אזהרה: זיהינו כי ג'אווה סקריפט מנוטרל בדפדפן שלכם. על מנת להשתמש באתר בצורה נכונה עליכם להפעיל את ג'וואה סקריפט!
חזרה לקטגוריית צילום ותאורה

צילום דיגיטלי א: מסנן הבאייר

מאת: מערכת איי סי ספוט
18.01.2016
צפיות: 4041
הדפס מאמר דווח על שגיאה
אנו שמחים שהחלטתם לדווח לנו על טעות במאמר, אנו מנסים לשמור על התוכן באתר רלוונטי וברמה גבוה ככל הניתן אך גם אנחנו עושים טעויות! אנא השתדלו לפרט ככל הניתן את מהות הדיווח על מנת שנוכל לעדכן אותו במהרה. במידה והדיווח שלכם ימצע כנכון הוא יתוקן - אתם תעודכנו בהודעה פרטית באתר על התיקון ושמכם ותמונתכם יוספו בתחתית המאמר יחד עם תיאור קצר של התרומה שלכם למאמר.

הקדמה

מאמר זה הוא הראשון בסדרת מאמרים שיעסקו באופן פעולת המצלמה הדיגיטלית. בסדרת מאמרים זאת נדבר על התהליך אותו עובר האור בתוך המצלמה מרגע פגיעתו בעדשה ועד הקלטת התמונה לזכרון המצלמה. במאמר זה נדבר על מסננים, דרכם עובר האור לפני שהוא פוגע בחיישן המצלמה, בדגש על מסנן הבאייר שאחראי על קביעת הצבע של התמונה.

 

איך צילמה מצלמת הפילים

לפני עידן הצילום הדיגיטלי המציאות בקולנוע הייתה פילים. האור היה חודר אל המצלמה דרך העדשה ופוגע במישור המוקד עליו ממוקם הפילים (חומר רגיש לאור). התמונה הייתה מתקבעת על הפילים בתהליך כימי ו וואלה - יש לנו סרט.

 

שלבי הצילום הדיגיטלי

כשאנו מדברים על צילום דיגיטלי ההתרחשות מאחורי הקלעים מעט מורכבת יותר, הבה נעבור על השלבים שעובר האור מרגע כניסתו למצלמה ועד לשמירת התמונה בזיכרון המצלמה.

 

שלב א: האור עובר דרך מסננים.

מיד לאחר שהאור חודר דרך העדשה ולפני שהוא פוגע בחיישן הוא עובר דרך מספר מסננים שאחראים בין היתר לזהות את צבע התמונה.

 

שלב ב: האור פוגע בחיישן המצלמה שמתרגם את גלי האור לאותות חשמליים.

החיישן הוא הרכיב החשוב ביותר של המצלמה הדיגיטלית, והמחליף של הפילים:

 

1. הוא קולט את האור הופך את הפוטונים שפוגעים בו לאלקטרונים.

 

2. הוא קובע את הרזולוציה של התמונה.

 

3. הוא קובע את הטווח הדינאמי של התמונה.

 

שלב ג: האותות החשמליים מועברים לחלק בשם ממיר אנלוגי-דיגיטלי (ADC).

הADC הופך את האותות החשמליים (אנלוגיים) לדיגיטליים בדמות (1,0).

 

שלב ד: מעבד המצלמה מסדר את הנתונים לפי הגדרות המצלמה שהגדרנו מראש.

מעבד המצלמה אחראי לפרמטרים כגון: גודל ודחיסת קובץ, חדות תמונה, צבעוניות ועוד.

 

שלב ה: הנתונים הדיגיטליים נשלחים אל כרטיס הזיכרון.

לבסוף הנתונים נשמרים על כרטיס הזיכרון של המצלמה ומוכנים לשימוש.

 

 

מסנן אינפרא אדום (IR Filter)

המסנן הראשון שהאור יעבור דרכו, יהיה המסנן האינפרא אדום. המצלמה מסוגלת לקלוט טווח אורכי גל גדול יותר מהעין האנושית, בין היתר אור אינפרא אדום אשר מופץ ממקורות אור רבים (כולל השמש). במידה ואור זה לא יסונן הוא יעוות את הצבעים שנראה ויגרום להם להראות מוזרים. מסנן זה יוריד כל אור אינפרא אדום שעלול לפגוע בתמונה הסופית.

תמונה באינפרא אדום
בתמונה שתצולם ללא מסנן אינפרא אדום הצבעים יתעוותו מכיוון שאורך גל זה הוא אינו חלק מהספקטרום, טווח הצבעים הנראה לעין.

 

מסנן באייר (Bayer filter)

חיישן המצלמה הוא מעין משטח מרושת בפיקסלים רגישים לאור, על פעולותו נרחיב במאמר על חיישנים אבל לצורכי מאמר זה נגיד שאחת מתכונותיו היא: שהוא מסוגל למדוד את בהירות האור על ידי מדידת כמות הפוטונים שפוגעים בכל פיקסל, אבל הוא אינו יודע מה אורך הגל (צבע) של האור שפגע בפיקסל - הוא עיוור צבעים, הוא מציג פיקסלים בבהירות שנעה משחור לאפור ללבן, את הגוון שלהם. כאן נכנס לתמונה מסנן הבאייר שממוקם למעשה לפני החיישן.

