Mengapa sensor arus utama tidak menggunakan filter CYM, bukan RGB?

Dari apa yang saya pahami, kebanyakan kamera digital memiliki sensor di mana setiap pixel-sensor memiliki tiga sub-sensor, masing-masing dengan filter R, G dan B. RGB jelas merupakan model warna yang lebih mendasar karena secara langsung sesuai dengan reseptor (kerucut) di mata manusia.

Namun, filter RGB harus memotong dua pertiga cahaya putih untuk mendapatkan komponennya. Tentunya kamera akan mendapat manfaat dari waktu pemaparan yang lebih singkat jika filternya adalah CYM di mana setiap elemen hanya memotong sepertiga dari cahaya? Prosesor kamera masih dapat menyimpan gambar dalam format apa pun yang diinginkan konsumen karena titik data CYM dapat dikonversi dengan mudah menjadi format RGB.

Saya tahu ini kadang-kadang dilakukan dalam astrofotografi di mana tiga foto B&W terpisah diambil dengan filter CYM.

Apakah saya salah dan ini, sebenarnya, apa yang sudah dilakukan - atau apakah ada alasan yang bagus untuk sensor RGB?

Pertama, sedikit latar belakang untuk menjernihkan sedikit kesalahpahaman di pihak Anda.

Sebagian besar kamera digital berwarna memiliki filter Bayer yang menutupi setiap piksel dengan filter warna: Merah, Hijau, atau Biru. ¹ Data RAW tidak termasuk informasi warna apa pun, tetapi hanya nilai luminance untuk setiap piksel.

Namun, filter RGB harus memotong dua pertiga cahaya putih untuk mendapatkan komponennya.

Tidak juga. Ada banyak lampu hijau yang membuatnya melewati filter 'merah' dan 'biru'. Ada banyak cahaya 'merah' dan sedikit cahaya 'biru' yang membuatnya melewati filter 'hijau'. Ada beberapa cahaya 'biru' yang membuatnya melewati filter merah dan sebaliknya. Panjang gelombang yang terpusat pada filter 'Hijau' dan 'Merah' sangat dekat satu sama lain, dan 'Merah' biasanya berkisar antara 580nm dan 600nm, yang lebih banyak berada di wilayah 'kuning-oranye' daripada 'merah'. "Puncak" filter dalam array khas Bayer tidak selaras dengan panjang gelombang yang kami gambarkan sebagai "merah", "hijau", dan "biru."

Jadi dalam arti tertentu, kamera kami benar-benar YGV (Kuning-Hijau-Violet) sebanyak mereka RGB. Sistem reproduksi warna kami (monitor, printer, pengepres web, dll.) Adalah RGB, CMYK, atau kombinasi warna lainnya.

Ini meniru mata manusia, di mana kerucut 'merah' kami berpusat di sekitar 565nm, yang merupakan kuning kehijauan, berbeda dengan kerucut 'hijau' kami yang berpusat di sekitar 540nm, yang berwarna hijau dengan hanya sedikit warna kuning yang tercampur. Untuk lebih lanjut tentang bagaimana sistem penglihatan manusia dan kamera kita menciptakan "warna" dari bagian spektrum radiasi elektromagnetik yang kita sebut "cahaya", silakan lihat: Mengapa Merah, Hijau, dan Biru adalah warna utama cahaya?

Tidak ada batas yang sulit antara warna filter, seperti dengan filter yang digunakan pada instrumen ilmiah yang hanya memungkinkan gelombang panjang gelombang yang sangat sempit. Ini lebih seperti filter warna yang kami gunakan pada film B&W. Jika kita menggunakan filter merah dengan film B&W, semua objek hijau tidak menghilang atau terlihat benar-benar hitam, seperti yang akan terjadi pada cutoff keras. Sebaliknya, objek hijau akan terlihat warna abu-abu lebih gelap dari objek merah yang sama-sama cerah dalam adegan yang sebenarnya.

