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Aliasing e Risoluzione CCD e CMOS

 
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StefanoGa
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Iscritto: 21 Apr 2006
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MessaggioInviato: Lun 05 Mar, 2007 12:17 pm    Oggetto: Aliasing e Risoluzione CCD e CMOS Rispondi con citazione

Argomento di interesse (selezionato)

Ciao a tutti,
sto leggendo un libro che parla di fotografia digitale, e ieri ho trattato il tema dell'effetto "aliasing" introdotto dalla maschera di bayer sui sensori CCD e CMOS.
Per chi non lo sapesse è la tecnica che permette di acquisire fotografie a colori da un CCD o CMOS, che di suo potrebbe produrre solo foto monocromatiche.
In pratica sopra il sensore viene posta una maschera di filtri RGB raggruppati a 4 in 4 con 1 filtro Rosso, 1 filtro Blu e 2 filtri verdi.
Quando la luce passa attraverso la maschera, viene filtrata, e sul CCD o CMOS vengono fatte passare solo le lunghezze d'onda del colore filtrato.
A questo punto ogni fotoricettore avrà memorizzato un tono di uno dei tre colori di base.
E compito di un algoritmo di interpolazione andare a "mediare" il colore del pixel in questione con quello degli 8 pixel che lo circondano per ottenere il colore corretto.
Negli stacchi di colore molto evidenti, tipo petalo di fiore bianco su sfondo di foglia verde, si produce l'effetto aliasing.

La mia osservazione/domanda è questa.
Se la risoluzione in un sensore è molto alta, e perciò a parità di dimensioni di sensore si hanno pixel più piccoli, l'effetto aliasing dovrebbe essere sempre meno evidente, quindi l'iseguimento da parte delle case produttrici di CCD o CMOS sempre della più alta risoluzione potrebbe essere anche un modo per diminuire questo "problema" che forse è il limite più evidente di questa tecnologia, e non solo un fattore puramente commerciale come si suol dire comunemente ?

Se ho detto stupidate chiedo scusa e prego di correggermi.
Ciao Stefano
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ocio
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Iscritto: 14 Ott 2004
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MessaggioInviato: Lun 05 Mar, 2007 1:47 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

Interessante 'osservazione' Smile
Hai qualche esempio di 'aliasing'? Giusto per incuriosire Wink
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elfranZ
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Iscritto: 02 Mar 2007
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MessaggioInviato: Lun 05 Mar, 2007 2:00 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

mai sentito parlare di filtraggio digitale?
mi spiego... il tuo discorso non fa una piega, ma sulla considerazione finale, beh, è facile contraddirti.
Dato un set di dati provenienti dal sensore, qualsiasi sia la sua risoluzione, i dati prima di venire trattati, vengono filtrati.
questo processo include ovviamente anche un filtraggio antialiasing, tramite l'opportuno algoritmo... è uno dei primi filtraggi che deve essere fatto su qualsiasi dato digitale, prima di usarlo.
esempio, dati audio: il primo filtro di una scheda audio di un pc in entrata dopo il convertitore A/D è proprio un antialiasing.

quindi, se da un lato è un inconveniente cui si può rimediare in hardware, lo si fa solo (a mio avviso) se la qualità del sensore te lo permette, pena un aumento del rumore acquisito, a parità di dimensioni del sensore.

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StefanoGa
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Iscritto: 21 Apr 2006
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MessaggioInviato: Lun 05 Mar, 2007 2:40 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

Citazione:

Hai qualche esempio di 'aliasing'? Giusto per incuriosire

Purtoppo non ho fotografie se non quelle di esempio del libro.
Posso cercare di scannerizzarle.
L'effetto lo vedi dove ci sono dei contrasti di colore molto evidente, tipo il bianco che finisce ne verde o nel blu.
In pratica la linea di demarcazione tra i due colori risulta scalettata e i colori sembra che si mischino.

Citazione:

quindi, se da un lato è un inconveniente cui si può rimediare in hardware, lo si fa solo (a mio avviso) se la qualità del sensore te lo permette, pena un aumento del rumore acquisito, a parità di dimensioni del sensore.


Scusami elfranZ ma non ho capito bene quello che mi vuoi dire, puoi spiegarmi meglio ?

La mia osservazione voleva essere un pò andare contro corrente nelle polemiche che si fanno alle aziende che producono fotocamere con sempre più risoluzioni alte.
"Forse" lo fanno anche per cercare di ammortizzare al massimo i limiti delle attuali tecnologie CCD/CMOS.

Ciao Stefano
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elfranZ
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Iscritto: 02 Mar 2007
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MessaggioInviato: Lun 05 Mar, 2007 6:16 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

scusami tu, in effetti mi sono espresso male...
quello che volevo dire, semplicemente, è che a parità di dimensioni, un sensore + affollato di pixel produce + rumore, tutto qui.
la vera sfida è semmai produrre sensori con maggiori risoluzioni che producano pochi effetti sgraditi da gestire in filtraggio.

Lo stesso discorso si riporta parlando di sensibilità: a parità di dimensione, un sensore da 10mpx è meno sensibile di, ad esempio, un 6mpx... questo perchè è più rumoroso, e l'elettronica ce la fa ma fino ad un certo punto.

Tu hai fatto un'osservazione circa l'aliasing... beh, x quello che il politecnico m'ha insegnato, va anche lui nel rumore. E non lo si può, purtroppo, buttar via diminuendo la dimensione dei pixel, ma filtrandolo.

