[Tikal]

(Bitte einen Moderator diesen Thread in den richtigen Bereich zu verschieben, wenn es hier fehl am Platz ist. Und sorry falls das so ist.)

Ich habe mal so eine Frage. Dazu habe ich bereits den Wikipedia Artikel zu Bayer-Sensor gelesen. Bin kein Experte vom Fach, so mal als Vorwarnung. Ich möchte nur etwas verstehen, möglichst in einfachen Worten zusammen gefasst. Vielleicht gibt es ja auch eine einfachere Erklärung für Leien. Also...

Der Sensor macht ein Bild. Es ist in Graustufen.
Jetzt wird eine Farbfolie drüber gelegt.
So kann nun die Farbe für jeden Pixel in Graustufen berechnet werden.

So meine Frage hier ist, wonach wird die Farbfolie generiert? Ich meine, die kann ja nicht immer gleich aufgebaut sein?? Weil allein der Grauwert kann ja nicht zu der Farbe führen, wenn die Farbfolie immer gleich aufgebaut ist.

Sagen wir mal in der Bildmitte ist ein Pixel Grauwert 128 (von 255 Stufen). An dieser Stelle wird die Farbfolie mit den 3 Grundfarben gelegt. Kann allein durch den Grauwert dann etwa ermittelt werden, um welche Farbe es sich ursprünglich gehandelt hat??

Ich hoffe das ich das was ich nicht verstanden habe erklären konnte. Ich wäre um eine kleine Erklärung sehr dankbar. Oder um einen Link, welches mir das besser oder anders erklärt als auf der Wikipedia Seite. Gegen Englisch habe ich auch nichts einzuwenden.

[GerdS]

Die "Farbfolie" ist vor dem Sensor und jedes einzelne Pixel misst das Licht, welches durch den Filter gelangt ist.
Somit erhält der Sensor - entsprechend seinem Bayer-Pattern - die "Helligkeit" der jeweiligen Farbe.

Die Farbe ist bekannt, die Pixel sind bekannt, die Auflösung ist hoch genug und damit kann man sich ein Bildchen basteln, was der Wirklichkeit sehr nahe kommt .

Das war beim Farbfilm übrigens genau so, nur dass die farbempfindlichen Moleküle nicht regelmäßig, sonder "chaotisch" verteilt waren und übereinander lagen.

Viele Grüße
Gerd

[Tikal]

sorry, aber das hat mir jetzt leider nicht geholfen.

Ich nehme mal das Beispiel aus Wikipedia: (Bilder sind ja frei benutzbar)

(zum vergrößern Bild anklicken)

Zum Beispiel wieso wird das rote Auto rot? Blau könnte doch in den Graustufen genausoviel helligkeit haben wie Rot. Wie kann der Bayer Filter wissen ob diese Helligkeitsstufe nun Blau oder Rot angehört?

Der Filter wird ja später softwaretechnisch hinzugerechnet. Hab ich das richtig verstanden?

[alberich]

http://www.youtube.com/watch?v=VP__-...eature=related

[wus]

Zitat von Tikal

Zum Beispiel wieso wird das rote Auto rot? Blau könnte doch in den Graustufen genausoviel helligkeit haben wie Rot.

Das kann schon mal nicht sein. Blau lässt nur Blau durch, wenn das Auto rot war dann enthält das Licht das von diesem Rot durch das Objektiv auf den Sensor fällt kein (oder sehr wenig) Blau und folglich wird der Grauwert des Pixels hinter der blauen Stelle den Wert Null (oder einen sehr niedrigen) haben.
Das gleiche gilt für die anderen Farben des Bayer-Filters - Grün lässt nur Grün zum Pixel durch, Blau nur Blau.

Zitat von Tikal

Wie kann der Bayer Filter wissen ob diese Helligkeitsstufe nun Blau oder Rot angehört?

Der Filter weiß natürlich nichts, aber der Prozessor der den Sensor Pixel für Pixel ausliest um daraus dann das Digitalbild zu erstellen weiß genau hinter welcher Farbe jeder einzelne Pixel sitzt.

