圖像Bayer格式介紹及差值原理

No.1

前言

Bayer俗稱為“拜耳陣列”，是實(shí)現(xiàn)CCD或CMOS?傳感器拍攝彩色圖像的主要技術(shù)之一，是伊士曼·柯達(dá)公司科學(xué)家Bryce Bayer發(fā)明的，并于1976年注冊專利，是工業(yè)相機(jī)領(lǐng)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(lán)三色濾鏡分別透過紅綠藍(lán)三種波長的光，從而得到紅綠藍(lán)三基色，但由于需要三塊濾鏡，價(jià)格昂貴且不好制造，因?yàn)槿龎K濾鏡都必須保證每一個(gè)像素點(diǎn)都對齊。當(dāng)用Bayer格式的時(shí)候，很好的解決了這個(gè)問題。Bayer格式圖片在一塊濾鏡上設(shè)置的不同的顏色，通過分析人眼對顏色的感知發(fā)現(xiàn)，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(jī)內(nèi)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(jī)拍照下來存儲(chǔ)在存儲(chǔ)卡上的.jpeg或其它格式的圖片, 都是從.raw格式轉(zhuǎn)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。

No.3

Bayer格式圖像傳感器硬件

圖像傳感器的結(jié)構(gòu)如下所示，每一個(gè)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(yīng)的感光單元上。

當(dāng)Image Sensor往外逐行輸出數(shù)據(jù)時(shí)，像素的序列為GRGRGR.../BGBGBG...（順序RGB）。這樣陣列的Sensor設(shè)計(jì)，使得RGB傳感器的數(shù)據(jù)量減少到了全色傳感器的1/3，如下所示：

No.4

Bayer格式插值紅藍(lán)算法實(shí)現(xiàn)

每一個(gè)像素僅僅包括了光譜的一部分，必須通過插值來得到每個(gè)像素的RGB值。為了從Bayer格式得到每個(gè)像素的RGB格式，我們需要通過插值填補(bǔ)缺失的2個(gè)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(jìn)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：

• 在（a）與（b）中，R和B分別取鄰域的平均值。

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

No.5

效果展示

為什么Bayer格式圖像會(huì)是灰度圖，這是因?yàn)槊恳粋€(gè)像素上只有一個(gè)對應(yīng)通道的，因此只有一個(gè)值，而不像RGB圖像有3個(gè)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(shí)，還是灰度圖的形式。Bayer格式彩色圖像的處理方式是將對應(yīng)像素上缺少的兩個(gè)值差值補(bǔ)齊，以3通道彩色圖像輸出。重建圖像是對Bayer彩色圖像進(jìn)行白平衡處理，最后得到的圖像。