Tại sao kênh màu xanh là ồn ào nhất?

Người ta quan sát rộng rãi rằng kênh màu xanh trong máy ảnh kỹ thuật số là ồn ào nhất. Tôi chắc chắn đã nhận thấy rằng với máy ảnh của tôi. Tại sao lại thế này?

Đây có phải là một tạo tác của một số công nghệ cụ thể (ví dụ như cảm biến mảng hoặc cảm biến CMOS của Bayer) hay là một cái gì đó liên quan đến vật lý của ánh sáng tần số cao hơn, hay nó có liên quan đến tầm nhìn của con người?

_{Câu hỏi tiếp theo: Tại sao các cảm biến ít nhạy cảm hơn với ánh sáng xanh?}

Ngoài phản ứng cảm biến được thảo luận bởi Tall Jeff, hầu hết ánh sáng cảnh (ánh sáng mặt trời, sợi đốt) đều thiếu ánh sáng xanh so với màu xanh lá cây và đỏ. Bật trình giả lập người da đen Java này và thấy rằng màu xanh lam thấp hơn màu xanh lá cây hoặc màu đỏ đối với nhiệt độ màu quan tâm (~ 5500 K ánh sáng ban ngày, ~ 3000 K sợi đốt).

Có một yếu tố nhỏ khác gây ra vấn đề. Mảng CCD và CMOS là các máy dò đếm photon. Hầu hết các ô, bao gồm cả các ô trong trình giả lập người da đen ở trên, hiển thị mật độ năng lượng quang phổ , chứ không phải số lượng photon. Các photon xanh có năng lượng mạnh hơn các photon đỏ, theo tỷ lệ nghịch của bước sóng của chúng, do đó, với cùng giá trị năng lượng trên các ô, bạn sẽ nhận được nhiều hơn 25% photon đỏ so với photon xanh. Và đó là điểm khởi đầu cho các hiệu ứng nhạy cảm mà Tall Jeff mô tả.

Đối với các cảm biến CCD và các cảm biến được chiếu sáng ở mặt sau, các CCD được chiếu sáng ở mặt trước phải chịu cùng độ nhạy màu xanh bị giảm, vì phần lớn ánh sáng xanh bị hấp thụ khi đi qua cấu trúc cổng không nhạy của chip. Cảm biến chiếu sáng mặt sau sẽ thấy phản ứng màu xanh được cải thiện. Xem đường cong phản ứng phổ điển hình này (đối với các loại CCD cấp nghiên cứu khác nhau).

Với tình trạng hiện tại của nghệ thuật, tiếng ồn trong kênh màu xanh là sự kết hợp của các hiệu ứng xếp tầng phối hợp với nhau để làm cho "cái nhìn" màu xanh trở nên tồi tệ nhất. Đầu tiên, với thiết lập mẫu của Bayer, có gấp đôi số pixel màu xanh lục so với màu đỏ hoặc màu xanh lam trong ma trận *. Điều này ngay lập tức đặt màu xanh lam và màu đỏ ở vị trí bất lợi so với kênh màu xanh lá cây và dẫn đến nhiễu phổ nhiều hơn cho hai kênh đó khi bộ ba RGB được tái tạo từ các pixel cảm biến liền kề. Ví dụ: cảm biến pixel 10M sẽ có các pixel màu xanh lục nguồn 5M, màu đỏ 2,5M và màu xanh 2,5M. Rõ ràng, khi bạn hình thành thông tin thô đó vào bộ ba RGB 10M cuối cùng, rõ ràng không thể có nhiều hơn 1/2 thông tin cho kênh màu đỏ hoặc màu xanh và điều này xuất hiện dưới dạng nhiễu trong hình ảnh cuối cùng.

Hiệu ứng tiếp theo liên quan đến độ nhạy quang phổ của hệ thống cảm biến thông qua các bộ lọc Đỏ, Xanh lục và Xanh lam. Là một hệ thống, các cảm biến CMOS hiện đại có độ nhạy cao hơn khoảng 50% đối với các vùng Xanh lục và Đỏ của quang phổ so với các vùng màu xanh lam. Ví dụ, đối với cảm biến CMOS từ Cypress này , chúng ta có thể thấy độ nhạy tương đối là về Đỏ (75%), Xanh lục (80%), Xanh lam (50%) khi bạn lập chỉ mục các đường cong theo bước sóng phù hợp cho từng bước sóng màu. Sự thiếu độ nhạy này kết hợp với mức cảm biến cố định và nhiễu lấy mẫu cho tất cả các pixel trên các cảm biến sẽ đặt màu xanh lam ở một tín hiệu quan trọng đối với bất lợi tỷ lệ nhiễu so với hai màu còn lại.

Đặt ra điều này, điều này có nghĩa là các cảm biến CMOS màu đang hoạt động tốt nhất trong việc tái tạo màu xanh lá cây, tiếp theo là màu đỏ và cuối cùng là màu xanh lam, thứ kém nhất trong ba từ góc độ nhiễu tổng thể.

