カメラが3つ以上のカラーチャンネルを提供しないのはなぜですか？（それともそうですか？）

現在、ほとんどの（すべて？）市販のカメラは、赤、緑、青の3つのカラーチャネルで光をキャプチャします。より広いスペクトル範囲と解像度を備えたカメラを持つことは非常に有用であるように思えるので、3つ以上のカラーチャンネルをキャプチャするカメラがなぜ利用できないのか疑問に思っています。

正確にはどういう意味ですか？

コメントには（削除されたので）私の意図についていくつかの質問がありましたので、より良い説明をしたいと思います。可視光は、約390-700nmの波長範囲です。これらの2つのエンドポイントの間には無限の数の波長がありますが、目は3色の光受容体しか持っていないため、それらを区別する能力は非常に限られています。これらの応答曲線は、下図のパート（a）に示されています。（より大きなバージョン。）これにより、光の周波数に応じて異なる色を見ることができます。低周波の光は青色の受容体により多くの影響を与え、高周波の光は赤色の受容体により多くの影響を与えるからです。

カメラのデジタルセンサーは、ピクセルの前にフィルターを配置することで機能します。通常、3種類のフィルターがあります。これらは、人間の目が見ているものを模倣するために、上の図（a）にできるだけ近い応答曲線で選択されます。

ただし、技術的に言えば、図（b）に示すように、たとえば青と緑の間にピークがある4番目のフィルタータイプを追加できなかった理由はありません。次のセクションでは、目で見ることができるものに対応していないにもかかわらず、写真の後処理に役立つ理由を説明します。

別の可能性は、図（c）に示すように、赤外線または紫外線に追加のチャネルを追加して、カメラのスペクトル範囲を拡張することです。（これは技術的に困難になる可能性があります。）

最後に、3番目の可能性は、周波数範囲をさらに細かく分割して、高いスペクトル解像度のカメラを作成することです。このバージョンでは、センサーが生成するよりきめ細かいデータから通常のRGBチャネルをソフトウェアで構築する必要があります。

私の質問は、DSLRが（a）以外にこれらのオプションを提供しない理由と、他のいずれかを提供するカメラがあるかどうかです。（私はあなたが写真を撮るために使用するカメラの種類について尋ねています-私はこれらの種類の機能を提供する科学機器があることを知っています。）

なぜこれが役立つのでしょうか？

デジタル一眼レフで撮影したカラーショットから、白黒写真を編集して遊んでいます。白黒写真を編集するとき、3つのRGBチャンネルがシーンに関するデータのソースになるだけなので、このプロセスが面白いと思います。それらが表す実際の色は、ほとんど無関係です-シーン内のオブジェクトは、その波長の範囲で反射する光量が異なり、人間の目が見ているものに対応するという事実のため、青チャネルが主に役立ちます「青」はあまり関連性がありません。

3つのチャネルを使用すると、最終的な白黒画像のさまざまな側面の露出を制御する際の柔軟性が大幅に向上します。これをしているときに、4番目のカラーチャンネルがさらに柔軟性を提供することに気付きました。そのようなものが存在しないのはなぜかと思います。

余分なカラーチャンネルは、カラー写真や白黒と同様の理由で役立ちます。さまざまな周波数範囲の光を表すさまざまなチャネルからのデータを組み合わせて、今や白黒画像を作成するのと同じ方法で各RGBチャネルを作成するだけです。ほとんどの目的で、これはソフトウェアで自動的に行われますが、後処理オプションに関してははるかに柔軟性があります。

これがどのように役立つかを示す簡単な例として、植物は近赤外線を非常に反射することがわかっています。この事実は、印象的な特殊効果ショットを生成するためによく使用されます。このショットでは、植物は明るい白色に見えます。ただし、編集ソフトウェアの4番目のチャネルとして赤外線画像がある場合、たとえば、画像内のすべての植物の露出を変更することで、IR反射オブジェクトを少なくして、カラー画像を処理できます。

赤外線の場合、IRに敏感でないセンサーを作成するのが難しい物理的な理由があることを理解しています。そのため、デジタルセンサーの前には通常IRブロッキングフィルターがあります。しかし、可視範囲でより高いスペクトル分解能を備えたセンサーを作成することが可能であるべきであり、これは同じ種類の利点を可能にします。

この機能はデジタル処理の時代にはあまり役に立たないと思うかもしれませんが、実際には今頃からそれが登場するでしょう。デジタルでできることの限界は利用可能なデータによって設定されるので、より多くのスペクトルデータにより、それなしではまったく存在できない処理技術が可能になると想像します。

質問

この機能が存在しない理由を知りたい。4つ以上のカラーチャンネルを備えたセンサーを作成するのに大きな技術的課題がありますか、それとも、そのような機能に対する需要の不足に関係があるのでしょうか？マルチチャネルセンサーは研究活動として存在しますか？それとも、それがどれほど役立つかについて、私は単に間違っていますか？

あるいは、が存在する（または過去に存在する）場合、どのカメラがそれを提供し、その主な用途は何ですか？（サンプル画像が見たいです！）

カメラが3つ以上のカラーチャンネルを提供しないのはなぜですか？

それは生産するのにより多くの費用がかかります（1種類以上の何かを生産することはより費用がかかります）。

（それともそうですか？）

彼らがやった。市販のものを含むいくつかのカメラには、RGBW（RGB +ホワイト）RGBE（RGB +エメラルド）、CYGM（シアンイエローグリーンマゼンタ）またはCYYM（シアンイエローイエローマゼンタ）フィルターがありました。

