Tại sao các cảm biến chính không sử dụng bộ lọc CYM thay vì RGB?

Theo những gì tôi hiểu, hầu hết các máy ảnh kỹ thuật số đều có một cảm biến trong đó mỗi cảm biến pixel có ba cảm biến phụ, mỗi cảm biến có bộ lọc R, G và B. RGB rõ ràng là mô hình màu cơ bản hơn vì nó tương ứng trực tiếp với các thụ thể (hình nón) trong mắt người.

Tuy nhiên, các bộ lọc RGB nhất thiết phải cắt ra hai phần ba ánh sáng trắng để có được thành phần của chúng. Chắc chắn máy ảnh sẽ được hưởng lợi từ thời gian phơi sáng ngắn hơn nếu các bộ lọc thay vào đó là CYM trong đó mỗi phần tử chỉ cắt được một phần ba ánh sáng? Bộ xử lý của máy ảnh vẫn có thể lưu hình ảnh ở bất kỳ định dạng nào mà người tiêu dùng muốn vì một biểu dữ liệu CYM có thể được chuyển đổi dễ dàng thành dạng RGB.

Tôi biết điều này đôi khi được thực hiện trong chụp ảnh thiên văn trong đó ba ảnh B & W riêng biệt được chụp bằng các bộ lọc CYM.

Có phải tôi đã sai và trên thực tế, điều này đã được thực hiện - hoặc có lý do chính đáng cho cảm biến RGB không?

Đầu tiên, một chút nền tảng để làm sáng tỏ một sự hiểu lầm nhỏ về phía bạn.

Phần lớn các máy ảnh kỹ thuật số màu có bộ lọc Bayer che mỗi pixel bằng bộ lọc màu: Đỏ, Xanh lục hoặc Xanh lam. Dữ liệu RAW không bao gồm bất kỳ thông tin màu nào, mà chỉ có giá trị độ chói cho mỗi pixel.

Tuy nhiên, các bộ lọc RGB nhất thiết phải cắt ra hai phần ba ánh sáng trắng để có được thành phần của chúng.

Không hẳn vậy. Có rất nhiều ánh sáng màu xanh lá cây vượt qua các bộ lọc 'đỏ' và 'xanh'. Có rất nhiều ánh sáng 'đỏ' và một chút ánh sáng 'xanh' tốt khiến nó vượt qua bộ lọc 'xanh'. Có một số ánh sáng "xanh" làm cho nó vượt qua bộ lọc màu đỏ và ngược lại. Các bước sóng mà các bộ lọc 'Xanh' và 'Đỏ' tập trung vào rất gần nhau và 'Đỏ' thường nằm ở khoảng giữa 580nm và 600nm, nằm trong lãnh thổ 'vàng cam' hơn 'đỏ'. "Các đỉnh" của các bộ lọc trong một mảng điển hình của Bayer không khớp với các bước sóng mà chúng tôi mô tả là "đỏ", "xanh lục" và "xanh lam".

Vì vậy, theo một nghĩa nào đó, máy ảnh của chúng tôi thực sự là YGV (Vàng-Xanh-Tím) nhiều như RGB. Các hệ thống tái tạo màu của chúng tôi (màn hình, máy in, máy ép web, v.v.) là RGB, CMYK hoặc một số màu kết hợp khác.

Điều này bắt chước mắt người, trong đó hình nón 'đỏ' của chúng ta tập trung ở khoảng 565nm, có màu vàng lục, trái ngược với hình nón 'màu xanh lá cây' của chúng ta tập trung ở khoảng 540nm, có màu xanh lục chỉ với một màu vàng pha trộn. tìm hiểu thêm về cách cả hệ thống thị giác của con người và máy ảnh của chúng ta tạo ra "màu" trong phần phổ bức xạ điện từ mà chúng ta gọi là "ánh sáng", vui lòng xem: Tại sao Màu đỏ, Xanh lục và Xanh lam là màu chính của ánh sáng?

Không có sự cắt đứt cứng giữa các màu của bộ lọc, chẳng hạn như với bộ lọc được sử dụng trên một thiết bị khoa học chỉ cho phép một dải bước sóng rất hẹp đi qua. Nó giống như các bộ lọc màu chúng ta sử dụng trên phim B & W. Nếu chúng ta sử dụng bộ lọc màu đỏ với phim B & W, tất cả các vật thể màu xanh lá cây sẽ không biến mất hoặc trông hoàn toàn màu đen, giống như chúng bị cắt đứt. Thay vào đó, các vật thể màu xanh lá cây sẽ trông có màu xám đậm hơn các vật thể màu đỏ có độ sáng tương tự trong cảnh thực tế.

