CCD snímače IV. - Barevná mozaika - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

5. ledna 2000, 00.00 | Dnes dokončíme povídání o zpracování barvy a vysvětlíme si použití barevné mozaiky. Tuto technologii používá většina digitálních fotoaparátů či videokamer.

Minule jsme si vysvětlili tři způsoby, jak získat informaci o barvě světla z CCD snímače. Každý z nich měl svoje nevýhody, které omezovaly jeho použití. Dnes si podrobně vysvětlíme princip fungování barevné mozaiky, kterou používá drtivá většina digitálních fotoaparátů nebo video kamer. Jde o technologii pokročilou, která prodělala poměrně komplikovaný vývoj a existuje celá řada zajímavých vylepšení.

Základem je opět použití barevných filtrů ve třech základních barvách RGB. Aby bylo možné provést měření všech základních barev současně v průběhu jedné krátké expozice světlem, jsou na snímači současně všechny tři filtry uspořádané do mozaiky. Nejde o filtry celistvé, uložené přes celou plochu snímače, ale nad každou buňkou je umístěn jeden miniaturní filtr, který je nad buňku napařen již při výrobě. Nejčastěji používaný je vzor G-R-G-B Bayer, který vychází ze 4 sousedních bodů. Dva z nich mají zelený filtr, jeden červený a jeden modrý. Tento vzor se opakuje po celé ploše snímače. Poměr barev 2:1:1 vychází z fyzikálních vlastností světla, jeho vnímání lidským okem a také tvaru čtverce 2x2.

Pokud jste si pozorně přečetli v předchozích dílech ( základy, typy snímačů, barva I), tak jistě již víte, že každá buňka při tomto uspořádání nepřečte celou barevnou informaci, ale pouze část. Pokud využijeme náš ilustrační obrázek, tak buňky 1 a 4 čtou pouze informaci o intenzitě zelené barvy, buňka 2 měří intenzitu červené a buňka 3 modré. Pokud použijeme všechny informace získané dohromady ze 4 buněk, můžeme určit barvu dopadajícího světla. Pokud například všechny buňky naměří hodnotu 255, tak jde o bílé světlo. Bohužel každá buňka měří jiný dopadající paprsek, což přináší několik nevýhod:

1. Barevné rozlišení snímače je výrazně nižší než jeho schopnost rozlišovat jas. Pokud tedy máme snímač s uváděným rozlišením 1800 x 1200 bodů, pak pouze 900 x 600 bodů rozlišuje červenou, 900 x 600 bodů rozlišuje modrou a 900 x 1200 bodů rozlišuje zelenou složku světla.
2. Barva je vypočítávána ze čtyř nebo více bodů pomocí vzorců a postupů, které mohou jen s určitou přesností určit barvu jednotlivých borů. Většinou fotoaparáty detekují ostré hrany a neporuší je, ale u komplikovaných vzorů může dojít k zásadnímu zkreslení na úrovni jednoho bodu.
3. Při mozaikovém uspořádání se hůře koriguje nepřesné snímání barev způsobené různými vlnovými délkami světla, případně jiná zkreslení.

Samozřejmě existuje celá řada postupů, jak zmenšovat chybu vznikající jako důsledek uspořádání. Nejběžnější je současné zpracování ne jedné ale třeba čtyř čtveřic sousedních bodů. Tímto způsobem se lépe detekují rozdílné barevné plochy, přechody a jiné změny motivu.
Další možností je využití jiných barevných filtrů než je kombinace RGB nebo jiné uspořádání barev v mozaice. Například společnost Canon u některých digitálních fotoaparátů používá C-Y-G-M filtry místo RGB.

Pokud shrneme vlastnosti tohoto uspořádání:

1. Digitální fotoaparát je vybaven jedním CCD snímačem s napařenou mozaikou barevných filtrů, což je jedno z nejlevnějších řešení.
2. Pro určení všech barev stačí jedna expozice s krátkým časem. Barevná informace je k dispozici prakticky okamžitě.
3. Tato technologie je vhodná pouze pro plošné snímací prvky a to zejména v digitální fotografii nebo pro záznam videa.
4. Existuje celá řada vylepšení a jednotlivé snímače a příslušná elektronika se různí výrobce od výrobce. Dva snímače se stejným uspořádáním a rozlišením mohou poskytovat různě kvalitní obraz v závislosti na zpracování.