پاسخ : کـاربـرد پـردازش تـصـویـر
سلام ...............
دوربین های دیجیتال چطور دنیای اطرافشون رو میبینن؟ این سوالیه که شاید خیلی بارها از خودمون پرسیدیم امــا فرصت نشده خیلی وارد جزئیاتش بشیم .. توی این پست یه مقدار راجع به این موضوع صحبت میکنیم و امیدوارم که بتونیم به نتیجه ی خوبی برسیم .. بر خلاف دوربین های آنالوگ که اساس کارشون ضبط نورهای وارد شده از لنز و ثبت مغناطیسی اونها (که به تشکیل تصاویر منجر میشه) بر روی نوارهای فیلم هست، دوربین های دیجیتال و همه ی Camcorder ها از CCD های حساس به نور تابیده شده به سطحشون استفاده میکنن ..
همونطور که از تجزیه ی طیف نور به المان های اصلی تشکیل دهنده اش ثابت شده؛ میتونیم از سه کانال رنگی قـرمـز، آبـی و سـبـز همه ی رنگ های موجود رو بسازیم یعنی فقط کافیه با تسهیم به نسبت میزان پاشندگی رنگی در سطوح مختلف، از سطح رنگی 0 تا 255 کانال مختلف رو با ترکیب سه کانال اصلی تولید و تصاویر مختلف رو با چنین فرمت هایی ایجاد کنیم .. خیلی خلاصه؛ CCD شبکه ای از سلول های حساس به نوره که بهشون Photosite هم میگن .. هر Photosite فقط و فقط میزان شدت نور رو اندازه گیری میکنه و هیچ ارتباطی به نوع یا تناسب رنگی پیدا نمیکنه .. به خاطر همین هم هست که ایده های مختلفی برای کار کردن دوربین ها و تبدیل این میزان شدت رنگ ها به طیف های رنگی مختلف که در سطح تصاویر واقعی حضور دارن و به تصاویر معنی میبخشن؛ وجود داره ..
دوربین های حرفه ای یا اون دسته از دوربین هایی که برای مصارف دقیق و منحصر به فرد نظیر فعالیت های تحقیقاتی، حفاظتی یا هنری ساخته شده و استفاده میشن؛ دارای سه CCD هستن که به صورت مستقل و تفکیک شده برای هر کانال رنگی مورد استفاده و اختصاص قرار میگیرن .. یعنی هر CCD موظفه که برای متبلور کردن یک دسته ی رنگی مورد استفاده قرار بگیره .. مثلا آبی و خانواده های پیرامون اون .. نحوه ی کار هم از این قراره که وقتی نور نوری که از سطح یک جسم بازتابیده شده، به لنز میرسه و از لنز وارد محیط دوربین میشه، یه وسیله ی منشور مانند؛ نور رو به سه ششاخه ی مجزا تفکیک میکنه و هر کانال رو به یه CCD میده .. بعد از انجام این فرآیند، دوربین تلاش میکنه تا این سه کانال مجزا رو با هم ترکیب کنه و یه تصویر نهایی با کیفیت رو ایجاد کنه .. برای مثال به تصویر زیر نگاه کنید .. پس از تفکیک نور به سه کانال و دیده شدن تصویر تسور CCD ها از اون کانال؛ تصویر نهایی حاصل ترکیب شدن این کانال ها با همدیگه و تولید تصویر نهایی میشه .. توی تصویر زیر یه حالت از تلفیق و ترکیب خیلی ابتدایی برای کانال های CCD ها در نظر گرفته شده که در سطر دوم اونهارو میتونید ببینید .. حاصل ترکیب نهایی هم تصویر دست راست میشه که تصویر ساخته شده ی دوربین هست ..
