Color Filter Array(色彩濾波陣列)介紹

簡介

CFA(Color Filter Array,色彩濾波陣列)也就是我們常說的CMOS色彩濾鏡. 一般的光電傳感器只能感應光的強度,不能區分光的波長(色彩),因此圖像傳感器需要通過色彩濾波(Color Filter)以獲取像素點的色彩信息. Color Filter 根據波長對光線進行濾波,特定的 Color Filter 只允許特定波長的光通過.

Bayer filter(拜耳陣列)

Bayer Filter CFA 配置中包括 1 個紅光、1 個藍光和 2 個綠光濾波器(25% Red, 25% Blue, 50% Green),故也簡稱RGGB.
如下圖所示 Bayer Filter 的結構中,兩個綠色光濾波器處在對角線位置,它們和紅色、藍色濾波器形成 2x2 的矩陣。下面的灰色爲光電傳感器陣列.

在這裏插入圖片描述
光源經過 Bayer Filter 後的發生的情況,只有特定顏色的光可以穿過相應顏色的濾波器。

在這裏插入圖片描述

每個像素的顏色由每個2×2方塊經過9次矩陣運算計算出來的,計算過程如下:
首先, 如下圖所示,會將 2x2 濾波矩陣當做最基本的全色值單元,通過統計單元內 RGB 光強度的比例,計算得出該像素點的色值. 但是由此導致的問題就是每四個像素點共用一個色值, 即縱向和橫向分辨率只有實際像素的一半.
在這裏插入圖片描述

Bayer Filter 實際上是採用的基本色彩單元是如下圖所示疊加式分佈。在圖像中心位置,這種疊加式分佈的色彩單元分辨率與像素分辨率一致,精度高;但在圖像邊緣位置,由於濾波器缺失,精度略差。
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不同CFA對比

Clarity + 技術:指將原 Bayer Filter 濾波器中綠光濾波器改爲透傳(Clear)的結構。這樣做的好處主要體現在採集光源的強度更高和專用的頻帶響應技術可以有效提高圖像的質量(信噪比和可靠性等). 如下所示:

在這裏插入圖片描述

Pattern A 和 B 每 4*4 爲一個週期,所以每個單元大小爲 4*4.

其他的CFA:

name 特點 特點
RCCC 在這裏插入圖片描述 75% 部分爲透傳,其餘 25% 爲感受紅光的濾波器。RCCC 的優點是光靈敏度高,適用於弱光環境。由於 RCCC 只有紅色光濾波器,因此主要用在對於紅色標識敏感的場合,比如交通燈檢測。
RCCB 在這裏插入圖片描述 50% 部分爲透傳,其餘紅光藍光濾波器各佔 25%。RCCB 的弱光敏感性比 RCCC 稍差(Clear 部分少),但它分辨色彩的能力更好,採集的圖像既可以用於機器分析,也可以用於人眼觀察。
Mono 在這裏插入圖片描述 100% 透傳,它不能分辨色彩。Mono 配置的弱光靈敏度最高,僅用於對顏色無識別要求的場合,如駕駛員狀態檢測等。

Color Filter Array
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