왜 카메라가 3 개 이상의 컬러 채널을 제공하지 않습니까? (아니요?)

현재 시중에서 판매되는 대부분의 카메라는 빨간색, 녹색 및 파란색의 세 가지 색상 채널로 빛을 포착합니다. 더 넓은 스펙트럼 범위와 해상도를 가진 카메라를 사용하는 것이 매우 유용 할 것 같으므로 3 개 이상의 컬러 채널을 캡처하는 카메라를 사용할 수없는 이유가 궁금합니다.

정확히 무엇을 의미합니까?

내가 의미하는 바에 대한 의견 (삭제 이후)에 대한 쿼리가 있었으므로 더 나은 설명을하고 싶습니다. 가시 광선 범위는 약 390-700nm 파장입니다. 이 두 끝점 사이에는 무한한 수의 파장이 있지만 눈에는 세 가지 색 감광체 만 있기 때문에 눈을 구별 할 수있는 능력이 매우 제한적입니다. 이에 대한 반응 곡선은 아래 그림의 (a) 부분에 나와 있습니다. ( 더 큰 버전 .) 저주파 광은 청색 리셉터에 더 많은 영향을 미치고 고주파수 광은 적색 리셉터에 더 많은 영향을 미치기 때문에 빛의 주파수에 따라 다른 색상을 볼 수 있습니다.

카메라의 디지털 센서는 픽셀 앞에 필터를 두어 작동하며 일반적으로 세 가지 유형의 필터가 있습니다. 이것들은 인간의 눈이 보는 것을 모방하기 위해 위의 그림 (a)에 가능한 한 가까운 반응 곡선으로 선택됩니다.

그러나 기술적으로 말하면 그림 (b)와 같이 파란색과 녹색 사이에 피크가있는 네 번째 필터 유형을 추가 할 수없는 이유는 없습니다. 다음 섹션에서는 사진이 눈으로 볼 수있는 것과 일치하지 않더라도 사진 후 처리에 유용한 이유를 설명합니다.

또 다른 가능성은 카메라의 스펙트럼 범위를 확장하면서 그림 (c)와 같이 적외선 또는 자외선에 채널을 추가하는 것입니다. (이것은 기술적으로 더 어려울 수 있습니다.)

마지막으로, 세 번째 가능성은 주파수 범위를 훨씬 더 세분화하여 높은 스펙트럼 해상도의 카메라를 생성하는 것입니다. 이 버전에서 일반적인 RGB 채널은 센서가 생성하는보다 세분화 된 데이터를 사용하여 소프트웨어로 구성해야합니다.

내 질문은 DSLR이 (a) 외에 이러한 옵션을 일반적으로 제공하지 않는 이유와 다른 카메라를 제공하는 카메라가 있는지 여부에 관한 것입니다. (사진을 찍는 데 사용할 카메라 종류에 대해 묻고 있습니다. 이러한 종류의 기능을 제공하는 과학적 도구가 있다는 것을 알고 있습니다.)

이것이 왜 유용한가?

DSLR로 찍은 컬러 사진에서 흑백 사진을 편집하면서 놀았습니다. 흑백 사진을 편집 할 때 3 개의 RGB 채널이 장면에 대한 데이터 소스가되기 때문에이 프로세스가 흥미 롭습니다. 그들이 나타내는 실제 색상은 거의 관련이 없습니다. 파란색 채널은 주로 장면의 물체가 해당 파장 범위에서 반사하는 빛의 양이 다르고 인간의 눈이 보는 것과 일치한다는 사실 때문에 주로 유용합니다 "파란색"은 관련성이 적습니다.

3 개의 채널을 갖는 것은 최종 흑백 이미지의 상이한 측면의 노출을 제어하는데있어서 많은 유연성을 제공한다. 이 작업을하는 동안 네 번째 컬러 채널이 더 많은 유연성을 제공한다는 것이 나에게 발생했으며, 왜 그런 것이 존재하지 않는지 궁금합니다.

여분의 컬러 채널은 컬러 사진뿐만 아니라 흑백에도 유용 할 것입니다. 다른 주파수 범위의 빛을 나타내는 다른 채널의 데이터를 결합하여 현재 흑백 이미지를 구성하는 것과 동일한 방식으로 각 RGB 채널을 구성하는 것입니다. 대부분의 경우 소프트웨어에서 자동으로 수행되지만 사후 처리 옵션 측면에서 훨씬 더 융통성이 있습니다.

