مرشح باير

من الآثار الجانبية الشائعة والمؤسفة لعملية استيفاء مصفوفة مرشح الألوان (CFA) أو إزالة التداخل اللوني ما يُعرف بالتلوين الزائف. يظهر هذا التشوه عادةً على طول الحواف، حيث تحدث تحولات مفاجئة أو غير طبيعية في اللون نتيجةً للاستيفاء الخاطئ عبر الحافة بدلاً من استيفائها على طولها. توجد طرق مختلفة لمنع هذا التلوين الزائف وإزالته. يُستخدم استيفاء انتقال اللون السلس أثناء عملية إزالة التداخل اللوني لمنع ظهور الألوان الزائفة في الصورة النهائية. مع ذلك، توجد خوارزميات أخرى قادرة على إزالة الألوان الزائفة بعد إزالة التداخل اللوني. تتميز هذه الخوارزميات بإزالة تشوهات التلوين الزائف من الصورة مع استخدام خوارزمية إزالة تداخل لوني أكثر دقة لاستيفاء مستويي اللون الأحمر والأزرق.

تُعدّ ظاهرة "السحاب" أحد الآثار الجانبية لعملية إزالة التداخل اللوني في مصفوفة الألوان، وتحدث بشكل أساسي على طول الحواف، وتُعرف باسم "تأثير السحاب". ببساطة، يُطلق مصطلح "السحاب" على تشويش الحواف الذي يظهر بنمط متقطع على طول الحافة. ​​يحدث هذا التأثير عندما تُحسب متوسطات قيم البكسلات على طول الحافة، خاصةً في المستويين الأحمر والأزرق، مما ينتج عنه هذا التشويش المميز. وكما ذُكر سابقًا، فإن أفضل الطرق لمنع هذا التأثير هي الخوارزميات المختلفة التي تُجري الاستيفاء على طول حواف الصورة، بدلاً من الاستيفاء عبرها. وتسعى تقنيات مثل استيفاء التعرف على الأنماط، واستيفاء مستوى اللون التكيفي، والاستيفاء الموزون اتجاهيًا، إلى منع ظاهرة "السحاب" من خلال الاستيفاء على طول الحواف المكتشفة في الصورة.

مع ذلك، حتى مع وجود مستشعر مثالي نظريًا قادر على التقاط جميع الألوان وتمييزها في كل خلية ضوئية، قد تظهر ظاهرة التداخل (Moiré) وغيرها من التشوهات. هذه نتيجة حتمية لأي نظام يأخذ عينات من إشارة متصلة في فترات أو مواقع منفصلة. لهذا السبب، تتضمن معظم المستشعرات الرقمية الفوتوغرافية ما يُسمى بمرشح التمرير المنخفض البصري (OLPF) أو مرشح منع التعرج (AA) . عادةً ما يكون هذا المرشح طبقة رقيقة أمام المستشعر مباشرةً، ويعمل على طمس أي تفاصيل دقيقة قد تُسبب مشاكل، والتي تكون أدق من دقة المستشعر.

في 14 يونيو 2007، أعلنت شركة إيستمان كوداك عن بديل لمرشح باير: نمط مرشح ألوان يزيد من حساسية مستشعر الصورة في الكاميرا الرقمية للضوء، وذلك باستخدام خلايا بانكروماتية حساسة لجميع أطوال موجات الضوء المرئي، وتجمع كمية أكبر من الضوء الساقط على المستشعر. ^{[ 12 ]} وقد عرضت الشركة عدة أنماط، لكن لم يكن أي منها بوحدة تكرار صغيرة كوحدة 2×2 في نمط باير.

في عام 2007، قدم إدوارد تي. تشانغ طلب براءة اختراع أمريكي آخر، يدعي فيه وجود مستشعر "يحتوي مرشح الألوان فيه على نمط يتألف من كتل 2×2 من البكسلات، تتكون كل منها من بكسل أحمر، وبكسل أزرق، وبكسل أخضر، وبكسل شفاف"، وذلك في تصميم يهدف إلى تضمين حساسية للأشعة تحت الحمراء لزيادة الحساسية الإجمالية. ^{[ 13 ]} وكان طلب براءة اختراع كوداك سابقًا. ^{[ 14 ]}

وقد تم استخدام هذه الخلايا سابقًا في أجهزة الاستشعار " CMYW " (السماوي والأرجواني والأصفر والأبيض) ^{[ 15 ]} و "RGBW" (الأحمر والأخضر والأزرق والأبيض) ^{[ 16 ]} ، لكن كوداك لم تقارن نمط المرشح الجديد بها بعد.