تفکیک مجزای CCD ها شاید در عمل روشی باشه که خیلی نتیجه ی خوبی در بر داره امــا واقععیت اینه که به دلیل بالا بودن هزینه ی استفاده از CCD ها؛ استفاده ی متعدد از اونها در یک دوربین ایده ایه که زیاد مورد استقبال تولید کنندگان و مصرف کنندگان دوربین های دیجیتال قرار نمیگیره و در نتیجه برای اغلب مصارف؛ دوربین ها تنها از یه CCD به عنوان ثبت کننده استفاده میکنن و به همین دلیل کمی از کار کرد بالا باید فاصله بگیریم و با این یک CCD خواسته هامون رو تامین کنیم .. یه متد خیلی ساده اینه که اینطور مساله رو طرح کنیم که ما قبلا سه تا CCD داشتیم و میتونستیم برای سه کانال رنگی ازشون استفاده کنیم .. حالا که یک CCD داریم چطور اطلاعات سه کانال رنگی رو از دید اون ببینیم؟ جواب این سوال اینه که اگه بتونیم نوری که از شئ بازتاب میشه و به اصطلاح از لنز وارد دوربین شده رو به سه کانال تفکیک کنیم و خروجی این کانال هارو مرحله به مرحله بدیم به CCD ، اون وقت CCD میتونه تصویر رو از دید هر کانال ببینیه و خروجی اون رو در یه حافظه مثلا Memory دوربین ذخیره کنه و بعد بره به سراغ کانال بعدی و این عمل ذخیره سازی رو در یه خونه ی دیگه برای اون کانال انجام بده و در نهایت خروجی هارو با هم ترکیب کنه و تصویر نهایی رو از ترکیب اونها بسازه ..
این ایده؛ ایده ایه که میتونه به ما کمک کنه تا بتونیم با یک CCD کاری که قبلا با سه CCD میکردیم رو به صورت مجزا و البته سریال انجام بدیم .. اگه یه نگاه از بالا به دو مساله بندازیم کاملا متوجه میشیم که توی حالت اول که ما سه تا CCD داشتیم؛ مساله ی ترکیت به صورت موازی حل میشد به این معنا که در هر لحظه ما خروجی هر کانال رو داشتیم و نیاز به بارگذاری در سلول های حافظه با هرکدوم از خروجی های کانال ها به صورت مجزا نبود و میتونستیم در لحظه؛ این خروجی هارو باهم ترکیب کنیم امــا در حالت دوم اتفاق به صورت سریال میوفته و ما ابتدا باید در هر زمان خروجی یک کانال رو ذخیره کنیم و بعد در نهایت این خروجی های هر مرحله که در حافظه ذخیره شدن رو باهم ترکیب کنیم .. برجسته ترین نکته ای که در این حالت وجود داره؛ اینه که حالت دوم؛ نسبت به حالت اول از هزینه ی زمانی بالاتری برخورداره و همچنین فضای حافظه ای که نیاز داره از حالت موازی بیشتره ..
امــا هنوز نگفتیم که چطور این ایده میتونه به مرحله ی اجرا گذاشته بشه .. به عبارت دیگه چه راهکاری کمک میکنه به دوربین تا با یک CCD کاری رو انجام بده که همین دوربین در مرحله ی قبل، با سه CCD انجام میداد .. راهکار اینه: ما یه CCD داریم امــا یه فیلتر داریم که به صورت چرخشی روبروی CCD قرار گرفته به این معنا که نور وارد شده از لنز به دوربین در هر لحظه از یکی از این فیلترها عبور میکنه و خروجی اون فیلتر هست که به CCD میرسه .. در این حالت در هر لحظه؛ CCD در معرض خروجی های هر کانال قرار میگیره و میتونه اونهارو توی سلول های حافظه ذخیره کنه و برای مرحله ی ترکیب از اونها استفاده کنه .. حالا اگه یه سیکل زمانی کامل از چرخش فیلتر ما که در واقع جلوی نور وارد شده از لنز و CCD قرار گرفته، رو پشت سر بذاریم میبینیم که تصویر ما از سه کانال R و G و B عبور کرده و و به CCD داده شده و CCD هم اطلاعات ثبت شده رو در حافظه ذخیره کرده .. یعنی سه تصویر از تصویر اصلی در تفکیک کانال های سه گانه ی اصلی ..
این سبک کار کردن دوربین محدودیت های خاصی رو ایجاد میکنه که از جمله ی مهمترین اونها میشه به این مورد اشاره کرد که موقع Shutter کردن؛ دوربین ما نباید حداقل به اندازه ای که یه سیکل طی میشه؛ حرکت داشته باشه و به طبع برای کارهایی که دوربین دائم درحال حرکت هست و در اون از سه پایه استفاده نمیشه (یعنی مکان دوربین ثابت نیست)؛ نمیتونیم توقع چندانی از این دوربین های تک CCD داشته باشیم .. توی تصویر زیر یک نمونه از فیلترهای چرخشی که توی دوربین های تک CCD استفاده میشه رو میتونید ببینید ..
