Một thuật toán demosaic cho màu đen và trắng sẽ hữu ích?

Cho rằng mục đích chính của việc khử màu là phục hồi màu chính xác nhất có thể, liệu có bất kỳ lợi thế nào đối với thuật toán khử màu "chỉ đen và trắng" không? Đó là, thay vì đầu tiên khôi phục màu và sau đó chuyển đổi đen trắng, có thể tốt hơn để chuyển đổi tệp RAW trực tiếp sang đen trắng?

Tôi đặc biệt quan tâm đến chất lượng hình ảnh (ví dụ: dải động và độ sắc nét). Trên một lưu ý liên quan, thuật toán khử màu phổ biến nào phù hợp nhất cho chuyển đổi đen trắng?

Không có cách nào để chuyển đổi tệp RAW trực tiếp thành đen trắng mà không phục hồi màu trước, trừ khi trình chuyển đổi của bạn chỉ lấy một trong các bộ pixel R, G, B để tạo ra hình ảnh. Cách tiếp cận này sẽ dẫn đến việc mất độ phân giải đáng kể.

Để không bị mất độ phân giải khi chuyển đổi sang đen trắng, bạn phải sử dụng tất cả các pixel RG và B, điều đó có nghĩa là phải thực hiện các phép tính màu, tại đó bạn cũng có thể sử dụng một trong các thuật toán khử màu nâng cao, sau đó chuyển đổi kết quả cho màu đen và trắng.

Bạn cần thuật toán demosaic ngay cả khi bạn chuyển đổi hình ảnh sang B & W.

Một lý do cho điều đó khá đơn giản - nếu không, bạn sẽ nhận được các tạo tác pixel phụ ở khắp mọi nơi. Bạn cần nhận ra rằng hình ảnh được ghi lại bởi cảm biến khá lộn xộn. Hãy xem mẫu từ Wikipedia :

Bây giờ hãy tưởng tượng chúng ta không thực hiện bất kỳ việc khử màu nào và chỉ chuyển đổi RAW thành thang độ xám:

Chà ... bạn thấy các lỗ đen? Các pixel đỏ không đăng ký bất cứ thứ gì trong nền.

Bây giờ, hãy so sánh với hình ảnh bị khử màu được chuyển thành thang màu xám (ở bên trái):

Về cơ bản, bạn mất chi tiết, nhưng cũng mất rất nhiều đồ tạo tác khiến hình ảnh không thể chịu đựng được. Bỏ qua hình ảnh khử màu cũng mất rất nhiều độ tương phản, do cách chuyển đổi B & W được thực hiện. Cuối cùng, các sắc thái của màu nằm giữa các màu chính có thể được biểu diễn theo những cách khá bất ngờ, trong khi các bề mặt lớn của màu đỏ và màu xanh sẽ ở dạng trống 3/4.

Tôi biết rằng đó là một sự đơn giản hóa và bạn có thể nhắm đến việc tạo ra một thuật toán đơn giản: hiệu quả hơn trong chuyển đổi RAW sang B & W, nhưng quan điểm của tôi là:

Bạn cần hình ảnh màu được tính toán để tạo ra các sắc thái chính xác của màu xám trong ảnh B & W.

Cách tốt để chụp ảnh B & W là loại bỏ hoàn toàn mảng bộ lọc màu - giống như Leica đã làm trong Monochrom - không phải bằng cách thay đổi chuyển đổi RAW. Nếu không, bạn có thể nhận được các tạo tác, hoặc các sắc thái sai của màu xám, hoặc giảm độ phân giải hoặc tất cả những thứ này.

Thêm vào đó là một thực tế rằng chuyển đổi RAW-> Bayer-> B & W cung cấp cho bạn nhiều tùy chọn hơn để cải thiện và chỉnh sửa hình ảnh, và bạn có khá nhiều giải pháp tuyệt vời chỉ có thể bị lật đổ bằng cách xây dựng cảm biến chuyên dụng. Đó là lý do tại sao bạn không thấy các bộ chuyển đổi RAW B & W chuyên dụng sẽ không rơi vào tình trạng khử màu ở đâu đó trong quy trình.

Máy ảnh thị giác máy có bộ lọc bayer có thể cho hình ảnh thang độ xám trực tiếp nhưng nó thực hiện điều này bằng cách khử màu, chuyển đổi sang YUV và chỉ gửi kênh V (những cái tôi thường sử dụng ít nhất). Nếu họ có cách tốt hơn bằng cách bỏ qua việc tái cấu trúc màu này, tôi nghĩ họ sẽ làm thế, vì họ liên tục đẩy tốc độ khung hình (máy ảnh điển hình tôi sử dụng chạy 100FPS chẳng hạn).

