Matricas uzbūve
Attēls 1
Anotācija:
Nedaudz sīkāk par matricas (sensora) uzbūvi. Pieminēti matricu veidi, bet apskatīts tiek izplatītākais Bayer tipa matricas veids. Tā plusi un mīnusi, kā arī veids kādā tas iegūst galīgo fotoattēlu, ko redzam uz datora ekrāna vai izdrukājot.
Lekcija veidota izmantojot materiālus, kas atrasti internetā vai izlasīti grāmatās.
Lekcija:
Matricas uzbūve
Ir vairāku veidu matricas:
1)Bayer – lētākais un populārākais matricas veids, tiek izmantots populārākajās plaša patēriņa kamerās;
2)Foveon X3 – atšķirībā no Bayer, tiek izmantots sensors, kurš veidots vertikāli trīs slāņos, kuros, katrs slānis „noķer” savu krāsu (sīkāka informācija - en.wikipedia.org...) , tiek izmantots Sigma fotoaparātos;
3)3CCD – dārgākais, bet pats precīzākais matricas veids, katram pikselim ir sava prizma, kas ienākošo gaismu sadala trīs dažādos krāsu spektros un novirza uz savu krāsas sensoru (sīkāka informācija - en.wikipedia.org...), galvenokārt, tiek izmantots videokamerās, ja Bayer veic krāsu aprēķinu digitāli, tad šim matricas veidam, krāsu iegūšana notiek optiski, t.i. tā kā ir dzīvē.
Tā kā man pašam ir Bayer tipa matrica, tad turpmāk arī apskatīšu tieši šo matricas veidu. Netiek apskatītas matricas atkarībā no CCD vai CMOS veida, jo jebkurš no šajā rakstā apskatāmajiem matricas veidiem var būt ar šādiem sensoriem (sīkāka informācija - www.dalsa.com...).
Varbūt kļūdos, bet apdomājot atrasto informāciju sanāk, ka Bayer tipa matricā krāsainības ziņā ir 3x mazāk pikseļu nekā cita veida matricās. Lai nerastos pārpratumi, paskaidrošu sīkāk.
Ja Foveon X3 un 3CCD matricās katrs sensors (pikselis) izveido krāsu no paša iegūtiem rezultātiem, tad Bayer veida matricā katrs sensors iegūst tikai savu krāsu (zaļu, sarkanu vai zilu) konkrētā apmērā, bet pēc tam programma, ņemot vērā blakus esošo sensoru iegūtos rezultātus, izveido kaut ko vidēju, kas tad arī veido krāsainību gala fotogrāfijā (interpolācija). Tādējādi sanāk, ka lai izveidotu vienu pikseli pareizas krāsas gala fotogrāfijā, nepieciešami vismaz 3 Bayer tipa matricas sensoru informācija, kad citu veidu matricās pietiek ar viena sensora iegūto informāciju.
Tātad, sīkāk apskatīsim Bayer tipa matricu.
Izgudrojis to ir Brūss Baiers (Bryce E. Bayer) no kompānijas Eastman Kodak, tāpēc arī šī attēla veidošanas metode nosaukta viņa vārdā.
Metodes pamatā ir tas, ka katrs sensors (pikselis) uztver tikai vienu krāsu. Kā tas notiek?
Caur objektīvu matricas virzienā lido baltā gaisma (nesadalīta gaisma), tā nokļūst uz attiecīgā sensora. Katram sensoram virsū ir filtrs, kas cauri izlaiž tikai konkrēta garuma (krāsas) gaismu – zaļu, sarkanu vai zilu, pārējais baltās gaismas spektrs netiek ņemts vērā un tiek pazaudēts. Saņemtās gaismas parametrus sensors piefiksē.
Kā veidojas fotogrāfija?