با توجه به موارد بالا به نظر میرسه که باید توی دوربین های دیجیتال رایج از یه راه حل پیچیده تر امــا به صرفه تر استفاده بشه .. این دوربین ها همونطور که گفتیم یک CCD دارن و بعضی وت ها هم ممکنه توی تبلیغات اعلام کنن که اینا یه سی سی دی 680000 پیکسلی دارن .. پیکسل هارو بیشتر هم بنویسن امــا واقعیتی که وجود داره اینه که در اصل از حدود 410000 پیکسل بیشتر نیستن .. دلیلش هم اینه که تعداد Photosite ها منطبق بر اندازه ی پیکسل ها نیست و معمولا کمتره .. در واقع اون عددی که نوشته میشه تعداد Photosite هاست و تعداد پیکسل های CCD از این مقدار کمتره .. یه تفاوت در واحد اندازه گیریه بیشتر امــا توی نظر خریدار ممکنه تاثیر زیادی بذاره ..
درست مثل دوربین های حرفه ای؛ Photosite ها تنها قادرن میزان شدت روشنایی نور رو اندازه گیری کنن و به رنگ کاری ندارن .. به همین خاطر هم بود که ما توی دوربین های سه و تک CCD ای؛ یا از منشور و یا از فیلترهای چرخشی برای تفکیک کانال های رنگی و تاثیر اونها روی خروجی CCD استفاده میکردیم .. در نتیجه روی هر Photosite یه فیلتر قرمز؛ آبی یا سبز قرار داده میشه تا بتونیم نسبت به تولید رنگی نورها و تبدیل میزان شدت نور به فضاهای رنگی تصمیم گیری کنیم .. حالا سوالی که ایجا پیش میاد اینه که نوع فیلترهارو چطور باید انتخاب کنیم .. توی این مرحله ما از لایه های فیلتری استفاده میکنیم و تعریفی هم که از لایه های فیلتری داریم اینه که صفحات مربعی ای هستن که به تقسیم؛ پاشش رنگی (رنگ های سه گانه ی اصلی) روی خونه های اونها اعمال شده و در هر بلوک یه کانال از کانال های اصلی رو میتونیم ببینیم .. نکته ای که توی این لایه ها وجود داره و شاید هم خیلی جالب باشه اینه که خونه های سبز؛ نسبتشون دو برابر تعداد خونه های آبی و قرمزه و این شاید نشون بده که وزن رنگ سبز توی طیف های رنگی از دو رنگ دیگه بیشتره .. توی شکل زیر میتونید فیلترهای لایه ای رو ببینید .. بر حسب کاربرد از یکی از دو گونه ی زیر استفاده میشه ..
هر Photosite روی CCD ها منطبق میشه بر یکی از پیکسل های تصویر خروجی که در واقع تصویر ساخته شده ی ما هست .. امــا هنوز یه نکته خیلی مبهم باقی مونده و اون اینه که هر Photosite تنها و تنها به یک رنگ حساسه و ما میدونیم که هر پیکسل توی تصویر خروجی، ماهیت رنگی ای که داره تشکیل شده از سه رنگ اصلی قرمز؛ سبز و آبی .. برای تست این مورد یه راه خیلی غیر علمی وجود داره که من خودم هم تستش کردم .. دستتون رو کمی مرطوب کنید و روی یه گوشه ی مانیتور کامپیوتر بکشید .. حالا برید نزدیک مانیتور و با یه ذره بین به Photosite ها نگاه کنید .. دقیقا چیزی که دیده میشه یه سری نقاط تک رنگ هستن که کنار هم قرار گرفتن .. رنگ هاشون هم همون رنگ های سه گانه هست .. قرمز؛ آبی و سبز .. خب .. حالا سوال: این تناقض چطور باید بر طرف بشه؟ نکته ی اصلی ای که وجود داره اینه که هر پیکسل مقدار اولیه ی خودش رو از Photosite ها میگیره .. دقت کنید؛ مقدار اولیه .. به این مرحله میگن مرحله ی تصویر موزائیک شده .. اگه همین الان توی این مرحله تصویر رو به ما نشون بدن؛ یه تصویر خیلی بد کیفیت و ضعیف میبینیم که عناصر رنگی تشکیل دهنده اش؛ قرمز؛ سبز و آبی هستن .. یعنی مثل این میمونه که سه تا مداد شمعی به ما دادن و گفتن که باهاشون منظره ی روبرومون رو روی کاغذ تصویر کنیم .. نتیجه خب تقریبا معلومه که چقدر خوب نیست ..