Seperti halnya mata manusia, hampir semua filter Bayer menyertakan piksel "Hijau" dua kali lebih banyak daripada piksel "Merah" atau "Biru". Dengan kata lain setiap piksel lainnya ditutup dengan "Hijau" dan separuh sisanya dibagi antara "Merah" dan "Biru". Jadi sensor 20MP akan memiliki sekitar 10M Hijau, 5M Merah, dan 5M piksel Biru. Ketika nilai luminance dari setiap piksel ditafsirkan oleh unit pemrosesan kamera, perbedaan antara piksel yang berdekatan yang ditutupi dengan warna yang berbeda digunakan untuk menginterpolasi nilai Merah, Hijau, dan Biru ( yang sebenarnya sesuai dengan suatu tempat di sekitar 480, 530, dan 640 nanometer ) untuk setiap piksel. Setiap warna juga diberi bobot kira-kira sensitivitas mata manusia, sehingga "Merah"

Proses mengubah nilai luminansi monokrom dari setiap piksel menjadi nilai RGB yang diinterpolasi untuk setiap piksel dikenal sebagai demosaicing. Karena sebagian besar pabrikan kamera menggunakan algoritma kepemilikan untuk melakukan ini, menggunakan konverter RAW pihak ketiga seperti Adobe Camera RAW atau DxO Optics akan menghasilkan hasil yang sedikit berbeda daripada menggunakan konverter RAW milik pabrikan itu sendiri. Ada beberapa jenis sensor, seperti Foveon, yang memiliki tiga lapisan peka warna yang ditumpuk satu sama lain. Tetapi pabrikan mengklaim sensor seperti itu dengan tiga lapisan 15MP yang saling ditumpuk adalah sensor 45MP. Pada kenyataannya pengaturan seperti itu menghasilkan jumlah detail yang sama dengan sensor bertopeng Bayer konvensional sekitar 30MP. Masalah dengan sensor tipe Foveon, setidaknya sejauh ini, adalah kinerja noise yang lebih buruk di lingkungan dengan pencahayaan rendah.

Jadi mengapa sebagian besar kamera digital tidak menggunakan filter CYM alih-alih filter RGB¹? Alasan utamanya adalah keakuratan warna seperti yang didefinisikan oleh persepsi manusia tentang panjang gelombang cahaya yang berbeda. Jauh lebih sulit untuk menginterpolasi nilai warna secara akurat menggunakan nilai-nilai dari piksel yang berdekatan saat menggunakan topeng CYM daripada ketika menggunakan masker "RGB". Jadi, Anda memberikan sedikit sensitivitas cahaya untuk mendapatkan akurasi warna. Bagaimanapun, sebagian besar fotografi komersial pada tingkat tertinggi dilakukan dengan pencahayaan yang terkontrol (seperti studio potret yang cukup mudah untuk menambah cahaya) atau dari tripod (yang memungkinkan waktu bukaan yang lebih lama untuk mengumpulkan lebih banyak cahaya). Dan tuntutan fotografer profesional adalah apa yang mendorong teknologi yang kemudian menemukan jalan turun ke produk kelas konsumen.

_{¹ Kecuali tiga filter warna untuk sebagian besar kamera "RGB" bertopeng Bayer benar-benar 'biru-dengan sentuhan ungu', 'Hijau dengan sentuhan kuning', dan di suatu tempat antara 'Kuning dengan sentuhan hijau' (yang meniru mata manusia paling) dan 'Kuning dengan banyak oranye' (yang tampaknya lebih mudah diterapkan untuk sensor CMOS).}

Sensor kuning magenta Cyan telah dibuat, bersama dengan cyan merah hijau dan beberapa variasi lainnya.