Cũng giống như mắt người, hầu hết tất cả các bộ lọc của Bayer đều có số pixel "Xanh" gấp đôi so với các pixel "Đỏ" hoặc "Xanh lam". Nói cách khác, mọi pixel khác được che dấu bằng "Green" và nửa còn lại được phân chia giữa "Red" và "Blue". Vì vậy, một cảm biến 20MP sẽ có các pixel 10M Green, 5M Red và 5M Blue. Khi các giá trị độ chói từ mỗi pixel được giải thích bởi đơn vị xử lý của máy ảnh, sự khác biệt giữa các pixel liền kề được che với các màu khác nhau được sử dụng để nội suy một giá trị Đỏ, Xanh lục và Xanh lam ( thực sự tương ứng với khoảng 480, 530 và 640 nanomet ) cho mỗi pixel. Mỗi màu được thêm trọng lượng vào độ nhạy của mắt người, do đó, "Màu đỏ"

Quá trình chuyển đổi các giá trị độ chói đơn sắc từ mỗi pixel thành giá trị RGB được nội suy cho mỗi pixel được gọi là khử màu. Do hầu hết các nhà sản xuất máy ảnh sử dụng thuật toán độc quyền để thực hiện việc này, sử dụng các trình chuyển đổi RAW của bên thứ ba như Adobe Camera RAW hoặc DxO Optics sẽ mang lại kết quả hơi khác so với sử dụng trình chuyển đổi RAW của nhà sản xuất. Có một số loại cảm biến, chẳng hạn như Foveon, có ba lớp nhạy cảm màu xếp chồng lên nhau. Nhưng các nhà sản xuất tuyên bố một cảm biến như vậy với ba lớp 15MP xếp chồng lên nhau là cảm biến 45MP. Trong thực tế, sự sắp xếp như vậy mang lại cùng một lượng chi tiết như một cảm biến đeo mặt nạ thông thường của Bayer khoảng 30MP. Vấn đề với các cảm biến loại Foveon, ít nhất là cho đến nay, là hiệu suất tiếng ồn kém hơn trong môi trường ánh sáng yếu.

Vậy tại sao hầu hết các máy ảnh kỹ thuật số không sử dụng bộ lọc CYM thay vì bộ lọc RGB¹? Lý do chính là độ chính xác màu như được xác định bởi nhận thức của con người về các bước sóng ánh sáng khác nhau. Việc nội suy các giá trị màu chính xác sẽ khó khăn hơn nhiều khi sử dụng các giá trị từ các pixel liền kề khi sử dụng mặt nạ CYM so với khi sử dụng mặt nạ "RGB". Vì vậy, bạn từ bỏ một chút độ nhạy sáng để đạt được độ chính xác của màu. Xét cho cùng, hầu hết các nhiếp ảnh thương mại ở mức cao nhất đều được thực hiện với ánh sáng có kiểm soát (chẳng hạn như studio chân dung, nơi dễ dàng thêm ánh sáng) hoặc từ chân máy (cho phép thời gian phơi sáng lâu hơn để thu được nhiều ánh sáng hơn). Và nhu cầu của các nhiếp ảnh gia chuyên nghiệp là những gì thúc đẩy công nghệ mà sau đó tìm đến các sản phẩm tiêu dùng.

_{Ngoại trừ ba bộ lọc màu cho hầu hết các máy ảnh "RGB" đeo mặt nạ của Bayer thực sự là "màu xanh lam - với một chút màu tím", "Màu xanh lá cây với một chút màu vàng" và ở đâu đó giữa "Màu vàng với một chút màu xanh lá cây" (bắt chước mắt người nhiều nhất) và 'Màu vàng với rất nhiều màu cam' (dường như dễ thực hiện hơn đối với cảm biến CMOS).}

Cảm biến màu vàng Cyan magenta đã được thực hiện, cùng với màu lục lam đỏ và một vài biến thể khác.

