Có thể thực hiện cài đặt phổ biến trên toàn thế giới?

Không chắc câu hỏi này vô học như thế nào, nhưng tôi thích học hỏi, vì vậy cảm ơn trước sự nuông chiều của bạn.

Phim thay đổi về mặt vật lý theo thời gian được chiếu. Một cảm biến kỹ thuật số, mặc dù, không; nó chỉ đọc dữ liệu. Có bất kỳ lý do nào mà máy ảnh không thể được tạo ra để "nhớ" những gì mà cảm biến đọc được ở mọi điểm phơi sáng không? Đó chỉ là dữ liệu. Nó có thể là rất nhiều dữ liệu, nhưng có những lúc người ta có thể muốn làm điều đó, phải không? Cho phép linh hoạt hơn nhiều trong xử lý bài.

Nếu lưu trữ dữ liệu không phải là một vấn đề, có lý do nào đây không thể là chuẩn mực, ít nhất là cho nhiếp ảnh chuyên nghiệp và nghệ thuật?

Một cảm biến kỹ thuật số không thực sự được mô tả tốt nhất là "đọc dữ liệu". Một cách tốt hơn để mô tả nó là "thu thập photon" sau đó được chuyển đổi thành dữ liệu bằng cách đo các điện tích cực nhỏ mà chúng tạo ra khi thời gian thu thập kết thúc . Chúng không có khả năng liên tục ghi lại trạng thái thay đổi của từng pixel khi chúng thu thập ánh sáng. Và tùy thuộc vào mức độ ánh sáng rơi vào cảm biến ít hay nhiều, có thể mất nhiều thời gian để có đủ photon chiếu vào cảm biến trước khi tạo ra bất cứ thứ gì nhiều hơn dữ liệu ngẫu nhiên. Mặt khác, trong ánh sáng rất mạnh, đôi khi tất cả các giếng pixel có thể lấp đầy nhanh đến mức bất kỳ photon bổ sung nào rơi vào cảm biến đều bị mất.

Trong kịch bản đầu tiên, không có đủ photon được thu thập để tạo ra một mô hình rõ ràng thông qua "nhiễu" được tạo ra bởi năng lượng chảy qua cảm biến được sử dụng để thu thập các điện áp được tạo ra bởi các photon rơi vào giếng pixel. Do đó, không có thông tin có thể sử dụng được thu thập. Toàn bộ bức ảnh của bạn tối với các điểm màu và ánh sáng ngẫu nhiên.

Trong kịch bản thứ hai, rất nhiều photon được thu thập mà mọi pixel được đọc ở cùng một giá trị tối đa, được gọi là bão hòa đầy đủ và vì mọi pixel trong ảnh đều có cùng một giá trị nên không có thông tin có thể sử dụng được. Toàn bộ bức ảnh của bạn là màu trắng sáng.

Chỉ khi các photon đủ tấn công vào một cảm biến thì các khu vực có nhiều photon trên một đơn vị thời gian mới có giá trị đọc cao hơn các khu vực có ít photon tấn công chúng trên một đơn vị thời gian. Chỉ sau đó, cảm biến thu thập thông tin có ý nghĩa có thể phân biệt giữa các khu vực có độ sáng khác nhau.

Hãy tưởng tượng đặt ra một số xô nước trong sân của bạn để thu thập những hạt mưa. Tưởng tượng rằng tất cả chúng đều có một ít nước trong đó nhưng bạn đổ nó ra trước khi bạn đặt chúng. Một số được đặt dưới mái hiên của mái nhà của bạn. Một số được đặt dưới những cây lớn trong sân của bạn. Một số được đặt ngoài trời. Một số được đặt dưới vòi phun nước từ máng xối của bạn vào sân. Rồi trời bắt đầu mưa.

