Цифровой фотоаппарат и цифровая фотография
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
е цветов.
4. Камеры с одной и тремя ПЗС-матрицами
Компания JVC недавно выпустила новые модели недорогих камер GR-HD1 и JY-HD10 с одной ПЗС-матрицей. Автор статьи подробно рассматривает новые технологии, реализованные в этих камерах, и проводит детальный анализ качества получаемых изображений, сравнивая его с тем, что дают камеры с тремя ПЗС.
После появления новых портативных цифровых видеокамер компании JVC GR-HD1 и JY-HD10 вновь разгорелась дискуссия о том, какие технологические решения - на основе одной или трех ПЗС-матриц, лучше подходят для захвата и записи высококачественного изображения.
Видеокамерами на одной ПЗС-матрице сейчас снимают очень многие, и, с моей точки зрения, они дают изображение превосходного качества. Компании Foveon удалось разработать такую технологию, которая позволяет с помощью одной ПЗС-матрицы захватывать изображение, по качеству сопоставимое с тем, что обеспечивает кинокамера для 35-ти миллиметровой пленки. Для этого используется трехслойный светочувствительный датчик, который внедрен в силиконовую подложку: верхний слой записывает синий, средний - зеленый, а нижний - красный свет. Таким образом, в разработанной специалистами Foveon матрице на месте расположения каждого пикселя находится стек из трех светодетекторов.
В видеокамерах с одной ПЗС-матрицей применяется одна из трех схем фильтрации: Bayer Mosaic Filter, Complementary-Primary Mosaic Filter или Hybrid Complementary-Primary Mosaic Filter. Но во всех этих схемах для iитывания информации о яркости и цветонасыщенности используются ПЗС-матрицы с минимальными элементами кластера 2х2 (рис. 1).
цифровой фотоаппарат видеокамера объектив
Рис. 1.
Так как нас интересует модель JVC JY-HD10, для сравнения камер с одной и тремя ПЗС-матрицами я буду использовать ее характеристики. В этой модели для достижения максимального вертикального разрешения, присущего видеокамерам с прогрессивным сканированием (480p или 720p), применяются нейтральные зеленые, голубые и желтые светофильтры.
Рис. 2
В матрице фильтров предусмотрены два дополнительных цветофильтра (желтый или голубой) и один основной (зеленый) фильтр. Какое воздействие на белый цвет оказывает введение любых двух дополнительных цветов (Mg, Ye или Cy), показано на рис. 2, а то, как генерируются люма- (Ln) и хрома-составляющие (RGBn) элементами ПЗС-матрицы (En), - на рис. 3.
Рис. 3
Люма-составляющая определяется по следующей формуле: Y = 0,29R + 0,59G + 0,11B или Y = R + 2G + B, а нечетные люма-ряды расiитываются по уравнению Yнечет. = W + G. При этом белый, конечно, равен R + G + B. Таким образом, сочетание элементов белого и зеленого фильтров дает Yнечет. = R + 2G + B. Четные ряды люма-составляющих определяются как Yчетн. = Cy + Ye, где Cy = G + B, а Ye = R + G. Таким образом, при сочетании элементов голубого фильтра с элементами желтого фильтра Yчетн. = R + 2G + B.
На рис. 3 показано как из 16 (H?V) элементов генерируются 12 люма-составляющих (H-1?V). В соответствии с приведенной формулой чип JVC в режиме 720p способен сгенерировать 842,861 люма-составляющих из 659 рядов ПЗС-матрицы. (Максимальное количество линий, на которое цифровой процессор сигналов раскладывает изображение, равно 720).
Как работает ПЗС-матрица в новых видеокамерах JVC
В процессе хрома-генерации для верхнего ряда ПЗС-матрицы из каждой пары рядов ПЗС должна быть задержана одна видеолиния. В последствии эта линия может быть скомбинирована с текущей строкой. Красный цвет образуется следующим образом: R = W - (G + B), где (G + B) = Cy. Для достижения лучшей чувствительности и равномерного распределения цветовых составляющих по матрице используются все четыре фильтра: R = (W + Ye) - (G + Cy).
Голубой цвет образуется следующим образом: B = W - (R + G), где (R + G) = Ye. При использовании всех четырех фильтров B = (W + Cy) - (G + Ye). Зеленый цвет получается так: G = W - (B + R), где (B + R) = Mg. Фильтр Mg отсутствует, но можно одновременно применять B- и R-составляющие. А при использовании всех четырех фильтров для достижения лучшей чувствительности и равномерного распределения цветовых составляющих по матрице G = (G + Cy + Ye) - W.
Чтобы сравнить количество генерируемых люма- и хрома-составляющих камерами с одной и тремя ПЗС, посмотрим на данные, приведенные в табл. 1. Девять хромасоставляющих (H-1 ? V-1) генерируются из 16 (H ? V) элементов, а одна ПЗС в режиме 720p генерирует 841,582 RGB хрома-элементов. Обратите внимание на очень малое различие между видеокамерами с одной или тремя ПЗС-матрицами в режиме 720р.
Таблица 1. Количество люма- и хрома-составляющих, генерируемых камерами с одной и тремя ПЗС
ПЗС 1280х659Элементы ПЗСЛюма-составляющиеХрома-составляющиеКамеры с тремя ПЗС843,520843,520843,520Камеры с одной ПЗС843,520841,861841,582
Но, чтобы разобраться с характеристиками видеокамеры, следует не просто сравнивать количество элементов, генерируемых ПЗС-матрицей, а проанализировать пространственное расположение элементов, которые участвуют в создание изображения. В результате такого сравнения можно определить то количество генерируемых пикселей, которое определяет разрешение видеокамеры по горизонтали и по вертикали.
Давайте начнем с обычной ПЗС-матрицы для NTSC, которая захватывает 481 ряд информации в течение временного промежутка, определяемого установками обтюратора, выставленными на видеокамере. За 1/60 секунды ПЗС-матрица выводит данные, начиная с верхнего ряда и заканчивая нижним. Из верхних 480 рядов формируется один полукадр чересстрочной разверстки. Для захвата второго полукадра, дополняющего первый до полног