ทำไมพิกเซลที่มีประสิทธิภาพมากกว่าความละเอียดจริง

หน้านี้เปรียบเทียบกล้องและการกล่าวถึงของ Canon EOS 550D และ Canon EOS 500D

พิกเซลที่ใช้งานจริง 18.7 ล้านพิกเซล

สำหรับ 550D อย่างไรก็ตามความละเอียดที่ดีที่สุดที่เป็นไปได้ในการใช้กล้องนี้คือ

5184 * 3456 = 17915904 ~ 17.9 million pixels

พิกเซลที่มีประสิทธิภาพคืออะไรและทำไมจำนวนนี้มากกว่า 17.9 ล้านในกรณีนี้

ส่วนหนึ่งของสิ่งที่เราเห็นที่นี่คือ (ฉันค่อนข้างแน่ใจ) ไม่มีอะไรมากไปกว่าการพิมพ์ผิดง่าย ๆ (หรือบางอย่างตามลำดับนั้น) ในส่วนของ DPReview.com จากข้อมูลของ Canon [PDF, หน้า 225] จำนวนหลุมในเซ็นเซอร์คือ "ประมาณ 18.00 ล้านพิกเซล"

สิ่งเหล่านี้จะลดลงเหลือประมาณ 17.9 ล้านพิกเซลเมื่ออินพุตรูปแบบไบเออร์กลายเป็นสิ่งที่พวกเราส่วนใหญ่คิดว่าเป็นพิกเซล ความแตกต่างนั้นค่อนข้างง่าย: แต่ละตัวบนเซ็นเซอร์จะรับแสงได้เพียงสีเดียวแต่พิกเซลตามที่คุณคาดหวังไว้ในเอาต์พุต (เช่นไฟล์ JPEG หรือ TIFF) มีสามสีสำหรับแต่ละพิกเซล เมื่อดูอย่างรวดเร็วครั้งแรกอาจดูเหมือนว่าไฟล์นั้นจะมีพิกเซลเพียงประมาณหนึ่งในสามของจำนวนพิกเซลที่มีเซ็นเซอร์หลุมในอินพุต เห็นได้ชัดว่าไม่ใช่กรณี ต่อไปนี้เป็นมุมมองที่เรียบง่ายว่าสิ่งต่าง ๆ ทำงานอย่างไร:

ตัวอักษรแต่ละตัวแสดงให้เห็นถึงหนึ่งในเซ็นเซอร์ แต่ละช่องแสดงถึงหนึ่งพิกเซลสามสีในขณะที่มันจะไปในไฟล์ที่ส่งออก

ในส่วน "การตกแต่งภายใน" ของเซ็นเซอร์แต่ละพิกเซลเอาต์พุตขึ้นอยู่กับอินพุตจากบ่อเซ็นเซอร์สี่หลุมแต่แต่ละหลุมจะใช้เซ็นเซอร์เป็นอินพุตถึงสี่พิกเซลเอาต์พุตที่แตกต่างกันดังนั้นจำนวนอินพุตและจำนวนเอาต์พุตจึงยังคงเหมือนเดิม

อย่างไรก็ตามเรามีหลุมเซ็นเซอร์ที่มีส่วนร่วมเพียงสองพิกเซลแทนที่จะเป็นสี่รอบ ที่มุมเซ็นเซอร์แต่ละอย่างดีเท่านั้นก่อให้เกิดพิกเซลผลผลิตหนึ่ง

นั่นหมายถึงจำนวนพิกเซลที่ส่งออกทั้งหมดมีขนาดเล็กกว่าจำนวนหลุมเซ็นเซอร์ ผลลัพธ์จะมีขนาดเล็กลงหนึ่งแถวและหนึ่งคอลัมน์เมื่อเปรียบเทียบกับอินพุต (เช่นในตัวอย่างเรามีเซ็นเซอร์ 8x3 แต่พิกเซลเอาต์พุต 7x2)

ฉันไม่ทราบว่าเหตุใด DPReview จึงใช้คำว่า "ประสิทธิภาพ" แต่มีเหตุผลสองประการที่ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนระหว่างจำนวน photosites (พิกเซล) บนชิปและขนาดเป็นพิกเซลของภาพที่ได้

