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5D4全像素双核RAW功能的技术分析(资料来源:佳能欧洲官网) - 佳能论坛

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发表于 2016-8-27 11:57:00  | 显示全部楼层 | 阅读模式
佳能这次的5D4新技术不多,这个全像素双核RAW文件(Dual Pixel RAW简称DPRAW)算是个令人感兴趣的新鲜内容,发布前就引起了很多猜测,根据这个DPRAW的名字,我也做了猜测,结果证明我的猜测基本是准确的。


随便看一下吧 发表于 2016-8-17 23:29
还有一种可能的用法,这个双像素RAW文件里如果是存储了所有的半像素,那么就含有足够的相位差信息,可以计算出画面里每个物体的距离。

照片里含有每个物体的距离信息,这个可以带来大量相关的后期功能。

比如说,DPP里可以提供一个插件,自动按焦平面的距离计算照片里其他物体的虚化,从而让小光圈也能后期处理得到大光圈的虚化效果。这个因为有准确的距离数据,效果要比现在那些后期软件好很多。

在佳能各个区域的官方网站中,欧洲官网一直是最注重技术细节的,相比之下,美国和其它区域往往集中在使用特点上,对底层技术细节语焉不详。佳能欧洲官网上对DPRAW进行了相对详细一点的介绍,原文连接http://www.canon-europe.com/came ... -iv/dual-pixel-raw/。

这里根据这网页提供的信息,结合基本的传感器和光学原理,对几个主要问题进行一下分析。

原文引用如下:

What is Dual Pixel RAW?
Dual Pixel RAW is a Canon innovation utilising both photodiodes on the EOS 5D Mark IV’s 30.4 Megapixel Dual Pixel CMOS AF sensor.

How it works
The Dual Pixel sensor’s pixels have a dual photodiode construction. This sensor design means the sensor can receive an A and B signals from the subject and to detect any phase differences between the two signals, allowing them to attain focus as part of the Dual Pixel AF system. When capturing the image, the sensor obtains the picture info from the combined A and B image signals. This technology making both focusing and image shooting possible with the same sensor.

During Dual Pixel RAW shooting, a single RAW file saves two images into the file.
One image consists of the A+B combined image data and the other only the A image data.
. This means the Dual Pixel RAW files contains both the normal image and also any parallax information, which can be measured and subject distance information extrapolated. As Dual Pixel RAW images contain two images they are therefore double the file size of normal RAW images.

根据佳能欧洲官网这个信息,下面对几个技术问题进行一下分析:

1、5D4的全像素双核传感器是不是每个像素都有两个光电管,总数真的有6080万个光电管?

回答是明确的,确实是这样的。每个像素里面都有两个独立的光电管A和B,DPRAW是对这个传感器结构的一种创新应用。

2、那么为什么双核对焦只能覆盖80%的边长?

这个道理很简单,了解相位差对焦原理的就会清楚,相位差对焦本质上是一种三角测距,基线越长测距结果越准确,因此在进行对焦时,最外围的区域无法获得足够长的基线,因此难以保证足够的精度。这个80%的限制,只是佳能为了保证必要的相位对焦精度,对双核对焦方式进行的一种人为限制。各厂家的所有相位对焦覆盖范围,都有类似的限制。这个限制与每个像素都有两个光电管的技术实现无关。

3、DPRAW是怎么工作的?

与之前的猜测不同的是,在5D4打开DPRAW选项之后,RAW文件里并不是分别存储A、B这两个光电管单独的数据,而是存储了一个与正常曝光完全相同的合并后的RAW图像(相当于A+B),再加上一个单独的A光电管数据。参考上面原文加粗的蓝色内容。

4、这样的工作方式优点是什么?带来哪些影响?