이것이 어떻게 유용한 지에 대한 간단한 예로서, 우리는 식물이 근적외선에서 매우 반사적이라는 것을 알고 있습니다. 이 사실은 종종 식물이 밝은 흰색으로 보이는 인상적인 특수 효과 샷을 생성하는 데 사용됩니다. 그러나 편집 소프트웨어에서 적외선 이미지를 네 번째 채널로 사용하는 경우 IR 반사 물체를 적게 남겨두고 이미지의 모든 식물의 노출을 변경하여 컬러 이미지를 처리 ​​할 수 ​​있습니다.

적외선의 경우, IR에 민감 하지 않은 센서를 만들기가 어려운 물리적 이유가 있다는 것을 이해합니다 . 따라서 디지털 센서는 일반적으로 앞에 IR 차단 필터가 있습니다. 그러나 가시 범위에서 더 높은 스펙트럼 분해능을 가진 센서를 만들 수 있어야하므로 동일한 종류의 이점을 얻을 수 있습니다.

이 기능은 디지털 처리 시대에는 그다지 유용하지 않을 것이라고 생각할 수도 있지만 실제로는 그 기능이 이제는 저절로 나올 것이라고 생각합니다. 디지털 방식으로 수행 할 수있는 작업의 한계는 사용 가능한 데이터에 따라 설정되므로 더 많은 양의 스펙트럼 데이터를 사용하면 처리 할 수없는 처리 기술을 사용할 수 있다고 생각합니다.

질문

이 기능이 존재하지 않는 이유를 알고 싶습니다. 4 개 이상의 컬러 채널을 가진 센서를 만드는 데 큰 기술적 인 문제가 있습니까? 아니면 그러한 기능에 대한 요구가 부족한 이유가 있습니까? 다 채널 센서가 연구 노력으로 존재합니까? 아니면 그것이 얼마나 유용한 지 단순히 잘못입니까?

또는 존재하는 (또는 과거의) 카메라를 제공 한 카메라와 주요 용도는 무엇입니까? (예제 이미지를보고 싶습니다!)

왜 카메라가 3 개 이상의 컬러 채널을 제공하지 않습니까?

생산 비용이 더 많이 들고 (두 종류 이상의 비용이 더 많이 발생) 바이엘 CFA에 비해 시장성이없는 이점이 있습니다.

(아니요?)

그들은했다. 소매 용 카메라를 포함한 여러 카메라에는 RGBW (RGB + White) RGBE (RGB + Emerald), CYGM (Cyan Yellow Green Magenta) 또는 CYYM (Cyan Yellow Yellow Magenta) 필터가있었습니다.

더 넓은 스펙트럼 범위와 해상도를 가진 카메라를 사용하는 것이 매우 유용 할 것 같으므로 3 개 이상의 컬러 채널을 캡처하는 카메라를 사용할 수없는 이유가 궁금합니다.

채널 수는 스펙트럼 범위와 직접 관련이 없습니다.

4 개 이상의 컬러 채널을 가진 센서를 만드는 데 큰 기술적 인 문제가 있습니까? 아니면 그러한 기능에 대한 요구가 부족한 이유가 있습니까?

수요 부족은 결정적인 요소입니다.

또한 CYYM / CYGM 필터는 변환 중에 계수가 큰 산술 연산이 필요하기 때문에 색 노이즈가 증가합니다. 그러나 색상 노이즈를 희생시키면서 휘도 해상도가 더 좋을 수 있습니다.

다 채널 센서가 연구 노력으로 존재합니까? 아니면 그것이 얼마나 유용한 지 단순히 잘못입니까?

더 많은 채널을 사용하면 스펙트럼 범위가 더 커질 수 있다는 잘못된 점이 있습니다. 네 번째 채널은 컬러 및 모노톤 모두에 대해 여러 가지 흥미로운 처리 기술을 제공합니다.

또는 존재하는 (또는 과거의) 카메라를 제공 한 카메라와 주요 용도는 무엇입니까?

예를 들어 Sony F828과 Nikon 5700은 중고 제품도 거의 없습니다. 그들은 일반적인 카메라입니다.

스펙트럼 범위는 대부분의 카메라에 존재하는 핫 미러뿐만 아니라 센서를 구성하는 포토 다이오드의 감도에 의해 제한된다는 것을 아는 것도 흥미 롭습니다. 소비자 카메라에 어떤 유형의 포토 다이오드가 정확하게 사용되는지는 모르지만 여기에 반도체의 한계를 보여주는 그래프가 있습니다.

네 번째 채널을 추출하는 데 사용될 수있는 소프트웨어와 관련하여 : 아마 dcraw하나의 채널 만 추출하도록 수정하고 다시 컴파일해야합니다.