Masalah utama adalah bahwa bahkan dengan sensor RGB ada tumpang tindih yang signifikan antara respons spektral dari masing-masing pewarna, yaitu piksel "hijau" sensitif terhadap cahaya merah dan biru sampai batas tertentu. Ini berarti hasil memerlukan perhitungan yang rumit untuk mendapatkan warna yang akurat, respons relatif dari piksel merah dan biru yang berdekatan digunakan untuk menilai seberapa banyak respons hijau itu benar-benar hasil dari cahaya merah dan biru.

Dengan CMY masalahnya jauh lebih buruk. Anda pada dasarnya memperdagangkan efisiensi cahaya untuk akurasi warna. Ini mungkin baik untuk fotografi astronomi di mana Anda tidak selalu memiliki batas warna yang tajam, maka Anda dapat mengurangi kebisingan warna dengan kabur, tetapi itu tidak baik untuk fotografi lanskap atau mode.

Di antara chip RGB, pilihan filter yang tepat bervariasi menurut produsen. Canon misalnya menggunakan pewarna lemah dengan respons luas untuk mengejar kinerja cahaya rendah, tetapi pewarna spesifik yang digunakan juga disesuaikan dengan warna-warna tajam di bawah pencahayaan fluoresens, untuk kepentingan tentara fotografer olahraga dan berita yang menggunakan kamera Canon.

Sony di sisi lain dengan A900 mencoba masuk ke pasar mode profesional dengan memberikan akurasi warna yang sangat tinggi. Susunan filter warna yang digunakan pada punggung digital format sedang disetel untuk memberikan skintones yang menyenangkan (meskipun tidak harus akurat).

Alasan mengapa pembuat kamera memilih RGBG Bayer array kemungkinan lebih banyak berkaitan dengan paten, ketersediaan, dan biaya, dibandingkan dengan "akurasi" warna. Pada prinsipnya, setiap rangkaian tiga yang sesuai, "ortogonal" (bisa dikatakan), warna harus baik untuk reproduksi warna. Dengan sensor dan prosesor yang lebih canggih, seharusnya lebih mudah.

Saya ragu klaim akurasi warna RGB vs CMY karena konversi antara RGB dan CMYK dilakukan setiap saat untuk dicetak. Juga, sebelum penyeimbangan putih, warna-warna yang didemosolasikan dalam file mentah tidak mendekati warna yang diinginkan sebenarnya. Jika warnanya benar-benar "akurat", fotografer tidak perlu menghabiskan begitu banyak waktu untuk mengoreksi foto.

Berbagai eksperimen sensor Fujifilm (Super CCD, EXR CMOS, X-Trans) menunjukkan bahwa hanya karena semua orang melakukan sesuatu dengan cara tertentu, bukan berarti itu cara terbaik untuk melakukannya. Kodak juga bereksperimen dengan susunan warna yang berbeda , tetapi mereka tidak melakukan pekerjaan yang baik dalam memasarkan teknologi dan paten mereka.

Nikon Coolpix 5700, kamera 5mp dari sekitar tahun 2002, tampaknya termasuk di antara kamera terakhir yang menggunakan larik warna CYGM . Digital Photography Review mengatakan (penekanan ditambahkan) :

Kualitas gambar sangat baik, dengan pengukuran matriks yang hebat, keseimbangan warna dan warna yang baik (akurat dan jelas tanpa warna yang menonjol) plus resolusi di atas rata-rata. Pinggiran ungu turun tetapi tampilan keseluruhan gambar masih sangat 'Coolpix'. Tingkat kebisingannya bagus, terutama bila dibandingkan dengan kamera digital lima megapiksel lainnya (seperti yang ditunjukkan oleh perbandingan kami dengan Minolta DiMAGE 7i).

Beberapa detail kualitas gambar yang kami ambil; distorsi laras, kliping highlight, dan artefak Bayer bukanlah jenis masalah yang memengaruhi pengambilan gambar setiap hari dan tidak akan merusak kesenangan Anda secara keseluruhan dari kualitas gambar 5700.