我(wo)們(men)每天能(neng)看到多(duo)種色彩，對于傳(chuan)感器來說（不管是CCD還是CMOS），它(ta)們(men)只能(neng)看到光(guang)強。當(dang)然，他們(men)能(neng)識別從近紫外到紅(hong)外之間大部分光(guang)的(de)光(guang)強。為了讓(rang)圖像傳(chuan)感器更好(hao)的(de)輸出能(neng)讓(rang)人類接受的(de)圖片，科學(xue)家和工(gong)程(cheng)師們(men)想出了多(duo)種方法(fa)。

彩色成像的原理

       不管是CCD還是CMOS，它們只能(neng)接受光(guang)(guang)強，不能(neng)識(shi)別光(guang)(guang)的波長(chang)。

       CCD和CMOS對近紫外(wai)200nm至可見(jian)光380-780nm直(zhi)至近紅(hong)外(wai)1100nm波長(chang)范圍(wei)都(dou)有相(xiang)應。這使得如果直(zhi)接用CCD和CMOS，輸出的(de)只能是(shi)灰度(du)圖像。

為了(le)得到我們(men)人眼所習慣的彩色(se)圖像，人們(men)采用了(le)兩種方法：拜(bai)耳陣列(lie)（Bayer filter）方案和三(san)種傳(chuan)感器(qi)疊加(jia)的方案。

無色彩的灰度圖像

拜耳陣列方案

       柯達的Bryce Bayer于是(shi)想(xiang)出了(le)這種(zhong)方式(shi)來解決彩色分辨的問題：通過在傳感器前(qian)添加一(yi)個下圖(tu)這樣的RGB濾(lv)波陣列(lie)，使得每個濾(lv)光點(dian)只能(neng)透射(she)一(yi)種(zhong)顏(yan)色，并使各個顏(yan)色的濾(lv)光點(dian)與下層像(xiang)素點(dian)一(yi)一(yi)對應(ying)。

拜耳陣列原理

拜耳陣列方案

       通(tong)過(guo)上面這(zhe)樣的方式，可以將上面無色(se)彩的灰度(du)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)處理得到下圖(tu)(tu)所示的紅綠藍強度(du)圖(tu)(tu)，但(dan)是(shi)還是(shi)不能得到我們想要的圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)。

       接下(xia)來就是(shi)進(jin)行猜色，也就是(shi)根據一個像(xiang)(xiang)素點(dian)(dian)及其周圍的紅綠藍各自的灰度(du)值(zhi)(zhi)，經插(cha)(cha)(cha)值(zhi)(zhi)算出該(gai)(gai)像(xiang)(xiang)素點(dian)(dian)的RGB。插(cha)(cha)(cha)值(zhi)(zhi)算法(fa)很多(duo)，最簡單(dan)就是(shi)將臨近像(xiang)(xiang)素的色彩值(zhi)(zhi)賦(fu)給(gei)該(gai)(gai)像(xiang)(xiang)素，也可以將鄰域(yu)的該(gai)(gai)顏色灰度(du)值(zhi)(zhi)平均后賦(fu)給(gei)該(gai)(gai)像(xiang)(xiang)素點(dian)(dian)，算法(fa)很多(duo)，具體(ti)算法(fa)查(cha)閱拜耳濾鏡(jing)插(cha)(cha)(cha)值(zhi)(zhi)。插(cha)(cha)(cha)值(zhi)(zhi)后對應每個像(xiang)(xiang)素點(dian)(dian)的RGB都知道了。