这个工作方式完全避免了DPRAW文件,输出正常图像时可能的信噪比下降问题。

简单来说,单独的A光电管和B光电管面积都只有整个像素的一半,因此它们各自接受光线的能力都比整个像素要差,它们各自输出的物理信号,进行数字化以后就带着固有的比较高的噪声。如果仅仅输出A和B两个独立的数据,那么每个数据的信噪比都比较差,在外面无论进行哪种处理都要受到影响。

而正常的双核像素图像输出过程,是先在像素内部进行物理信号合并,然后再进行数字化,这样大大改善了输出数据的信噪比,可以达到与每个像素只包含单个光电管相同的信噪比效果。

在过去的佳能双核像素传感器型号中,都是在拍摄前的对焦过程中使用双核读出模式,采集相位差数据用于对焦,然后在拍摄时,用合并读出方式,保证输出图像的信噪比。

在之前进行的DPRAW功能猜测中,曾经认为佳能会分别输出A、B两个光电管的数据,从而忍受原始信号信噪比的下降,在外面的图像处理过程再想办法弥补,或者采用两次拍摄方式,按快门以后先输出A、B两个数据,然后清零再曝光一次,输出合并后的信号。很显然,这两种办法都有各自的缺点。

佳能没有选择这两种方式,而是让DPRAW包含一个完全正常的合并后的RAW图像,从而保证了正常图像的信噪比完全没有损失,也不会因为两次曝光带来运动模糊问题。同时包含一个独立的A光电管数据,也足以在后续图像处理计算出B光电管数据,从而获得完整相位差信息。

但是,采用这种方式,要求传感器像素结构必须进行调整,像素里必须增加一个额外的A光电管信号保持寄存器,这样才能保证输出的DPRAW数据中,合并的像素数据和A光电管数据,这两个是同条件下同时采集的,这样才可以在后期处理时,用两个数据相减,还原出B光电管数据。

这意味着,5D4的像素结构是新的,其它老型号的双核像素传感器,如果没有这样的像素设计,仅仅通过修改固件实现DPRAW,是完全不可能的。(当然,这并不排除某些之前发布的双核像素传感器,可能已经采用了同样的像素设计,那么修改固件还是可以开放这个功能。)

5、为什么进行双核相关操作有可能会带来额外噪点?

这个工作方式下,要获得B光电管的数据,必须在图像处理过程先进行(A+B)-A的计算,也就是用正常的那部分RAW数据,减去A光电管数据,才能获得B光电管数据。很显然,由于单独A光电管面积较小,信噪比低于整个像素合并后输出的正常RAW数据,这样的计算过程会降低相关部分图像的信噪比。当然具体影响程度要看进行了哪些具体的处理。

6、DPRAW进行图像处理的基础是什么?

这个基础就是根据DPRAW文件里的数据,可以获得每个像素里两个独立的光电管A和B的数据,从而按照与双核相位对焦DPAF类似的算法,计算出图像中各个部分的距离信息,所有的图像调整功能,除了消除眩光,都是以这个距离信息为基础进行的。

下面是DPRAW目前提供的三个应用方式分析:

7、DPRAW消除眩光鬼影的原理是什么?

眩光鬼影主要是镜头内不同镜片互相反射形成的,一般都出现在画面的边缘,光线有很大的入射角度,在这个区域,每个像素的两个光电管获得的信息有很大差异,通过两个光电管数据的对比分析,就可以很容易消除眩光影响。

因此,这个处理效果可以说是最有保证的。

8、DPRAW改变焦外虚化的原理是什么?

DPRAW可以计算出画面里每个物体的距离,因此可以根据这个距离信息重新进行虚化处理,可以指定任何一个原本处于景深范围的物体,这个物体在画面里原本是清晰的,现在以它与焦平面的距离为基础,可以把相关距离范围的物体,根据相对距离全部重新计算虚化效果。

把原来清晰的部分,变成虚化的,而且可以根据距离保证虚化的自然效果,我感觉这个可以说是DPRAW的一个主要应用了。基本上,可以让小光圈镜头模拟出相当接近大光圈虚化效果。

9、DPRAW进行焦点清晰度微调的原理是什么?有什么限制?

镜头的光学原理,理论上一个光点如果处于焦平面上,并且通过镜头准确聚焦,那么就会在像平面也就是传感器上形成一个光点,这是最清晰的理想效果。而没有准确聚焦的光点,一般认为会形成一个模糊圈。但是这个模糊圈微观并不是均匀的,而是有结构的,也就是中心部分比较强,而往外围会按一定规律减弱。

描述这个光点成像物理过程的数学工具称为PSF(Point Spread Function点扩散函数),下面就是一个简单的例子,可以看到一个虚焦的光点成像,其形成的模糊圈从内到外按一定的数学规律减弱。


5D4全像素双核RAW功能的技术分析(资料来源:佳能欧洲官 ...