Vấn đề chính là ngay cả với các cảm biến RGB cũng có sự chồng chéo đáng kể giữa phản ứng phổ của từng loại thuốc nhuộm, tức là các pixel "xanh" rất nhạy cảm với ánh sáng đỏ và xanh ở một mức độ nhất định. Điều này có nghĩa là các kết quả yêu cầu tính toán phức tạp để có được màu sắc chính xác, các phản ứng tương đối của các pixel màu đỏ và màu xanh liền kề được sử dụng để đánh giá mức độ phản ứng màu xanh lá cây thực sự là kết quả của ánh sáng đỏ và xanh lam.

Với CMY, vấn đề tồi tệ hơn nhiều. Về cơ bản, bạn đang giao dịch hiệu quả ánh sáng cho độ chính xác màu. Điều này có thể tốt cho chụp ảnh thiên văn nơi bạn không luôn có ranh giới màu sắc rõ nét, do đó bạn có thể giảm nhiễu màu bằng cách làm mờ, nhưng nó không tốt cho chụp ảnh phong cảnh hoặc thời trang.

Trong số các chip RGB, sự lựa chọn chính xác của các bộ lọc khác nhau tùy theo nhà sản xuất. Chẳng hạn, Canon sử dụng thuốc nhuộm yếu với phản ứng rộng để đuổi hiệu suất ánh sáng yếu, nhưng thuốc nhuộm cụ thể được sử dụng cũng được điều chỉnh theo màu sắc sành điệu dưới ánh sáng huỳnh quang, vì lợi ích của đội quân nhiếp ảnh gia thể thao và tin tức sử dụng máy ảnh Canon.

Mặt khác, Sony với A900 đã cố gắng xâm nhập vào thị trường thời trang chuyên nghiệp bằng cách cung cấp độ chính xác màu rất cao. Mảng lọc màu được sử dụng ở mặt sau kỹ thuật số định dạng trung bình được điều chỉnh để cung cấp các skintones (mặc dù không nhất thiết phải chính xác).

Những lý do khiến các nhà sản xuất máy ảnh giải quyết trên mảng RGBG của Bayer có thể liên quan nhiều hơn đến bằng sáng chế, tính sẵn có và chi phí, hơn là với màu sắc "chính xác". Về nguyên tắc, bất kỳ bộ ba phù hợp, "trực giao" (có thể nói), màu sắc sẽ tốt cho việc tái tạo màu sắc. Với các cảm biến và bộ xử lý tiên tiến hơn, nó sẽ dễ dàng hơn nữa.

Tôi nghi ngờ yêu cầu độ chính xác màu RGB và CMY vì chuyển đổi giữa RGB và CMYK được thực hiện mọi lúc để in. Ngoài ra, trước khi cân bằng trắng, các màu được khử trong các tệp thô không có gì gần với các màu mong muốn thực tế. Nếu màu sắc thực sự "chính xác", các nhiếp ảnh gia sẽ không phải mất quá nhiều thời gian để chỉnh sửa ảnh.

Các thí nghiệm cảm biến khác nhau của Fujifilm (Super CCD, EXR CMOS, X-Trans) chứng minh rằng chỉ vì mọi người khác làm một việc cụ thể không có nghĩa là đó là cách tốt nhất để làm điều đó. Kodak cũng đã thử nghiệm với các mảng màu khác nhau , nhưng họ đã không làm tốt công việc tiếp thị công nghệ và bằng sáng chế của mình.

Nikon Coolpix 5700, máy ảnh 5mp từ khoảng năm 2002, dường như là một trong những máy ảnh cuối cùng sử dụng mảng màu CYGM . Digital Photography Review cho biết (nhấn mạnh thêm) :

Chất lượng hình ảnh là tuyệt vời, với khả năng đo ma trận tuyệt vời, cân bằng tông màu và màu sắc tốt (chính xác và sống động mà không bị mất màu) cộng với độ phân giải trên trung bình. Viền tím xuống nhưng nhìn tổng thể của hình ảnh vẫn rất 'Coolpix'. Độ ồn là tốt, đặc biệt là khi so sánh với các máy ảnh kỹ thuật số năm megapixel khác (như được chỉ ra bởi so sánh của chúng tôi với Minolta DiMAGE 7i).

Một vài chi tiết chất lượng hình ảnh chúng tôi đã chọn trên; biến dạng nòng súng, cắt xén nổi bật và các đồ tạo tác của Bayer không phải là những vấn đề ảnh hưởng đến việc chụp hàng ngày và sẽ không làm giảm sự thích thú của bạn đối với chất lượng hình ảnh của 5700.