處理(li)后的(de)紅綠藍強(qiang)度圖

建議(yi)關閉聲音，背景音比較嘈雜

插(cha)值(zhi) 猜色最終(zhong)的效(xiao)果

建議(yi)關閉聲音(yin)，背景音(yin)比較嘈雜

拜耳陣列方案

       最后是(shi)一些拜爾陣列的(de)變種方案，上述紅綠藍的(de)濾光(guang)片比例(li)是(shi)1:2:1，因(yin)此也(ye)稱RGBG。

       RGBE是(shi)(shi)(shi)(shi)用(yong)一(yi)(yi)個(ge)祖母綠(lv)(lv)的(de)(de)濾光(guang)(guang)片代(dai)替(ti)綠(lv)(lv)色(se)；據說更接近人眼的(de)(de)感覺；CYYM是(shi)(shi)(shi)(shi)用(yong)青(qing)色(se)、黃(huang)色(se)、品(pin)紅(hong) 1:2:1代(dai)替(ti)RGB；CYGM是(shi)(shi)(shi)(shi)青(qing)色(se)、黃(huang)色(se)、綠(lv)(lv)色(se)、品(pin)紅(hong)1：1：1：1；CYGM和CYYM這兩種(zhong)都是(shi)(shi)(shi)(shi)為(wei)了提(ti)高(gao)光(guang)(guang)通量(liang)，但犧牲了色(se)彩準(zhun)確度。簡單解釋下(xia)，比(bi)如品(pin)紅(hong)=紅(hong)+藍，也就是(shi)(shi)(shi)(shi)只阻(zu)擋(dang)綠(lv)(lv)光(guang)(guang)；黃(huang)色(se)=紅(hong)+綠(lv)(lv)，只阻(zu)擋(dang)藍光(guang)(guang)；青(qing)色(se)=綠(lv)(lv)+藍，只阻(zu)擋(dang)紅(hong)光(guang)(guang)，相比(bi)RGB而言(yan)對(dui)白(bai)光(guang)(guang)的(de)(de)吸收(shou)變少了，可以提(ti)高(gao)光(guang)(guang)通量(liang)，代(dai)價是(shi)(shi)(shi)(shi)色(se)彩不好(hao)確定(ding)。RGBW是(shi)(shi)(shi)(shi)用(yong)白(bai)色(se)取代(dai)綠(lv)(lv)色(se)，提(ti)高(gao)進光(guang)(guang)量(liang)，損失了一(yi)(yi)部分顏色(se)信(xin)息(xi)。適合暗環(huan)境拍攝，降低噪點。RGBW#1~3是(shi)(shi)(shi)(shi)非馬賽克方式(shi)的(de)(de)其(qi)他(ta)排(pai)列(lie)模式(shi)。X-Trans是(shi)(shi)(shi)(shi)為(wei)減小(xiao)莫爾條紋(wen)的(de)(de)發生，采取不太規(gui)則的(de)(de)濾鏡排(pai)列(lie)方式(shi)，且加大綠(lv)(lv)色(se)感光(guang)(guang)面積，提(ti)高(gao)分辨率和色(se)彩飽(bao)滿度。

三種傳感器疊加的方案

       另(ling)一(yi)種方案的成本稍微(wei)高一(yi)些，但是可以克服單(dan)芯片攝(she)像機(ji)的圖像失真(zhen)問題(ti)。

       這(zhe)(zhe)種方案采用分(fen)光(guang)器(qi)或者棱鏡將(jiang)通過鏡頭的光(guang)線(xian)被(bei)(bei)分(fen)為三束光(guang)然后到達三個傳感器(qi)。每(mei)個傳感器(qi)件前有一個不同的濾(lv)光(guang)片(pian)。這(zhe)(zhe)種相機被(bei)(bei)稱為三芯(xin)片(pian)相機。

拜耳陣列方案

       這種結構顯(xian)然(ran)可以克服單芯片攝(she)像(xiang)機的(de)圖像(xiang)失真問題。但同(tong)時意味(wei)著需(xu)要三個傳感器。而且需(xu)要考慮到三個傳感器的(de)位(wei)置需(xu)要仔細調整，這顯(xian)然(ran)是一件(jian)非常(chang)精密的(de)工(gong)作。因(yin)此，導致(zhi)其生產成本大大增加。

       智(zhi)能(neng)化、自動化、數(shu)字化、信息化是未來(lai)制(zhi)造業(ye)的發展大趨(qu)勢(shi)，雙(shuang)翌(yi)光電致力(li)于制(zhi)造業(ye)工廠智(zhi)能(neng)改造，數(shu)字化升級。我(wo)們堅(jian)信通過不斷努力(li)與創新，能(neng)夠實(shi)現(xian)與客戶(hu)的合作共(gong)贏。如果您有相關視覺(jue)檢測方面(mian)的需求，請聯(lian)系我(wo)們。