拜耳阵列(Bayer Pattern)以及常见彩色滤波矩阵(CFA)

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一、拜耳阵列的来源

图像传感器将光线转化成电流,光线越亮,电流的数值就越大;光线越暗,电流的数值就越小。图像传感器只能感受光的强弱,无法感受光的波长。由于光的颜色由波长决定,所以图像传播器无法记录颜色,也就是说,它只能拍黑白照片,这肯定是不能接受的。

一种解决方案是照相机内置三个图像传感器,分别记录红、绿、蓝三种颜色,然后再将这三个值合并。这种方法能产生最准确的颜色信息,但是成本太高,无法投入实用。

1974年,柯达公司的工程师Bryce Bayer提出了一个全新方案,在图像传感器前面,设置一层彩色滤光片阵列(Color Filter Array,CFA) ,有间隔的在每个像素上放置单一颜色的滤镜。 这样,每个通道能得到一个部分值空缺的图片,然后通过各种插值手段填充空缺的值,进而得到彩色图像。

二、拜耳阵列的工作原理

拜耳阵列是实现CCD 或CMOS 传感器拍摄彩色图像的主要技术之一。它模拟人眼对色彩的敏感程度,采用1红2绿1蓝的彩色滤光片阵列,对光线进行过滤。

如下图所示,光线经过拜耳滤光片,获取到R、G、B三个通道的图像,R通道和B通道分别只有1/4的像素被填充,G通道只有1/2的像素被填充。通过插值算法,将R、G、B三个通道的原始图填充,就可以得到完备的彩色图像。

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三、常见色彩滤波矩阵(CFA)

随着科技发展,越来越多不同设计的CFA被应用于相机和手机中。主要分为RGB、RGB-IR、RCCC、其它等四类

3.1 For RGB sensor

在数字化的时代,需要一种标准来量化自然界的各种颜色。RGB就是一种在数字化领域表示颜色的标准,也称作一种色彩空间,通过用三原色R、G、B的不同的亮度值组合来表示某一种具体的颜色。注意,RGB里面存的是颜色的亮度值,而不是色度值。

RGB类型的色彩滤波矩阵,最常用,只包含R、G、B三个通道。根据不同排列,又可以下面RGGB、BGGR、GRBG和GBRG四类。 图像 cfa和bayer patten,Camera Sensor,builder pattern,拜耳阵列,CFA,彩色滤波片

3.2 For RGB-IR sensor

IR是Infrared,即红外线,其波长(约760nm~1mm)比红光长,是不可见光。在光线比较暗的情况下,使用IR摄像头增强现实效果。RGB-Ir技术使用RGB-Ir CFA,基于Bayer格式,修改部分像素点为IR像素点,而IR像素点只允许红外光通过。

RGB-Ir技术可以通过一个传感器设备同时捕捉到RGB彩图和IR图,也就是同时拥有白天和夜间的可视能力。根据各通道的位置不同,又可以细分成RGGI、IGGR、GRIG、GIRG、BGGI、IGGB、GBIG、GIBG八类。 图像 cfa和bayer patten,Camera Sensor,builder pattern,拜耳阵列,CFA,彩色滤波片

3.3 For RCCC sensor

RCCC就是CFA采用 Red-Monochrome配置,CFA滤波器结构中包括 3 个空白(Clear -C)和 1 个红光滤波器。75% 部分为透传,其余 25% 为感受红光的滤波器。RCCC 的优点是光灵敏度高,适用于弱光环境。由于 RCCC 只有红色光滤波器,因此主要用在对于红色标识敏感的场合,比如交通灯检测。根据R通道的位置不同,又可以分为RCCC、CCCR、CRCC、CCRC四类。

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3.4 其它类型CFA

除了上面介绍的几类,还有很多其他的类别,如下图所示。在选择的时候,按需来。

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