באייר פילטר
מסנן הבאייר ממוקם בין המיקרו עדשה לחיישן.
מטריצת פיקסלים
החיישן עצמו הוא עיוור צבעים אבל הוא מזהה את בהירות הצבע לפי כמות הפוטונים שפוגעים בכל פיקסל.

 

מסנן הבאייר מורכב מאותה כמות פיקסלים ככמות הפיקסלים על החיישן בהתאמה, כך שכל פיקסל על המסנן מתלבש על כל פיקסל של החיישן. הפיקסלים של הבאייר פילטר צבועים בשלושת צבעי היסוד - אדום\ירוק\כחול. (כמובן שעל חיישן ועל המסנן האמיתי יהיו אלפי ואף מיליוני פיקסלים, כמות הפיקסלים בציור הינה להמחשה בלבד).

 

באייר פילטר
באייר פילטר.

 

הפיקסלים על הבאייר פילטר מסודרים תמיד בסדר קבוע, ניתן להסתכל על כך בכמה דרכים בל מקרה התוצא תיהיה אותה תוצאה.

 

 

דרך ראשונה

קבוצה של כל ארבעה פיקסלים תיהיה תמיד מורכבת משמאל לימין כך: פיקסל אדום, פיקסל ירוק, פיקסל כחול, פיקסל ירוק. כאשר נסדר את קבוצות הפיקסלים אחת ליד השניה תיווצר צורת הבאייר פילטר.

 

קבוצות באייר פילטר
שימו לב שמבנה הבאייר כל הזמן חוזר על עצמו - על כל ארבעה פיקסלים יש תמיד אחד אדום, אחד כחול ושני ירוקים.

 

דרך שניה

שורות אי זוגיות יהיו מורכבות תמיד מפיקסלים אדומים (וירוקים). ושורות זוגיות מפיקסלים כחולים (וירוקים). התוצאה הסופית תראה בדיוק אותו דבר.

 

באייר אדום
שורות אי זוגיות - אדומות.
באייר כחול
שורות זוגיות - כחולות.
באייר ירוק
המרווחים החסרים מושלימים בירוק.

 

כפי שבטח שמתם לב על כל פיקסל כחול ואדום יש שני פיקסלים ירוקים, הסיבה לכך היא שהעין האנושית רגישה יותר לירוק מאשר לאדום וכחול.

 

 

כיצד עובד מסנן הבאייר?

אור שנושא עליו תמונה, פוגע בכל מרחב הבאייר פילטר, משמע שכל קבוצת פוטונים של אור עוברת דרך פיקסל בעל צבע מסוים על המסנן, לפני שהיא פוגעת בחיישן. הבאייר פילטר הוא מסנן, כפי שכבר אמרנו, וזה בדיוק מה שהוא עושה - מסנן צבעים. אם אור כחול או ירוק יפגעו בפיקסל אדום הם לא יעברו ושום מידע של צבע לא יקלט באותו פיקסל, רק אור שתואם לאותו הפיקסל ייעבור.

 

הבה נציג מספר דוגמאות על מנת להמחיש את הנושא:

דוגמא לבאייר כחול
אור כחול שיפגע בפיקסל אדום של באייר לא יעבור לחיישן.
דוגמא לבאייר ירוק
אור ירוק שיפגע בפיקסל אדום של באייר לא יעבור לחיישן.
דוגמא לבאייר אדום
אור אדום שיםגע בפיקסל אדום של באייר כן יעבור לחיישן.
דוגמא לבאייר מלא
כפי שניתן לראות הפיקסלים היחידים בחיישן שקיבלו את המידע של הצבע הם הפיקסלים של הבאייר בהם פגע אור עם צבע תואם.

 

 

כיצד נוצרים הצבעים האמיתיים של התמונה?

לאחר סינון הצבעים שעושה הבאייר פילטר הפיקסלים של החיישן עדיין שומרים צבעי יסוד ולא את הצבעים המקוריים של התמונה. השכלול של הצבעים המקוריים נעשה על ידי מעבד המצלמה בשלב מאוחר יותר, והוא משתמש לצורך כך באלגוריתם מתמטי, נציג מספר דומאות לתהליך זה במאמר שיעסוק במעבד.

 

 

לסיכום

מסנן הבאייר הוא חלק חשוב מאוד במצלמה הדיגיטלית והוא זה שקובע את מבנה צבעי היסוד של כל פריים ופריים בסרט. חשוב לציין שהבאייר פילטר אינו המסנן היחיד שאחראי על קביעת הצבע של הפיקסלים, ישנם עוד כמה סוגים של מסננים שעובדים על עקרון דומה לשלו, כמו גם כמה חיישנים בעלי מסנן צבעים מובנה, כך או כך, מסנן הבאייר הוא הנפוץ ביותר במצלמות הדיגיטליות. במאמר הבא בסדרת הצילום הדיגיטלי נמשיך לדבר על חיישן המצלמה.

אנחנו מצטערים אך האתר אינו מתואם לרזולוציה כה נמוכה, אנא הכנסו ממכשיר עם מסך גדול יותר, עמכם הסליחה!
icinemaspot logo
אי סי ספוט 2015-2021 ©