Kā apskatījām iepriekš, katrs pikselis uz matricas piefiksējis tikai vienu krāsu - zaļu, sarkanu vai zilu, bet ja mēs pietuvinām fotogrāfiju uz datora tik tuvu, ka redzams katrs pikselis, mēs redzam, ka viņam nav tikai kāda no šīm krāsām, bet ir šo krāsu sajaukums. Fotogrāfijā katrs pikselis tiek izveidots sajaucot blakus esošos pikseļus uz matricas – faktiski sanāk, ka programma, ņemot vērā, blakus esošo pikseļu informāciju, izmantojot algoritmus mēģina izveidot (uzminēt) reālo pikseļa krāsu. Ja fotogrāfija tiek veidota jpeg vai tiff formātā, šo darbību izdara fotoaparāts, ja raw formātā, tad šo darbību izdara dators.
Ja jau ir trīs krāsas, tad liekas, ka katrai vajadzētu būt 1/3 no visa pikseļu skaita, bet tā nav. Attiecība ir šāda 1/2 ir zaļā krāsa, 1/4 sarkanā un 1/4 zilā. (Piem. ja ir 8 megapikseļu kamera, tad no tiem 4 megapikseļi būs zaļās krāsas sensori, un pa 2 megapikseļiem sarkanā un zilā)
Un tagad, manuprāt, pats interesantākais un tehnoloģiski neizskaidrojamais šajā matricas veidā. Atbilde uz to, kādēļ zaļie pikseļi ir 2x vairāk kā citu krāsu pikseļi.
Cilvēka acs gaismu (t.sk. krāsas) uztver ar acs tīklenes gaismjūtīgajiem elementiem (fotoreceptoriem) – nūjiņām un vālītēm.
Acī nūjiņu ir 18x vairāk nekā vālīšu. Vālītes uztver krāsu un ļoti spilgtu gaismu, nūjiņas tikai gaismas spilgtumu. Vājā gaismā cilvēkam darbojas tikai nūjiņas, tāpēc tumsā nevar atšķirt krāsas.
Kaut arī nūjiņas pašas par sevi neatšķir krāsas, bet redz tikai gaismas spilgtumu, tomēr viņas vislabāk „saskata” zaļo krāsu, t.i. zaļās krāsas spilgtumu. Tas nozīmē, ja vājā apgaismojumā būs sarkans vai zils priekšmets un zaļš priekšmets, tad mūsu acs vislabāk spēs saskatīt zaļo priekšmetu, varbūt nemaz neredzot to, ka viņš ir zaļš.
No šīs bioloģiskās īpatnības smēlušies arī Bayer matricas veida izgudrotāji un zaļos sensorus pa matricu izvietojuši 2x vairāk kā citu krāsu sensorus, droši vien ar domu, ka ja sensors spēs „saskatīt” priekšmetu, tad visdrīzāk zaļo vai priekšmeta zaļo krāsu (katrā no mums ir kas nedaudz no zaļā) un būs vismaz gaismas spilgtuma informācija, ja ne krāsa.
Secinājumi:
1)Bayer veida matricai, lai izveidotu to pašu pikseli fotogrāfijā, ko izveido cita veida matricas, nepieciešams iesaistīt 3x vairāk pikseļus;
2)Bayer veida matrica krāsas attēlā veido digitāli ar programmas starpniecību, cita veida matricas to izdara optiski. Tas, savukārt, nozīmē, ka šādi veidota fotogrāfija 1:1 neatainos reāli eksistējošos apstākļus.
3)Ja ir slikti gaismas apstākļi, tad pamēģini informāciju pameklēt zaļajā krāsas kanālā, tur dzīvo vairāk informācijas un mazāk trokšņi.
Autors: UG-photo (Uldis Gēliņš)
Pārpublikācijas gadījumā obligāta atsauce uz mani ;)
UG-photo | 22:46 19.08.2010 |
Ja sekotu pievienotajām saitēm, tad iegūtu informāciju arī par uzbūvi. piem. http://www.dalsa.com/corp/markets/ccd_vs_cmos.aspx
martc | 00:42 20.08.2010 |
jā varbūt man ar uzcept rakstu ar skaistu nosaukumu, un ja kāds ko jautā tad pateikt-pameklē internetā :D
Oliss | 22:48 19.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
bet ja sāki rakstīt tad īsumā varēji pastāstīt no kā tā matrica sastāv, nevis dot visādas saites...