Nếu bỏ qua việc khử màu dựa trên màu sắc, nó có thể giảm một nửa độ phân giải và trung bình có trọng số cho mỗi quad2 2x2, nhưng nếu bạn muốn độ phân giải đầy đủ, tốt hơn là sử dụng thuật toán khử màu bình thường để bảo vệ các cạnh tốt hơn. Nếu chúng ta biết rằng chúng ta muốn thang độ xám, chúng ta chỉ cần có một camera đơn sắc ngay từ đầu, hãy vỗ vào bộ lọc màu nếu chúng ta tìm một màu nhất định, vì thiết lập này vượt trội hơn rất nhiều về chất lượng hình ảnh, giảm nhu cầu quá độ phân giải, do đó cho phép sử dụng cảm biến có độ phân giải thấp nhanh với các pixel lớn hơn, từ đó mang lại hình ảnh thậm chí còn tốt hơn.

Hiệu ứng của các bộ lọc màu đối với từng pixel trong lớp Bayer cũng giống như quay phim B & W với các bộ lọc màu qua ống kính: nó thay đổi mối quan hệ của các mức độ xám của các màu khác nhau trong cảnh được chụp. Để có được mức độ chói chính xác cho tất cả các màu trong cảnh, các tín hiệu từ mỗi pixel phải được khử màu. Như những người khác đã đề cập, một cảm biến không có lớp Bayer sẽ mang lại hình ảnh đơn sắc không cần phải khử màu. Điều này sẽ dẫn đến độ sắc nét của hình ảnh tốt hơn nếu vòng tròn nhầm lẫn từ ống kính bằng hoặc nhỏ hơn chiều rộng của mỗi pixel.

Về mặt thực tế, tôi đã nhận thấy một số điều khi chuyển đổi các tệp RAW thành đơn sắc bằng cách sử dụng Digital Photo Professional (DPP) của Canon.

1. Điều chỉnh Cân bằng trắng có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi độ chói nhận thức tổng thể theo cùng cách mà điều chỉnh độ tương phản có thể. Như vậy, nó có thể được sử dụng để tinh chỉnh độ tương phản.
2. Cân bằng trắng cũng sẽ có ảnh hưởng đến độ sáng tương đối của các màu khác nhau trong cảnh. Điều này có thể được sử dụng để tinh chỉnh ứng dụng của các hiệu ứng bộ lọc "Cam", "Vàng", "Đỏ", v.v. Màu đỏ dường như bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi điều này và tối hơn nhiều ở mức 2500K so với 10000K. Đáng ngạc nhiên, ít nhất là với tôi, là tông màu xanh không thể hiện điều ngược lại.
3. Vì đối với tất cả các mục đích thực tế, không có nhiễu màu trong ảnh B & W, nên nó có thể được để ở "0".
4. Công cụ mặt nạ unsharpen sẽ kiểm soát độ sắc nét nhiều hơn so với thanh trượt "Độ sắc nét" đơn giản hơn. Đặc biệt nếu bạn có một vài pixel "ấm" hoặc "nóng" trong ảnh, bạn có thể tăng độ sắc nét tổng thể mà không cần nhấn mạnh chúng.

Dưới đây là hai phiên bản chụp phơi sáng tương tự trên Canon 7D với ống kính EF 70-200mm f / 2.8L IS II và ống kính tele Kenco C-AF 2X Teleplus Pro 300. Hình ảnh được cắt thành 1000X1000 pixel. Cái đầu tiên được chuyển đổi bằng cách sử dụng các cài đặt camera hiển thị bên dưới nó. Thứ hai đã được chỉnh sửa với các cài đặt hiển thị trong ảnh chụp màn hình. Ngoài tab RAW, cài đặt Giảm nhiễu độ sáng là 2 đã được áp dụng, cũng như giá trị Chromatic Aberration là 99.

Tôi sẽ đề xuất một thuật toán như vậy (giả sử mục tiêu của bạn là màu trắng và có nhiệt độ màu nhất quán):

• Demosaic RAW Bayer sang RGB
• Màu sắc xuống màu xám
• Tạo LUT giữa các giá trị bayer thô và giá trị thang độ xám (điều này cần được thực hiện một lần trên mỗi mặt phẳng màu RGGB hoặc RGB)
• Sử dụng bộ lọc LUT per color để chuyển đổi trực tiếp RAW RAW thành Grayscale mà không cần bất kỳ bộ lọc liên pixel nào

Về lý thuyết, điều này sẽ tiếp cận kết quả của một cảm biến đơn sắc thực sự.