Hãy nói rằng trời chỉ mưa trong một thời gian rất ngắn: 15 giây. Có một vài giọt nước trong mỗi xô. Nhưng không có đủ nước trong mỗi xô để có thể biết liệu mỗi xô có thể có nhiều nước mưa rơi vào trong đó hay nếu nó chỉ còn vài giọt nữa trong xô khi bạn đổ nước ra trước khi bạn bỏ xô trong sân. Vì bạn không có đủ dữ liệu để có thể xác định lượng mưa rơi trên phần nào của sân, bạn đổ tất cả các thùng ra ngoài và chờ cho trời mưa trở lại.

Thời gian này trời mưa vài ngày. Đến lúc trời tạnh mưa thì mọi xô nước trong sân đều tràn ra. Mặc dù bạn khá chắc chắn một số xô được đổ đầy nhanh hơn các thùng khác, bạn không có cách nào để biết xô nào được đổ đầy nhanh nhất và xô nào được đổ đầy sau cùng. Vì vậy, bạn cần phải đổ xô ra ngoài một lần nữa và chờ mưa nhiều hơn.

Lần thử thứ ba của bạn, trời mưa trong ba giờ và sau đó ngừng mưa. Bạn đi ra sân và kiểm tra xô của bạn. Một số gần như đầy đủ! Một số hầu như không có nước trong đó! Hầu hết có lượng nước khác nhau ở giữa hai thái cực. Bây giờ bạn có thể sử dụng vị trí của mỗi thùng để xác định lượng mưa rơi trên mỗi khu vực trong sân của bạn.

Lý do chúng tôi thay đổi phơi sáng trong máy ảnh kỹ thuật số là để cố gắng thu thập đủ ánh sáng mà các khu vực sáng nhất gần như, nhưng không hoàn toàn, bão hòa.Lý tưởng là điều này xảy ra với máy ảnh ở độ nhạy ISO cơ bản. Đôi khi, mặc dù, không có đủ ánh sáng để làm điều này. Ngay cả ở khẩu độ lớn nhất có sẵn, chúng tôi không thể thu thập đủ ánh sáng trong khoảng thời gian dài nhất mà chúng tôi dám để màn trập mở (do chuyển động của các đối tượng của chúng tôi). Những gì chúng tôi làm trong trường hợp này là điều chỉnh cài đặt ISO trong máy ảnh của mình để tất cả các giá trị ra khỏi cảm biến được nhân lên ở một yếu tố mang lại giá trị cao nhất đến điểm gần như chúng, nhưng không bão hòa. Thật không may, khi chúng ta khuếch đại tín hiệu (các điện áp được tạo ra bởi các photon hạ cánh trong các pixel pixel), chúng ta cũng khuếch đại nhiễu (các điện áp không đều ngẫu nhiên được tạo ra bởi dòng điện được sử dụng để thu các điện áp từ mỗi giếng pixel). Điều này dẫn đến tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm thấp hơn làm giảm lượng chi tiết chúng ta có thể tạo từ dữ liệu chúng ta đã thu thập từ cảm biến.

Có những hạn chế kỹ thuật khác khiến máy ảnh không thể giữ "tổng số" số lượng photon thu được ở các khoảng thời gian khác nhau trong khi màn trập mở. Ném đủ tiền vào vấn đề và một số hạn chế có thể được khắc phục, ít nhất là một phần. Nhưng hoặc là các định luật vật lý sẽ cần phải thay đổi hoặc chúng ta cần thay đổi hoàn toàn cách cảm biến đếm các photon trước khi những hạn chế khác có thể được khắc phục. Cuối cùng, công nghệ trong một số hoặc tất cả các thiết bị này có thể thay thế cách chúng ta hiện đang chụp ảnh chất lượng rất cao, nhưng chúng ta chưa ở đâu gần đó.

Chúng tôi đã có một số công nghệ cho việc này. Thuật ngữ của chúng tôi để ghi nhớ các lần đọc cảm biến tại mỗi điểm phơi sáng là "video" và điều bạn đang yêu cầu là tái cấu trúc một hình ảnh tĩnh tối ưu từ nhiều khung hình video.