เซ็นเซอร์กล้องบางตัวมีแถบพิกเซลที่ถูกปิดบังไว้แต่ละข้าง พิกเซลเหล่านี้เหมือนกันกับจำนวนมากของพิกเซลบนเซ็นเซอร์ยกเว้นว่าพวกเขาจะไม่ได้รับแสง พวกเขาจะใช้ในการตรวจจับสัญญาณรบกวนและลบออกจากสัญญาณที่ผลิตโดยพิกเซลที่ไวต่อแสง

ขั้นตอนที่สอง [ดี] ขั้นตอนการทำลายล้างใช้จำนวนมาก "การดำเนินงานพื้นที่ใกล้เคียง" ซึ่งหมายความว่าค่าของพิกเซลขึ้นอยู่กับมูลค่าของพิกเซลที่อยู่ใกล้เคียง พิกเซลที่ขอบสุดขีดของภาพไม่มีเพื่อนบ้านดังนั้นจึงนำไปสู่พิกเซลอื่น แต่ไม่ได้เพิ่มขนาดภาพ

อาจเป็นไปได้ว่ากล้องตัดเซ็นเซอร์ด้วยเหตุผลอื่น ๆ (เช่นวงกลมภาพเลนส์ไม่ครอบคลุมเซ็นเซอร์) แม้ว่าฉันจะสงสัยว่านี่เป็นกรณีที่ 550D

มีสองสาเหตุที่พิกเซลที่มีประสิทธิภาพนั้นน้อยกว่าจำนวนพิกเซลเซ็นเซอร์ที่แท้จริง (องค์ประกอบการตรวจจับหรือการรับรู้) ประการแรกเซ็นเซอร์ของไบเออร์ประกอบด้วย "พิกเซล" ซึ่งสัมผัสได้ถึงแสงสีเดียว โดยปกติแล้วจะมีประสาทสัมผัสสีแดงสีเขียวและสีน้ำเงินจัดเป็นคู่ในรูปแบบของ:

RGRGRGRG
GBGBGBGB

"พิกเซล" เดียวที่เราคุ้นเคยเป็นส่วนใหญ่พิกเซลสไตล์ RGB ของหน้าจอคอมพิวเตอร์นั้นสร้างขึ้นจากเซ็นเซอร์ไบเออร์โดยรวมประสาทสัมผัสทั้งสี่เข้าด้วยกันซึ่งเป็นสี่กลุ่ม RGBG:

          R G 
(sensor)       -->  RGB (computer)
          G B

เนื่องจากตาราง 2x2 ของเซ็นเซอร์ตรวจจับสี่ RGBG ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างพิกเซลคอมพิวเตอร์ RGB เดียวจึงมีพิกเซลไม่เพียงพอเสมอไปตามขอบของเซ็นเซอร์เพื่อสร้างพิกเซลแบบเต็ม โดยปกติจะมีเส้นขอบ "พิเศษ" ของพิกเซลบนเซ็นเซอร์ไบเออร์เพื่อรองรับสิ่งนี้ อาจมีเส้นขอบของพิกเซลเพิ่มเติมเพียงเพื่อชดเชยการออกแบบเซ็นเซอร์ทำหน้าที่เป็นพิกเซลการปรับเทียบและรองรับส่วนประกอบเซ็นเซอร์พิเศษซึ่งโดยปกติจะมีตัวกรอง IR และ UV ตัวกรองการลบรอยหยักเป็นต้นซึ่งอาจขัดขวาง แสงเต็มจำนวนจากการเข้าถึงส่วนนอกของเซ็นเซอร์

ในที่สุดเซ็นเซอร์ไบเออร์จะต้อง "demosaiced" เพื่อสร้างภาพ RGB ปกติของพิกเซลคอมพิวเตอร์ มีหลายวิธีที่แตกต่างกันในการ demosaic เซ็นเซอร์ไบเออร์ แต่อัลกอริธึมส่วนใหญ่พยายามที่จะเพิ่มจำนวนพิกเซล RGB ที่สามารถแยกได้โดยการผสมพิกเซล RGB จากทุกชุดที่เป็นไปได้ของ 2x2 RGBG ที่ทับซ้อนกัน:

