Как работает цифровая камера

 Захват цвета

К сожалению, каждая фотоматрица страдает дальтонизмом. Она только отслеживает общую интенсивность света, попадающего на ее поверхность. Для того чтобы получить полноцветное изображение, большинство датчиков используют фильтрацию, чтобы определить яркость трех основных цветов (красный, синий, зеленый). После того как камера записывает все три цвета, цифровая камера сочетает их для создания полного спектра.

Есть несколько способов записи трех цветов в цифровой камере. Самые высококачественные камеры используют три отдельных датчика, каждый из которых имеет различные фильтры. Светоделитель направляет свет на различные датчики. Каждый датчик получает одинаковый вид на изображение, но из-за фильтров, каждый датчик реагирует только на один из основных цветов.

Преимуществом этого способа является то, что камера записывает каждый из трех цветов в каждом пикселе. К сожалению, камеры, которые используют этот метод, как правило, громоздкие и дорогие.

Другой способ заключается во вращении серии из красного, синего и зеленого фильтров перед одним датчиком. Датчик регистрирует три отдельных изображения в быстрой последовательности. Этот метод также предоставляет информацию о всех трех цветах в каждом пикселе, но так как три изображения не будут получены в один и тот же момент, то и камера, и цель фотографии должны оставаться неподвижными для всех трех чтений цвета. Это плохо подходит для получения четких фотографий движущихся объектов или камер, которыми снимают с руки.

Оба этих метода работают хорошо для профессиональных студийных камер, но они не слишком подходят для случайных снимков.

 

Алгоритмы  фильтрации цвета

Более экономичным и практичным способом для записи основных цветов является массив цветных фильтров над каждой ячейкой фотоматрицы. По возбуждению нескольких датчиков в красном, синем и зеленом пикселях, можно получить достаточно информации от каждого датчика, чтобы сделать очень точные предположения о том, каков истинный цвет в этом месте. Такой процесс называется интерполяцией .

Наиболее распространенный вид фильтров — RGB фильтр Bayer. В нем чередуется ряд красных и зеленых фильтров с рядом синих и зеленых фильтров. Зеленых пикселей больше, потому, что человеческий глаз не одинаково чувствителен к всем трем цветам. Необходимо включить больше информации от зеленых пикселей для того, чтобы создать образ, который глаз будет воспринимать как «истинный цвет».

Преимуществом этого способа является то, что требуется только один датчик и вся информацию о цвете (красный, зеленый и синий) записывается в тот же момент. Это означает, что камера может быть меньше, дешевле и полезной в самых разнообразных ситуациях. Сырой выход датчика с фильтра Bayer представляет собой мозаику из красных, зеленых и синих пикселей различной интенсивности.

Цифровые камеры используют специализированные алгоритмы demosaicing, преобразовывающие эту мозаику в соответствующее размеру мозаики истинное изображение. Истинный цвет каждого пикселя может быть определен путем усреднения значений (интерполяции) от ближайших соседних пикселей.