Để biết tổng quan về công việc Nghiên cứu của Microsoft về vấn đề này, hãy bắt đầu tại đây: http://research.microsoft.com/en-us/um/redmond/groups/ivm/multiimagefusion/

Để biết ví dụ có sẵn, hãy xem ứng dụng Synthcam, có thể được sử dụng để giảm nhiễu trong điều kiện ánh sáng yếu bằng cách kết hợp các khung hình video được chụp bằng máy ảnh điện thoại: https://sites.google.com/site/marclevoy/

Đây là một chặng đường dài từ thực tế cho chụp ảnh hàng ngày, nhưng có thể hình dung rằng các máy ảnh trong tương lai sẽ quay nhiều khung hình video độ phân giải cao, độ phân giải cao cho phép người chụp đạt được kết quả mong muốn bằng cách chọn và kết hợp sau.

Cập nhật cuối năm 2016: Khi tôi viết câu trả lời ban đầu, đây là một số cách từ thị trường. Cuối năm 2016 có vẻ gần hơn rất nhiều. Ứng dụng "See In The Dark" của Marc Levoy tích hợp nhiều khung hình video với tính năng ổn định trên điện thoại thông minh tiêu dùng để tạo ra hình ảnh có thể sử dụng được từ ánh trăng. Xem thêm camera Light L16 , tích hợp nhiều cảm biến nhỏ thành một hình ảnh duy nhất.

Câu hỏi ban đầu dựa trên giả định không chính xác (về cảm biến kỹ thuật số không thay đổi trạng thái trong quá trình phơi sáng) nhưng khái niệm này có liên quan đến ý tưởng Quanta Image Sensor (QIS) được nghiên cứu bởi Eric Fossum .

http://engineering.dartmouth.edu/research/advified-image-sensors-and-camera-systems/

QIS là một sự thay đổi mang tính cách mạng trong cách chúng ta thu thập hình ảnh trong một chiếc máy ảnh đang được phát minh tại Dartmouth. Trong QIS, mục tiêu là đếm từng photon đập vào cảm biến hình ảnh và cung cấp độ phân giải từ 1 tỷ hoặc nhiều quang hóa chuyên biệt (gọi là jots) trên mỗi cảm biến và đọc ra các mặt phẳng bit jot hàng trăm hoặc hàng nghìn lần mỗi giây trong terabits / giây dữ liệu.

Thiết bị như vậy sẽ (trích dẫn câu hỏi)

"nhớ" những gì các cảm biến đọc được ở mọi điểm phơi sáng

và có bộ dữ liệu hoàn chỉnh, ví dụ chúng ta có thể "thay đổi" thời gian phơi sáng hiệu quả sau khi "bức ảnh" được chụp.

Ngày nay, điều này có thể xấp xỉ bằng cách quay video và kết hợp các khung hình trong quá trình hậu kỳ để mô phỏng thời gian phơi sáng lâu hơn (bị giới hạn bởi hiệu suất máy ảnh, độ phân giải chế độ video và tốc độ màn trập, nhưng nó cho thấy ý tưởng)

Nếu QIS hoạt động như đã hứa, nó cũng sẽ giới thiệu các tính năng thú vị khác, như hiệu suất ánh sáng yếu tốt hơn, tăng dải động, không khử răng cưa, độ nhạy hoàn toàn có thể tùy chỉnh (ví dụ như phim), không cài đặt ISO, điều chỉnh độ phân giải so với nhiễu

Thông báo gần đây: http://phys.org/news/2015-09-breakENC-phzeriay.html

Phim thay đổi về mặt vật lý theo thời gian được chiếu. Một cảm biến kỹ thuật số, mặc dù, không; nó chỉ đọc dữ liệu.