تُصنّع مصفوفة مرشحات الألوان EXR من فوجي فيلم بتقنيتي CCD ( SuperCCD ) و CMOS (BSI CMOS). وكما هو الحال في SuperCCD، يدور المرشح نفسه بزاوية 45 درجة. وعلى عكس تصميمات مرشحات باير التقليدية، يوجد دائمًا موقعان ضوئيان متجاوران يلتقطان اللون نفسه. والسبب الرئيسي لهذا النوع من المصفوفات هو المساهمة في "تجميع" البكسلات، حيث يمكن دمج موقعين ضوئيين متجاورين، مما يجعل المستشعر أكثر حساسية للضوء. سبب آخر هو تسجيل المستشعر لتعريضين مختلفين، يتم دمجهما لاحقًا لإنتاج صورة بنطاق ديناميكي أوسع. تحتوي الدائرة الداخلية على قناتي قراءة تستقبلان معلوماتهما من صفوف متناوبة من المستشعر. والنتيجة هي أنه يمكن أن يعمل كمستشعرين متداخلين، مع أوقات تعريض مختلفة لكل نصف من المواقع الضوئية. يمكن تعريض نصف المواقع الضوئية بشكل ناقص عمدًا بحيث تلتقط بالكامل المناطق الأكثر سطوعًا في المشهد. يمكن بعد ذلك دمج معلومات الإضاءة المحفوظة هذه مع مخرجات النصف الآخر من المستشعر الذي يسجل تعريضًا "كاملاً"، وذلك بالاستفادة مرة أخرى من التقارب بين الخلايا الضوئية ذات الألوان المتشابهة.

يُزعم أن مستشعر Fujifilm X-Trans CMOS المستخدم في العديد من كاميرات سلسلة Fujifilm X ^{[ 17 ]} يوفر مقاومة أفضل لظاهرة تموج الألوان مقارنةً بمرشح باير، وبالتالي يمكن تصنيعه بدون مرشح مضاد للتشويش. وهذا بدوره يسمح للكاميرات التي تستخدم هذا المستشعر بتحقيق دقة أعلى بنفس عدد الميغابكسل. كما يُزعم أن التصميم الجديد يقلل من ظهور الألوان الزائفة، وذلك بفضل وجود وحدات بكسل حمراء وزرقاء وخضراء في كل سطر. ويُقال أيضًا أن ترتيب هذه الوحدات يُضفي على الصورة مظهرًا أقرب إلى حبيبات الفيلم.

من أبرز عيوب الأنماط المخصصة أنها قد تفتقر إلى الدعم الكامل في برامج معالجة الصور الخام التابعة لجهات خارجية مثل Adobe Photoshop Lightroom ^{[ 18 ]} حيث استغرقت إضافة التحسينات سنوات عديدة. ^{[ 19 ]}

قدمت سوني مصفوفة مرشح الألوان Quad Bayer، التي ظهرت لأول مرة في الكاميرا الأمامية لهاتف iPhone 6 الذي صدر عام 2014. تشبه Quad Bayer مرشح Bayer، إلا أن البكسلات المتجاورة 2×2 لها نفس اللون، بينما يتميز نمط 4×4 بأربعة بكسلات زرقاء، وأربعة حمراء، وثمانية خضراء. ^{[ 20 ]} في المشاهد المظلمة، يمكن لمعالجة الإشارة دمج البيانات من كل مجموعة 2×2، تمامًا مثل بكسل أكبر. أما في المشاهد الساطعة، فيمكن لمعالجة الإشارة تحويل Quad Bayer إلى مرشح Bayer تقليدي لتحقيق دقة أعلى. ^{[ 21 ]} يمكن تشغيل البكسلات في Quad Bayer بتقنية التكامل طويل المدى والتكامل قصير المدى لتحقيق HDR في لقطة واحدة، مما يقلل من مشاكل المزج. ^{[ 22 ]} تُعرف Quad Bayer أيضًا باسم Tetracell من سامسونج ، و4-cell من OmniVision ، ^{[ 21 ] [ 23 ]} وQuad CFA (QCFA) من كوالكوم . ^{[ 24 ]}

في 26 مارس 2019، تم الإعلان عن سلسلة هواتف هواوي P30 التي تتميز بتقنية RYYB Quad Bayer، بنمط 4×4 يضم 4 ألوان زرقاء، و4 ألوان حمراء، و8 ألوان صفراء. ^{[ 25 ]}

في 12 فبراير 2020، أُعلن عن هاتف سامسونج جالاكسي إس 20 ألترا المزود بتقنية نوناسيل CFA. تشبه تقنية نوناسيل CFA مرشح باير، إلا أن البكسلات المتجاورة 3×3 تكون من نفس اللون، بينما يتميز نمط 6×6 بتسعة بكسلات زرقاء، وتسعة حمراء، وثمانية عشر خضراء. ^{[ 26 ]}