F828 dcraw.c에는 네 번째 채널을 사용 하는 4x3 매트릭스 가 있습니다. 아이디어는 다음과 같습니다 { 7924,-1910,-777,-8226,15459,2998,-1517,2199,6818,-7242,11401‌​‌​,3481 }.-이것은 선형 형태의 행렬이며, 아마도 모든 4 번째 값은 모두 에메랄드를 나타냅니다. 당신은 이것을 다음과 같이 바꿉니다 : { 0,0,0,8191,0,0,0,0,0,0,0,0 }(나는 8191추측 대신에 어떤 숫자가 있어야하는지 알지 못합니다 ), 다시 컴파일하고 출력 이미지는 빨간색 채널에서 데모 싱 후 에메랄드 채널을 얻습니다 (소스를 올바르게 이해하면).

이 광학 시스템 엔지니어의 몇 가지 참고 사항. 먼저, "초 분광"카메라라고하는 것들이 있는데,이 빛을 사용하여 들어오는 빛을 수십 개 또는 수백 개의 컬러 (파장) 채널로 나누기 위해 격자 또는 이와 동등한 것을 사용합니다. 당신이 상상할 수 있듯이 이것들은 컬러 사진 자체를 생성하는 데 사용되지 않거나 유용하지 않지만 특정 재료에서 방출되거나 반사되는 협 대역 스펙트럼 선을 구별하는 데 좋습니다. 예를 들어 지질 학자들은 이것을 비행기에 장착 된 초 분광 카메라를 사용하여 광물 매장량을 식별하는 데 사용합니다.

다음으로, 각각의 단일 파장 (광자 에너지)에 의해 생성 된 색상과 눈이 인식하는 색상 사이에는 큰 차이가 있습니다. 우리는 각각 다른 스펙트럼 응답 곡선을 가진 세 개 또는 일부 행운의 사람들을 위해 네 개의 다른 콘을 가지고 있습니다. 해당 위키 백과 페이지 의 첫 번째 그림 을 포함하여 인터넷 전체에서 이러한 곡선을 찾을 수 있습니다 . 다음으로, 우리가 인식하는 색상 / 색조의 범위는 전체 지도를 커버하며 , 단일 광자 파장에 의해 생성 된 색상은 해당지도의 영역에 선을 형성합니다.

에드윈 랜드 (Edwin Land)가 진행 한 멋진 실험을 포함하여 수많은 실험에서 RGB를 혼합하는 것이 눈이 모든 가능한 비전 색을 재구성 할 수있을 정도로 충분하다는 것을 보여주었습니다. (실제로 두 가지 색상과 다른 색상의 회색조 표현 만으로 충분 하다는 것이 밝혀졌습니다 . 뇌의 광학 처리는 정말 이상합니다)

RGB 카메라 센서는 인간의 비전을 재현하기 때문에 매우 인기가 있습니다.

그것이 대부분의 사람들이 필요로하는 것입니다. 우리가 보는 것처럼 보이는 사진을 만듭니다.

더 많은 대역을 더 나은 스펙트럼 해상도로 구별하기 위해 RGB 서브 픽셀을 더 다양한 종류의 필터로 바꾸면 효과가 있지만,

• 단일 목적으로 만 사용하십시오 . 괜찮은 사진을 만들기 위해서는 거의 같은 RGB 필터가 필요하지만, 누군가에게 유용한 스펙트럼 대역은 무제한입니다. 이런 식으로 범용 카메라를 만들 수 없습니다.

• 센서의 전체 감도가 감소합니다 . 주어진 모든 서브 픽셀은 수용하는 협 대역을 제외하고 모든 빛에 쓸모가 없습니다. 더 많은 필터 = 더 많은 낭비 빛.

따라서 좁은 특수 센서를 만드는 대신 내장 필터가없는 센서를 사용하고 이미지를 수집하는 동안 간단히 필터를 교환하는 것이 좋습니다. 이런 식으로 전체 센서 영역이 일치하는 서브 픽셀을 갖는 작은 부분 만이 아니라 각 필터와 함께 사용됩니다.

사람의 눈에는 3 개의 컬러 센서가 있습니다. 그들의 스펙트럼 프로파일은 넓고 겹칩니다. 그들은 각각 입력을 색으로 해석하는 뇌에 ​​신경 신호를 보냅니다. 뇌의 처리가 이상하다는 것에 대한 이전 답변의 의견은 정확합니다. 주어진 색상에 대해 3 자극 만 필요합니다. 자세한 내용은 컬러 비전에 관한 Wikipedia 기사를 참조하십시오.

IR 및 UV 광선을위한 추가 채널이있는 멀티 스펙트럼 카메라도 있지만 소비자 제품은 아닙니다.