KOLORY W APARACIE CYFROWYM

Opisujemy tu nieco trudniejsze zagadnienia ale informacje te są bardzo istotne dla pełnego wykorzystania możliwości aparatu cyfrowego. Polecamy go więc tym, którzy swoim aparatem, nawet najprostszym, chcą robić zdjęcia o pięknych, naturalnych kolorach.

Matryca światłoczuła jest czarno - biała

Tak, matryca światłoczuła w aparacie cyfrowym rejestruje jedynie intensywność padającego na nią światła i nie rozróżnia kolorów. To pewnie wielu Czytelników zdziwiło, ale tak jest. A skąd kolory na zdjęciach zrobionych aparatem cyfrowym? Kolory tworzy układ filtrów i odpowiednio zaprogramowany procesor, który jest nieodłącznym elementem aparatu cyfrowego.

Układ filtrów optycznych

Cała matryca przykryta jest "szachownicą" mikroskopijnych filtrów, jeden nad każdym elementem światłoczułym. Schemat rozmieszczenia kolorów podany jest na Rys.1.

Rys.1. Fragment filtru przykrywającego matrycę światłoczułą.

Trzy podstawowe kolory, czerwony, zielony i niebieski ułożone są tak, że jeden kolor przykrywa jeden piksel. A więc poszczególne piksele rejestrują natężenie światła tego koloru, co kolor filtra, którym są "przykryte". Dla przypomnienia - filtr (dobrej jakości) przepuszcza tylko światło "swojego" koloru.

Mieszanie kolorów przez procesor

Z optyki ( a i z życia codziennego) wiadomo, że z tych trzech kolorów można "zbudować" dowolny inny, poprzez ich "pomieszanie" w odpowiedniej proporcji. Wiedzą to również dzieci bawiące się farbkami wodnymi. W oparciu o tę zasadę procesor aparatu fotograficznego, odpowiednio zaprogramowany, "odtwarza" barwy fotografowanego obiektu.

Filtr kolorowy Bayer'a

Z Rys. 1 wynika, że liczba elementów zielonych jest 2x większa od liczby elementów czerwonych a także 2x większa od liczby elementów niebieskich. To jest konsekwencją faktu, że matryca ma "naśladować" własności oka ludzkiego a nasze oko jest bardziej czułe na kolor zielony a więc i matryca powinna być bardziej czuła na ten kolor.
Prześledzimy teraz jak powstaje kolorowy obraz dowolnego punktu odwzorowującego fotografowany obiekt.

Procesor tworzy kolory

Procesor wczytuje natężenie światła padające na 9 punktów w układzie 3 x 3 piksele i wiedząc, jaki kolor odpowiada każdemu z natężeń, "miesza" te kolory w takiej proporcji, tworząc kolor wypadkowy. Kolor ten zapisuje w pamięci aparatu wraz ze współrzędnymi punktu dla którego ten kolor został wyznaczony. W pamięci aparatu, tak jak w pamięci komputera, każdemu kolorowi może być przypisany numer a nie jego nazwa.

Te 9 pikseli, z których procesor wyznacza wypadkowy kolor, zaznaczone są na Rys.1 przerywaną linią koloru jasno niebieskiego. Obliczony kolor wypadkowy jest po prostu średnim kolorem światła padającego na powierzchnię tych 9 pikseli i przypisany jest do położenia środkowego piksela w tym kwadracie, oznaczonego nr 1.

Następnie procesor wczytuje natężenie światła kolejnych 9 pikseli, "przesuwając" ramkę o jeden piksel w prawo. Obliczony kolor wypadkowy przypisuje do położenia odpowiadającego pikselowi oznaczonemu nr 2.

Przesuwając odczytywanie kolorów o jeden piksel w prawo dochodzimy do punktu odpowiadającemu przedostatniemu pikselowi w linii (u nas to piksel nr 10). Wtedy zaczyna się odczytywanie o jedną linię niżej ( na Rys.1 dla piksela nr 11) i tak aż do końca matrycy.

Stopień wykorzystania pikseli matrycy

Łatwo zauważyć, że procesor nie określi średniego koloru dla punktów odpowiadających pikselom leżącym na brzegu matrycy. Matryca 5,0 MP ma około 10 tyś pikseli "brzegowych", ale to stanowi zaledwie 0,2% liczby wszystkich pikseli i nie ma praktycznie żadnego wpływu na ostateczną rozdzielczość wyliczoną dla 5,0MP. W tym momencie przypomnimy, że dokładne dane techniczne dla aparatów cyfrowych podają liczbę pikseli i liczbę efektywnych pikseli a więc uwzględniają opisaną tu "utratę" rozdzielczości oraz "ubytki" liczby pikseli przeznaczonych na inne, pomocnicze, cele.

Rozdzielczość kolorów odbitki

Jak pisaliśmy wyżej, procesor uśrednia kolory dla grup 9 pikseli i z każdej z nich powstaje jeden kolorowy punkt. Wywołane zdjęcie składa się z ogromnej liczby takich kolorowych punktów. Obliczymy, jak dużą powierzchnię przyszłego zdjęcia ma jeden taki punkt.
Typowa matryca 5,0 MP pozwala na uzyskanie zdjęcia o rozdzielczości 2592x1944. Rozmiary zdjęcia bardzo dobrej jakości z takiego aparatu to 15x10 cm. Tak więc, wzdłuż dłuższego brzegu zdjęcia, na jeden odwzorowywany punkt przypada 150mm/2592 = 0,0579mm. Analogiczne przeliczenie dla krótszego wymiaru zdjęcia daje 0,051mm. Czyli prostokąt o powierzchni 0,00295mm² jest tym najmniejszym elementem odbitki, w obrębie którego nie ma już zróżnicowania kolorów. Mówimy o tysięcznych częściach milimetra kwadratowego, a więc dopiero dobry mikroskop mógłby wykryć "ziarnistość" takiego zdjęcia.

Kompensacja bieli

Taki system tworzenia kolorów wymaga czegoś w rodzaju cechowania. Procesor musi "wiedzieć", który kolor fotografowanego obiektu jest "naprawdę" biały. Ten proces cechowania, który decyduje o prawdziwości odwzorowania kolorów, będzie opisany osobno w paragrafie o kompensacji bieli. Każdy użytkownik aparatu cyfrowego wie, jak łatwo otrzymać na zdjęciu absolutnie nienaturalne kolory, szczególnie przy sztucznym oświetleniu ale nawet w słoneczny dzień, np. w górach. Aby takich efektów uniknąć trzeba znać nieco "kuchni" powstawania i "cechowania" kolorów.

Używasz Facebooku'a? Kliknij "lubię to", będziesz dostawał informacje o nowościach na naszym serwisie.