“Правильный” цвет. Как?

Существует точка зрения, что тип механизма передачи электрических зарядов в сенсорах - ПЗС или КМОП влияет на цветовые характеристики получаемого изображения. Придерживаясь этой точки зрения, я, тем не менее, попытался получить одинаковый цвет, используя камеры с этими двумя типами сенсоров. Поскольку в целом результат оказался неудовлетворительным, я продолжал придерживаться этой точки зрения. Однако результаты слепого теста, в котором я правильно угадал только в около 50% случаев, убедили меня если не в ошибочности, то сомнительности данного утверждения.
Также мои сомнения были подкреплены тем, что в камеры с “правильным цветом” попали камеры с сенсорами Фовеон, являющимися не только тоже сенсорами КМОП, но и обладающими очень слабым цветоделением и требующими весьма агрессивного восстановления цвета по сути математического раскрашивания картинки. Вместе с тем все это подтолкнуло к идее представляемого решения.
Также было учтено ещё одно обоснование неудовлетворительных результатов слепых тестов: "снимки с ПЗС камер неправильно обработаны", то есть 'испорчены” до уровня снимков КМОП.
В каждой паре один кадр сделан “правильной” камерой (S5Pro, Foveon и тому подобное...) и обработан в конверторе с установками по умолчанию за исключением баланса белого.
То есть он не подвергался никакому воздействию со стороны фотографа и им никак “не испорчен” в процессе обработки. Это - чистый результат работы машины.
На тестовой странице вы можете попытаться угадать, какой камерой сделан какой снимок.
Условия съемки: ISO от 100 до 200, один и тот же объектив CZ Distagon 25/2.8 ZF(за исключением камеры с сенсором Foveon), одна и таже диафрагма. Детальная информация доступна в EXIF файлов.

Методика

Мы будем пытаться получить цвет целевой камеры на снимке, сделанном пробной камерой. Для этого мы сначала построим модель пробной камеры в RGB пространстве целевой:

фотографируем мишень IT8 обеими камерами в raw формате
обрабатываем оба снимка в конверторе C1Pro, позволяющем выводить результат в формате TIFF 48 бит на пиксель с embed camera profile, то есть без CMS преобразования и в режиме linear responce, то есть без применения фильмообразной кривой.
измеряем компоненты мишеней
используя метод главных компонент (Principal component analysis - PCA), строим модель пробной камеры и получаем коэффициенты преобразования RGB значений из пространства пробной камеры в пространство целевой.

Применительно к тестовым снимкам мы делаем следующее:

обрабатываем снимок в конверторе C1Pro с embed camera profile, то есть без CMS преобразования и в режиме linear responce, то есть без применения фильмообразной кривой.
применяем полученное преобразование
присваиваем снимку цветовой профиль целевой камеры
применяем к нему фильмообразную кривую, аналогичную той, которую использует конвертор.

Как указывалось выше, снимок целевой камеры обрабатывается конвертором в режиме установок по умолчанию. Снимки, сделанные Sigma DP2s, обрабатывались в SPP, остальные в C1Pro.
Помимо описанной выше обработки никакая ручная обработка снимков с пробной камеры не производилась.
Подобный подход позволяет обойти две проблемы:

каким бы не был неточным профиль целевой камеры в колорометрическом смысле, если два полученных изображения выглядят одинаково, значит RGB компоненты до CMS преобразования тоже одинаковы, и разницы в способности передавать цвет между камерами как таковыми нет
какова бы не была неточна сама мишень относительно данных о цвете её полей, поставляемых вместе с ней, и насколько бы она не деградировала во времени, если снимки сделаны обеими камерами одновременно, это не играет существенной роли.

Качество полученных моделей характеризуется коэффициентом детерминации R² и приведено ниже.

Результаты

Внимание! Изображение в правой колонке зависит от положения курсора мышки. Для правильного просмотра следите за положением курсора!
Три снимка камерами Fuji S5Pro(CCD), Sigma DP2s(Foveon) и Sony A7r(CMOS), адаптация A7r под две первые

Fuji S5Pro	Sony A7r R²=0.999 Наведите мышку для просмотра оригинала

Sigma DP2s Foveon	Sony A7r R²=0.985 Наведите мышку для просмотра оригинала

Два снимка, сделанные на пленку Fuji Velvia 100 и цифровой камерой Nikon D70

Fuji Velvia 100, Nikon F80, Nikon Super Coolscan 4000 ED, часть кадра	Nikon D70 R²=0.977 Наведите мышку для просмотра оригинала	Nikon D70 DxO FilmPack

Теперь попытаемся решить ранее поставленную проблему

Nikon D70	Cannon 20D R²=0.993 Наведите мышку для просмотра оригинала

Хотя у нас нет модели камер описанных тут, исходя из того, что Nikon D50 может иметь те же фильтры, что и Nikon D70 , а Canon 20D, что и Canon 30D, попробуем применить предыдущую модель к этим снимкам