UG-photo | 22:51 19.08.2010 |
Oliss, tev ir lieliska iespēja šo rakstu paturpināt ar jautājumiem par uzbūvi. Diemžēl vairs labot anotāciju priekš tevis es nespēju, jo publicētam rakstam nav labošanas funkciju, varu tikai izdzēst. Ņem par labu to kas ir! ;)
martc | 00:50 20.08.2010 |
ja autors tā vietā lai liktu citiem meklēt raksta sastāvdaļas internetā pats kaut nedaudz pameklētu, tad diezgan viegli uzzinātu, ka rakstu var ielikt melnrakstos, labot, un tad atkal publicēt! :D
RudeWolf | 22:53 19.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
Gaisma lido.
UG-photo | 22:59 19.08.2010 |
Īstenībā jau fotoni iesēžas mazos fotonu vilcieniņos un apstājas stacijā ar nosaukumu "sensors", ja tā vieglāk uztvert. :DDD
RudeWolf | 01:29 20.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
Īstenībā jau pastāv divas komplementāras gaismas apskates metodes- apskatīt kā vilni vai kā daļiņu. Šeit gan jau visproduktīvāk būtu izmantot daļiņu metodi. Tikai nevajag teikt, ka lido. Varbūt, pārvietojas vai vnk kustās.
UG-photo | 08:43 20.08.2010 |
Lūdzu, uz priekšu - rakstiņu par to kā "uzvedas" gaisma. ;) Domājams, ka tie kas grib, tie saprot neatkarīgi no tā kustas, lido vai pārvietojas.
negatIvs | 09:15 20.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
tā jau viss mierīgi. piebildīšu vienīgi, ka pēc manas izpratnes pikseļi "neredz" krāsu, bet gan gaismas daudzumu[spilgtumu], kuru cauri izlaiž krāsu filtri. gaismas spilgtums katrai krāsai būs atšķirīgs. pikselis saņemto gaismas daudzumu pārvērš elektriskajā signālā, kuru fotoaparātā iebūvētā sistēma, apkopojot pārējo pikseļu saņemtos signālus, tos salīdzinot ar neefektīvajiem pikseļiem, pēc algoritma, izveido attēlu. attēlu veido efektīvie pikseļi, neefektīvie palīdz veidot
UG-photo | 09:28 20.08.2010 |
Tā jau ir, ka pikselis redz gaismas spilgtumu, t.i. iekļuvušo fotonu daudzumu. Bet vai šis izlaistais gaismas daudzums, nav konkrēta atbilstošs konkrētas krāsas gaismas viļņa garumam? Tā kā katrā pikselī uzkrājas konkrēto viļņa garumu gaismas fotoni, tad arī rakstu "pikselis redz krāsu". Un vai krāsas neveidojas "sajaucot" šīs trīs pamatkrāsas? Kas ir neefektīvie pikseļi??? Zinu, ka ir mēģinājumi Bayer sistēmā ieviest 1/4 - zaļais, 1/4-zilais, 1/4 -sarkanais un 1/4- TIKAI SPILGTUMU, BEZ KRĀSAS FILTRA.
