畫素競爭下的真相 ---- 1/3 吋 CCD CMOS 作成 400萬畫素 是否是正確選擇

瑪爾Gy wrote:
我認為你貼的圖解 跟...(恕刪)


看他的問題不像是有理解.
你的比較方式要看條件!
前面已經有人說了~純以解析度來說

16M Bayer > 4M Foveon > 4M Bayer

瑪爾Gy wrote:
看起來好像是每一組都...(恕刪)


Finally, Bayer sensors must be "demosaiced" to produce a normal RGB image of computer pixels. There are a variety of different ways to demosaic a Bayer sensor, however most algorithms try to maximize the amount of RGB pixels that can be extracted by blending RGB pixels from every possible overlapping set of 2x2 RGBG quartets:

Bayer Sensor必須“demosaiced”,以產生一個正常的的RGB影像電腦像素。有很多種不同的方式進行去馬賽克, 樓上也有人貼出來研究
了解你想說的Bayer計算法,但我想表達的已與顏色脫勾。沒Bayer了。

請耐心聽我想表達的。

持續我的思路,在光學鏡頭之解析度只能提供100萬個具有獨立亮度資訊時,400萬像元之CMOS上很多4個相臨photo cell 會收到幾乎相同之亮度,依我的愚笨想法,神仙也無法解譯出大於100萬點之真實輝度資訊。
但依你的想法,因為cell之位置不同,相位不同,所以還是可以算出大於100萬,小於400萬組有意義的輝度資訊。

那我就將條件往下推。

當光學鏡頭品質下降到只能解析出4萬個點時,每100個cell共享1個亮度幾乎相同的光束時,這100個位置相位不同的cell,是否也能算出100個有意義的輝度資料。
400萬個photo cell仍然能經由神奇的計算,算出400萬個有意義的影像資料嗎?

再推到極限,

如果將鏡頭拿掉,讓光直照CMOS,這時400萬個cell受到幾乎完全相同之亮度資訊。
這時數學家,可否用這400萬個個別元件輸出之資料,依位置相位不同而算出 1個至400萬個有意義的亮度資訊,以組成影像。

好像不行吧!

Bayer之所以能算出比100萬點更多之輝度資訊,是因為光學鏡頭真的有提供比100萬點還多的輝度資訊,問題是這種情形發生時,就是畫面充滿假色假輝度的開始
要提高輝度解析度,跟本不需要神奇的Bayer計算。
只要將光學鏡頭解像度昇為400萬。
然後將color filter無視。將 R/0.3 G/0.59 B/0.11
即可算出400萬個真實獨立的輝度信號。
但是此時Bayer算出之色度信號就會全錯。


為了解決色度無法計算之問題,只好加回低通濾波器,將光學係統之空間頻率降回100萬,
以使Bayer有資訊可以算出真實的100萬組色度資訊。
若如此做,亮度資訊就又只剩100萬個。
跟Bayer毫無關係,將color filter全洗掉也相同。


工業上真正的做法是,在100~400萬間選個折衷點,例如,200萬為光學設計點,然後以犧牲大量色度正確性,以取得200萬個有效輝度資訊。跟位置不同相位不同無啥關係,重點是光學系統有提供真的輝度資訊在哪裡等你取用。如此而已,

只見Bayer計算之神奇,沒有這種思考力,洞析力,不知這種基本概念,只是資深工程師的程度爾。




bv2fb wrote:
持續我的思路,在光學鏡頭之解析度只能提供100萬個具有獨立亮度資訊時,400萬像元之CMOS上很多4個相臨photo cell 會收到幾乎相同之亮度,依我的愚笨想法,神仙也無法解譯出大於100萬點之真實輝度資訊。
但依你的想法,因為cell之位置不同,相位不同,所以還是可以算出大於100萬,小於400萬組有意義的輝度資訊。
...(恕刪)

關於這問題,前兩天我已經發了站內訊息,詢問上次您曾在他的樓內發問demosaicing演算法、有真正動手寫過其中一種演算法程式去解RAW檔的那位樓主,問題在於:現實裡沒有您「推想」會發生的這個4個4個一框、每4個亮度肯定都一樣的問題(先撇開類似嚴重過曝的極端狀況,以正常拍照而言)。

再者,那位樓主也是開宗明義在他的1樓就認為4百萬畫素就是4百萬畫素,不需要除以4,但前輩發問demosaicing之餘,似乎沒有"指正"他的認知"謬誤"....

bv2fb wrote:
只見Bayer計算之神奇,沒有這種思考力,洞析力,不知這種基本概念,只是資深工程師的程度爾。
...(恕刪)

前輩指教甚是.........但既然前輩手中Nikon D800跟D800E都有,何不直接下去分析其RAW檔以及轉換出來的結果來驗證您的推想呢?一直拘泥在「思考力」、「洞析力」,但卻不需「驗證」說法嗎?
bv2fb wrote:
了解你想說的Baye...(恕刪)


Bryce Bayer在1976就拿到專利US Patent No. 3,971,065
也就是36年前就有的東西, 也被世界所採用.
今天樓主只知到累積經驗, 卻被組合的觀念給考倒!
樓主能不能反思一下, 你可能還沒"理解"Bayer

樓上也有人一再的說明亮度與色彩可以分開來解

bv2fb wrote:
如果將鏡頭拿掉,讓光直照CMOS,這時400萬個cell受到幾乎完全相同之亮度資訊。
這時數學家,可否用這400萬個個別元件輸出之資料,依位置相位不同而算出 1個至400萬個有意義的亮度資訊,以組成影像。

好像不行吧!