Điều đó thực sự phụ thuộc vào loại cảm biến. Loại cảm biến CMOS được sử dụng trong máy ảnh DSLR ngày nay tích lũy điện tích theo từng pixel theo thời gian, do đó, trên thực tế, chúng thay đổi theo thời gian giống như phim. Nếu chúng không hoạt động theo cách đó, hình ảnh sẽ chỉ tồn tại chừng nào màn trập được mở. Cảm biến CCD (công nghệ phổ biến khác cho cảm biến hình ảnh trong máy ảnh) cũng hoạt động theo cách này, tích lũy ánh sáng theo thời gian.

Có bất kỳ lý do nào mà máy ảnh không thể được tạo ra để "nhớ" những gì mà cảm biến đọc được ở mọi điểm phơi sáng không?

Đó chính xác là những gì máy ảnh làm khi ghi lại hình ảnh. Tuy nhiên, tôi nghĩ rằng điều bạn muốn nói là nếu cảm biến có thể đọc được cường độ ánh sáng tức thời, thì bạn có thể điều chỉnh độ phơi sáng sau thực tế thành bất kỳ giá trị nào bạn muốn. Như đã giải thích ở trên, đó không thực sự là cách mà hầu hết các cảm biến hình ảnh hoạt động. Mặt khác, chúng ta có thể và thường làm điều chỉnh phơi sáng khá một chút trong giai đoạn hậu xử lý.

Nếu lưu trữ dữ liệu không phải là một vấn đề, có lý do nào đây không thể là chuẩn mực, ít nhất là cho nhiếp ảnh chuyên nghiệp và nghệ thuật?

Theo như "ghi nhớ" dữ liệu từ cảm biến, đó là tiêu chuẩn cho nhiều nhiếp ảnh gia. Hầu hết các máy ảnh cho phép bạn ghi lại hình ảnh ở định dạng "RAW" và đây là dữ liệu được đọc từ cảm biến cộng với một chút dữ liệu về cài đặt máy ảnh lúc đó. Ảnh RAW chiếm nhiều không gian hơn các định dạng khác như JPEG, nhưng chúng cho phép người chụp tự do diễn giải lại dữ liệu sau đó, do đó bạn có thể dễ dàng thay đổi các cài đặt như nhiệt độ màu và cân bằng trắng trong xử lý hậu kỳ.

Những người khác đã giải thích lý do tại sao điều này sẽ không hoạt động, về mặt kỹ thuật. Tôi muốn chạm vào lý do tại sao nó không hoạt động thực tế .

Nếu lưu trữ dữ liệu không phải là một vấn đề, có lý do nào đây không thể là chuẩn mực, ít nhất là cho nhiếp ảnh chuyên nghiệp và nghệ thuật?

Hãy xem xét độ lớn của các điều kiện ánh sáng khác nhau mà chúng ta có thể muốn chụp ảnh. Ngay cả khi bỏ qua các thái cực như chụp ảnh thiên văn (nơi bạn thường chụp những đốm sáng nhỏ được bao quanh bởi gần như toàn bộ màu đen), bạn vẫn có chụp ảnh mặt đất vào buổi tối hoặc ban đêm và phong cảnh mùa đông phủ đầy tuyết. Tôi sẽ sử dụng hai cái sau làm ví dụ.

Ngoài ra, tôi sẽ giả định rằng để tái tạo chính xác bất kỳ phơi sáng mong muốn nào , chúng ta phải phơi cảm biến đến điểm bão hòa hoàn toàn.

Ngoài ra, tôi sẽ giả định rằng chúng ta có thể đọc các giá trị cảm biến theo cách không phá hủy. (Đây có lẽ là một trong những vấn đề thuộc danh mục "ném đủ tiền vào vấn đề và nó có thể giải quyết được".)