Nhìn về tương lai, lưu ý rằng những hạn chế này với kênh màu xanh thực sự chủ yếu là vấn đề tối ưu hóa chi phí / hiệu suất. Đó là, không có gì vốn có đối với vật lý đòi hỏi hiệu suất màu xanh kém hơn, chỉ có điều nó sẽ RẤT NHIỀU hơn với các cấu trúc thiết bị hiện tại để cải thiện kênh màu xanh bằng một lề đáng chú ý. Ngoài ra, do mắt người không nhạy lắm với trục màu xanh / vàng, các giải pháp đã là một giải pháp được tối ưu hóa rất tốt. Trên thực tế, tôi chắc chắn rằng hầu hết các nhà sản xuất máy ảnh sẽ muốn giảm tổng chi phí trước khi trả cùng hoặc nhiều hơn chỉ để cải thiện hiệu suất nhiễu kênh xanh.

** Bayer đã chọn thiết lập ma trận theo cách này vì hệ thống thị giác của con người nhận được phần lớn tín hiệu độ chói (tức là: thông tin độ sáng) từ phần màu xanh lá cây của phổ màu. Đó là, các que trong mắt nhạy cảm nhất với ánh sáng xanh làm cho phần màu xanh lá cây của quang phổ trở nên quan trọng nhất. *

Bởi vì mắt / bộ não của con người không nhạy cảm với những thay đổi của ánh sáng xanh như chúng thay đổi trong ánh sáng xanh / đỏ. Các cảm biến máy ảnh hiện đại hoạt động giống như mắt người và do đó, nó ít nhạy cảm hơn với màu xanh so với màu xanh lá cây / đỏ. Vì tiêu chuẩn để hiển thị trung tính trên màn hình màu là có số lượng màu xanh lam, xanh lục và đỏ bằng nhau và vì các cảm biến ít nhạy với màu xanh hơn màu đỏ và xanh lục, nên thuận tiện để khuếch đại kênh màu xanh. Khuếch đại tín hiệu kênh màu xanh cũng khuếch đại nhiễu kênh màu xanh.

Giảm nhiễu máy ảnh chỉ được áp dụng nếu bạn chụp JPEG nhưng vì nhiều người chụp RAW, kênh màu xanh luôn hơi ồn. Tôi đã tìm kiếm một biện pháp khắc phục vấn đề này. Một người đề nghị chuyển đổi hình ảnh sang màu phòng thí nghiệm và làm mịn / làm mờ chỉ kênh độ chói, sau đó chuyển đổi lại thành RGB để loại bỏ nhiễu. Bạn co thể thử.

Chúng tôi đã thực hiện phân tích các kênh màu xanh lam-đỏ của DP3 Merrill ở chế độ kỹ thuật số (RAW). Tôi mới mua máy ảnh này vào tháng 6 năm 2018. Kênh màu xanh biểu hiện lỗi phụ thuộc cấp độ trong bộ chuyển đổi a / d không có trong các kênh màu đỏ-xanh, có chức năng như mong đợi. Dường như có thể có lỗi trong việc nối dây kênh màu xanh a / d hoặc trong mã dịch điện áp a / d sang tín hiệu số kênh màu xanh. Nó KHÔNG phải là một vấn đề nhạy cảm. Nó có thể là một vấn đề bão hòa, tức là điện áp vật lý đang vượt quá phạm vi a / d ở điện áp rất thấp, tức là tăng quá nhiều trong kênh đó. Máy ảnh được đặt ở ISO 100 để thu thập dữ liệu và dữ liệu được thu thập qua một loạt tốc độ màn trập và mức tín hiệu trên một khung hình. Các phép đo kênh màu xanh là tín hiệu gần như chính xác nhất ở các mức tín hiệu THẤP NHẤT. Tín hiệu càng cao, sai số càng lớn. Đây là một vấn đề tăng / số hóa trong thuật toán tạo ra các tệp X3F, hoặc có lẽ là một vấn đề đặt hàng byte. Chúng tôi đang xem xét trực tiếp các tệp X3F để xem lỗi đã xuất hiện ở đó chưa, nhưng tôi hy vọng đó là do cả hai tệp TIFF và JPEG do trình chuyển đổi tạo ra đều có cùng một vấn đề. Đó là một câu hỏi nếu nhà sản xuất sẽ quan tâm để khắc phục vấn đề này? Chip Foveon là một ý tưởng tốt cần được thiết kế đúng cách. Đó là một câu hỏi nếu nhà sản xuất sẽ quan tâm để khắc phục vấn đề này? Chip Foveon là một ý tưởng tốt cần được thiết kế đúng cách. Đó là một câu hỏi nếu nhà sản xuất sẽ quan tâm để khắc phục vấn đề này? Chip Foveon là một ý tưởng tốt cần được thiết kế đúng cách.