DPRAW提供的距离信息,结合镜头数据,理论上可以精确的计算出这个光点的PSF,从而获得从中心到外围的减弱程度,那么就可以进行反向补偿,也就是在外围点的RAW数据里,减掉按中心点算出来的外围点数据,这样就可以消除这个点外围的“模糊圈”,让这个点的成像重新变成一个清晰的点。

这个过程在理论上是精确的,但是在实际使用中效果非常复杂,受到各种限制,因为很显然,如何从复杂的图像里,分析某个光点真正的成像中心点,并且排除其它光点的影响,就是个很复杂的问题。简单来说,虚焦程度越小,调整的精确度越大,因为这时候某个光点的成像中心点比较容易找,这个成像中心点受到其它光点的信息干扰也比较容易分离,从而获得较好的效果。

也就是说,用这个功能,想从完全虚焦的一片焦外背景里还原出清晰的图像,是不可能的。

这就是为什么佳能要给出使用提示,并且使用了“Microadjustment”(微调整)这样的词汇,这个调整的适用范围还是有很大限制的,基本上也就是让已经在景深范围内的物体,成像稍微更清晰一些。 本帖最后由 随便看一下吧 于 2016-8-27 12:08 编辑
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发表于 2017-5-15 22:13:00  | 显示全部楼层

随便看一下吧 发表于 2016-8-27 11:57
佳能这次的5D4新技术不多,这个全像素双核RAW文件(Dual Pixel RAW简称DPRAW)算是个令人感兴趣的新鲜内容,发布前就引起了很多猜测,根据这个DPRAW的名字,我也做了猜测,结果证明我的猜测基本是准确的。



在佳能各个区域的官方网站中,欧洲官网一直是最注重技术细节的,相比之下,美国和其它区域往往集中在使用特点上,对底层技术细节语焉不详。佳能欧洲官网上对DPRAW进行了相对详细一点的介绍,原文连接http://www.canon-europe.com/cameras/eos-5d-mark-iv/dual-pixel-raw/。

这里根据这网页提供的信息,结合基本的传感器和光学原理,对几个主要问题进行一下分析。

原文引用如下:

What is Dual Pixel RAW?
Dual Pixel RAW is a Canon innovation utilising both photodiodes on the EOS 5D Mark IV’s 30.4 Megapixel Dual Pixel CMOS AF sensor.

How it works
The Dual Pixel sensor’s pixels have a dual photodiode construction. This sensor design means the sensor can receive an A and B signals from the subject and to detect any phase differences between the two signals, allowing them to attain focus as part of the Dual Pixel AF system.  ...

实在没有看懂。
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发表于 2017-5-15 17:38:00  | 显示全部楼层

随便看一下吧 发表于 2017-4-15 09:55
rawRGB Relative Sensitivity,Color Matrix这些数据都是在特定光照下 ...

你好,我是1400700226,那个账号被临时禁言了。

可能我上个回复太久了你没能看到?我也弄明白了一些问题。

但我还是有疑问(请参考我之前的回复):

这是软件的下载地址:http://pan.baidu.com/s/1sl0gCkH

1、Black值该怎么确定呢?Black值在RAWDigger下面有显示,但是有的时候RGGB各个通道的值不一样啊,该取那个的呢?

2、Saturation这个最大值怎么从Exif读取呢?我没找到啊。我测试这个值会影响画面对比度,也不是随便填的啊。是不是需要找一张含有过曝区域的RAW然后在RAWDigger里面读取最大值?好像也不对啊

3、rawRGB Relative Sensitivity, CIE-D50, CIE-A 和 sRGB CIE-D50 Color Matrix 和 sRGB CIE-A Color Matrix,这三行数据貌似跟DxOMark的Color Response页的数据根本对不上啊,我到现在也没能弄明白,还请帮看看。

4、台湾网友给添加的1dx2的数据在软件里提示警告的问题我也没弄明白,还请看看。


希望尽快回复。

本帖最后由 fkwuxlt 于 2017-5-15 17:41 编辑
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发表于 2017-5-6 01:03:00  | 显示全部楼层

随便看一下吧 发表于 2017-4-15 09:55
rawRGB Relative Sensitivity,Color Matrix这些数据都是在特定光照下(CIE-D50、CIE-A是两个不同色温的标准光照 ...