مرحله بعدی ای که باید انجام بگیره رو بهش میگن De-mosaicing .. فرآیندی که توی این مرحله به اجرا گذاشته میشه؛ استفاده از یه سری الگوریتم های ریاضی برای تولید تصویر نهایی هست .. این الگوریتم ها الگوریتم های اختصاصی ای هستن و بسته به نوع CCD و کارخانه ی سازنده ای که اینارو تولید میکنن؛ میتونن تغییر کنن .. منطق الگوریتم هایی که شرکت ها در مرحله ی De-mosaicing استفاده میکنن اینه که به نحوی مقدار رنگی پیکسل رو با توجه به مقدار اولیه ای که توسط Photosite براش تعیین شده و هم چنین مقدار رنگی 8 پیکسل اطرافش برون یابی میکنن .. این محاسبات و اعمال اونها روی پیکسل ها تصویر رو به اونچیزی که ما میبینیم نزدیک میکنه و با عث میشه که تصویر از کیفیت و ارزش بالایی برخوردار بشه امــا در نهایت میزان رزولوشن رو به اندازه ی تقریبا یک سوم کاهش میده .. به خاطر همینه که اون بالا گفتیم کیفیت نهایی با کیفیت CCD فرق داره و اونچیزی که سازنده ها توی کاتالوگ ها مینویسن میتونه یه مقدار بایاس باشه .. توی تصویر زیر میتونید شماتیک مراحل رو ببینید ..
روش های متفاوت دیگه ای هم هست که در بعضی از دوربین ها استفاده میشه امــا سه روشی که در بالا روشون صحبت کردیم، روش هایی هستن که بسیار متداول و مورد استقبال هستن .. مثلا توی بعضی از دوربین های علمی که برای کارهای تحقیقاتی استفاده میشن؛ خود CCD جابجا میشه و مثلا 15 بار در طی یه Shuttering این اتفاق میوفته و یه سری 15 تایی از تصویر عکس گرفته میشه و اینها باهم ترکیب میشن و خروجی رو تولید میکنن .. توی بعضی از متدها به گونه ای مرحله ی De-mosaicing رو انجام میدن که از رزولوشن هزینه نشه .. یعنی چی؟ یعنی اینکه مثل مرحله ای که بالا گفتیم، میزانش رو یک سوم کم نکنه .. توی بعضی دیگه از دوربینها حرکت CCD افزایش طول مسیر پوشش CCD امکانی رو برای تصویر خروجی فراهم میکنه که بتونیم به تصویر بزرگتری فکر کنیم .. اینجا بر خلاف اون چیزی که در بالا اشکال گرفتیم و گفتیم ممکنه توی کاتالوگ ها بیشتر از اونچیزی که در واقعیت اتفاق میوفته، اعلام امکانات کنن؛ تغییر مکان CCD این امکان رو به تصویر خروجی میده که تا یک میلیون هم رزولوشن پیکسل های تصویر خروجی رو بالا ببره و برای همین هم هست که در کارهای پزشکی یا تحقیقاتی که نیاز به دقت تصویر برداری بسیار زیادی داریم؛ میتونیم به این تیپ دوربین ها فکر کنیم .. بنابراین ظاهرا دوربین ها از اون چیزی که میبینیم؛ حساب شده تر و دقیقتر هستن و برای اینکه بتونیم دو مدل رو باهم مقایسه کنیم باید به سبک کاری که داریم؛ نوع کیفیتی که انتظار داریم و هزینه ای که میخوایم برای خرید صرف کنیم؛ فکر کنیم و با کنار هم قرار دادن همه ی موارد که به برتری یا ضعف مدل ها در مقایسه ی باهم منجر میشه، پازل انتخاب مدل مورد نظرمون رو کامل کنیم .. در انتها هم یک دموی جالب از ترکیب فیلترهای رنگی R و G و B رو میتونن در ایـن آدرس مشاهده کنید .. موفق باشید ..
