相机的基本颜色处理

科技   2024-10-21 07:52   北京  

数码相机能够捕获生活中的彩色图像,但相机中详细的色彩处理是一个非常复杂的过程,此过程对于各个厂家而言一般都是保密的,但是基本概念始终是相同:


当我们用相机捕捉一个真实场景时,它是怎样还原成我们人眼所看到的图像呢?


RAW图——相机sensor获取到的原始图像
多数的彩色图像传感器使用Bayer模式,bayer模式颜色传感器是采用红、绿、蓝滤片,使用插值算法进行色彩还原。因此,每个像素只能检测一种颜色,即“看到”红色,绿色或蓝色。

传感器信号不包含颜色信息,每个像素代表一种颜色


RAW图局部细节


可以看到RAW图的细节中每个像素仅检测一种颜色,图像仍然是“马赛克”的。


去马赛克

为获得每个像素的红色,绿色和蓝色信息,“去马赛克”的重要步骤是对丢失的信息进行插值。


这是图像质量中至关重要的部分,因此,每个制造商对其详细操作都应保密。

由于不同的滤光片导致对光的灵敏度不同且信号强度较低,因此噪声级别可能会非常不同。


在去马赛克过程中,噪声在相邻之间扩散,不同颜色通道中的噪声相互关联。

一个像素的信息用于相邻像素的颜色信息


去马赛克后,每个像素都有了一个红、绿、蓝的值,成为了彩色图像


白平衡

在数码相机中,不同颜色通道的灵敏度可能会非常不同。

为了获得正确的色彩,使它们出现在人的视觉系统中,摄像机会以不同的方式控制不同通道的增益。


经过白平衡后,图像中的中性区域显得中性,并且红色,绿色和蓝色的数字值几乎相同。

调整所有通道的增益后,图像显得中性


色彩校正矩阵(CCM)

每个摄像机都有各自的光谱灵敏度。因此,每个摄像机都具有特定的RGB输出。

为了获得所有相机的一致结果,必须将此RGB_camera转换为标准的已知色彩空间。

在一般情况下是sRGB,但可以是任何其他颜色空间。

要将值从RGB_camera转换为sRGB,必须对数据应用3x3色彩校正矩阵(CCM*)

应用CCM后,颜色位于定义的颜色空间中(sRGB)


*摄像机的光谱灵敏度是CCM的基础。通过以下方式提供了一种快速且高度准确的测量方法:camSPECS Express


GAMMA

到目前步骤为止,图像数据仍然是线性的。


因此,将光强度加倍会使图像中的数字值加倍,而不管图像是在暗区还是在亮区进行检查。为了在输出设备上获得正确的表示,通常在图像上应用gamma功能。


此色调曲线应用在图像处理的最后阶段,因为从现在开始,图像数据变得非线性,开始接近于人眼所看到的图像画面。

完成后,现在我们将原始RAW图像转换为sRGB图像


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