Перед началом статьи, хочу снять с себя всякую ответственность за всё нижесказанное, ибо могу вполне ошибаться в каких-либо деталях, как и любой другой человек, поэтому настоятельно рекомендую искать более авторитетные источники и читать побольше умных книжек. Ну и так как я цифровой фотограф, то речь в этой статье будет исключительно про цифровые фотокамеры.
Приятного чтения.
Цвет
Начнем издалека.
Что такое цвет? Как таковой цвет это в сущности субъективное восприятие узкого диапазона длин волн, которые может воспринимать человеческий глаз. Диапазон этот имеет границы примерно от 380 нм - фиолетовый цвет до 740 нм - красный цвет. В общем это с точки зрения физики, это фундамент.
Так как цветовосприятие субъективно и обусловлено физическими данными и психическим состоянием человека, то можно наблюдать, например, одинаково окрашенные платья, не видеть какие-то основные цвета или долго спорить о цвете Калужско-Рижской линии, рыжая она или морковная? Веселья добавляет и разная цветопередача мониторов, цветовые пространства, и качество печати на физических носителях, что лишь усиливает субъективность восприятия изобразительного искусства и добавляет головной боли творческим людям в большей или меньшей степени.
Хорошо, с тем что такое цвет мы разобрались, теперь стоит ответить на вопрос как именно камера видит этот самый цвет. Строго говоря, никак, светочувствительная матрица камер воспринимает интенсивность светового потока, но не делит его на цвета, во всяком случае без различных технических решений о которых ниже. Что же видит камера без этих решений? Она видит монохромное изображение, ну или по простому черно-белое, так как проще представить такую картинку градациями серых тонов, чем, например, красных.
Способы получения цвета в цифровых камерах
Вот и добрались до самого интересного, а именно до того, как получают всё-таки цвет, если камера может видеть только монохромную картинку.
- Самый простой и распространённый метод - фильтр Байера и его производные варианты вроде X-Trans. Суть заключается в том, что на субпиксели матрицы наносится мозаика из светофильтров, которые отсекают все цвета кроме своих, в классическом виде это красный, синий и два зелёных фильтра, благодаря этому изображение можно будет представить уже в виде цветной мозаики, хотя оттенков мы не увидим, более того, изображение будет выглядеть зелёным, до тех пор пока мы его не увеличим, тогда увидим ещё и красные с синими пиксели. В общем всё пока выглядит не лучшим образом, так как оттенков как таковых нет и всё изображение при обычном просмотре зелёноватое. Если вспомнить то, что матрица регистрирует именно интенсивность света, то можно смешивать цвета четырёх пикселей и получать уже цветное изображение. Это самый грубый метод дебайеризации, приводящий к тому, что итоговое разрешение изображения уменьшается в четыре раза, то есть 24 мегапикселя превратятся в 6 мегапикселей. Этого нам не нужно, поэтому используются более сложные алгоритмы дебайеризации, дополненные алгоритмами интерполяции, которые позволяют получить промежуточные цвета рядом стоящих пикселей и не потерять разрешение, но если честно, то чуточку изображение теряет, к слову, поэтому в характеристике камеры есть число эффективных и общих пикселей.
Ввиду того, что алгоритмы у каждой камеры и программы свои, то самая точная цветопередача для конкретной камеры достигается применением родной программы производителя для конвертации RAW изображения, а не популярных Lightroom, Capture One и прочих конвертеров.
Если интересно, как это всё работает, то рекомендую программу RawTherapee, которая позволяет влиять на процесс дебайеризации и предоставляет гораздо больше возможностей в обработке RAW файла перед последующей редакцией в Photoshop'е например.
- Более сложный, однако более старый метод - использование дихроидных зеркал и призм, которые делят световые потоки на основные цвета. Камеры с подобной конструкцией имеют несколько матриц для получения полной информации о цвете и считаются самыми точными по цветопередаче, единственная сложность в том, что для того, что бы качественно смешать монохромные изображения с трёх матриц необходимо очень точно сопоставить расположения матриц, что бы изображения были максимально идентичными, иначе будет потеря разрешающей способности итогового изображения, попросту будет менее резкая картинка или будет двоение. Как ещё более старый вариант, появившийся ещё в середине XIX века, можно использовать одну камеру и снимать неподвижный объект меняя светофильтры перед объективом, рекомендую почитать про Тартановую ленту.
- Более современный способ получения цвета - Foveon X3, он моложе предыдущих, однако он сложнее из-за того, что для получения используется три матрицы, которые находятся друг под другом. Механизм основан на проникающей способности различных длин волн, что позволяет избавится от сложных алгоритмов интерполяции и дебаеризации, а значит и от массива светофильтров на матрице, что теоретически увеличивает светочувствительность матрицы. Однако при таком решении максимум света поступает на открытую матрицу, поменьше на вторую и ещё меньше на третью, из-за чего приходится усиливать сигнал до уровня первой матрицы, что приводит к появлению шумов в различных участках с "темными" цветами, в случае Foveon X3 это красный цвет и в меньшей степени зелёный.
На этом способы закончились, больше пока не придумали, либо я о них не знаю, если знаете вы, то пишите в комментариях.
Итог
В итоге цифровая камера воспринимает интенсивность светового потока и без определённых технических и программных решений воспринимать цвет как мы не способна.
В данной статье я сфокусировался исключительно на методах получения цвета в цифровой фотографии, опуская некоторые детали, которые непосредственно влияют на получаемый цвет, вроде объективов, их просветления, параметры зашитые в EXIF файл и прочие важные вещи, впрочем они хоть и вносят заметный вклад в конечный цвет , однако не являются основополагающими в основной массе случаев.
#Фотоаппараты #Цвет #матрица #фототехника #технологии