Датчики изображения смартфона обычно представляют собой датчики Байера, которые имеют массив цветовых фильтров поверх каждого пикселя, поэтому каждый пиксель в конечном итоге захватывает один из красных, зеленых или синих цветов света. Как в таком случае могут возникать хроматические аберрации на изображениях, снятых смартфонами? Я знаю, что мне чего-то здесь не хватает, но я не могу понять, что это такое.

Мое понимание хроматической аберрации заключается в том, что красный, зеленый и синий цвета света изгибаются по-разному из-за того, что они имеют разную длину волны, но чего я не понимаю, так это того, как это явление может сохраняться, когда поверх каждого пикселя имеется массив цветовых фильтров, гарантирующий, что через него проходит свет только одного цвета.

2
LumosMaxima 6 Янв 2022 в 16:29
Можете ли вы сначала сказать, что вы подразумеваете под смартфонами, имеющими степень аберрации?
 – 
Robbie Goodwin
8 Янв 2022 в 02:22
1
Если бы фильтры пропускали только цвета R, G, B, то другие цвета, такие как Y, не пропускались бы. Каждый фильтр должен пропускать полосу цветов. (Когда цвета воспроизводятся с помощью печати/дисплеев, все цвета могут быть синтезированы из R, G, B. Но это минимум. Многие принтеры предпочитают CMYK. Canon imagePROGRAF PRO использует 11 цветов чернил для получения более реалистичных цветов).
 – 
QuentinUK
9 Янв 2022 в 20:18
Ваше понимание фильтров массива Байера в корне неверно. 1) Они не пропускают только один цвет (или даже только одну полосу). Их пропускающая способность перекрывается с двумя другими фильтрами, как и у наших колбочек сетчатки. 2) На самом деле они не красные, зеленые и синие. Цвета маски Байера ближе к максимальной чувствительности каждого типа сетчатки глаза человека, чем к цветам RGB наших излучающих дисплеев. Подробнее см.: Почему красный, зеленый и синий цвета являются основными цветами света?
 – 
Michael C
9 Янв 2022 в 20:59
См. также: Почему в основных датчиках не используются фильтры CYM вместо RGB? (Подсказка: на самом деле они больше похожи на желто-зелено-фиолетовый, чем RGB) и файлы RAW хранят 3 цвета на пиксель или только один?
 – 
Michael C
10 Янв 2022 в 00:19

6 ответов

Приложение: Существует ложное предположение, что «через него проходит свет только одного цвета». Материальные цветовые фильтры датчика сделаны из ослабляют другие цвета в разной степени, но они далеки от «кирпичных стеновых» фильтров, которые работают на «650 нм, все проходит. 650,01 нм, ничего не проходит». основа. Мало того, что сделать что-либо близкое к этому технически невозможным в рамках ограничений фильтра, который должен быть настолько тонким, легким и маленьким, чтобы поместиться на пиксель датчика, это, вероятно, приведет к очень запутанным результатам, учитывая, что человеческий глаз также не воспринимает цвета такие...

В любом случае, ответы, указывающие на то, что речь идет об объективе (как только объектив создаст хроматическую аберрацию, превышающую размер пикселя, она будет просто записана следующим пикселем), конечно, на 100% верны.

1
rackandboneman 7 Янв 2022 в 13:24
Но на практике получается так, что затухание фильтра уменьшает другие цвета до намного ниже, чем хроматическая аберрация объектива, или просто ниже, или ???
 – 
davidbak
7 Янв 2022 в 20:05

Потому что хроматические аберрации происходят в объективе, а не в сенсоре - картинка уже искажается к моменту попадания на сенсор, так что не важно, есть ли байеровская матрица (или любая другая матрица. Или нет фильтра на все) перед датчиком или нет.

(Кроме того, здесь нет никакой разницы между смартфоном и любой другой камерой)

30
Philip Kendall 6 Янв 2022 в 16:48
21
Re, «матрица Байера… или вообще без фильтра». Верно. Хроматические аберрации ухудшают качество изображения, даже если вы снимаете на черно-белую пленку. Конечно, вы не увидите цвета полос на черно-белом снимке, но полосы все равно есть, и они смягчают фокус изображения.
 – 
Solomon Slow
6 Янв 2022 в 19:16
Если бы у вас был один и тот же фильтр с одной длиной волны перед всей матрицей датчика, хроматическая аберрация исчезла бы.
 – 
jpa
9 Янв 2022 в 18:14
Обратите внимание, что с кремниевыми датчиками в самом датчике есть некоторая хроматическая аберрация. Средняя глубина проникновения больше в красном цвете, чем в синем. Фотоны, входящие под наклоном, обнаруживаются на некотором смещении от точки, где они входят в кремний. Из-за этого эффективная плоскость наилучшего фокуса находится глубже в кремнии для красного света, и невозможно сфокусироваться на красном свете так же хорошо, как на синем.
 – 
John Doty
9 Янв 2022 в 18:19

Первая хроматическая аберрация — это «функция» объектива, а не сенсора. И у меня нет информации об объективах, которые не имеют такой аберрации. К тому же из-за размера объектива в телефонных камерах меньше места для его коррекции.

