Что произойдет, если камера использует совершенно разные основные цвета?

Итак, как многие люди знают, у людей есть три ячейки колбочек, что позволяет нам видеть три отдельных «основных» цвета, которые могут объединяться, образуя весь спектр, который мы способны видеть. Между тем, многие другие животные имеют четыре или более колбочек, что позволяет им видеть еще более широкий или более четко определенный спектр.

Теперь цифровые камеры обычно регистрируют свет, используя массив светочувствительных «пикселей». Пиксели обычно сгруппированы в группы по четыре, причем два специализированных (с использованием фильтрующих материалов) для зеленого цвета, один для красного и один для синего. Интенсивности обнаруживаются каждым пикселем и затем конвертируются в RGB-файл с использованием некоторого алгоритма. Интенсивности, записанные каждым специализированным пикселем, могут быть отображены на спектр оттенков ниже.

Это то, что мы обычно хотим, так как получающееся изображение имеет прекрасный смысл для наших глаз и достаточно для записи сцены для большинства намерений и целей. Но почему мы должны ограничивать камеру в том, чтобы снимать и записывать свет таким, каким его видят люди?

Скажем, мы изменили фильтры над фоточувствительными «пикселями», чтобы оптимально допустить различные длины волн, в частности, те, которые мы обычно не видим, или те, ближе друг к другу в специализированной цветовой гамме, которая обеспечила бы более подробно. Оттуда, мы могли бы растянуть спектр цветового тона, с 0/360 быть первым цветом, 120 является вторым цветом, и 240 быть окончательным цветом.

Я очень интересно посмотреть, что результатом этого может быть, если, например, мы выбрали длины волн 800 нм, 400 нм и 200 нм для того, чтобы увидеть немного больше в инфракрасной и ультрафиолетовой. Или, если бы мы имели коллаж из чего-то, что появился синий, мы могли бы выбрать длину волны 450 нм, 475 нм и 500 нм для того, чтобы различать подобные оттенки более легко. Другой возможностью было бы обнаружить четыре различных длины волны и отобразить их на спектр оттенков. Это позволило бы что-то вроде «tetrachromatic» фотографий.

Вот макет того, что можно ожидать (изменено, чтобы лучше отразить вопрос):

Вот несколько вещей, чтобы ответить:

Это уже делается? Если нет, то почему нет? (Я видел ультрафиолетовые и инфракрасные фотографии раньше, но обычно они черно-белые или черно-пурпурные. Почему нужно использовать одно измерение, а почему не растягивать спектр?)

Что существует с точки зрения потребительской технологии для получения изображений таким образом?

Существуют ли в технологии ограничения на то, какие длины волн можно фиксировать?

Цветная фотография действительно основана на трехцветной теории. В 1861 году мир увидел первую цветную картину, сделанную Джеймсом Кларком Максвеллом с использованием красных, зеленых и синих фильтров. Сегодняшняя цветная фотография основана на его методе. В 1891 году Габриэль Липпманн продемонстрировал полноцветные изображения с использованием одного листа черно-белой пленки, без фильтров, без цветного красителя или пигмента. Этот процесс отошел на второй план, потому что красивые изображения не могли быть скопированы или дублированы. В 1950-х годах доктор Эдвин Лэнд из Polaroid Corporation продемонстрировал, что он может делать красивые цветные фотографии, используя только два цвета (579 и 599 нанометров). Это тоже отошло на второй план.

Инженеры по визуализации давно хотели получать изображения, используя невизуальную часть спектра. Было быстро обнаружено, что обычные фотопластинки и пленка записывают только фиолетовый и синий свет, а также ультрафиолет (от 4 до 380 нм). Они обнаружили, что фильмы записывают рентгеновские и инфракрасные лучи.

Какие другие части спектра можно отобразить? Изображение астрономов через радиочастоты Метеорологи и авиационная промышленность, изображение через радиолокатор. Оптический микроскоп ограничен примерно 1000Х, однако электронный микроскоп отображает молекулы и атомы.

Мы изображаем тело человека с помощью звуковых волн (ультразвук). Мы изображаем тело человека с помощью радиоволн (магнитно-резонансная томография, МРТ).

Есть множество других способов изображения. Сначала изображения, сделанные с использованием невизуальной части спектра, были представлены только в черно-белом варианте. В конце концов, мы не можем видеть через это излучение, поэтому любое графическое изображение, которое мы представляем, будет неправильным представлением.

Теперь доктора, смотрящие на рентген, ищут тонкие изменения в оттенках серого. С помощью компьютерной логики мы можем изменить черно-белые тона на ложные цвета, чтобы лучше различать. Таким образом, современный рентген и сонограмма отображаются с ложными цветами. Другие научные дисциплины, работающие с изображениями, следуют этому примеру. Ложные цветные изображения, сделанные из невизуальных частей спектра, являются обычным делом.

