Oto dlaczego matryca aparatu w Huawei P30 Pro jest tak wyjątkowa

mm Paweł Maretycz Artykuły 2019-05-13

Huawei P30 Pro jest pierwszym smartfonem, który korzysta z nowego czujnika IMX650 firmy Sony. Oprócz rozdzielczości 40 Mpix szczególną cechą tego modułu jest to, że posiada on filtr kolorów RYYB. Huawei twierdzi, że dzięki temu czujnik zbiera 40% więcej światła niż w przypadku klasycznych konstrukcji. Jednak co to jest filtr kolorów RYYB i czym się różni od tego, czego używają inne smartfony?

Filtr RYYB w Huawei P30 Pro

Filtr RYYB w Huawei P30 Pro

Aby zrozumieć filtr RYYB, musimy najpierw zrozumieć, jak działa filtr Bayera. Filtr Bayera jest kolorowym filtrem nakładanym na czujnik obrazu. Powodem, dla którego potrzebujemy filtra kolorów jest to, że czujnik obrazu jest tylko światłoczuły, a nie wrażliwy na kolor. Ponieważ może on jedynie wykrywać i przechwytywać światło, surowe przechwytywanie obrazu z cyfrowego czujnika obrazu jest zawsze czarno-białe. Aby móc przechwytywać kolory, potrzebujemy kolorowej matrycy filtrującej, takiej jak filtr Bayera. Oczywiście wcześniej światło ultrafioletowe i podczerwone jest filtrowane przez inne filtry. Po zawężeniu strumienia padającego światła do widma widzialnego filtr Bayera zaczyna działać. Filtr Bayera nakłada jeden kolorowy barwnik na każdy piksel. Tak więc w siatce 2 × 2 pikseli będzie jeden czerwony piksel, jeden niebieski piksel i dwa zielone piksele.

Jak działa filtr Bayera?

Wybór trybu pracy z RGB ma swoje powody. Wizja ludzka jest trójbarwna. Oznacza to, że jest wrażliwa przede wszystkim na trzy grupy długości fal światła, które ściśle odpowiadają kolorom: czerwonemu, zielonemu i niebieskiemu. Wykorzystując nakładanie się tych długości fal, nasz mózg jest w stanie interpretować kolory. Kamery zostały zaprojektowane tak, aby naśladować nasz trójbarwny system wizyjny. Filtr Bayera umieszcza jeden kolor czerwony, jeden kolor niebieski i dwa zielone obiektywy na siatce 2 × 2 pikseli na przetworniku obrazu. Oznacza to, że światło widzialne przechodzące przez siatkę jest filtrowane przez odpowiedni kolor. Piksel znajdujący się pod czerwonym obiektywem nadal odczytuje obraz czarno-biały, ale z odfiltrowanymi kolorami poza czerwonym. Spowoduje to, że wszystkie czerwone obiekty w kadrze będą jaśniejsze dla tego niego, ponieważ informacje o pozostałych kolorach są usuwane. To samo dotyczy niebieskich i zielonych pikseli. Poniższa grafika bardzo dobrze obrazuje zasadę działania takiego filtru.

Filtr RYYB w Huawei P30 Pro

Teraz mamy obraz o różnych poziomach jasności na piksel dzięki zastosowaniu filtrów. Aby uzyskać rzeczywiste kolory, potrzebujemy procesu zwanego demozaikowaniem. Złożony algorytm, zazwyczaj zastrzeżony dla producenta kamery, pomaga zinterpretować różne wartości kolorów. Przygląda się informacjom przechwyconym przez piksel, jak również otaczającym go pikselom i określa, jaką wartość koloru przypisać temu pikselowi. To, jak dobry jest ten algorytm, decyduje o dokładności kolorów na obrazie końcowym. Poza tym surowy obraz cyfrowy z czujnika jest zawsze czarno-biały. Kiedy otwieramy surowy plik w edytorze zdjęć, takim jak Adobe Photoshop, aplikacja używa własnego algorytmu do generowania kolorów, dlatego różne aplikacje będą produkować nieco inne kolory dla surowych plików.

Zobacz też: [Recenzja] Transcend ESD250C – mały, przenośny dysk SSD, a to nie koniec zalet

Po zakończeniu demozaikowania obraz jest gotowy do dalszego przetwarzania. Takie aspekty jak ekspozycja, kontrast, rozjaśnianie, cienie, balans bieli, hałas i ostrość są dostosowywane w celu uzyskania ostatecznego obrazu. Filtr Bayera wybiera macierz RGGB. Jak wspomniałem wcześniej, odpowiada on w największym stopniu temu, jak działają nasze oczy. Jeśli chodzi o to, dlaczego istnieją dwa zielone piksele, to dlatego, że zielony jest w środku spektrum kolorów widzialnych dla ludzi i nasze oczy są na niego najbardziej wrażliwe. Zielony kanał działa również jako luminancja i można zauważyć, że dostosowanie poziomu zieleni w obrazie nie tylko wpływa na kolor, ale także na ogólną jasność.

Filtr RYYB w Huawei P30 Pro

Dlaczego zastosowano RYYB zamiast RGGB?

Filtr RYYB w Huawei P30 Pro

Jednak od jakiegoś czasu stosuje się także filtry alternatywne. CYM lub CYYM jest jednym z nich, gdzie filtr składa się z kolorów cyjanu, żółtego i magenty. Zaletą filtra CYM jest to, że przepuszcza on więcej światła do czujnika. Jak widać z nazwy, filtr Bayera jest filtrem, więc usuwa część światła. Ponadto, ponieważ tylko połowa pikseli na czujniku zaczyna świecić na zielono, a jedna czwarta zaczyna świecić na czerwono i niebiesko, nigdy też nie uzyskasz obiecanej rozdzielczości czujnika. Czujnik CYYM, z jego wyższą transmisją światła został zaprojektowany do rozwiązania tego problemu i teoretycznie wytwarza znacznie większą rozdzielczość z tej samej liczby pikseli. Jednak, jak się okazuje, nie jest łatwo uzyskać naturalnie wyglądające obrazy z sensora CYM i wymaga to znacznie bardziej złożonego algorytmu niż w przypadku RGGB. Z tego powodu, nigdy nie zyskał na popularności.

Zobacz też: Technopopulizm w Mountain View, czyli prywatność na Google I/O

Właśnie dlatego opracowano filtr RYYB zastosowany w modelu Huawei P30 Pro. Inżynierowie wykorzystali znane filtry czerwony i niebieski, ale zastąpili dwa zielone dwoma żółtymi. Dzięki temu czujnik może przechwycić więcej światła niż przy użyciu zielonych filtrów, przynajmniej w teorii. Oczywiście, nadal istnieje problem demozaikowania, ale wraz z poprawą w tym obszarze, jak również z wykorzystaniem sztucznej inteligencji, która analizuje zawartość obrazu, możliwe jest teraz poprawne określenie kolorów nawet bez dedykowanego kanału zielonego.

Źródło: GSMarena

 

 





x