Розрахунок кольору в ПЗС-матрицах. Спотворення кольору

Основні кольори аддитивного синтезу — кольори випромінювань. У трибарвному (RGB) аддитивному синтезі використовуються синій (blue — В), зелений (green — G) і червоний (red — R) кольори.

ПРИМІТКА
Основні кольори — кольори оптичних випромінювань або фарбників, використовувані для створення кольорових зображень. Розрізняють основні кольори аддитивного і субтрактівного синтезу, тобто із складанням і відніманням кольорів.

Такі основні кольори є лінійно незалежними, оскільки жоден з них не може бути отриманий оптичним змішенням випромінювань два інших. Оптичним змішенням синтезують безліч кольорів, що розрізняються по колірному тону, насиченості і светлоте.

У субтрактівном синтезі використовуються кольори фарбників. Як основні фігурує жовтий (yellow — Y), пурпурний (magenta — М-код) і блакитний (cyan — З). Основний колір субтрак-тівного синтезу називається додатковим до основного кольору аддитивного синтезу, якщо фарбником першого практично повністю поглинається випромінювання другого. Наприклад, жовтий колір є додатковим до синього, пурпурний — до зеленого, блакитний — до червоного.

Аддитивний синтез є «рідним» для комп'ютерних пристроїв, в першу чергу, для монітора. У нім зображення створюється трьома променями (RGB). А ось принтери користуються субтрактівним синтезом, причому на додаток до CMY-цветам використовується також чорний, такий, що позначається літерою До — blасk. Додавання чорного кольору викликане тим, що надлишок основних фарбників, що викликається необхідністю передати темні тони, може привести до розбухання паперу.

Слід пам'ятати, що діапазон кольорів, що відображуються за допомогою колірної моделі CMY, менше, ніж безліч кольорів, що генеруються RGB-синтезом. Проте для формування світлофільтрів в ходу обидві моделі.

Нагадаю, як формується зображення з використанням так званої Байеровськой схеми розміщення елементів. Оскільки ПЗС-элементы здатні реєструвати яскравість, але не колір, перед кожним з них встановлюється світлофільтр, що обмежує діапазон колірних відтінків. Байеровськая схема використовує чергування R-G-B-G (червоно-зелений-синьо-зелений).

Рис. 3.10. Расположение светофильтров в Байеровской схеме

Додаткові «зелені» елементи служать для обчислення яскравості і контрастності зображення, це пояснюється сприйнятливістю людського зору саме до цього кольору.

В результаті виходить три «мозаїки» — по одной для кожного з колірних каналів. Склавши їх разом, отримуємо четвертую «мозаїку».

Для ліквідації «ефекту мозаїки» використовується алгоритм, основна суть якого зводиться до наступного. Наприклад, там, де встановлений піксел із зеленим світлофільтром, ми точно знаємо лише про яскравість зеленого кольору.

Але в сусідніх восьми крапках відомі значення як зеленого, так і синього і червоного кольорів, тому можливо визначити їх середнє значення і для нашого піксела. Склавши їх разом, набуваємо значення вихідного кольору в даній крапці.
Регулярная структура размещения элементов в некоторых случаях приводит к появлению муара. Возможность появления данного искажения зависит от сложности алгоритма, ответственного за расчет цвета. Если при расчете каждой точки учитываются не только соседние пикселы, но и элементы, расположенные на расстоянии 10 и более точек, вероятность возникновения муара очень мала. В идеале для расчета каждой точки желательно использовать информацию обо всех элементах матрицы данного цвета. Разумеется, что для таких интенсивных расчетов требуются высокопроизводительные микропроцессоры и большие объемы ОЗУ.

Слід зазначити також, що деякі виробники фотоапаратів використовують схеми CMY (блакитно-пурпурно-жовтий) і CMYG (блакитно-пурпурно-жовто-зелений).

Рис. 3.13. Расположение светофильтров в субтрактивной Байеровской схеме

Надлишок зеленого, як і у випадку з схемою RGBG, викликаний необхідністю точного розрахунку контрастності. Щоб зрозуміти причини появи цих альтернативних схем, необхідно пригадати, яким чином створюються світлофільтри над пікселами. Тонкі плівки, що наносяться на елементи матриці, утворюються CMY-красителями. Наприклад, червоний — комбінація пурпурного і жовтого фарбників, синій — пурпурного і блакитного, зеленого — жовтого і блакитного. Використовуючи лише одін шар фарбника замість двох, можна поліпшити світлопроникність світлофільтру і підвищити чутливість матриці. Основна перешкода на дорозі поширення схем CMY і CMYG -некоторая складність розрахунку кольору. Досить пригадати діапазон кольорів, що генеруються аддитивним і субтрактівним синтезами, — за допомогою моделі RGB відтінків генерується більше, тобто виробники свідомо зменшують діапазон відтворних кольорів.