida ba'zi tasvir tizimlarida ishlatilgan con, sariq, yashil va magenta filtrlaridan foydalanadi.
RGBW filtri:RGB filtriga oq (yoki shaffof) piksellarni qo'shadi. Oq piksellar yorug'likning barcha ranglarini ushlaydi, shuning uchun ular sensorning kam yorug'likdagi muhitni yaxshilashga yordam beradi, ammo rang buzilishidan saqlanish uchun ko'proq murakkab demozitlarni talab qiladi.

Biroq, bayer filtri etuk texnologiyasi, yaxshi ishlashi va keng ko'magi tufayli iste'molchilar va sanoat kamera sensorlarining aksariyat qismida ustunlik qiladi.

Rang filtr massivi (CFA) zamonaviy raqamli tasvirlash texnologiyasining oddiy, ammo muhim tarkibiy qismi. Bu tasvir sensorlari rangni to'g'ridan-to'g'ri idrok eta olmaydi degan asosiy muammoni hal qiladi. Har bir piksel ustidagi rang filtrini joylashtirish orqali sensor yorug'likning turli xil nurlarning intensivligini oshirishi mumkin. Ular orasida Bayyor filtri samarali va muvozanatli dizayn uchun sanoat standartiga aylandi.

Shuni ta'kidlash kerakki, CFA faqat rang ma'lumotlarini olishda birinchi qadamdir. Sensor tomonidan xom ma'lumot chiqishi, biz ko'rib turgan rangli raqamli rasmlarni yaratishga kompleks demozik jarayondan o'tishi kerak. CFA Democitm bilan yaqindan ishlaydi, Rangli raqamli kameraning poydevorini hosil qilish uchun rangni hosil qiladi. CFAning ish printsipini tushunish, raqamli rasmlar qanday ishlab chiqarilishini chuqurroq tushunishimizga yordam beradi.

1.do rangli tasvirlarni suratga oladigan barcha sensorlar CFAdan foydalanadimi?

A.Ha, an'anaviy, fotodiodga asoslangan rangli tasvir sensori, rangli filtr massivi (CFA) ranglar idrokiga erishish uchun standart usuldir. Sensorning o'zi faqat yorug'lik intensivligini o'lchash mumkin va CFA har bir pikselni keyingi rangni qayta qurish uchun asos yaratishi mumkinligini ta'minlaydi. Ba'zi maxsus sensorlar (masalan, Faunon x3 sensori) CFA-dan foydalanmasdan ranglarni ajratib turadigan qatlamli qatlam usulidan foydalanadi, ammo ushbu texnologiya nisbatan kam uchraydi. Qora va oq (monoxrom) sensorlar CFAni umuman talab qilmaydi.

2. Demovasaly infices o'lchamini yo'qotasizmi?

A.Bir oz vaqtgacha demozitsiya interpolatsiya (baholash) orqali etishmayotgan rang ma'lumotlarini to'ldirish jarayoni hisoblanadi. Har bir pikselning rangli ma'lumotlari to'g'ridan-to'g'ri o'lchanmaganligi sababli, atrofdagi piksellarga asoslangan "taxmin qilingan", bu haqiqatan ham juda nozik yoki takroriy to'qima joylarida asl nusxasi va ravshanligiga ta'sir qilishi mumkin. Biroq, zamonaviy rivojlangan demmogaitma algoritmlari juda murakkab va samarali. Ular yuqori darajadagi rezeratsiyani va artefaktlar avlodini pasaytirishda eng katta rezervitsionerlik va rasm tafsilotlarini saqlab qolish uchun turli xil kompleks hisoblash usullaridan foydalanadilar.

3. Kelajakdagi rasm sensorlari CFAga ishonishdan xoli bo'lishadimi?

A.Bu rasm sensori tadqiqotlarining bir yo'nalishi. Ba'zi yangi yoki eksperimental sensor texnologiyalari an'anaviy CFAning an'anaviy sensor texnologiyasi kabi, yuqorida aytib o'tilgan ko'p qavatli sensor texnologiyasi, masalan, yuqorida aytib o'tilgan ko'p qavatli sensor texnologiyasi avvalgi va pikotexnika darajasida yorug'likning turli xil ranglarini ishlatish usullarini o'rganmoqda. Biroq, etuklikni hisobga olgan holda, narxlarning afzalliklarini hisobga olgan holda, Bayer Filter Technology kompaniyasining yaxshi natijalari, bu eng ko'p uchun asosiy rangni tasvirlash eritmasi bo'lib qoladiKamera modullariyaqin kelajakda. Yangi texnologiyalar birinchi navbatda ma'lum yuqori yoki professional dasturlarda kelib chiqadigan tayoqlarni topishi mumkin.

Bizga kamera modullariga qo'yiladigan talablaringizni yuboring va biz siz uchun eng yaxshi echimni sozlaymiz. Premium echimlarimiz bilan siz o'z mahsulotlaringizni kengaytirish, mijozlaringizni jalb qilishingiz va o'rnatilgan vizual dasturlarining o'sishi va muvaffaqiyatlari uchun yangi imkoniyatlar ochishingiz mumkin.

Endi so'rov yuboring