Во-вторых, изображение с камеры (не RAW) фальшивое в смысле цветов. Это связано с тем, что каждый пиксель генерируется камерой/программным обеспечением постобработки на основе определенной формулы/алгоритма из этого и окружающих пикселей. Единственное известное мне исключение — изображение из

Romeo Ninov 6 Янв 2022 в 17:00
4
Что ж, цвета Foveon тоже фальшивые, потому что спектральная чувствительность необработанных цветовых каналов не является линейной комбинацией функций чувствительности LMS.
 – 
Ruslan
7 Янв 2022 в 01:10

Хроматические аберрации — это беда любого объектива. Оптика может смягчить, но не устранить. Самое простое решение состоит в том, чтобы сконструировать линзу из двух линз. Одна из них — сильная положительная линза, выпуклая по своей фигуре. Этот объектив слишком сильный, поэтому фокусное расстояние слишком короткое. Эта линза зажата вместе со слабой отрицательной линзой с вогнутой фигурой. Оба имеют противоположную хроматическую аберрацию, поэтому они имеют тенденцию почти компенсировать хроматическую аберрацию при настройке фокусного расстояния. Неконтролируемая аберрация – красные лучи имеют большее фокусное расстояние, чем фиолетовые, все остальные цвета фокусируются на некотором промежуточном расстоянии.

Теперь размер изображения зависит от фокусного расстояния. Чем ниже фокус, тем больше проецируемое изображение. Таким образом, красное проецируемое изображение является самым большим, фиолетовое — самым маленьким, все остальные цвета образуют изображение, промежуточное по размеру, между двумя крайностями.

Опять же, хроматические аберрации можно уменьшить, но не устранить. Чем больше фокусное расстояние, тем больше несоответствие размеров различных наложенных друг на друга цветных изображений.

Мы видим эту аберрацию как цветовую окантовку, наиболее заметную на границах изображения объекта. Всего существует 7 основных аберраций объектива. Их можно смягчить, но не устранить. Различают два типа хроматических аберраций. Один создает наложенное изображение, каждое с разным увеличением (размером). Другой аномально смещает различные цветные изображения, заставляя их отклоняться от цели.

Тем не менее, современные линзы могут быть и обычно хорошо исправляются, поэтому остаточные нескорректированные аберрации снижаются до допустимого уровня.

4
Alan Marcus 7 Янв 2022 в 05:24

На базовом уровне программное обеспечение, обрабатывающее данные датчика Байера, пытается достаточно точно воспроизвести аналоговое изображение, спроецированное на датчик. Это может включать хроматическую аберрацию, поскольку программное обеспечение на самом деле не знает, что вы фотографируете, и какие детали изображения могут быть или не быть нужными.

Но программное обеспечение может знать, как выглядит хроматическая аберрация, и может предложить «Удалить хроматическую аберрацию» в качестве флажка или команды (Lightroom делает это).

Идя дальше, камеры мобильных телефонов уже имеют тенденцию использовать более автоматическую постобработку, и они, по-видимому, знают характеристики используемого объектива, поэтому меня не удивит, если большинство мобильных телефонов сделают это автоматически. Но я не знаю этого факта.

2
David Rouse 6 Янв 2022 в 18:25

Я думаю, что возможным источником путаницы здесь является то, что цвет является непрерывным, а не дискретным — удобно говорить о «красном свете», как если бы у него было одно определение, но на самом деле «видимый свет» может быть состоит из любой комбинации всего спектра длин волн, которые наши глаза способны обнаруживать.

Итак, когда вы говорите:

... каждый пиксель в конечном итоге захватывает один из красных, зеленых или синих цветов света ...

Вы упускаете из виду, что наше цветовое зрение работает не путем выбора трех точек на спектре длин волн, а путем сравнения трех его перекрывающихся участков. Мы можем обмануть зрение, отображая три дискретные длины волн, которые соответствуют пикам этих категорий; но чтобы захватить сцену, нам нужно записать то, что увидит глаз, глядя на нее. Таким образом, даже на цифровой камере с явным фильтром «RGB» захватывается широкий диапазон длин волн.

Аналогично, когда вы говорите:

... красный, зеленый и синий цвета света изгибаются по-разному...

Вы упускаете из виду, что свет может выбрать не три варианта «изгибаемости», а непрерывную функцию, где любая выбранная вами длина волны имеет свое собственное четкое фокусное расстояние. Таким образом, любая сцена, проецируемая через объектив, имеет целый ряд различных длин волн, каждый из которых фокусируется немного по-разному.

Сложите эти две вещи вместе, и вы увидите, что фильтр перед датчиком цифровой камеры не может корректировать хроматическую аберрацию, потому что «красным» субпикселям по-прежнему необходимо улавливать как «красновато-желтый» свет, так и «желтовато-красный» свет, которые фокусируются немного по-другому.

1
IMSoP 7 Янв 2022 в 23:35