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圖像Bayer格式介紹及差值原理

QQ475400555 ? 來源:機器視覺沙龍 ? 2023-05-29 12:05 ? 次閱讀

No.1

前言

Bayer俗稱為“拜耳陣列”,是實現CCDCMOS?傳感器拍攝彩色圖像的主要技術之一,是伊士曼·柯達公司科學家Bryce Bayer發明的,并于1976年注冊專利,是工業相機領域中最為常見的彩色成像格式。

No.2

圖像Bayer格式介紹

對于彩色圖像,需要采集多種最基本的顏色,如RGB三種顏色,可以通過紅綠藍三色濾鏡分別透過紅綠藍三種波長的光,從而得到紅綠藍三基色,但由于需要三塊濾鏡,價格昂貴且不好制造,因為三塊濾鏡都必須保證每一個像素點都對齊。當用Bayer格式的時候,很好的解決了這個問題。Bayer格式圖片在一塊濾鏡上設置的不同的顏色,通過分析人眼對顏色的感知發現,人眼對綠色比較敏感,所以一般Bayer格式的圖片綠色格式的像素是r和b像素的和。 另外,Bayer格式是相機內部的原始圖片, 一般后綴名為.raw。很多軟件都可以查看, 比如PS。我們相機拍照下來存儲在存儲卡上的.jpeg或其它格式的圖片, 都是從.raw格式轉化過來的。如下圖,為Bayer色彩濾波陣列,由1/2的G,1/4的R,1/4的B組成。

2eb8d6a2-fdcb-11ed-90ce-dac502259ad0.png

No.3

Bayer格式圖像傳感器硬件

圖像傳感器的結構如下所示,每一個感光像素之間都有金屬隔離層,光通過顯微透鏡,在色彩濾鏡過濾之后,投射到相應的感光單元上。

2ed72094-fdcb-11ed-90ce-dac502259ad0.png

當Image Sensor往外逐行輸出數據時,像素的序列為GRGRGR.../BGBGBG...(順序RGB)。這樣陣列的Sensor設計,使得RGB傳感器的數據量減少到了全色傳感器的1/3,如下所示:

2eeefe30-fdcb-11ed-90ce-dac502259ad0.png

No.4

Bayer格式插值紅藍算法實現

每一個像素僅僅包括了光譜的一部分,必須通過插值來得到每個像素的RGB值。為了從Bayer格式得到每個像素的RGB格式,我們需要通過插值填補缺失的2個色彩。插值的方法有很多(包括鄰域、線性、3*3等),下面以RGB線性鄰域差值為例進行說明。 R和B線性鄰域插值有幾種不同的分布,如下圖所示:

2ef75d32-fdcb-11ed-90ce-dac502259ad0.png

  • 在(a)與(b)中,R和B分別取鄰域的平均值。

  • 在(c)與(d)中,取領域的4個B或4個R的均值作為中間像素的B值或R值。

No.5

效果展示

2f00770a-fdcb-11ed-90ce-dac502259ad0.png 為什么Bayer格式圖像會是灰度圖,這是因為每一個像素上只有一個對應通道的,因此只有一個值,而不像RGB圖像有3個通道,整張圖像是單通道圖像,所以雖然是彩色傳感器,但是以圖片輸出時,還是灰度圖的形式。Bayer格式彩色圖像的處理方式是將對應像素上缺少的兩個值差值補齊,以3通道彩色圖像輸出。重建圖像是對Bayer彩色圖像進行白平衡處理,最后得到的圖像。

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原文標題:圖像Bayer格式介紹及差值原理

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