สำหรับเซ็นเซอร์ที่มีความรู้สึกสีเดียวทั้งหมด 36 ตัวสามารถแยกพิกเซล RGB ขนาดใหญ่ได้ทั้งหมด 24 พิกเซล สังเกตลักษณะที่ทับซ้อนกันของอัลกอริธึม demosaicing โดยดู GIF แบบเคลื่อนไหวด้านบน และโปรดสังเกตว่าในระหว่างรอบที่สามและสี่ผ่านไม่ได้ใช้แถวบนและแถวล่าง สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าพิกเซลของเส้นขอบของเซ็นเซอร์อาจไม่ถูกนำไปใช้เมื่อทำการแยกอาร์เรย์ Sensel ของไบเออร์

สำหรับหน้า DPReview ฉันเชื่อว่าพวกเขาอาจมีข้อมูลที่ไม่ถูกต้อง ฉันเชื่อว่าจำนวนทั้งหมดของเซ็นเซอร์ (พิกเซล) ในเซ็นเซอร์ Canon 550D Bayer คือ 18.0mp ในขณะที่พิกเซลที่มีประสิทธิภาพหรือจำนวนพิกเซลคอมพิวเตอร์ RGB ที่สามารถสร้างจากฐาน 18mp นั้นคือ 5184x3456 หรือ 17,915,904 (17.9mp) ความแตกต่างนั้นจะลดลงไปถึงพิกเซลของเส้นขอบเหล่านั้นซึ่งไม่สามารถประกอบเป็นสี่ส่วนได้อย่างสมบูรณ์และอาจเป็นบางส่วนของพิกเซลเส้นขอบเพิ่มเติมเพื่อชดเชยการออกแบบตัวกรองและฮาร์ดแวร์การติดตั้งที่อยู่ด้านหน้าเซ็นเซอร์

ขออภัยที่จะผิดหวัง แต่ไม่มีคำอธิบายใดที่เป็นจริง ในเซ็นเซอร์ทุกตัวจะมีพื้นที่นอกพื้นที่ถ่ายภาพที่มีรูปถ่าย บางส่วนถูกปิดใช้งานบางส่วนถูกเปิดใช้อย่างสมบูรณ์และบางส่วนถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการตรวจสอบอื่น ๆ สิ่งเหล่านี้ถูกใช้เพื่อตั้งค่าระดับแอมป์และสมดุลสีขาวเป็น "ชุดควบคุม" กับการถ่ายภาพที่เกิดขึ้นจริง

หากคุณใช้ข้อมูลเซ็นเซอร์ RAW จากกล้อง Powershot ที่ใช้งานร่วมกันได้ของ CHDK ใด ๆ และใช้ dcraw ในการแปลงคุณสามารถรับภาพเซ็นเซอร์แบบเต็มซึ่งรวมถึงพื้นที่สีดำ 100% และพื้นที่สีขาว 100%

สิ่งที่น่าสนใจคือความละเอียดของขนาดภาพ RAW ในกล้องนั้นใหญ่กว่าผล JPG ในกล้องเสมอ เหตุผลวิธีการแก้ไขที่ง่ายกว่าและเร็วกว่านั้นใช้ในกล้องจาก RAW ถึง JPG จำเป็นต้องมี photosites RGB โดยรอบเพื่อกำหนดสีสุดท้ายของแต่ละพิกเซล ภาพถ่ายขอบและมุมไม่มีการอ้างอิงสีโดยรอบเหล่านี้ในทุกด้าน การดำเนินการในภายหลังบนคอมพิวเตอร์ที่มีซอฟต์แวร์การแก้ไข RAW ที่ดีกว่าจะช่วยให้คุณสามารถเรียกคืนความละเอียดของขนาดภาพได้มากกว่าสิ่งที่สามารถรับได้จาก JPG ในกล้อง

ps ผู้วิจารณ์ DPReview และผู้เขียนบทความไม่ควรถูกนำไปเผยแพร่ในฐานะพระกิตติคุณ ฉันพบช่องโหว่จำนวนมากในการทดสอบและตัวอย่างที่เห็นได้ชัดซึ่งผู้ทดสอบไม่รู้แม้แต่วิธีการใช้กล้องว่าฉันได้ลดคำแนะนำของพวกเขาเมื่อหลายปีก่อน