抱歉,这么久才回复,先谢谢,这是软件的下载地址:http://pan.baidu.com/s/1sl0gCkH

但是我实在是太笨了:

例如5D3的数据:

Canon EOS 5D Mark III
【行1】0 0 0 15200 5     ————RGGB-Position(0:RGGB, 1:GBRG) Base-Noise-Reduction(0:Off, 1:On) Black Saturation [Extended Black/Sat lines]
【行2】2.02 1 1.73 1.33 1 2.65     ————rawRGB Relative Sensitivity, CIE-D50, CIE-A
【行3】2.27 -0.28 0.04 -1.42 1.67 -0.8 0.15 -0.39 1.75     ————sRGB CIE-D50 Color Matrix
【行4】2.28 -0.28 0.09 -1.27 1.62 -1.18 -0.01 -0.34 2.09     ————sRGB CIE-A Color Matrix
【行5】0 15700 400 500 1600     ————[Black Saturation ISO-list ...]
0 15200 100 125 200 250 800 2000
0 15100 2500 10000
0 13700 160 320 1250
0 14200 640 5000

【一】,行一的前两个可以忽略,第三个数据为0,但是5d3的RAW我在RAWDigger里看,最下面Black Level显示的是Auto(2047)呀。还有,最大值15200,这个应该怎样去决定呢?应该看Exif里面的哪项数值呢?我尝试设置大一点,会造成画面对比度变高。
还有,最后面那个[Extended Black/Sat lines]数值为5,是从哪里看的呢?

【二】,行二、行三的rawRGB Relative Sensitivity, CIE-D50, CIE-A 和 sRGB CIE-D50 Color Matrix 和 sRGB CIE-A Color Matrix,这三行数据貌似跟DxOMark的Color Response页的数据根本对不上啊,我尝试各种相加,都没能对上,怀疑这个是不是要什么特殊的计算?还请您帮看看

【三】,行5及以下,这个貌似是对比度跟ISO的一些针对性优化?这个貌似跟【一】提到的最大值如何决定是同一个问题。

【四】,台湾有位网友帮添加了1dx2的数据,如下:

Canon EOS-1D X Mark II
0 0 0 15100
2.02 1 1.5 1.31 1 2.37
2.21 -0.25 0.05 -1.36 1.66 -0.76 0.15 -0.39 1.7
2.23 -0.27 0.09 -1.22 1.6 -1.07 0 -0.33 1.98

但是软件打开后会警告:

Warning: Cam_D50 white point not neutral:
    Canon EOS-1D X Mark II: 1.000000 1.020000 0.990000

请问这是为何?我尝试转换1dx2的RAW并输出,貌似没有问题。

先谢谢,希望尽快回复。

那个,我的QQ是1400700226,不知您方便加我吗?QQ请教更方便点。 本帖最后由 1400700226 于 2017-5-6 01:06 编辑
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发表于 2017-4-15 09:55:00  | 显示全部楼层

1400700226 发表于 2017-4-14 16:23
@随便看一下吧

请问它的Black Saturation [Extended Black/Sat lines] 和 rawRGB Relative Sensitivity, CIE-D50, CIE-A是怎么测出来的呢?需要用到什么工具?

rawRGB Relative Sensitivity,Color Matrix这些数据都是在特定光照下(CIE-D50、CIE-A是两个不同色温的标准光照条件),拍标准色板,结合色板厂家提供的基础数据和反射式测光表读数,通过一套公式算出来的,个人做比较困难。引用的那个DXO数据,你可以点开DXO上某个相机的测试页面,点击Color Response进去就可以看到了,里面的数据就分成CIE-D50、CIE-A两项)。按这个软件的格式直接引用就行。