Это уже делается?

Конечно. Космический телескоп Хаббла воспринимает ближний ИК, видимый и ближний УФ спектр. Любые изображения, которые вы видите из Хаббла и которые содержат информацию за пределами видимого спектра, являются изображениями в ложных цветах .

Точно так же изображения от Чандры, который наблюдает рентгеновский спектр, могут быть визуализированы только путем сопоставления его «тонов» со спектром видимого света.

В неастрономической области сканеры миллиметровых волн в аэропортах отображают сигналы миллиметрового диапазона в визуальную область.

Что существует с точки зрения потребительской технологии для получения изображений таким образом?

FLIR камеры, например.

Существуют ли в технологии ограничения на то, какие длины волн можно фиксировать?

Этот вопрос слишком широк ( в технологии всегда есть ограничения).

Некоторые фотоаппараты общего назначения на самом деле записывают вне видимого спектра, так что есть некоторый опыт с этим. Leica M8 был известен тем, что записывал ИК. Расширенный диапазон имел плохое влияние на точность цветопередачи и Leica должен был дать клиентам IR / CUT фильтры для их объективов, чтобы решить эту.

Распространение УФ-излучения затруднено, поскольку стекло в линзах блокирует УФ-излучение

Эффект захвата широкого спектра сразу - по крайней мере, как видно с Leica или модифицированных камер - это не особенно приятно, интересно или полезно. Даже если вам удастся обработать данные каким-то интересным способом, вы получите одну хитрость.

Есть компании, которые уберут фильтры с датчика, если вам это интересно. Вы можете использовать цветные фильтры с различными спектрами на верхней части объектива, создать три экспозиции с различными фильтрами и смешать их в программном обеспечении.

Интенсивности, записанные каждым специализированным пикселем, могут быть отображены на спектр оттенков ниже.

Матрица Байера не отображает в любой цвет. Изображение интерполируется для получения полноцветного изображения, где каждый пиксель имеет компоненты R, G и B. Эти компоненты RGB могут быть преобразованы в цветовое пространство, такое как SRGB или AdobeRGB, но режим RGB по своей природе не имеют цветового пространства.

Допустим, мы изменили фильтры по светочувствительным «пикселям», чтобы оптимально допускать разные длины волн, особенно те, которые мы обычно не видим, или те, которые ближе друг к другу в специализированном цветовом диапазоне, который обеспечил бы больше деталей.

Вопрос заключается в том, что одна из представляет собой деталь. Если цель состоит в том, чтобы выполнить спектроскопию, не следует использовать обычную камеру , а вместо этого спектрометр или спектрофотометр.

Каждый фильтр добавлен снижает общую эффективность датчика. Эффективность RGB-камеры составляет около 20-25% по сравнению с видимой полосой. UV-VIS-IR камера, использующая 5 фильтров, будет иметь эффективность, близкую к 10%, по сравнению с этой полосой, а в УФ и ИК полосах будет меньше света, поэтому они будут нуждаться в большем усилении и будут более шумными.

Это уже делается? Если нет, то почему нет?

Да, они называются спектрофотометрами. На самом деле, нечто очень похожее на то, о чем вы говорите, уже сделано. MastCAM на любопытном вездеходе использует специальную матрицу Байера, которая отбирает значительный ИК-свет в сочетании с колесом фильтра 8. Камера может затем сделать полное разрешение узкополосных изображений в коротковолновой ИК-6 на различные длинах волн.

Это делается обычно, нет. Вне научных исследований этот тип установки делает очень громоздкую камеру с более сложной схемой метаданных. Это две вещи, которые являются бичом потребительских товаров.

Обратите внимание, что вы можете использовать любые 3 основных цвета в видимом спектре, и вы будете генерировать точное изображение (в пределах ваших устройств записи и отображения), если записывающее устройство и устройство отображения используют одни и те же основные цвета. Например, большинство камер, выпущенных за последние 10 лет, имеют датчики, которые фиксируют цвета, которые соответствуют цветовому пространству sRGB. И большинство мониторов отображаются в цветовом пространстве sRGB (или рядом с ним).

Более новые камеры (в настоящее время высококлассные, но, несомненно, скоро потребительские камеры) способны снимать в более широком цветовом пространстве под названием DCI-P3. Он по-прежнему считается цветовым пространством «RGB», потому что записанные основные цвета - это то, что мы субъективно назвали бы «Красный», «Зеленый» и «Синий», хотя они отличаются от основных цветов sRGB. Несколько ЖК-дисплеев в современных компьютерах и мобильных телефонах теперь могут отображаться и в цветовом пространстве DCI-P3. Эти устройства захватывают и отображают гораздо более широкий диапазон цветов.