negatIvs | 09:54 20.08.2010 |
krāsas veidojās sajaucot trīs pamatkrāsas, digitālās fotogrāfijas gadījumā, fotogrāfiju veidojās apstrādājot datus, elektriskos signālus, kuri būs dažādas intensitātes, un kuri saņemti no trīs krāsām paredzētajiem pikseļiem[ fotodiodēm ]. neefektīvie pikseļi neattiecās uz tiešo attēla apgabalu, bet palīdz veidot krāsu datus, ar tiem, bildes veidošanās procesā, fotoaparāta sistēma salīdzina, no ef. pikseļiem iegūtos datus. ja nemaldos, piemēram Canon kamerās, neefektīvie pikseļi atrodās josliņā, pa perimetru matricai
ledgars | 20:14 21.08.2010 |
Cilvēka redzes gadījumā notiek fotoķīmiska reakcija, kas izraisa tālākas ķīmiskas reakcijas un rodas membrānas potenciālu sarpība (būtībā elktriskais signāls), kas ar redzes mervu tiek aizvadīts uz smadzenēm. Ja mēs sakam, ka redzam ar acīm tad tik pat labi mēs varam teikt, ka sensors redz, jo paveic to pašu, ko acs - pārvērš gaismas enerģiju elektriskajā enerģijā. Par sensora uzbūvi ar bildītēm: http://www.sony.net/SonyInfo/News/Press/200806/08-069E/index.html
MaVi | 11:18 20.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
manuprāt labs raksts, paldies autoram
Scandal | 23:07 20.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
Liekas, ka raksts kaut kur apraujas, nav pabeigts, sākās zemestrīce vai nolūza zīmulis. Sākums man ļoti patīk, tikai lūdzu pabeidz rakstu. ;)
Agrāk, pirms neinteresējos par kamerām, to uzbūvi, domāju, ka visas spoguļkameras sastāv no 3CCD principa, jo tur ir spogulis un prizma. :D
UG-photo | 23:42 20.08.2010 |
Rakstu uzrakstīju, jo priekš manis bija atklājums iemeslam, kāpēc zaļie pikseļi ir 2x vairāk nekā jebkurš no pārējiem. Pats esmu papētījis arī dziļāk par visām fotonu notekām un rezerves krātuvēm, jā arī tādas ir matricā. Bet tad raksts jāveido kā atsevišķa grāmata. Kas zina, varbū ar laiku garos rudens vakaros. :)
Anonymous | 21:28 22.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
tas nav raksts, bet stāsts "kā es uzgāju info, kāpēc ir 2x vairāk zaļo pikseļu". Tad to paragrāfu ari varēja atstāt, nevis pavisam jēlu skricelējumu veidot.
UG-photo | 21:42 22.08.2010 |
Lai nu kurš to teiktu... (cilvēks bez neviena raksta un pat bez foto) Vispirms varbūt uzraksti pats kaut ko pirms citus kritizē. Kritizēt jau vieglāk, nekā pašam kaut ko radīt.
Anonymous | 15:44 23.08.2010 |
Kopš kura laika bilžu un rakstu skaits ir tas rādītājs!? Labāk jau nelikt neko, nekā likt kaut ko nepilnīgu/nepabeigtu. Temata nosaukums neatbilst saturam...
Eltons | 21:43 22.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
Autor (obligātā atsauce)!
Es, kā inženieris, nelasu blā, blā, man vajadzīgi tehniskie parametri: rasējumi, principiālās shēmas, diagrammas un formulas. Un salīdzinošās tabulas. Ievadrakstam varbūt šī "lekcija" derētu, bet kur pārējais par matricas uzbūvi?
UG-photo | 21:46 22.08.2010 |
Tev arī nav obligāti šo lasīt, ja nepatīk, nelasi un arī lieki nedeltē savus pirkstus pa klaviatūru rakstot bezjēdzīgus komentārus. Ar to domāts, ka Tu kā inženieris tajā pašā laikā varēji radīt rakstu ar tehniskajiem parametriem, rasējumiem, principiālām shēmām u.t.t, ja jau tevi tas interesē. Raksts domāts tiem, kas to nezina vai kam tas intersē. Pārējais par matricas uzbūvi bija plānots.
UG-photo | 21:56 22.08.2010 |
Atvainojos par varbūt pārāk skarbo atbildes stilu, bet, ja šeit ienāks filozofs, tad viņš gribēs filozofiskāku tekstu, jurists - juridiskāku, psihologs - ar lielāku saiti ar cilvēka domāšanu. Nevar visiem izpatikt, ņemiet rakstu tādu kāds viņš ir, domājams, ka pavisam bez informācijas tas nav. Un diez vai visi zināja šo saistību starp cilvēka aci un matricu.