可以~這就是答案! 幾乎完全相同不代表一樣! 而且沒了鏡頭哪來的"幾乎完全相同"的推論? 請先理解Bayer組合排列空間的意義, 這也是我說,"華生"你卡在關鍵點上

如果這點你還參不透, 你可能比工程師的理解力還差!


我用小畫家畫了圖解, 光線透過OLPF的分佈情況, 你可以"驗證"一下
Haily wrote:
全世界的手機/單眼幾...(恕刪)


感謝大大的解說
您PO的圖相當清楚~

基本上我原先就認同400萬的解析度是真實的
可是畢竟顏色資訊點不夠充足
我才說有些資訊是"插補"(interpolation)出來的

依您PO的圖的狀況
如果白光打在9號上
的確9號會得到白光

那麼看看他隔壁了兩個鄰居呢???
1號會得到藍綠各一格
2號得到紅綠各一格

這邊界處原先應當是灰色的過度帶
可是被sensor解析出來卻變成了彩色(前者缺紅、後者缺藍)
這不正是因為顏色資訊不足的關係嗎???
也就是大家所說的假色嗎???
那為什麼會有假色
歸結出來還是因為資訊點不足的關係

某些程度上
我跟樓主在713樓提出的疑問是一樣的
但我並無意爭論這究竟是好或不好
就有請大大們繼續深入討論嘍!!
bv2fb wrote:
然後將color filter無視。將 R/0.3 G/0.59 B/0.11
即可算出400萬個真實獨立的輝度信號。
但是此時Bayer算出之色度信號就會全錯。
...(恕刪)

除了樓上上上提到前輩缺乏對所提出「想法」的實際驗證,引言中的公式,把乘法跟除法也弄錯了,從RGB轉換成亮度Y的數學公式如下:

Y = 0.3*R + 0.59*G + 0.11*B

前輩大概是覺得Bayer每個畫素「只有」R或G或B(還是跳不出來)、另外兩個都是0,因此亮度Y只要用0.3*R或是0.59*G或是0.11*B,便可得出,但實務上並不是這樣計算的,就像bilinear的demosaicing演算法雖然最容易被理解,但產生的效果卻是最爛的、大概只有學生練習寫初級程式作業會用

就算各家大廠實際用在硬體/軟體產品的demosaicing演算法細節幾乎都鎖在保險箱、視為不外傳之密,但從理論到實務,前輩可以先找些公開paper來看、看看demosaicing中如果要得到亮度Y,實務上是怎麼計算的、不要一直用「想」當然耳的..........這點前輩可接受嗎?

另外,評估光學系統效能的MTF,全名是Modulation Transfer Function,不是樓主提到的Minimum Transfer Frequency,提醒樓主後都已經快過一個禮拜了,卻一直不見修正。這就是前面許多網友已經提到的,樓主九成以上的觀念不算錯,開樓立意也是好的(雖然加上了許多"創見"),但是對於基礎中的基礎,卻一直出現錯誤,偏偏若不是業界內,是分不出來的。

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唉!接下去樓主掰了一個故事,說什麼在他們早年同事間都是「故意」把Modulation叫成Minimum,啥「最小轉換頻率」,卻忘了Function跟Frequency也搞錯,也忘了解釋他們過去是如何把「函數」故意掰成「頻率」......

另外YUV跟RGB的轉換是有行之有年的公式的,可以用想像推導所以改成用除的嗎?唉.....
難得有這麼專業的分析~實在是太棒了.

不過最後總結能簡單的分析各旗艦手機的相機差異性,對於我們會有更加幫助.
chansilee wrote:
那麼看看他隔壁了兩個鄰居呢???
1號會得到藍綠各一格
2號得到紅綠各一格

這邊界處原先應當是灰色的過度帶
可是被sensor解析出來卻變成了彩色(前者缺紅、後者缺藍)
這不正是因為顏色資訊不足的關係嗎???
也就是大家所說的假色嗎???
那為什麼會有假色
歸結出來還是因為資訊點不足的關係



假設說0號光與5號光投射在樓主所說的"真實"Pixel
那8號光會不會對0號光與5號光投射範圍有影響?

那麼假設8號光與3號光投射在樓主所說的"真實"Pixel
那5號光會不會對8號光與3號光投射範圍有影響?

不因為你怎麼選擇那個是真實, 都有假色的存在, 所以才要去馬賽克.
也並不是所謂的"插補"(interpolation)
其實不用這麼麻煩,上圖把色彩濾鏡拿掉(類似萊卡那台黑白相機),不考慮顏色,即cmos是同一顏色。
不就是面積=畫素值(以pixel為單位)。
這也是那台黑白相機,照出來比較美的原因,接放的光粒子多,對外界的資訊,也較容易還原。
黑白也就只是光有沒有進來;顏色的深淺也是一樣。

偽色有可能形成,但請先去看raw 在#675那裡。

謝謝一些糾正我的人。

我把這再貼一次,試著看圖說故事(有看到一粒粒的光粒子吧,亮度只是那個的數量值。)
左上那是沒有色彩濾鏡,
右上會接收非需要的色彩,
下面兩張加了色彩濾鏡。
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