Если вы хотите увидеть, как будет выглядеть захват с одним набором основных цветов и отображение в другом наборе, вы можете использовать фильтр регулировки оттенка в вашем любимом графическом редакторе. Вращение оттенка покажет вам эквивалент захвата с одним набором основных цветов и отображения с другим.

Существуют ли в технологии ограничения на то, какие длины волн можно фиксировать?

Там есть:

• Ближняя инфракрасная съемка (ночное видение),
• Средняя инфракрасная фотография (тепловизионное изображение) http://www.ipac.caltech.edu/outreach/Edu/Regions/irregions.html
• Рентгеновские снимки (не только для того, чтобы увидеть кости с проходящими рентгеновскими лучами, но некоторые настолько чувствительны, что вы можете видеть отраженные) https://en.wikipedia.org/wiki/Backscatter_X-ray ,
• Радиотелескопы и микроволновые телескопы.
• Гамма-телескоп.
• Ультрафиолетовые камеры и т. Д.

Так что в основном весь спектр был исследован.

Но у всех этих есть разные системы. Следует учитывать взаимосвязь между длиной волны и веществом, атмосферой и, более конкретно, датчиком.

Посмотрите, почему мы видим «видимый свет». Если длина волны, в частности, не проходит через верхнюю атмосферу, не было бы источника света, то есть солнечного света: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Atmospheric_electromagn_opacity.svg другой проходящий свет - это радио, но оно слишком долго проходит через наше тело.

Различия в длинах волн являются экспоненциальными, поэтому, да, есть некоторые технологические проблемы, связанные с тем, какие электромагнитные волны могут что-то воспринимать, нашими глазами или инструментами.

Что существует с точки зрения потребительской технологии для получения изображений таким образом?

инфракрасный

Простой вопрос: у вас может быть пленка и фильтры ближнего инфракрасного диапазона, чтобы вы могли экспериментировать, и вы можете адаптировать свой dlsr: /photo//search?q=infrared.

Есть несколько камер ночного видения и линз.

Вы можете купить инфракрасную тепловизионную камеру, но это не «потребительский» продукт, потому что он дорогой.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ Я сомневаюсь, что законно стрелять в людей более энергичным световым лучом. Помните, что некоторые длительные воздействия ультрафиолета могут обжечь, в первую очередь, сетчатку. поэтому для использования ультрафиолетового излучения низкой мощности вам нужна среда с низким уровнем освещения. «Черные» изображения - это отражения, вызванные ультрафиолетом, так что вы тоже можете это сделать. https://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet_photography

Я видел ультрафиолетовую и инфракрасную фотографии раньше, но обычно это черный / белый или черный

Если вы не можете видеть это, это интерпретация . Очки ночного видения обычно зеленого цвета, потому что наши глаза более чувствительны к зеленому, а когда солдат снимает линзу, его глаза легче адаптируются к темноте. Если у вас черно-белое зрение, время привыкания глаза к темноте будет намного больше.

Зачем использовать одно измерение?

«Трехмерность» «первичных» цветов заключается в том, что наш мозг воспринимает свет. Пурпурный не находится в видимом спектру, у него нет длины волны, связанной с ним. Наш мозг интерпретирует это как пурпурный.

На самом деле электромагнитный спектр длин волн является одномерным. Это двумерно, если мы используем интенсивность как второе измерение для получения изображений.

Почему бы не растянуть спектр?

Мы должны растянуть спектр. Или мы видим это или нет. Черно-белое изображение на самом деле представляет собой повторное сжатие длины волны, которую мы не видим в ограниченном спектре, который мы видим.

Конечно, вы могли бы сделать рентгеновский цифровой аппарат для отображения пурпурного цвета, у меня был старый монитор CTR, который делал это самостоятельно. Но это скорее психологический аспект, чем технический.

Но в некоторых областях, таких как тепловые изображения, цветовой спектр используется для определения различий в температуре, поэтому в настоящее время это делается.

Что касается того, почему бы не настроить спектр видимого света или нет, я думаю, что это полностью художественная интерпретация, поэтому вы можете делать все, что захотите.

Но

Но с другой стороны было бы интересно иметь симулятор Tetrachromacy из немногих людей, у которых он есть, схожий с тем, как у нас есть симуляторы дальтонизма, как это: http://www.color-blindness.com/coblis-color-blindness- тренажер /

Я читаю действительно интересную книгу Маргарет Ливингстон под названием «Видение и искусство, биология видения». Я еще не закончил с этим, но главы, которые я прочитал до сих пор, рассказывают о том, как глаз воспринимает цвет, как смешиваются цвета (как свет, так и пигменты) и каковы ограничения и почему. Это может помочь ответить на некоторые вопросы о том, как глаз работает, и что ограничения на возможности фото.