سلام ...............
دوربین های دیجیتال چطور دنیای اطرافشون رو میبینن؟ این سوالیه که شاید خیلی بارها از خودمون پرسیدیم امــا فرصت نشده خیلی وارد جزئیاتش بشیم .. توی این پست یه مقدار راجع به این موضوع صحبت میکنیم و امیدوارم که بتونیم به نتیجه ی خوبی برسیم .. بر خلاف دوربین های آنالوگ که اساس کارشون ضبط نورهای وارد شده از لنز و ثبت مغناطیسی اونها (که به تشکیل تصاویر منجر میشه) بر روی نوارهای فیلم هست، دوربین های دیجیتال و همه ی Camcorder ها از CCD های حساس به نور تابیده شده به سطحشون استفاده میکنن ..
همونطور که از تجزیه ی طیف نور به المان های اصلی تشکیل دهنده اش ثابت شده؛ میتونیم از سه کانال رنگی قـرمـز، آبـی و سـبـز همه ی رنگ های موجود رو بسازیم یعنی فقط کافیه با تسهیم به نسبت میزان پاشندگی رنگی در سطوح مختلف، از سطح رنگی 0 تا 255 کانال مختلف رو با ترکیب سه کانال اصلی تولید و تصاویر مختلف رو با چنین فرمت هایی ایجاد کنیم .. خیلی خلاصه؛ CCD شبکه ای از سلول های حساس به نوره که بهشون Photosite هم میگن .. هر Photosite فقط و فقط میزان شدت نور رو اندازه گیری میکنه و هیچ ارتباطی به نوع یا تناسب رنگی پیدا نمیکنه .. به خاطر همین هم هست که ایده های مختلفی برای کار کردن دوربین ها و تبدیل این میزان شدت رنگ ها به طیف های رنگی مختلف که در سطح تصاویر واقعی حضور دارن و به تصاویر معنی میبخشن؛ وجود داره ..
دوربین های حرفه ای یا اون دسته از دوربین هایی که برای مصارف دقیق و منحصر به فرد نظیر فعالیت های تحقیقاتی، حفاظتی یا هنری ساخته شده و استفاده میشن؛ دارای سه CCD هستن که به صورت مستقل و تفکیک شده برای هر کانال رنگی مورد استفاده و اختصاص قرار میگیرن .. یعنی هر CCD موظفه که برای متبلور کردن یک دسته ی رنگی مورد استفاده قرار بگیره .. مثلا آبی و خانواده های پیرامون اون .. نحوه ی کار هم از این قراره که وقتی نور نوری که از سطح یک جسم بازتابیده شده، به لنز میرسه و از لنز وارد محیط دوربین میشه، یه وسیله ی منشور مانند؛ نور رو به سه ششاخه ی مجزا تفکیک میکنه و هر کانال رو به یه CCD میده .. بعد از انجام این فرآیند، دوربین تلاش میکنه تا این سه کانال مجزا رو با هم ترکیب کنه و یه تصویر نهایی با کیفیت رو ایجاد کنه .. برای مثال به تصویر زیر نگاه کنید .. پس از تفکیک نور به سه کانال و دیده شدن تصویر تسور CCD ها از اون کانال؛ تصویر نهایی حاصل ترکیب شدن این کانال ها با همدیگه و تولید تصویر نهایی میشه .. توی تصویر زیر یه حالت از تلفیق و ترکیب خیلی ابتدایی برای کانال های CCD ها در نظر گرفته شده که در سطر دوم اونهارو میتونید ببینید .. حاصل ترکیب نهایی هم تصویر دست راست میشه که تصویر ساخته شده ی دوربین هست ..