Nikon D50	Cannon 30D Наведите мышку для просмотра оригинала

Тест телесных тонов.
Так же у нас нет камеры Nikon D800, однако мы попробуем использовать модель камеры Sony A7r, исходя из возможного сходства фильтров этих камер.
Снимки любезно предоставлены Zebra, участником форума Конференция iXBT.com. Цифровое фото

Fuji S5Pro	Nikon D800 Наведите мышку для просмотра оригинала

Fuji S5Pro	Nikon D800 Наведите мышку для просмотра оригинала

Примеры

Fuji S5Pro	Sony A7r R²=0.999 Наведите мышку для просмотра оригинала

Fuji S5Pro	Sony A7r R²=0.999 Наведите мышку для просмотра оригинала

Тест при низкой цветовой температуре источника света - освещение лампами накаливания
Closest Planckian temperature = 2818K (Delta E 0.178814)
Closest Daylight temperature = 2763K (Delta E 0.351169)

Fuji S5Pro	Sony A7r R²=0.999 Наведите мышку для просмотра оригинала

Тест при низкой цветовой температуре источника света - освещение люминесцентной лампой
Closest Planckian temperature = 2474K (Delta E 9.449833)
Closest Daylight temperature = 2244K (Delta E 14.519668)

Fuji S5Pro	Sony A7r R²=0.999 Наведите мышку для просмотра оригинала

Sigma DP2s Foveon	Sony A7r CZ Planar 50/1.4 R²=0.985 Наведите мышку для просмотра оригинала

Мне никогда не нравился желтоватый оттенок зелени у Nikon D70, это тоже решаемая проблема

Fuji S5Pro	Nikon D70 R²=0.999 Наведите мышку для просмотра оригинала

Два снимка, сделанные на пленку Fuji RealaSuperia 100 и цифровой камерой Nikon D70

Fuji RealaSuperia 100, Nikon F80, Nikon Super Coolscan 4000 ED, часть кадра	Nikon D70 R²=0.982 Наведите мышку для просмотра оригинала

Два снимка, сделанные на пленку Fuji RealaSuperia 100 и цифровой камерой Nikon D70

Fuji RealaSuperia 100, Nikon F80, Nikon Super Coolscan 4000 ED, часть кадра	Nikon D70 R²=0.982 Наведите мышку для просмотра оригинала

Преобразования между конверторами

Не секрет, что разные конверторы по-разному конвертируют один и тот же RAW файл. Как следует из данного исследования, причиной этого являются разные цветовые профили, используемые этими конверторами. Данный раздел иллюстрирует возможность преобразования из цвета одного конвертора в другой.
Уже приведенный выше снимок Fuji S5Pro

Конвертор Fuji HU3	Конвертор C1Pro преобразованная в Fuji HU3, R²=0.996

Преобразование не смогло в полной мере компенсировать особенности цветового профиля HU3, придающего небу зеленоватый оттенок.
Тест телесных тонов.
Так же у нас нет камеры Nikon D800, однако мы попробуем использовать модель камеры Sony A7r, исходя из возможного сходства фильтров этих камер.
Преобразование из A7r в S5Pro + C1Pro с последующим преобразованием в S5Pro + HU3 Снимки любезно предоставлены Zebra, участником форума Конференция iXBT.com. Цифровое фото

Fuji S5Pro	Nikon D800 Наведите мышку для просмотра оригинала

Преобразование, тем более двойное, и из камеры предположительно похожей на Nikon D800 не дает хорошего сходства цветов.

Проблемы

В диапазоне длин волн короче 460 нм у Fuji S5Pro только синий канал обладает какой-либо чувствительностью.

Источник Messung der spektralen Empfindlichkeit von digitalen Kameras mit Interferenzfiltern, стр 75.

Это значит, что все цвета в этом диапазоне будут передаваться градациями синего. Модель не способна воспроизвести этот недостаток S5Pro.

Цвет пятна лазера с длиной волны 405 нм.	Sony A7r преобразованная в Fuji S5pro

Другая проблема - чувствительность матриц к инфракрасному излучению.
Как можно видеть S5Pro более чувствительна к ИК, чем A7r. Этим может объяснятся искажение цвета красного на снимках при лампах накаливания, отсутствующее на снимках с люминесцентными лампами, несмотря на близкую цветовую температуру источников света. По сути S5Pro испытывала сильную паразитную засветку в ИК диапазоне.
Снимки сделаны через ИК фильтр с полосой пропускания от длины волны 720 нм и длиннее.

Fuji S5Pro, ISO 160, F 2.8, 2.2 секунды	Sony A7r, ISO 100, F 2.8, 30 секунд

Другие задачи

Использование данной методики для создания тестового RAW-конвертора для Sigma DP2s (Foveon). Щелкните на изображении для просмотра