Aliasing e Risoluzione CCD e CMOS

[StefanoGa]

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

[ocio]

Interessante 'osservazione'
Hai qualche esempio di 'aliasing'? Giusto per incuriosire

[elfranZ]

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.

[StefanoGa]

[elfranZ]

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.

[StefanoGa]

[elfranZ]

no, non sbagli, è quello che ho detto, mi sembra...
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!

[ocio]

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 ...

[ocio]

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?

[StefanoGa]

[ocio]

Sei sicuro Stefano?
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 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.

[ocio]

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

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.

[StefanoGa]

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