تفکیک مجزای CCD ها شاید در عمل روشی باشه که خیلی نتیجه ی خوبی در بر داره امــا واقععیت اینه که به دلیل بالا بودن هزینه ی استفاده از CCD ها؛ استفاده ی متعدد از اونها در یک دوربین ایده ایه که زیاد مورد استقبال تولید کنندگان و مصرف کنندگان دوربین های دیجیتال قرار نمیگیره و در نتیجه برای اغلب مصارف؛ دوربین ها تنها از یه CCD به عنوان ثبت کننده استفاده میکنن و به همین دلیل کمی از کار کرد بالا باید فاصله بگیریم و با این یک CCD خواسته هامون رو تامین کنیم .. یه متد خیلی ساده اینه که اینطور مساله رو طرح کنیم که ما قبلا سه تا CCD داشتیم و میتونستیم برای سه کانال رنگی ازشون استفاده کنیم .. حالا که یک CCD داریم چطور اطلاعات سه کانال رنگی رو از دید اون ببینیم؟ جواب این سوال اینه که اگه بتونیم نوری که از شئ بازتاب میشه و به اصطلاح از لنز وارد دوربین شده رو به سه کانال تفکیک کنیم و خروجی این کانال هارو مرحله به مرحله بدیم به CCD ، اون وقت CCD میتونه تصویر رو از دید هر کانال ببینیه و خروجی اون رو در یه حافظه مثلا Memory دوربین ذخیره کنه و بعد بره به سراغ کانال بعدی و این عمل ذخیره سازی رو در یه خونه ی دیگه برای اون کانال انجام بده و در نهایت خروجی هارو با هم ترکیب کنه و تصویر نهایی رو از ترکیب اونها بسازه ..
این ایده؛ ایده ایه که میتونه به ما کمک کنه تا بتونیم با یک CCD کاری که قبلا با سه CCD میکردیم رو به صورت مجزا و البته سریال انجام بدیم .. اگه یه نگاه از بالا به دو مساله بندازیم کاملا متوجه میشیم که توی حالت اول که ما سه تا CCD داشتیم؛ مساله ی ترکیت به صورت موازی حل میشد به این معنا که در هر لحظه ما خروجی هر کانال رو داشتیم و نیاز به بارگذاری در سلول های حافظه با هرکدوم از خروجی های کانال ها به صورت مجزا نبود و میتونستیم در لحظه؛ این خروجی هارو باهم ترکیب کنیم امــا در حالت دوم اتفاق به صورت سریال میوفته و ما ابتدا باید در هر زمان خروجی یک کانال رو ذخیره کنیم و بعد در نهایت این خروجی های هر مرحله که در حافظه ذخیره شدن رو باهم ترکیب کنیم .. برجسته ترین نکته ای که در این حالت وجود داره؛ اینه که حالت دوم؛ نسبت به حالت اول از هزینه ی زمانی بالاتری برخورداره و همچنین فضای حافظه ای که نیاز داره از حالت موازی بیشتره ..
امــا هنوز نگفتیم که چطور این ایده میتونه به مرحله ی اجرا گذاشته بشه .. به عبارت دیگه چه راهکاری کمک میکنه به دوربین تا با یک CCD کاری رو انجام بده که همین دوربین در مرحله ی قبل، با سه CCD انجام میداد .. راهکار اینه: ما یه CCD داریم امــا یه فیلتر داریم که به صورت چرخشی روبروی CCD قرار گرفته به این معنا که نور وارد شده از لنز به دوربین در هر لحظه از یکی از این فیلترها عبور میکنه و خروجی اون فیلتر هست که به CCD میرسه .. در این حالت در هر لحظه؛ CCD در معرض خروجی های هر کانال قرار میگیره و میتونه اونهارو توی سلول های حافظه ذخیره کنه و برای مرحله ی ترکیب از اونها استفاده کنه .. حالا اگه یه سیکل زمانی کامل از چرخش فیلتر ما که در واقع جلوی نور وارد شده از لنز و CCD قرار گرفته، رو پشت سر بذاریم میبینیم که تصویر ما از سه کانال R و G و B عبور کرده و و به CCD داده شده و CCD هم اطلاعات ثبت شده رو در حافظه ذخیره کرده .. یعنی سه تصویر از تصویر اصلی در تفکیک کانال های سه گانه ی اصلی ..
این سبک کار کردن دوربین محدودیت های خاصی رو ایجاد میکنه که از جمله ی مهمترین اونها میشه به این مورد اشاره کرد که موقع Shutter کردن؛ دوربین ما نباید حداقل به اندازه ای که یه سیکل طی میشه؛ حرکت داشته باشه و به طبع برای کارهایی که دوربین دائم درحال حرکت هست و در اون از سه پایه استفاده نمیشه (یعنی مکان دوربین ثابت نیست)؛ نمیتونیم توقع چندانی از این دوربین های تک CCD داشته باشیم .. توی تصویر زیر یک نمونه از فیلترهای چرخشی که توی دوربین های تک CCD استفاده میشه رو میتونید ببینید ..
