Причины появления полосовых артефактов, вызванных затенением пикселей фазовой фокусировки датчика (PDAF Striping) при сильном контрасте подсветки

1. Аппаратная стоимость чрезвычайно быстрой фокусировки в беззеркальных камерах: встроенные экранированные пиксели (Shielded Pixels)

Зеркальные камеры имеют независимые специальные модули фокусировки, тогда как беззеркальные камеры должны интегрировать пиксели фокусировки непосредственно на поверхность датчика изображения (CMOS):

• Встроенные пиксели фазовой детекции:
• Производители датчиков (такие как Sony Semiconductor) выбирают десятки тысяч конкретных пикселей изображения (обычно распределенных парами на определенных горизонтальных линиях) во время производства пластин;
• Используйте очень маленький слой металлической алюминиевой затеняющей маски (Metal Mask), чтобы физически заблокировать левую или правую половину этих пикселей;
• Таким образом, левый пиксель получает свет только от правого выходного зрачка линзы, а правый пиксель получает свет только от левого выходного зрачка. Сравнивая разность фаз фотоэлектрических сигналов с обеих сторон на уровне микросекунд, достигается молниеносная автофокусировка.
• Отсутствуют данные изображения и встроенная в камеру интерполяция:
• Поскольку половина из них заблокирована металлом, эти специальные пиксели фокусировки фактически теряют половину своих обычных светочувствительных и светопропускающих способностей;
• Когда процессор изображений камеры (ISP) генерирует RAW и JPEG, он полагается на нормальные пиксели в соседних верхних и нижних строках, чтобы заполнить дыры, оставленные этими сфокусированными пикселями, посредством алгоритма интерполяции. Эта интерполяция угадывания цвета совершенно невидима невооруженным глазом в 99% условий повседневного освещения.

2. Физическая граница запуска PDAF Striping/Banding

Почему этот вид интерполяционной маскировки совершенно не работает в некоторых больших сценах с подсветкой?

• Пространственная параллаксная интерференция сильного косого света:
• Когда сильный точечный источник света (например, линза прямого заката с малым углом, яркие автомобильные фары или мощный сценический лазер) падает на датчик от края экрана под очень большим углом;
• Свет подвергается сильной дифракции световых волн и наклонному внутреннему рассеянию на краях микролинзы и металлической светозащитной маски;
• Обычные светочувствительные пиксели и пиксели PDAF с металлическими светозащитными экранами создают огромные нелинейные нарушения в скорости физического рассеяния и поглощения этого косого рассеянного света под большим углом**;
• Ошибка переполнения алгоритма компенсации:
• Обычный алгоритм линейной интерполяции в машине полностью парализован из-за этого экстремального оптического наклонного отклонения, чрезмерно или недостаточно компенсирующего;
• Визуальные признаки: определенные горизонтальные линии, содержащие пиксели PDAF, отображаются на экране в виде тонких горизонтальных светлых и темных полос и фиолетовых частоколов (линии PDAF), которые аккуратно расположены и проходят через всю высококонтрастную границу подсветки!
• Поколение Nikon Z6/Z7 и ранние модели Sony серии A7 стали объектом жарких дискуссий по поводу этого оптического физического явления при чрезвычайно высокой контрастности и сильной задней подсветке.

3. Волшебное оружие удаления полос после алгоритма: целевой фильтр строк пикселей

Если такие горизонтальные полосы появились в большом блокбастере с контровой подсветкой, избегайте использования обычного размазывания для снижения шума:

• Строгая геометрическая регулярность полос PDAF:
• Полосы не являются случайным шумом, их физические координаты номеров строк на пластине датчика абсолютно фиксированы (например, пара появляется через каждые 12 строк);
• Специализированные инструменты восстановления с открытым исходным кодом (например, RawTherapee/PDAF Lines Filter):
• Бесплатное профессиональное программное обеспечение для разработки RAW-файлов с открытым исходным кодом RawTherapee имеет встроенную специализированную функцию «Удаление артефактов линий PDAF»;
• Программное обеспечение напрямую сравнивает карту маски пластины известной модели датчика, чтобы точно зафиксировать определенные ряды пикселей, которые генерируют полосы, перед демозаичной интерполяцией;
• Примените интерполяцию бикубического сплайн-фильтра высокого порядка, чтобы мгновенно и на 100 % сгладить все горизонтальные полосы**, сохраняя при этом резкость окружающих волос и микроскопических пор кожи!

4. Избегание локального загрязнения и окончательная эволюция современной двухпиксельной матрицы

• Правила по предотвращению на месте:
• Используйте глубокую бленду, чтобы сильные источники света не облучали переднюю линзу под большим углом и не вызывали косого рассеяния;
• Избегайте установки диафрагмы объектива на очень маленький предел (например, f/16f/22, сильная дифракция света усугубит рассеяние маски) и оставляйте золотую диафрагму f/5,6f/8.
• Абсолютная эволюция аппаратного обеспечения — Dual Pixel CMOS AF и Quad Pixel:
• Полнопиксельный двухъядерный процессор Canon полностью отказывается от физической окклюзии металла;
• Каждый пиксель состоит из двух независимых полных фотодиодов (левый A / правый B), соединенных параллельно, которые могут независимо выводить фазовые сигналы и могут мгновенно объединяться для вывода 100% полного светочувствительного сигнала во время синтеза экспозиции!
• Последнее поколение многонаправленных всенаправленных датчиков Sony также движется в сторону микролинзовой спектроскопической технологии, полностью попрощавшись с историческими болевыми точками светоблокирующих полос PDAF в основе аппаратного обеспечения.

---