01 濾光原理

講解這一切知識之前，我們先來說說一個最基本的概念：濾光。

在之前的文章里我們說過，相機的圖像傳感器實際上記錄的是每個像素的光強信息。而在傳感器之前都會有一個Bayer Filter對可見光進行過濾，保證傳感器上的每個像素點記錄的都是單個顏色的信息。

這個Bayer Filter就是用來濾光的。

眾所周知，我們看到的五顏六色的世界的每一種顏色，實際上是由紅綠藍三原色光按照一定比例組合而成的。（可以參考我前面介紹三原色的文章）

而光線通過濾光片后，不符合濾光片顏色要求的光線會被過濾，只通過符合要求的光線。

例如，白光分別通過RGB濾光，就會只留下紅光、綠光和藍光的部分。

而黃光（綠光加紅光）通過綠色濾光，只會留下綠光的部分，紅光的部分會被過濾掉。

濾光除了只能通過某個顏色的光之外，還有個很重要的影響因素，就是會影響光強。

這個很好理解，拿白光舉例子，白光是RGB組合成的，過濾掉其中一種或多種顏色的分量，剩下的光強肯定低于一開始的入射光強。過濾掉的顏色越多，對光強影響越大。

總結(jié)一下。

1.濾光會過濾掉入射光中某部分光線。

2.過濾掉的光線越多，光強衰減越嚴重。

02 RGGB傳感器

這種傳感器一般以4個像素為一組，分別記錄2個像素的綠光，1個像素的紅光和1個像素的藍光。

這種傳感器是基于人眼成像的原理來設(shè)計的。每一組傳感器記錄的RGB的比例為1:2:1，對應人眼對綠光的敏感程度更強，因此需要記錄更多的綠色。

同時，由于這種算法直接記錄的是RGB三原色的分量，在后期Demosaic獲取圖像的時候，算法也會比較方便。

03 CYYM傳感器

除了RGGB之外，還有其他的傳感器。

這里我們先說說CYYM。

看了三原色那篇文章的朋友應該知道，CYYM是青色、黃色、黃色和品紅色四種顏色的縮寫。

這種濾光模式的排布和上面說的RGGB有點像，一個像素組（4個像素）中，有一個青色，兩個黃色和一個品紅色。

從這個圖里我們可以看到，這種濾光模式下，青色只過濾掉了紅色、黃色只過濾掉了藍色、品紅只過濾掉了綠色。

我們可以看到，這種傳感器的排布方式接受到的RGB光比為3:3:2，接收到的光強比RGGB要高。而接收到的光強越強，暗光下的拍攝效果就越好。

不過，由于這種排列方式在Demosaic的時候，還需要將CMY的光強信息計算并分解成RGB信息，才能得到RGB圖。

這樣的算法就需要比較大的運算量了，所以很少有使用這種排布的相機。

04 RYYB傳感器

相對三原色RGB而言，剩下的顏色越接近RGB，做Demosaic解出RGB的難度就越低。

但是剩下的顏色越接近RGB說明被過濾掉的光線越多，傳感器的感光能力就越低。

因此，濾光方式的選擇要兼顧Demosaic算法的難度和濾光時帶來的光線損失。

這就有了RYYB傳感器，用兩個黃色代替兩個綠色。

這種情況下，三種顏色分量的進光量變成了R:G:B = 3:2:1，感光量增加，暗光環(huán)境下的拍攝效果得到顯著提升。

在Demosaic的時候，雖然沒有純粹的G通道數(shù)據(jù)，但是也可以通過一定的算法算出來。尤其是隨著芯片處理能力的進一步提升，這樣的算法也更有可能落地到一些拍照設(shè)備上。

除此之外，還有其他形式的傳感器排列，例如RGBW（W是白色，感應完整的亮度信息）等，如下圖所示，

05 灰度傳感器

那如果我們完全不做濾光，直接接收所有可見光譜成像，會怎么樣呢？

之前我們說過，傳感器本身接受到的只有光強信息，通過不同顏色的濾光得到不同顏色的光強信息后，才能通過差分算出RGB顏色分量的信息。

沒有濾光的情況下，沒有色彩差分只有光強信息，得到的就是灰度圖。

這種情況下，進光量最大（沒有濾光），但是缺點也很明顯，就是沒有顏色。

06 總結(jié)

本文簡單說了一下不同傳感器的濾光排布方式。

要得到彩色圖像，就需要獲取不同顏色的光強信息。通過對光強信息的解算，得出最后圖像上每個點的RGB顏色分量。

而要獲取這些信息，就需要通過濾光的方式，得到不同顏色的光強。濾光的條件越嚴苛，光強的損失就越大。

但是顏色信息越單純（指相對于純色RGB來說），就越方便通過Demosaic得到RGB圖像。

不同的傳感器濾光陣列排布，就是在濾光強度和Demosaic難度之間進行一個取舍。

當然還有一種別的解決方式，就是采用三個傳感器：

缺點很明顯，相機的體積和成本一下子就上去了。除此之外，這種成像方式要求三塊傳感器的像素要對齊，也增加了制造的成本和難度。