Poi, lungi da me prendere parte alla polemica, perchè lascia il tempo che trova. è assolutamente normale che le case continuino a sfornare sensori con risoluzioni sempre maggiori, ma nel campo dell'elettronica è così praticamente per tutto.

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StefanoGa
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Iscritto: 21 Apr 2006
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MessaggioInviato: Lun 05 Mar, 2007 6:38 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

Citazione:


Tu hai fatto un'osservazione circa l'aliasing... beh, x quello che il politecnico m'ha insegnato, va anche lui nel rumore. E non lo si può, purtroppo, buttar via diminuendo la dimensione dei pixel, ma filtrandolo.



Certo sono d'accordo che non risolvi il problema diminuendo i pixel, ma di certo lo mascheri meglio, se poi si utilizza come dici tu un buon filtro la combinazione delle 2 cose dovrebbe portare a risultati migliori.


Citazione:

Lo stesso discorso si riporta parlando di sensibilità: a parità di dimensione, un sensore da 10mpx è meno sensibile


Fammi capire, la dimensione dei fotoricettori influenza la sensibilità del CCD/CMOS giusto ? Perciò un ricettore più piccolo può accumulare meno luce. Però questo non dovrebbe essere un problema.
Da quello che ho capito il CCD o CMOS ha una sola sensibilità.
Quando si aumentano gli ISO non si varia la sensibilità dei fotoricettori, ma semplicemente si va a dire all'amplificatore di segnale della macchina di aumentare le tensioni di quel pixel. Perciò credo che l'importante per un sensore sia di sfornare un segnale il più pulito possibile, in modo da non amplificare il rumore che rovinerebbe la foto.
Perciò non credo che importi la dimensione del fotoricettore ma la qualità che mette nell'immagazzinare il segnale.
Sbaglio ?

Ciao Stefano
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elfranZ
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MessaggioInviato: Lun 05 Mar, 2007 7:48 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

no, non sbagli, è quello che ho detto, mi sembra... Very Happy
ho dato per scontato che parlassimo di sensibilità iso.

pensa poi ad una cosa... le tecnologie di produzione di transistor (parliamo di MOS) hanno raggiunto livelli paurosi. Lì si parla ormai di centinaia di milioni di elementi su singolo chip.
per i CMOS la cosa è un po' più complicata, ma se attualmente non sono in commercio sensori prodotti, che ne so, a 16nm, il motivo è semplice: tecnologia non matura. si può fare, ma ancora non gestire.
oggi lo standard è intorno ai 65nm, quindi, fai tu...
spero di essere sta chiaro ora!

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MessaggioInviato: Mer 07 Mar, 2007 1:35 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

Secondo voi, aumentando il numero di pixel ma mantenendo lo stesso obiettivo... come si comporta la restituzione del colore?
Più punti concorrono sullo stesso dettaglio ... Smile
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MessaggioInviato: Gio 08 Mar, 2007 1:36 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

Per determinare un punto colore, si interpolano i vicini... ma con più pixel, ci sono più 'vicini' intorno a quel punto Smile .. o no? Quindi il colore potrebbe essere meglio interpretato?
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StefanoGa
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MessaggioInviato: Ven 09 Mar, 2007 2:39 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

Citazione:

Per determinare un punto colore, si interpolano i vicini... ma con più pixel, ci sono più 'vicini' intorno a quel punto .. o no? Quindi il colore potrebbe essere meglio interpretato?

No, non ci sono più punti vicino, il pixel ha 4 lati, quindi i punti adiacenti sono 8, quindi la media viene fatta su 9 pixel.
Ciao Stefano
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MessaggioInviato: Ven 09 Mar, 2007 6:46 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

Sei sicuro Stefano? Smile
Riflettiamo un attimo.
Con più pixel, lo stesso punto potrebbe determinare l'eccitazione di due pixel adiacenti e con il tuo ragionamento sarebbero coinvolti 12 pixel.
Miglior sfumatura quindi? Miglior colore in generale? E' un ragionamento teorico che poi non so quanto sia verificabile sul piano pratico.

In altre parole.
Prendiamo una fotocamera da 6Mp e consideriamo 1 pixel.
Il colore di questo pixel sarà determinato da quelli che gli stanno intorno.
Prendiamo ora il sensore da 10Mp, costituito da 4Mp in più e più piccoli.
A questo punto l'ipotesi è che la stessa luce che prima aveva colpito 1 px da 6Mp, ora colpisca 2 px nel 10Mp Smile perchè più piccoli e vicini a parità di superficie e raggio l'uminoso.
Quindi l'ipotesi è che nel secondo caso il colore sia meglio determinato.
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MessaggioInviato: Sab 10 Mar, 2007 9:39 am    Oggetto: Rispondi con citazione

Mi aiuto con un'illustrazione fatta al volo, scusate l'imprecisione grafica Smile

Nel primo caso il colore del particolare cerchiato di rosso è identificato dall'interpolazione di 9Px in totale.
Nel secondo caso, il particolare cerchiato, colpisce 4 Px per un totale di 16Px che concorrono a determinarne il colore.
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StefanoGa
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MessaggioInviato: Mar 13 Mar, 2007 3:16 pm    Oggetto: Rispondi con citazione

Si è vero, però rimane il fatto che ogni pixel ha sempre e solo 8 pixel adiacenti che vengono usati per l'interpolazione.
Per fare quello che dici tu le case produttrici dovrebbero andare a modificare gli algoritmi di interpolazione.
Il fatto è che più ti allontanti dal pixel centrale e più aumenta la percentuale di errore sul colore.

Ciao Stefano
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