引言

我們每天能看到多種色彩，對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)（不管是CCD還是CMOS），它們只能看到光強(qiáng)。當(dāng)然，他們能識(shí)別從近紫外到紅外之間大部分光的光強(qiáng)。為了讓圖像傳感器更好的輸出能讓人類(lèi)接受的圖片，科學(xué)家和工程師們想出了多種方法。

1彩色成像的原理

不管是CCD還是CMOS，它們只能接受光強(qiáng)，不能識(shí)別光的波長(zhǎng)。

CCD和CMOS對(duì)近紫外200nm至可見(jiàn)光380-780nm直至近紅外1100nm波長(zhǎng)范圍都有相應(yīng)。這使得如果直接用CCD和CMOS，輸出的只能是灰度圖像。

為了得到我們?nèi)搜鬯?xí)慣的彩色圖像，人們采用了兩種方法：拜耳陣列（Bayer filter）方案和三種傳感器疊加的方案。

無(wú)色彩的灰度圖像

圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)

2拜耳陣列方案

柯達(dá)的Bryce Bayer于是想出了這種方式來(lái)解決彩色分辨的問(wèn)題：通過(guò)在傳感器前添加一個(gè)下圖這樣的RGB濾波陣列，使得每個(gè)濾光點(diǎn)只能透射一種顏色，并使各個(gè)顏色的濾光點(diǎn)與下層像素點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。

拜耳陣列原理

圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)

拜耳陣列方案

通過(guò)上面這樣的方式，可以將上面無(wú)色彩的灰度圖像處理得到下圖所示的紅綠藍(lán)強(qiáng)度圖，但是還是不能得到我們想要的圖像。

接下來(lái)就是進(jìn)行猜色，也就是根據(jù)一個(gè)像素點(diǎn)及其周?chē)募t綠藍(lán)各自的灰度值，經(jīng)插值算出該像素點(diǎn)的RGB。插值算法很多，最簡(jiǎn)單就是將臨近像素的色彩值賦給該像素，也可以將鄰域的該顏色灰度值平均后賦給該像素點(diǎn)，算法很多，具體算法查閱拜耳濾鏡插值。插值后對(duì)應(yīng)每個(gè)像素點(diǎn)的RGB都知道了。

處理后的紅綠藍(lán)強(qiáng)度圖

建議關(guān)閉聲音，背景音比較嘈雜

插值 猜色最終的效果

建議關(guān)閉聲音，背景音比較嘈雜

拜耳陣列方案

最后是一些拜爾陣列的變種方案，上述紅綠藍(lán)的濾光片比例是11，因此也稱(chēng)RGBG。

RGBE是用一個(gè)祖母綠的濾光片代替綠色；據(jù)說(shuō)更接近人眼的感覺(jué)；CYYM是用青色、黃色、品紅 11代替RGB；CYGM是青色、黃色、綠色、品紅1：1：1：1；CYGM和CYYM這兩種都是為了提高光通量，但犧牲了色彩準(zhǔn)確度。簡(jiǎn)單解釋下，比如品紅=紅+藍(lán)，也就是只阻擋綠光；黃色=紅+綠，只阻擋藍(lán)光；青色=綠+藍(lán)，只阻擋紅光，相比RGB而言對(duì)白光的吸收變少了，可以提高光通量，代價(jià)是色彩不好確定。

RGBW是用白色取代綠色，提高進(jìn)光量，損失了一部分顏色信息。適合暗環(huán)境拍攝，降低噪點(diǎn)。RGBW#1~3是非馬賽克方式的其他排列模式。X-Trans是為減小莫爾條紋的發(fā)生，采取不太規(guī)則的濾鏡排列方式，且加大綠色感光面積，提高分辨率和色彩飽滿(mǎn)度。

3三種傳感器疊加的方案

另一種方案的成本稍微高一些，但是可以克服單芯片攝像機(jī)的圖像失真問(wèn)題。

這種方案采用分光器或者棱鏡將通過(guò)鏡頭的光線被分為三束光然后到達(dá)三個(gè)傳感器。每個(gè)傳感器件前有一個(gè)不同的濾光片。這種相機(jī)被稱(chēng)為三芯片相機(jī)。

拜耳陣列方案

這種結(jié)構(gòu)顯然可以克服單芯片攝像機(jī)的圖像失真問(wèn)題。但同時(shí)意味著需要三個(gè)傳感器。而且需要考慮到三個(gè)傳感器的位置需要仔細(xì)調(diào)整，這顯然是一件非常精密的工作。因此，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本大大增加。

編輯：jq