这个Black和Saturation应该是指RAW文件里最小和最大可能的数值,也就是所谓黑点和白点(饱和点)。

早期佳能的RAW文件数据最小值都是从0,缺点是无法容纳负数(是的,由于随机噪声的影响这个数值可能是负的),后来就改成了加一个固定的偏移,这个偏移量可以用盖上镜头盖拍全黑帧,然后计算平均值就可以得到。如果你有RAWDIGGER软件,你可以打开某个型号的RAW文件,这个数值就在页面最下面。佳能曾经一直都是固定的2048,但是5D4、80D等等这些新型号的低感,这个偏移量改成了512,高感还是2048,所以老软件如果对某一个相机型号只能支持一个偏移量的,是没有办法处理佳能这些新机器的RAW。

RAW的最大值可以直接从RAW文件的EXIF里读取,佳能的新型号也不是一个固定值了,老软件也都改不了,不过这个数值一般来说,设置成一个固定数字,影响不大。
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发表于 2017-4-14 16:23:00  | 显示全部楼层

随便看一下吧 发表于 2016-8-30 05:30
DP和IR都放出了5D4的

@随便看一下吧

http://pan.baidu.com/share/link? ... 6&uk=2285295405

这是对岸友人做的RAW转换软件,我想添加它对其他机器的支持,这是他的机器支持配置文件:

# Camera sensor and color profile database
# Special thanks to DXO for sharing sensor color matrix data

# Model
# RGGB-Position(0:RGGB, 1:GBRG) Base-Noise-Reduction(0:Off, 1:On) Black Saturation [Extended Black/Sat lines]
# rawRGB Relative Sensitivity, CIE-D50, CIE-A
# sRGB CIE-D50 Color Matrix
# sRGB CIE-A Color Matrix
# [Black Saturation ISO-list ...]
# [...]

Version 1.1

# Canon

Canon EOS 5D
0 0 0 3692
2.4 1 1.29  1.26 1 2.57
1.96 -0.18 0 -1.09 1.53 -0.32 0.13 -0.35 1.31
1.89 -0.2 0.07 -0.9 1.41 -0.59 0.01 -0.21 1.52

Canon EOS-1D Mark II
0 0 0 3712
2.24 1 1.18 1.24 1 2.48
2.11 -0.16 0 -1.11 1.49 -0.3 0 -0.33 1.3
1.95 -0.19 0.08 -0.94 1.38 -0.6 -0.01 -0.19 1.52


请问它的Black Saturation [Extended Black/Sat lines] 和 rawRGB Relative Sensitivity, CIE-D50, CIE-A是怎么测出来的呢?需要用到什么工具?

你可否帮下忙?

谢谢

本帖最后由 1400700226 于 2017-4-14 16:27 编辑
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发表于 2016-10-17 00:47:00  | 显示全部楼层
楼主您好 请问能把抽取软件发我吗 邮箱466217295@qq.com万分感谢
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发表于 2016-9-17 19:33:00  | 显示全部楼层
5D4的DPRAW证明可以恢复额外一档高光细节,参见我的另外一个帖子:

这种用法DPRAW主要使用高光部分,感光量充分,信噪比没有问题。
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发表于 2016-8-30 05:30:00  | 显示全部楼层
DP和IR都放出了5D4的实拍标板测试RAW文件。简单测量的结果(由于两个网站和DXO三者的测试条件,光照和标板状况都有所不同,测量结果一直都略有差异):

IR的ISO100:100%下动态范围12.6,按DXO的Print方式(理想缩图到800万)计算动态范围13.6。

DP的ISO100:100%下动态范围12.5,按DXO的Print方式计算动态范围13.5。

两个网站的RAW文件,按以往与DXO数据的差异规律推算的高感18%信噪比,按DXO的Print方式计算,都要比1DX2略好一些,由于不清楚DXO是如何计算实际决定佳能相机高感结果的色深指标,只能按以前规律推算,5D4的DXO可用高感结果大约是3400-3500左右。
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发表于 2016-8-28 02:28:00  | 显示全部楼层
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