[Tikal]

Ich seh schon, da liegt wohl ein starker Denkfehler vor. Ich bin irritiert, weil hier davon die Rede ist, das der Sensor nur Graustufen enthält.

Sitzt der Bayer Filter physisch zwischen dem Sensor und Objektiv? Oder ist der Bayer Filter nur rein rechnerisch als Software vorhanden?

Ist der Bayer Filter höher Aufgelöst als die eigentlichen Pixel?

Schön wäre, wenn man den Bayer Filter ausschalten könnte um unverfälschte SW Bilder zu erhalten.

[fhaferkamp]

Die Farbfilter sitzen direkt auf dem Sensor vor den einzelnen Bildpunkten. Jeder Bildpunkt auf einem Sensor kann nur für eine Farbe eine Helligkeit erkennen. Wie auf dem Bild bei Wikipedia zu sehen ist, ist das Muster so angelegt, dass erst eine Reihe mit abwechselnd grünen und blauen Pixeln und dann eine Reihe mit roten und grünen Pixeln fest über den Sensor gelegt ist. Dies wiederholt sich für den ganzen Sensor. Das häufigere Vorkommen von grün-empfindlichen Pixeln ist mit der höheren Empfindlichkeit des menschlichen Auges für diese Farbe begründet.

Ein Pixel mit rotem Farbfilter zeichnet nur einen Helligkeitswert auf, wenn ein Lichtstrahl darauf fällt, der einen Rotanteil beinhaltet. Analog zeichnen die anderen Punkte nur Helligkeitswerte auf für Lichtstrahlen mit einem Anteil ihrer Farbe (blau, grün).

Aus diesen 3 Grundfarben (rot,grün,blau) kann man im Prinzip alle Farben mischen. Für jeden Farbanteil kann man z. B. 256 Helligkeitswerte aufzeichnen. Dann kann man durch Kombination der 3 Grundfarben 256*256*256 Farbwerte bilden. Da man für jeden Bildpunkt aber nur für eine Farbe einen Helligkeitswert (0...255) aufgezeichnet hat, muss man die tatsächliche Farbe berechnen.
Entweder in der Kamera (bei jpg-Aufnahmen) oder im RAW-Konverter findet deshalb ein Demosaicing statt. Dabei wird die Farbinformation für jeden Bildpunkt mit einem Mittelwert-Algorithmus aus dem eigenen Helligkeitswert und denen der Nachbarpixel ermittelt. Hier kommt die Anordnung der Farben im Bayermuster zum Tragen. In der Nachbarschaft jedes Bildpunktes gibt es immer Pixel mit Helligkeitswerten für die anderen Farben.

Angenommen wir betrachten einen roten Punkt aus dem Bayermuster, dann hat der betrachtete Bildpunkt eigentlich nur eine Rotinformation. Um die volle Farbinformation zu bestimmen, werden die Helligkeitswerte der benachbarten andersfarbigen Bildpunkte mit herangezogen und daraus der fehlende Grün- und Blauanteil ermittelt.
In ähnlicher Form macht man das auch für alle grünen und blauen Punkte der Bayermatrix und erhält als Ergebnis ein Bild, das der Sensorauflösung mit voller Farbtiefe entspricht.

[ddd]

moin,

Dein Verständnisproblem scheint mir in der Anordnung des Filters zu liegen

Der Bayer-Filter ist ein Mosaik-Farbfilter, jedes 2x2=4 Pixel-Feld enthält 2 grüne, einen roten und einen blauen Filter:

GB
RG

Dieser Filter ist direkt auf den Sensor geklebt und das Muster wiederholt sich über den ganzen Sensor.

