图像Bayer格式介绍及差值原理

 

   

No.1

前言

Bayer俗称为“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，是伊士曼·柯达公司科学家Bryce Bayer发明的，并于1976年注册专利，是工业相机领域中最为常见的彩色成像格式。

 

   

No.2

图像Bayer格式介绍

对于彩色图像，需要采集多种最基本的颜色，如RGB三种颜色，可以通过红绿蓝三色滤镜分别透过红绿蓝三种波长的光，从而得到红绿蓝三基色，但由于需要三块滤镜，价格昂贵且不好制造，因为三块滤镜都必须保证每一个像素点都对齐。当用Bayer格式的时候，很好的解决了这个问题。Bayer格式图片在一块滤镜上设置的不同的颜色，通过分析人眼对颜色的感知发现，人眼对绿色比较敏感，所以一般Bayer格式的图片绿色格式的像素是r和b像素的和。   另外，Bayer格式是相机内部的原始图片, 一般后缀名为.raw。很多软件都可以查看, 比如PS。我们相机拍照下来存储在存储卡上的.jpeg或其它格式的图片, 都是从.raw格式转化过来的。如下图，为Bayer色彩滤波阵列，由1/2的G，1/4的R，1/4的B组成。  

     

No.3

Bayer格式图像传感器硬件

图像传感器的结构如下所示，每一个感光像素之间都有金属隔离层，光通过显微透镜，在色彩滤镜过滤之后，投射到相应的感光单元上。  

  当Image Sensor往外逐行输出数据时，像素的序列为GRGRGR.../BGBGBG...（顺序RGB）。这样阵列的Sensor设计，使得RGB传感器的数据量减少到了全色传感器的1/3，如下所示：

   

No.4

Bayer格式插值红蓝算法实现

每一个像素仅仅包括了光谱的一部分，必须通过插值来得到每个像素的RGB值。为了从Bayer格式得到每个像素的RGB格式，我们需要通过插值填补缺失的2个色彩。插值的方法有很多（包括邻域、线性、3*3等），下面以RGB线性邻域差值为例进行说明。   R和B线性邻域插值有几种不同的分布，如下图所示：

• 在（a）与（b）中，R和B分别取邻域的平均值。

• 在（c）与（d）中，取领域的4个B或4个R的均值作为中间像素的B值或R值。

 

   

No.5

效果展示

为什么Bayer格式图像会是灰度图，这是因为每一个像素上只有一个对应通道的，因此只有一个值，而不像RGB图像有3个通道，整张图像是单通道图像，所以虽然是彩色传感器，但是以图片输出时，还是灰度图的形式。Bayer格式彩色图像的处理方式是将对应像素上缺少的两个值差值补齐，以3通道彩色图像输出。重建图像是对Bayer彩色图像进行白平衡处理，最后得到的图像。