より広いスペクトル範囲と解像度を備えたカメラを持つことは非常に有用であるように思えるので、3つ以上のカラーチャンネルをキャプチャするカメラがなぜ利用できないのか疑問に思っています。

チャネルの数は、スペクトル範囲に直接関係しません。

4つ以上のカラーチャンネルを備えたセンサーを作成するのに大きな技術的課題がありますか、それとも、そのような機能に対する需要の不足に関係があるのでしょうか？

需要の不足が決定的な要因です。

さらに、CYYM / CYGMフィルターは、変換時に大きな係数を使用した算術演算を必要とするため、色ノイズが増加します。ただし、輝度ノイズは色ノイズと引き換えに改善されます。

マルチチャネルセンサーは研究活動として存在しますか？それとも、それがどれほど役立つかについて、私は単に間違っていますか？

チャンネル数が増えるとスペクトル範囲が大きくなり、4番目のチャンネルが色とモノトーンの両方に興味深い処理技術を提供するという点で間違いがあります。

あるいは、が存在する（または過去に存在する）場合、どのカメラがそれを提供し、その主な用途は何ですか？

たとえば、Sony F828やNikon 5700など、中古品もあります。それらは一般的なカメラです。

また、ほとんどのカメラに存在するホットミラーだけでなく、センサーを構成するフォトダイオードの感度によってスペクトル範囲が制限されることを知ることも興味深いです。民生用カメラで使用されているフォトダイオードの種類は正確にはわかりませんが、半導体の限界を示すグラフの例を次に示します。

4番目のチャネルを抽出するために使用できるソフトウェアについては、おそらくそうですdcrawが、1つのチャネルのみを抽出するように修正および再コンパイルする必要があります。

F828 dcraw.cには4番目のチャネルを使用する4x3マトリックスがあります。アイデアは次のとおり{ 7924,-1910,-777,-8226,15459,2998,-1517,2199,6818,-7242,11401‌​‌​,3481 }です。-これは線形形式の行列であり、ほとんどの場合、4番目の値はエメラルドを表します。あなたはそれをこれに変えます：（推測の{ 0,0,0,8191,0,0,0,0,0,0,0,0 }代わりにそこに何の数字があるべきかわかりません8191）、再コンパイルし、出力画像は赤いチャンネルでデモザイキングした後、エメラルドチャンネルを取得します（ソースを正しく理解している場合）。

この長年の光学システムエンジニアからのメモ。まず、グレーティングまたは同等のものを使用して、入射光を数十または数百のカラー（波長）チャネルに分割する「ハイパースペクトル」カメラと呼ばれるものがあります。あなたが想像するかもしれないこれらは、カラー写真それ自体を作成するためには使用されず、または有用ではありませんが、特定の素材から放出または反射される狭帯域スペクトル線を区別するのに最適です。たとえば、地質学者はこれらを使用して、飛行機に搭載されたハイパースペクトルカメラを使用して鉱物の堆積物を識別します。

次に、各単一波長（フォトンエネルギー）によって生成される色と私たちの目が認識する色の間には大きな違いがあります。3つ、または幸運な人のために、それぞれ異なるスペクトル応答曲線を持つ4つの異なるコーンがあります。これらの曲線は、ウィキペディアのページの最初の写真を含め、ネット全体で見つけることができます。次に、私たちが認識する色/色相の範囲はマップ全体をカバーしますが、単一の光子波長によって生成される色はそのマップの領域に線を形成します。

エドウィンランドが実施したいくつかの壮大な実験を含む多くの実験は、RGBを混合することで目がすべての可能な視覚色を再構成するのに十分であることを示しました。（実際には、2色と別のグレースケール表現だけで十分であることがわかります。脳内の光学処理は本当に奇妙です）

RGBカメラセンサーは人間の視覚を再現するため非常に人気があります

それはほとんどの人が必要とするものです-私たちが見るもののように見える写真を作ります。

RGBサブピクセルをより多くの種類のフィルターに置き換えて、より多くの帯域をより良いスペクトル解像度で区別することはできますが、

• 唯一の目的のために。適切な写真を作成するには、だれもがほぼ同じRGBフィルターを必要としますが、誰かに役立つ可能性のあるスペクトルバンドの数に制限はありません。この方法でユニバーサルカメラを作成することはできません。

• センサーの全体的な感度が低下します。与えられたすべてのサブピクセルは、それが受け入れる狭帯域を除いて、すべての光に対して役に立たない。より多くのフィルター=より多くの無駄な光。

そのため、厳密に特化したセンサーを作成する代わりに、組み込みフィルターをまったく使用せずにセンサーを使用し、画像取得中にフィルターを交換する方が良いでしょう。このように、一致するサブピクセルを持つ小さな部分だけでなく、センサー領域全体が各フィルターで使用されます。

人間の目には3つのカラーセンサーがあります。それらのスペクトルプロファイルは広く、重複しています。それらはそれぞれ、入力が色として解釈される脳に神経信号を送ります。脳内の処理が奇妙であるという前の回答のコメントは正しいです。これは、特定の色に対して3つの刺激のみが必要な場合です。詳細については、色覚に関するウィキペディアの記事をご覧ください。

IRおよびUV光用の追加チャンネルを備えたマルチスペクトルカメラもありますが、消費者製品としてではありません。