彩色ccd相机工作原理.pdf

THEYOUR SOURCE FOR DIGITAL IMAGING TECHNOLOGYIMAGNIGSOURCE彩色相机工作原理THEYOUR SOURCE FOR DIGITAL IMAGING TECHNOLOGYIMAGNIGSOURCE欧洲总部 The Imaging Source Europe GmbH Sommerstrasse 36, D-28215 Bremen, Germany support@ : +49 421 33591-0美国分公司 The Imaging Source, LLC 6926 Shannon Willow Rd., Charlotte, NC 28226 USA support@ : +1 704-370-0110 USA 免费: +1 877-462-4772 USA亚太分公司 德商映美精有限公司 台北市内湖区洲子街58号6楼 邮编：114 台湾彩色CCD相机工作原理电荷耦合器件（CCD）原理简单我们可以把它想象成一个没有盖子的记忆芯片撞击记忆单元的光子在这些单元中产生电子（光电效应），因此光子的数目与电子的数目互成比例然而光子的波长并没有被转换为电子。

换言之，CCD 裸芯片实际上没有把色彩信息转换为任何形式的电信号那么采用 CCD 作为感光元件的彩色数字相机是如何生产彩色图像的？本文将回答这个问题请注意：现场工程师有责任根据实际情况正确配置相机目录原理从单色相机开始..........................................................................................23CCD彩色相机...........................................................................................3单CCD彩色相机..........................................................................................4用于成像与测量的单CCD相机成像............................................................................................................5测量............................................................................................................6色彩插值（用于成像）概述............................................................................................................7复制临近像素法（最近像素的复制）.........................................................8临近像素均值法（双线性插值）................................................................9色彩还原（用于测量）概述..........................................................................................................10对经过插值处理的图像进行还原处理.......................................................11对数字原始图像进行还原处理..................................................................12本文中的所有产品和公司之名称都有可能是其所有者的已公证过的商标和商业名称。

映美精欧洲股份有限公司不能也不为本文中的任何信息承担任何责任和义务在本文中出现的源代码只用于教育指导目的 映美精不对任何由于使用本文或其中源代码所产生的任何后果承担责任映美精公司保留未经提前通知而随时修改规格、功能及设计的权利最近更新: 2008年3月 Copyright © 2005 The Imaging Source Europe GmbH 保留所有版权再版及部分再版需获得映美精欧洲有限公司之许可所有的重量和尺寸均为近似值THEYOUR SOURCE FOR DIGITAL IMAGING TECHNOLOGYIMAGNIGSOURCE彩色相机工作原理CCD原理并不复杂我们可以把 它想象成一个顶部被打开的记忆 芯片因此光束可以射到记忆单 元中根据“光电效应”，这些 光束在记忆单元中产生负电荷（ 右图中右上部分）曝光后，这些电荷被读出，进而 被相机处理单元进行预处理 从相机处理单元输出的就是一幅 数字图像如果相机要求以模拟格式输出视 频，我们就必须对该数字原始图 像进行相应转换然而这个问题 与本文所讨论的“彩色相机如何 工作”并无关联我们只需考虑 数字格式的原始图像原理Objektive - Auswahl und Montage从单色相机开始数字原始图像eeeeeeeeeeeeeeeee e e e e eeee e e e e eeee e e e e eeeeeee eeee eeeeee ee eeeeeeee22050130 130 130220 2205022050130 130 130220 2205022050130 130 130220 2205022050130 130 130220 2205022050130 130 130220 2205022050130 130 130220 2205022050130 130 130220 2205022050130 130 130220 22050相机 处理单元THEYOUR SOURCE FOR DIGITAL IMAGING TECHNOLOGYIMAGNIGSOURCE彩色相机工作原理你可以说CCD芯片将光子转换为电子，在这一过程当中，光子数目与电 子数目互成比例。

光子还有另外一个特征值——波长但这条信息却没 有被转换为电子因此CCD芯片都可以被称为色盲3CCD彩色相机原理这个浅显易懂的解决方法在实际应用中可以得到 非常理想的效果但重要的缺点是价格昂贵因 此人们也早已开始研发基于一个CCD的设计理念 彩色相机下节将介绍最常用的一种如果相机内的图像处理单元 被要求在每个像素上都输出 红、绿和蓝三种颜色的值， 我们必须给这三种基色中的 每种颜色都配置一个CCD 每个CCD都只得到过滤后的 光子：一个CCD用于红光， 一个用于绿光，一个用于蓝 光我们用三棱镜将这三种 颜色分离开来数字原始图像 红色e ee ee ee e e ee e e ee e e e e ee e e e e ee e ee e ee e e ee e e e e e e eeee e e e e ee e e e e ee e ee e ee ee e e ee ee e e eeee e e e e ee e e e e ee e ee e e255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255255 255255 255255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255255 255255 255255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255255 255255 255255 255000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000相机处理单元数字原始图像: 绿色数字原始图像 蓝色THEYOUR SOURCE FOR DIGITAL IMAGING TECHNOLOGYIMAGNIGSOURCE彩色相机工作原理答案是由相机处理单元执行的空间色彩插值法。

以右图中左下角的红色像素为例，我们需要的是丢失 的绿色与蓝色的值而插值法通过分析与这个红色像素相邻的像素可以估算出这两个值在本例中， 我们发现绿色像素含有大量电荷，但蓝色像素电荷数为零因此这个红色像素实际上是黄色的您可 以在色彩插值一节查阅到详细的相关信息如果对3CCD相机生成的3幅数字原始图像与单CCD相机生成的3幅数字始图像进行比较，我们会发现 它们看起来完全相同但这仅仅对我们这个简化的例子是成立的在实际应用中，即使最好的彩色空 间插值法也会产生低通效应因此，单CCD相机生成的图像要比3CCD相机或黑白相机的图像模糊， 这点在图像中有超薄或纤维形物体的情况下尤为明显单CCD彩色相机原理如果出于价格因素考虑，只 能使用一个CCD芯片，那么 我们就得把彩色滤光片象马 赛克一样分布在CCD所有的 像素上这一概念也被称为马 赛克滤光片或拜尔滤光片（最 初由拜尔先生发明）这样一来，每个像素只能产生 红、绿或蓝三色当中一种颜色 的值但是在输出时，所有像 素都应该有这三种颜色的信 息我们应该如何找回这些 丢失的值呢？相机处理单元蓝色绿色数字原始图像 红色ee ee ee ee e e e eee e eeeeeee e e e e eeeeeeeeee拜尔滤光片255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255255 255255 255255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255255 255255 255255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255 255255 255255 255255 255255 255000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000数字原始图像数字原始图像THEYOUR SOURCE FOR DIGITAL IMAGING TECHNOLOGYIMAGNIGSOURCE彩色相机工作原理在原理一节中，我们已经了解 了用于成像的单CCD彩色相机 的工作原理。

马赛克滤光片（ 亦被称作拜尔滤光片）使得每 个像素只能显示红、绿或蓝当 中的一种颜色但由于我们希望相机能在每个 像素都输出红、绿和蓝这三 种颜色，相机的处理单元需要 插入缺失色彩的值在色彩插 值一节您可以了解更多详细内 容这一方法的显著优点在于它能 节省成本此外，今天的单 CCD相机的质量也惊人的。