Trong trường hợp chụp ảnh ban đêm, chúng tôi sẽ cần phải tiếp xúc với các cảm biến cho một rất thời gian dài để làm ướt tất cả các pixel, có nghĩa là bất kỳ hình ảnh, không có vấn đề gì chúng tôi thực sự muốn một bức tranh về, là sẽ mất absurdly dài để thực hiện. Bức tranh du lịch cổ điển về các vũ công tại một quán bar ngoài trời trở nên gần như không thể bởi vì, tốt, bạn có thể có thể chụp một vài trong số đó trong suốt một buổi tối. Không tốt. Vì vậy, chúng ta không thể phơi bày sự bão hòa, ít nhất là không bừa bãi. (Tiếp xúc với một số phần trăm pixel bị bão hòa cũng vô dụng như nhau, nhưng vì những lý do khác nhau; hãy thử phơi sáng chính xác khi chụp ảnh lò sưởi với ngọn lửa đang cháy. Điều đó gần như không thể, dù bạn có cố gắng đến đâu, một số các pixel sẽ bị che khuất hoặc các dải khổng lồ của hình ảnh sẽ bị thiếu sáng khủng khiếp.)

Khi chụp ảnh phong cảnh phủ đầy tuyết, như vista mùa đông vào ban ngày khi mặt trời tắt, độ phơi sáng mà hệ thống phơi sáng tự động của máy ảnh nhắm đến ("18% màu xám") là không đủ. Đây là lý do tại sao bạn thường thấy những bức ảnh tuyết rơi tối và nơi tuyết xuất hiện nhiều màu xám nhạt hơn màu trắng. Bởi vì điều này, chúng tôi thường sử dụng cài đặt bù phơi sáng dương dẫn đến việc tuyết bị phơi ra dưới dạng màu trắng gần như bão hòa. Tuy nhiên, điều này có nghĩa là chúng ta không thể dựa vào hệ thống AE của máy ảnh để xác định thời điểm kết thúc phơi sáng: nếu chúng ta làm như vậy, những bức ảnh như vậy sẽ luôn bị thiếu sáng .

Nói cách khác, tiếp xúc với bão hòa hoàn toàn là không thực tế trong nhiều trường hợp và tiếp xúc để làm cho hệ thống AE hài lòng là không đủ trong nhiều trường hợp. Điều này có nghĩa là nhiếp ảnh gia vẫn sẽ phải đưa ra một số lựa chọn, và tại thời điểm đó, chúng tôi ít nhất cũng ở lại với những gì chúng tôi có và các nhiếp ảnh gia đã quen, làm cho hệ thống AE tốt hơn và giúp nhiếp ảnh gia dễ dàng hơn ( dễ dàng hơn?) truy cập vào các cài đặt bù phơi sáng. Bằng cách tăng phạm vi động thực tế có thể sử dụng của cảm biến, chúng tôi có thể cho phép (thậm chí) vĩ độ lớn hơn trong thay đổi phơi sáng trong xử lý hậu kỳ; các máy ảnh DSLR kỹ thuật số ban đầu rất đắt tiền, nhưng thực sự khủng khiếp về mặt này so với các mẫu máy thậm chí ngày nay.

Tất cả đều có thể được thực hiện đầy đủ trong khuôn khổ của những gì chúng ta đã có. Điều này không có nghĩa là việc cải thiện đáng kể phạm vi động có thể sử dụng của cảm biến là dễ dàng , nhưng có lẽ nó dễ hơn nhiều so với những gì bạn đang đề xuất và đó là vấn đề mà các nhà cung cấp có kinh nghiệm làm việc.

Các chuyên gia, gần như theo định nghĩa, biết cách sử dụng các thiết bị thương mại của họ. Sẽ không có gì khác biệt nếu họ là nhiếp ảnh gia hoặc phi công tàu con thoi . Đặc biệt là khi nó có thể được thực hiện mà không gây quá tải thông tin, thông thường tốt hơn là cung cấp cho người dùng toàn quyền kiểm soát thiết bị chuyên nghiệp. Theo ý kiến ​​của tôi, các máy ảnh DSLR cao cấp hiện tại khá tốt về việc đạt được điểm ngọt ngào này.

Hãy đơn giản hóa vấn đề để hiểu tại sao chúng ta sẽ luôn phải thỏa hiệp.