Anonymous | 09:19 23.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
nesekojot linkiem, pilnīgi nepareizs/nesaprotams stāsts =[
UG-photo | 09:33 23.08.2010 |
Kas Nepareizs?
Anonymous | 09:39 23.08.2010 |
Bayer CCD matricā ir trīs veidu sensori, no kuriem katrs redz savu krāsu > http://www.societyofrobots.com/images/programming_computer_vision_ccd.jpg < mīnus ir tāds, ka "zaļo" pikseļu ir vairāk kā arī "starpkrāsu" pikseļi tiek interpolēti... X3 mīnuss ir tas ka katras krāsas jūtīgie sensori ir viens zem otra, līdz ar to sensori, kas atrodas zemākajos slāņos saņem mazāk giasmas... Salīdzinājums Bayer un X3 > http://www.vividlight.com/32/images/x3-3.gif Par 3CCD > http://images.amazon.com/images/G/01/photo/editorial/3CCD.jpg < dārgs prieks, jo vajag trīs daudz MPix matricas, jeb cilvēku mānīšana, piem. ar 3 x 0.8 MPix jāsanāk "tīrai" 0.8 MPix bildei, bet realitātē mums iebaro vismaz 2.4 MPix interpolāciju...
Anonymous | 09:50 23.08.2010 |
visu to varēja pateikt trijos teikumos, šādā variantā man bija jāpārlasa trīs reizes, kamēr sapratu pamatdomu, kuru bez zināšanām diez vai saprastu...
UG-photo | 10:01 23.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
Paldies par sakarīgo komentāru ar linkiem, bet tāpat nesapratu kas bija Nepareizs. :(
Neviens | 11:34 24.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
esmu kruts man fochukam CCD :D
PETRO | 21:23 24.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
Paldies par rakstu. Ne jau visi ir iedziļinājušies tik pamatīgi šajās fizikas (optikas) lietās. Gribas dažreiz palasīt saprotamu, vienkāršam mirstīgajam saprotamu, populārzinātnisku publicējumu...
Anonymous | 12:18 28.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
1)Bayer – lētākais un populārākais matricas veids, tiek izmantots populārākajās plaša patēriņa kamerās;
atvainojos par nesaprati, bet vaitad tas nav Bayera filtrs, nevis tāda tipa matrica?
negatIvs | 18:09 28.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
ir tas Bayer filtrs, ko izmanto matricās. ja precizē, tad CCD matricu izgudroja Wilard Boyle un George E. Smith ap 1969 gadu, bet CMOS matricu Tsutomu Nakamura....var atrast arī citus vārdus .......
te www.dalsa.com... , electronics.howstuffwork
negatIvs | 18:10 28.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
negatIvs | 18:10 28.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
par abu tipu matricām
negatIvs | 18:15 28.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
pielikums latviskajam tulkojumam en.wikipedia.org... .........
aile | 23:16 29.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
Nez, vai nu pie vainas vēlā diennakts stunda vai kā, bet tā arī nesapratu, kāpēc matricā zaļo pikseļu ir vairāk. Vai tāpēc, ka tur ir iemontēta cilvēka acs, kurā nūjiņu ir vairāk nekā vālīšu?
UG-photo | 23:46 29.08.2010 |
Tāpēc, ka izgudrotāji paņēma šo bioloģisko īpatnību un pielāgoja matricai. Pavisam vienkārši - paņēma no dabas.
aile | 07:57 30.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
Nu, bet, ko no tās dabas paņēma? Tak ne jau katrā sensorā pa vienai nūjiņai vai vālītei iedēstīja? Tajā tekstā kaut kas pietrūkst, lai saprastu, par ko ir stāsts..
UG-photo | 08:44 30.08.2010 |
No dabas ņēma to, ka sensorā iedēstīja 2x vairāk zaļo gaismu uztverošo sensoru, gluži kā cilvēka acī ir nūjiņu (to, kas labāk uztver tumsā un zaļās krāsas spilgtumu).
Oliss | 22:43 19.08.2010 | Atbildēt uz komentāru |
neviena vārda par uzbūvi.....