¿Por qué se prefiere un filtro Bayer con tres colores (RGB) a uno con dos colores y sin filtrar (RBNeutral)?

Debido a la superposición entre las respuestas de los tintes del filtro Bayer, está más cerca del 50 % de pérdida de luz (una parada) que de dos tercios.

Su esquema funcionaría pero a expensas de la precisión del color y la resolución del color (el proceso de demostración sería menos restringido y más propenso a errores). Combinado con el hecho de que la ganancia de sensibilidad es bastante modesta (hasta un 25% según el diseño), esto explica la prevalencia de los sensores RGB Bayer.

Probablemente, un mejor enfoque sería ampliar la respuesta de todos los tintes para obtener un sensor CMY. Sin embargo, se aplican los mismos inconvenientes y todavía no se gana mucho en términos de sensibilidad.

Hay varios sistemas de color alternativos que se han probado en el pasado, pero en última instancia se trata de que Bayer es "suficientemente bueno" y otras tecnologías no funcionan. El diseño de 'doble píxel' de las primeras DSLR de Fuji me viene inmediatamente a la mente como una gran idea que, en última instancia, no brindó suficientes beneficios (aunque el rango dinámico era mucho mejor que el de las otras DSLR a la venta en ese momento).

Tiene algunos desafíos técnicos que superar: necesita que se coloquen píxeles de diferentes sensibilidades (porque la N recibiría mucha más luz que la RB), lo que hace que la ingeniería sea más difícil, no mucho más, pero lo suficiente como para agregar costos, por lo que es necesario ser un beneficio. También tienes que hacer más procesamiento.

Tiene algo de física en el sentido de que la luz que golpea el Neutro será un amplio espectro que incluirá UV e IR. El filtrado solo reduce esas longitudes de onda, no las elimina por completo.

Tiene barreras para la adopción, ya que necesitaría aplicaciones que funcionen con archivos sin procesar para poder manejar su sistema sin procesar diferente. La gente lo implementará, pero primero tendría que demostrar que realmente vale la pena. Y dado que de todos modos va a ver/editar algo que es RGB, ha agregado trabajo para algo que es esencialmente invisible.

Pero, en última instancia, más allá de todo, tiene que haber una recompensa y puede apostar a que en los laboratorios de Nikon, Canon, Sony, Sigma, Fuji, Global Foundries, TSMC y similares, todos han pensado largo y tendido y han realizado muchos experimentos. a la conclusión de que los beneficios (si los hay) de un sistema como el que se propone no justificarían los costos.

El tipo de mosaico del que hablas es RGBW. Contar por qué no se usa es complejo y te puedo desinformar. Puedo señalar al menos una cosa que, en mi opinión, es la más importante.

Entonces, mi pregunta es, ¿cuál es la razón principal por la que no vemos productos que contengan el filtro de color alternativo descrito anteriormente?

Cada canal de imagen de salida se construye a partir de los tres canales de salida del sensor; se mezclan mediante conversión matricial. Cuanto más lejos está la respuesta espectral de un sensor de la respuesta LMS, mayor es el error que introduce esa conversión. El blanco es el peor escenario de esto. Suponga que logró hacer un Wcanal que es igual a R+G+B. Luego, para obtener cada componente de ese canal usando valores adyacentes, deberá calcular R=W-G-By así sucesivamente. Esto introducirá errores muy grandes y probablemente cancelará todos los beneficios de tener Wun canal. Lo mismo se aplica a los sensores CMYK: requieren coeficientes de conversión muy fuertes que introducen los errores de color.

Las cámaras CMYK y RGBW producirán una mejor imagen convertida en mono para la misma cantidad de luz, pero los sensores RGB producirán una mejor imagen RGB a pesar de que su eficiencia cuántica es como la mitad de los sensores CMYK, simplemente sucede debido a las fuentes de ruido.

Mi conjetura es que el mosaico óptimo del sensor (es decir, producir el ruido más pequeño para una cantidad dada de luz) sería 1: 1: 1 RGB en lugar de 1: 2: 1 RGB y las respuestas estarían cerca de la respuesta LMS pero no puedo copia de seguridad de este estado de cuenta cajero automático.

Una desventaja de este método es que aproximadamente 2/3 de la luz no se detecta (la cantidad exacta depende de la luz y la configuración del filtro).

---

Debido a la superposición entre las respuestas de los tintes del filtro Bayer, está más cerca del 50 % de pérdida de luz (una parada) que de dos tercios.

Ambas declaraciones están muy lejos del mundo real. La Canon 5D Mark II pierde de 2/3 a 4/5 de luz en los picos de sensibilidad y, en comparación con los sensores ideales mono (sin máscara), pierde 9/10 de toda la luz (es decir, la imagen mono de la cámara Bayer tendrá aproximadamente el mismo ruido que la imagen de la cámara mono hecha con 1/10 de la luz).

Mira la escala a la izquierda del gráfico:

Las cámaras más modernas pueden ser mejores, pero no tengo los datos para comparar. Hay causas para la pérdida de luz además del patrón de mosaico.