Daher "sieht" jeder Pixel nur "seine" Farbe, obwohl er für das ganze Spektrum empfindlich ist. Aber der Farbfilter lässt (mit seiner Durchlasskurve) nur den Wellenlängenbereich seiner "Farbe" durch. Es gibt hinterher als sog. RAW drei Farbauszüge, die bei Rot und Blau 1/4 der Auflösung und bei Grün die halbe Auflösung des Sensors haben und gegeneinander um den Pixelpitch=Abstand zweier Pixel-Mittelpunkte versetzt sind. Die Anordnung der Farbfilter ist bekannt (wird i.d.R. in die Datei geschrieben), d.h. es ist für jeden Pixel bekannt, welche der drei Grundfarben sein Filter hat und somit wie die Helligkeitswerte dieses Pixels zu interpretieren sind.

Beim "Entwickeln" der RAW-Datei wird ein Bayer-Demosaiking durchgeführt, d.h. für jeden Pixel wird aus den umliegenden Pixeln die RGB-Farbe interpoliert. Daher haben Bayer-Sensoren real nur ca. die 0.71-fache Auflösung (1/Wurzel 2) gegenüber dem Sensor ohne Farbfilter, der aber nur ein S/W-Graustufenbild liefern würde. Wenn man jegliche Artefakte vermeiden will, muss man sogar auf die halbe Auflösung herunter gehen, ein 24MPix-Bayer-Sensor liefert dann nahezu perfekte 6MPix-Farbbilder.

Die drei Farbkanäle des Bayer-Filters werden dabei dem menschlichen Farbsinn angenähert, der ja ebenfalls auf drei verschiedenen Zapfen-Typen mit verschiedenen Rhodopsinen und daher unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit basiert. Beim Menschen kommen noch die nur helligkeitsempfindlichen Stäbchen dazu, die wesentlich empfindlicher sind ("nachts sind alle Katzen grau"). Ähnliches wurde schon versucht, indem man einen Grün-Filter weglässt und damit jeder 4. Pixel ein Graustufenpixel ist, der infolge der fehlenden Abschwächung durch den Filter deutlich empfindlicher ist. Hat sich bislang aber nicht bewährt.

oops, wieder zu langsam ...

[fhaferkamp]

Zitat von ddd

oops, wieder zu langsam ...

Es schadet ja nicht, zwei verschiedene Erklärungen zu lesen.

Zu den Nachfragen des TO:
Die Bayermatrix entspricht der Auflösung des Kamerasensors. Die Farbinformation ist somit eigentlich geringer aufgelöst als die Sensorauflösung, da je Pixel nur ein Farbkanal (rot oder grün oder blau) aufgenommen werden kann. Es findet im Prinzip eine Interpolation von Farbwerten statt, da das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges ebenfalls für Farben geringer ist. (vgl. Farbwahrnehmung)

Ein Bayerfilter kann man nicht ausschalten, dann müsste man den Sensor tauschen.

[Tikal]

Das sind ja fantastische Erklärungen! Genau so eine Aufklärung habe ich mir gewünscht. Danke für eure Mühen! Ich zitiere mal die Kernaussagen, die mir wohl gefehlt hatten:

Zitat von fhaferkamp

Die Bayermatrix entspricht der Auflösung des Kamerasensors. Die Farbinformation ist somit eigentlich geringer aufgelöst als die Sensorauflösung, da je Pixel nur ein Farbkanal (rot oder grün oder blau) aufgenommen werden kann.

Zitat von fhaferkamp

Die Farbfilter sitzen direkt auf dem Sensor vor den einzelnen Bildpunkten. Jeder Bildpunkt auf einem Sensor kann nur für eine Farbe eine Helligkeit erkennen.

Zitat von ddd

Wenn man jegliche Artefakte vermeiden will, muss man sogar auf die halbe Auflösung herunter gehen, ein 24MPix-Bayer-Sensor liefert dann nahezu perfekte 6MPix-Farbbilder.

Wenn ich jetzt alle Erklärungen diesbezüglich lese, verstehe ich diese auch. Und ich dachte all die Jahre, es wäre ein Wunder der Technik. Ich danke allen. Habe alles hier aufmerksam und mehrfach gelesen. Prinzipiell waren es ja meistens nur Wiederholungen in anderen Worten gepackt. Blos ein Puzzle Teil hatte gefehlt.