با توجه به موارد بالا به نظر میرسه که باید توی دوربین های دیجیتال رایج از یه راه حل پیچیده تر امــا به صرفه تر استفاده بشه .. این دوربین ها همونطور که گفتیم یک CCD دارن و بعضی وت ها هم ممکنه توی تبلیغات اعلام کنن که اینا یه سی سی دی 680000 پیکسلی دارن .. پیکسل هارو بیشتر هم بنویسن امــا واقعیتی که وجود داره اینه که در اصل از حدود 410000 پیکسل بیشتر نیستن .. دلیلش هم اینه که تعداد Photosite ها منطبق بر اندازه ی پیکسل ها نیست و معمولا کمتره .. در واقع اون عددی که نوشته میشه تعداد Photosite هاست و تعداد پیکسل های CCD از این مقدار کمتره .. یه تفاوت در واحد اندازه گیریه بیشتر امــا توی نظر خریدار ممکنه تاثیر زیادی بذاره ..
درست مثل دوربین های حرفه ای؛ Photosite ها تنها قادرن میزان شدت روشنایی نور رو اندازه گیری کنن و به رنگ کاری ندارن .. به همین خاطر هم بود که ما توی دوربین های سه و تک CCD ای؛ یا از منشور و یا از فیلترهای چرخشی برای تفکیک کانال های رنگی و تاثیر اونها روی خروجی CCD استفاده میکردیم .. در نتیجه روی هر Photosite یه فیلتر قرمز؛ آبی یا سبز قرار داده میشه تا بتونیم نسبت به تولید رنگی نورها و تبدیل میزان شدت نور به فضاهای رنگی تصمیم گیری کنیم .. حالا سوالی که ایجا پیش میاد اینه که نوع فیلترهارو چطور باید انتخاب کنیم .. توی این مرحله ما از لایه های فیلتری استفاده میکنیم و تعریفی هم که از لایه های فیلتری داریم اینه که صفحات مربعی ای هستن که به تقسیم؛ پاشش رنگی (رنگ های سه گانه ی اصلی) روی خونه های اونها اعمال شده و در هر بلوک یه کانال از کانال های اصلی رو میتونیم ببینیم .. نکته ای که توی این لایه ها وجود داره و شاید هم خیلی جالب باشه اینه که خونه های سبز؛ نسبتشون دو برابر تعداد خونه های آبی و قرمزه و این شاید نشون بده که وزن رنگ سبز توی طیف های رنگی از دو رنگ دیگه بیشتره .. توی شکل زیر میتونید فیلترهای لایه ای رو ببینید .. بر حسب کاربرد از یکی از دو گونه ی زیر استفاده میشه ..
هر Photosite روی CCD ها منطبق میشه بر یکی از پیکسل های تصویر خروجی که در واقع تصویر ساخته شده ی ما هست .. امــا هنوز یه نکته خیلی مبهم باقی مونده و اون اینه که هر Photosite تنها و تنها به یک رنگ حساسه و ما میدونیم که هر پیکسل توی تصویر خروجی، ماهیت رنگی ای که داره تشکیل شده از سه رنگ اصلی قرمز؛ سبز و آبی .. برای تست این مورد یه راه خیلی غیر علمی وجود داره که من خودم هم تستش کردم .. دستتون رو کمی مرطوب کنید و روی یه گوشه ی مانیتور کامپیوتر بکشید .. حالا برید نزدیک مانیتور و با یه ذره بین به Photosite ها نگاه کنید .. دقیقا چیزی که دیده میشه یه سری نقاط تک رنگ هستن که کنار هم قرار گرفتن .. رنگ هاشون هم همون رنگ های سه گانه هست .. قرمز؛ آبی و سبز .. خب .. حالا سوال: این تناقض چطور باید بر طرف بشه؟ نکته ی اصلی ای که وجود داره اینه که هر پیکسل مقدار اولیه ی خودش رو از Photosite ها میگیره .. دقت کنید؛ مقدار اولیه .. به این مرحله میگن مرحله ی تصویر موزائیک شده .. اگه همین الان توی این مرحله تصویر رو به ما نشون بدن؛ یه تصویر خیلی بد کیفیت و ضعیف میبینیم که عناصر رنگی تشکیل دهنده اش؛ قرمز؛ سبز و آبی هستن .. یعنی مثل این میمونه که سه تا مداد شمعی به ما دادن و گفتن که باهاشون منظره ی روبرومون رو روی کاغذ تصویر کنیم .. نتیجه خب تقریبا معلومه که چقدر خوب نیست ..
