Sposób rejestracji koloru przez matrycę w aparacie fotograficznym jest dość prostym procesem pod kątem technicznym oraz skomplikowanym pod kątem obróbki.
Jak działa matryca? – kolor w matrycy
W poprzednim filmie omówiłem w jaki sposób działa matryca, która potrafi rejestrować natężenie światła, ale nie posiada możliwości rejestracji informacji o kolorze.
Aby w najprostszy możliwy sposób zarejestrować informację o kolorze piksela danym obszarze matrycy, stosuje się specjalny filtr, którego twórcą jest Bryce Beyer który filtr ów opracował na zlecenie swojego pracodawcy firmy Eastman Kodak. Jest stosunkowo prosta mozaika filtrów, przy pomocy której pojedynczy piksel matrycy potrafi zarejestrować natężenie światła dla tylko jednego z góry określonego koloru.
Jak widać na powyższej ilustracji filtr składa się z kolorów czerwonego, zielonego i niebieskiego w proporcjach 1:2:1. Matryca rejestruje najwięcej koloru zielonego analogicznie jak ludzkie oko, w którym najwięcej jest sensorów – tak zwanych czopków – właśnie koloru zielonego. Sprawia To, że obraz rejestrowany przez matrycę jest najbardziej zbliżony do naturalnego.
Warto zaznaczyć również, że filtr Beyera został opracowany w taki sposób, że matryca podzielona została na obszary składające się z czterech filtrów rejestrujących kolor które znajdują się obok siebie.
Mimo że na powyżej ilustracji kolor znajdujący się w lewym górnym rogu to czerwony w praktyce nie ma znaczenia, jeśli kolor „rozpoczynający” filtr będzie kolorem zielonym lub niebieskim.
Powyższy filtr posiada niestety swoje wady, główną nich jest sama budowa filtrów które, aby odfiltrować dany kolor muszą składać się z dwu filtrów znajdujących się jeden nad drugim. Zastosowanie takich podwójnych filtrów ogranicza ilość światła wpadającego bezpośrednio to fotodiody znajdującej się pod nimi.
Aby pozbyć się tego problemu opracowano wariację filtru Beyera która składa się wyłącznie z pojedynczych filtrów CMY, czyli Cyjan, Magenta i Yellow. Tego rodzaju matryca ma większą efektywność i lepiej radzi sobie w kiepskich warunkach oświetleniowych.
Istnieją również inne rodzaje matryc filtrów które stanowią pochodne podstawowego filtru Beyera i zostały opracowane z myślą o lepszej czułości a co za tym idzie lepszej rejestracji obrazu w środowiskach o ciemniejszym oświetleniu.
Powyższe matryce to odpowiednio RGBE – gdzie za rejestrację światła o podwyższonej czułość odpowiedzialny jest filtr koloru Emerald, oraz RGBW w której piksel odpowiedzialny za rejestrację natężenia światła w danej czwórce pikseli nie posiada żadnego filtra przez co rejestruje sto procent natężenia światła w danym obszarze matrycy.
Kolejna warta odnotowania matryca to Fujifilm EXR która poza zupełnie inaczej zaprojektowanym filtrem wydaje się być również pochylona o 45 stopni. w praktyce jednak piksele są nieco rozsunięte a w miejsce, które powstało pomiędzy nimi dodano dodatkowy piksel zwiększając nieco gęstość pikseli w całej matrycy.
W przypadkukażdej z powyższych matryc należy rozkodować informację o kolorze w taki sposób, aby z grupy pikseli które reprezentują natężenie światła dla różnych kolorów powstał kolorowy obraz. Proces, który odpowiada za obróbkę surowego obrazu z matrycy nazywa się demozaikowaniem i został opisany w tym artykule.
Istnieje jeszcze jeden rodzaj matryc, które nie opierają się na filtrze Beyera i mają całkowicie odmienną budowę w stosunku do opisanych wyżej – są to matryce Foveon firmy Sigma. Są one zbudowane w trzech matryc umieszczonych jedna nad drugą z których każda odpowiedzialna jest za przetwarzanie pojedynczego koloru niebieskiego, zielonego i czerwonego. aby przetworzyć obraz z takiej matrycy wystarczy z każdej kolumny trzech pikseli pobrać wartości natężenia światła i zapisać jako wartości kolorów RGB
Opisane powyżej rodzaje matryc a właściwie zastosowanych filtrów oczywiście nie są wszystkimi dostępnymi na rynku matrycami a stanowią jedynie warte odnotowania przykłady rozwiązań technicznych. Obecnie jesteśmy w stanie zaprojektować dowolną matrycę opartą o filtr Beyera która może dawać zupełnie inny obraz pod kątem reprodukcji kolorów, oraz lepszą lub gorszą jakość w przypadku zdjęć w kiepskich warunkach oświetleniowych.