摄像机颜色识别的相关方法

图像处理 • 来源：机器视觉沙龙 • 2023年5月8日上午10:31 • 技术文章

我们每天能看到多种色彩，对于传感器来说（不管是CCD还是CMOS），它们只能看到光强。当然，他们能识别从近紫外到红外之间大部分光的光强。为了让图像传感器更好的输出能让人类接受的图片，科学家和工程师们想出了多种方法。

彩色成像的原理

不管是CCD还是CMOS，它们只能接受光强，不能识别光的波长。

CCD和CMOS对近紫外200nm至可见光380-780nm直至近红外1100nm波长范围都有相应。这使得如果直接用CCD和CMOS，输出的只能是灰度图像。

为了得到我们人眼所习惯的彩色图像，人们采用了两种方法：拜耳阵列（Bayer filter）方案和三种传感器叠加的方案。

拜耳阵列方案

柯达的Bryce Bayer于是想出了这种方式来解决彩色分辨的问题：通过在传感器前添加一个下图这样的RGB滤波阵列，使得每个滤光点只能透射一种颜色，并使各个颜色的滤光点与下层像素点一一对应。

拜耳阵列方案

通过上面这样的方式，可以将上面无色彩的灰度图像处理得到下图所示的红绿蓝强度图，但是还是不能得到我们想要的图像。

接下来就是进行猜色，也就是根据一个像素点及其周围的红绿蓝各自的灰度值，经插值算出该像素点的RGB。插值算法很多，最简单就是将临近像素的色彩值赋给该像素，也可以将邻域的该颜色灰度值平均后赋给该像素点，算法很多，具体算法查阅拜耳滤镜插值。插值后对应每个像素点的RGB都知道了。

拜耳阵列方案

最后是一些拜尔阵列的变种方案，上述红绿蓝的滤光片比例是1:2:1，因此也称RGBG。

RGBE是用一个祖母绿的滤光片代替绿色；据说更接近人眼的感觉；CYYM是用青色、黄色、品红 1:2:1代替RGB；CYGM是青色、黄色、绿色、品红1：1：1：1；CYGM和CYYM这两种都是为了提高光通量，但牺牲了色彩准确度。简单解释下，比如品红=红+蓝，也就是只阻挡绿光；黄色=红+绿，只阻挡蓝光；青色=绿+蓝，只阻挡红光，相比RGB而言对白光的吸收变少了，可以提高光通量，代价是色彩不好确定。RGBW是用白色取代绿色，提高进光量，损失了一部分颜色信息。适合暗环境拍摄，降低噪点。RGBW#1~3是非马赛克方式的其他排列模式。X-Trans是为减小莫尔条纹的发生，采取不太规则的滤镜排列方式，且加大绿色感光面积，提高分辨率和色彩饱满度。