مرحله بعدی ای که باید انجام بگیره رو بهش میگن De-mosaicing .. فرآیندی که توی این مرحله به اجرا گذاشته میشه؛ استفاده از یه سری الگوریتم های ریاضی برای تولید تصویر نهایی هست .. این الگوریتم ها الگوریتم های اختصاصی ای هستن و بسته به نوع CCD و کارخانه ی سازنده ای که اینارو تولید میکنن؛ میتونن تغییر کنن .. منطق الگوریتم هایی که شرکت ها در مرحله ی De-mosaicing استفاده میکنن اینه که به نحوی مقدار رنگی پیکسل رو با توجه به مقدار اولیه ای که توسط Photosite براش تعیین شده و هم چنین مقدار رنگی 8 پیکسل اطرافش برون یابی میکنن .. این محاسبات و اعمال اونها روی پیکسل ها تصویر رو به اونچیزی که ما میبینیم نزدیک میکنه و با عث میشه که تصویر از کیفیت و ارزش بالایی برخوردار بشه امــا در نهایت میزان رزولوشن رو به اندازه ی تقریبا یک سوم کاهش میده .. به خاطر همینه که اون بالا گفتیم کیفیت نهایی با کیفیت CCD فرق داره و اونچیزی که سازنده ها توی کاتالوگ ها مینویسن میتونه یه مقدار بایاس باشه .. توی تصویر زیر میتونید شماتیک مراحل رو ببینید ..
روش های متفاوت دیگه ای هم هست که در بعضی از دوربین ها استفاده میشه امــا سه روشی که در بالا روشون صحبت کردیم، روش هایی هستن که بسیار متداول و مورد استقبال هستن .. مثلا توی بعضی از دوربین های علمی که برای کارهای تحقیقاتی استفاده میشن؛ خود CCD جابجا میشه و مثلا 15 بار در طی یه Shuttering این اتفاق میوفته و یه سری 15 تایی از تصویر عکس گرفته میشه و اینها باهم ترکیب میشن و خروجی رو تولید میکنن .. توی بعضی از متدها به گونه ای مرحله ی De-mosaicing رو انجام میدن که از رزولوشن هزینه نشه .. یعنی چی؟ یعنی اینکه مثل مرحله ای که بالا گفتیم، میزانش رو یک سوم کم نکنه .. توی بعضی دیگه از دوربینها حرکت CCD افزایش طول مسیر پوشش CCD امکانی رو برای تصویر خروجی فراهم میکنه که بتونیم به تصویر بزرگتری فکر کنیم .. اینجا بر خلاف اون چیزی که در بالا اشکال گرفتیم و گفتیم ممکنه توی کاتالوگ ها بیشتر از اونچیزی که در واقعیت اتفاق میوفته، اعلام امکانات کنن؛ تغییر مکان CCD این امکان رو به تصویر خروجی میده که تا یک میلیون هم رزولوشن پیکسل های تصویر خروجی رو بالا ببره و برای همین هم هست که در کارهای پزشکی یا تحقیقاتی که نیاز به دقت تصویر برداری بسیار زیادی داریم؛ میتونیم به این تیپ دوربین ها فکر کنیم .. بنابراین ظاهرا دوربین ها از اون چیزی که میبینیم؛ حساب شده تر و دقیقتر هستن و برای اینکه بتونیم دو مدل رو باهم مقایسه کنیم باید به سبک کاری که داریم؛ نوع کیفیتی که انتظار داریم و هزینه ای که میخوایم برای خرید صرف کنیم؛ فکر کنیم و با کنار هم قرار دادن همه ی موارد که به برتری یا ضعف مدل ها در مقایسه ی باهم منجر میشه، پازل انتخاب مدل مورد نظرمون رو کامل کنیم .. در انتها هم یک دموی جالب از ترکیب فیلترهای رنگی R و G و B رو میتونن در ایـن آدرس مشاهده کنید .. موفق باشید ..
دیدگاه