Фильтр Байера

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Фильтр Байера, шаблон Байера — это цветной GRGB фильтр, используемый в цифровой фотографии. Изобретён Брайсом Байером (англ. Bryce Bayer) из Kodak.

В настоящее время для получения цветной фотографии свет от объекта запоминается как сумма минимум трех цветов — красного, зелёного и синего, цветовая модель RGB. Так как по своей природе фотодетекторы матрицы чувствительны во всем видимом диапазоне спектра, то над каждым пикселем матрицы размещается цветной светофильтр одного из трёх основных цветов — красного (R), зелёного (G) и синего (B). Таким образом, каждая ячейка матрицы воспринимает только 1/3 часть спектра приходящего света, а другие 2/3 рассчитываются процессором камеры на основе данных соседних ячеек. Этот процесс называется интерполяцией. В классическом фильтре Байера применяются светофильтры трёх основных цветов в следующем порядке:

G	R
B	G

Зелёных ячеек в два раза больше, чем ячеек других цветов. Это связано с особенностями человеческого зрения, наиболее чувствительного именно к зелёной области спектра. Потеря данных в этой области была бы наиболее заметна. В модифицированном фильтре Байера, GREB фильтр Байера, одна из зёленых ячеек заменена светлоголубой (E-изумрудной), что даёт лучшую цветопередачу.

[править] Пример применения

Сфотографируем исходный объект (для наглядности его часть увеличена):

→

При этом получаются три цветовые составляющие:

	↓
	↓

Таким образом, мы получили изображение, каждый пиксель которого содержит только одну цветовую составляющую. Далее, процессор камеры должен, используя специальные математические методы интерполяции, рассчитать для каждой точки недостающие цветовые составляющие. В результате получается следующее изображение:

Как видно на картинке, это изображение получилось более размытым, чем исходное. Такой эффект связан с потерей части информации в результате работы фильтра Байера. Для исправления процессор фотоаппарата должен повысить чёткость изображения. Процесс искусственного повышения чёткости называется Sharpening. Дополнительно, в этот момент процессор может применить и другие операции: изменить контрастность, яркость, подавлять цифровой шум и т. д. в зависимости от модели аппарата. Так как вычислительная мощность процессора фотоаппарата ограничена, многие фотографы предпочитают делать эти операции вручную на персональном компьютере. Чем дешевле фотоаппарат, тем меньше возможностей повлиять на эти функции. В профессиональных фотокамерах они отсутствуют совсем, либо их можно выключить.

Последние модели профессиональных и полупрофессиональных цифровых фотоаппаратов позволяют записывать изображения в т. н. «сыром» RAW-формате, когда изображение не подвергается внутри камеры вообще никакой обработке, а в файл записываются данные, полученные напрямую с матрицы, т. е. процесс интерполяции, повышение чёткости, подавление шума и другие операции с изображением выполняются на компьютере, обладающем намного большей вычислительной мощностью и возможностями ручного управления параметрами преобразований.

[править] Альтернативы, достоинства, недостатки

Альтернативой фильтру Байера являются три матрицы с системой дихроичных зеркал или дихроичных призм. Зеркала раскладывают свет на составляющие (красный, зелёный, синий), после чего каждая из составляющих идёт на свою матрицу. Такая конструкция применяется в некоторых видеокамерах, но не встречается в фотоаппаратах.

Достоинства фильтра Байера:

• простота и компактность;
• к трёхматричной системе невозможно присоединить зеркальный видоискатель;
• для обеспечения сходного качества изображения нужно меньше пикселей. В частности, трёхмегапиксельная камера с фильтром Байера даёт заметно лучшее изображение, чем камера с тремя матрицами по 1 Mpx;
• в трёхматричной схеме есть проблема сведения цветов.

Достоинства трёх матриц:

• лучше передача цветовых переходов, полное отсутствие цветного муара;
• выше светочувствительность.

Также иногда применяются CYGM-фильтры:

C	Y
G	M

Такой фильтр даёт бо́льшую светочувствительность, но худшую цветопередачу.

Проблемы, присущие фильтрам Байера, призвано решить новое поколение цифровых светочувствительных матриц — матрицы X3 компании Foveon, в которых каждый пиксель состоит из трёх слоев, каждый из которых воспринимает свой цвет. Однако, в настоящее время (начало 2005 года) эти матрицы, в силу присущих им других технических недостатков (например, высокого уровня цифрового шума), занимают незначительную часть рынка цифровой фототехники.