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影像基础

数码相机如何记录颜色

传感器上的每个像素只能感光,颜色是靠一层彩色滤片和事后推算得来的。

排列RGGB
绿色占比50%
每像素实测1 种颜色

大多数相机的每个像素只测一种颜色。另外两种颜色,是根据周围像素推算出来的。

这层彩色滤片叫拜耳阵列,推算过程叫去马赛克。

1. 像素只认亮度

感光元件把照到的光变成电荷,光越多电荷越多。它分不出光是红是蓝,只知道有多亮。

进来的光 红 绿 蓝混在一起 感光像素 光子变成电荷 一个数字 只代表亮度
示意。

2. 拜耳阵列:给像素戴上彩色滤片

在每个像素上盖一片只让一种颜色通过的滤片,按红绿绿蓝的规律排开。绿色占一半,因为人眼对绿色最敏感。

R G R G G B G B R G R G G B G B 每 2 x 2 一组:1 红、2 绿、1 蓝 16 个像素里 8 个是绿色,占 50% 红和蓝各占 25% 绿色格子高亮显示
按比例绘制的 4 x 4 局部。

依据:《Wikipedia:Bayer filter》。

3. 去马赛克:把缺的颜色补回来

一个只测了绿色的像素,它的红色值取周围红色像素的平均,蓝色同理。实际算法更讲究,会顺着边缘方向插值,减少颜色串色。

R R G 这个绿色像素的红色值 约等于上下两个红色像素的平均 输出 每个像素都有 R G B
示意,最简单的双线性插值。

依据:《Wikipedia:Demosaicing》。

4. 这样做的代价

现象原因
细密条纹上出现彩色波纹纹理比滤片间距还细,推算猜错了颜色
黑白边缘出现彩边边缘两侧亮度突变,插值把相邻颜色混了进来
实际彩色分辨率低于像素数每种颜色只在部分像素上真实测量

资料链接

资料地址
《Wikipedia:Bayer filter》https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter
《Wikipedia:Demosaicing》https://en.wikipedia.org/wiki/Demosaicing