Hãy phát minh ra máy ảnh bạn muốn, nhưng chỉ với một pixel đơn sắc. Nó cần có khả năng nhận và thông báo đáng tin cậy cho bộ xử lý về việc nhận một photon đơn lẻ. Nó cũng cần có khả năng nhận và thông báo cho bộ xử lý về việc tiếp nhận, nói một cách thực tế, vô số photon vô hạn.

Trường hợp đầu tiên trong tình huống không có ánh sáng. Thứ hai trong trường hợp thậm chí là một lượng ánh sáng vừa phải.

Vấn đề chính là đơn giản là chúng ta không có công nghệ để tạo ra một cảm biến có dải động rộng như vậy. Chúng ta sẽ luôn phải thỏa hiệp, và ngay bây giờ chúng ta đang thỏa hiệp bằng cách chọn một phạm vi cao hơn trong đó cảm biến có thể chấp nhận các photon gần như vô hạn và cho chúng ta đọc một lượng ánh sáng chiếu vào cảm biến. Nó hoàn toàn không đếm chúng, nhưng hoạt động giống như mắt chúng ta - chúng chỉ tạo ra một đầu ra tương đối với lượng photon chiếu vào chúng, mà không cố đếm các photon.

Điều này còn phức tạp hơn bởi thực tế là điều này được thu thập theo thời gian.

Một cảm biến lý tưởng thực sự sẽ giống như một bộ đếm geiger - đo thời gian giữa các photon để cho chúng ta một phép đo gần như tức thời về lượng ánh sáng rơi vào cảm biến, giả sử rằng các photon cách đều nhau (không đúng, nhưng không đúng là một giả định thuận tiện và tại sao bộ đếm geiger trung bình theo thời gian giống như máy ảnh làm).

Cảm biến lượng tử về cơ bản sẽ có cùng một vấn đề. Chắc chắn, họ có thể cảm nhận được một photon riêng lẻ, nhưng tại một số điểm, chúng sẽ đến đủ nhanh mà bạn chỉ đơn giản là không thể đo thời gian giữa chúng, hoặc thậm chí đếm xem có bao nhiêu lần đến trong mỗi khoảng thời gian phơi sáng.

Vì vậy, chúng ta có sự thỏa hiệp này đòi hỏi chúng ta phải chụp một vài hình ảnh phơi sáng hoặc thêm nhiều hình ảnh có cùng mức phơi sáng cao để trêu chọc các vùng ánh sáng yếu hoặc chia ánh sáng tới thành hai hoặc nhiều đường với các cảm biến động khác nhau phạm vi, hoặc xây dựng các cảm biến có thể nhóm các pixel lại với nhau hoặc xếp các cảm biến ánh sáng, hoặc, hoặc - có hàng ngàn cách các nhiếp ảnh gia đã khắc phục vấn đề cơ bản này trong nhiều thập kỷ với nhiều phương tiện truyền thông.

Đó là một giới hạn vật lý không có khả năng được khắc phục. Chúng ta sẽ không bao giờ có máy ảnh * mà không có đầu vào từ nhiếp ảnh gia cho phép tất cả các quyết định được đưa ra trong xử lý hậu kỳ.

* _{Tất nhiên, nếu bạn thay đổi định nghĩa của máy ảnh, thì bạn có thể hài lòng với một số kết quả của quy trình khác, nhưng điều này chủ yếu là chủ quan. Thực tế là nếu bạn chụp ảnh một cảnh bằng máy ảnh của mình, sau đó hiển thị cảnh đó cho một người, sau đó là ảnh bạn chụp, họ sẽ cảm nhận được sự khác biệt do sự khác biệt vốn có giữa mắt họ, cảm biến hình ảnh của bạn và quá trình bạn sử dụng để in bức hình. Nhiếp ảnh cũng giống như diễn giải và nghệ thuật cũng như chụp ánh sáng, và vì vậy một sự tập trung cuồng tín vào "máy ảnh hoàn hảo" có lẽ không hữu ích lắm.}