A فسيفساء مرشح باير هو صفيف مرشح الألوان (CFA) لترتيب مرشحات اللون RGB على شبكة مربعة من photosensors. يتم استخدام الترتيب الخاص لفلاتر الألوان في معظم أجهزة استشعار الصور الرقمية أحادية الشريحة المستخدمة في الكاميرات الرقمية وكاميرات الفيديو والماسحات الضوئية لإنشاء صورة ملونة. نمط التصفية هو 50٪ أخضر ، 25٪ أحمر و 25٪ أزرق ، وبالتالي يسمى أيضًا BGGR أو RGBG أو GRGB أو RGGB.

سميت بعد مخترعها ، برايس باير من ايستمان كوداك. ومن المعروف أيضا باير لمصفوفة محددة بشكل متكرر المستخدمة في التردد.

تشتمل بدائل فلتر باير على تعديلات مختلفة في الألوان والترتيب وتقنيات مختلفة تمامًا ، مثل أخذ العينات في الموقع المشترك ، أو مستشعر Foveon X3 ، أو المرايا ثنائية اللون أو مصفوفة مرشح الانكسار الشفاف.

تفسير
كانت براءة اختراع برايس باير (رقم براءة الاختراع الأمريكية رقم 3،971،065) في عام 1976 تدعى العناصر الحساسة لمراعاة الإنارة الضوئية الخضراء والعناصر الحساسة للأحمر والأزرق. استخدم ضعف عدد العناصر الخضراء مثل الأحمر أو الأزرق لتقليد فسيولوجيا العين البشرية. إن إدراك شبكية العين للشبكة يستخدم خلايا M و L المخروطية مجتمعة ، خلال رؤية ضوء النهار ، الأكثر حساسية للضوء الأخضر. يشار إلى هذه العناصر على أنها عناصر مستشعرات ، أو حسسات ، أو مستشعرات بكسل ، أو ببساطة بكسلات ؛ تصبح قيم العينة التي تستشعرها ، بعد الاستيفاء ، بكسلات الصورة. في الوقت الذي سجل فيه باير براءة اختراعه ، اقترح أيضًا استخدام تركيبة سماوية-أرجوانية صفراء ، وهي مجموعة أخرى من الألوان المعاكسة. كان هذا الترتيب غير عملي في ذلك الوقت لأن الأصباغ اللازمة لم تكن موجودة ، ولكنها تستخدم في بعض الكاميرات الرقمية الجديدة. الميزة الكبرى لصبغات CMY الجديدة هي أنها تتميز بخاصية تحسين امتصاص الضوء. أي أن كميتها الكمية أعلى.

يشار إلى الناتج الخام لكاميرات باير-فلتر على أنها صورة نمط باير. ونظرًا لأن كل بكسل يتم تصفيته لتسجيل واحد فقط من ثلاثة ألوان ، فلا يمكن للبيانات من كل بكسل تحديد كل من القيم الحمراء والخضراء والزرقاء بشكل كامل. للحصول على صورة بالألوان الكاملة ، يمكن استخدام العديد من خوارزميات demosaicing لاستكمال مجموعة من القيم الحمراء والخضراء والزرقاء الكاملة لكل بكسل. تستفيد هذه الخوارزميات من البيكسلات المحيطة بالألوان المقابلة لتقدير قيم بيكسل معين.

الخوارزميات المختلفة التي تتطلب كميات مختلفة من طاقة الحوسبة ينتج عنها صور نهائية متفاوتة الجودة. ويمكن إجراء ذلك داخل الكاميرا ، مما ينتج صورة بتنسيق JPEG أو TIFF ، أو خارج الكاميرا باستخدام البيانات الأولية مباشرة من المستشعر.

Demosaicing
يمكن إجراء عملية demosaicing أو “debayering” بطرق مختلفة. تقتبس الطرق البسيطة قيمة اللون لوحدات البكسل من نفس اللون في الحي. على سبيل المثال ، بمجرد تعرض الشريحة لصورة ، يمكن قراءة كل بكسل. توفر وحدة البكسل المزودة بفلتر أخضر قياسًا دقيقًا للمكوِّن الأخضر. يتم الحصول على المكونات الحمراء والزرقاء لهذه البكسل من الجيران. بالنسبة إلى البكسل الأخضر ، يمكن تقريب اثنين من الجيران الأحمر لإعطاء قيمة حمراء ، كما يمكن تقريب اثنين من البيكسلات الزرقاء لإعطاء القيمة الزرقاء.

يعمل هذا الأسلوب البسيط جيدًا في المناطق ذات اللون الثابت أو التدرجات اللامعة ، ولكن يمكن أن يسبب آثارًا مثل نزيف الألوان في المناطق التي تحدث فيها تغييرات مفاجئة في اللون أو السطوع خاصةً على طول الحواف الحادة في الصورة. وبسبب هذا ، تحاول طرق demosaicing الأخرى تحديد حواف عالية التباين وتستقر فقط على طول هذه الحواف ، ولكن ليس عبرها.

تعتمد الخوارزميات الأخرى على افتراض أن لون منطقة ما في الصورة ثابت نسبياً حتى في ظل ظروف الإضاءة المتغيرة ، بحيث تكون قنوات الألوان مترابطة بشكل كبير مع بعضها البعض. لذلك ، يتم تقريب القناة الخضراء في البداية ثم الأحمر والقناة الزرقاء بعد ذلك ، بحيث تكون نسبة اللون الأخضر والأخضر والأزرق والأخضر. هناك طرق أخرى تقوم بعمل افتراضات مختلفة حول محتوى الصورة وتبدأ من هذه المحاولة لحساب قيم اللون المفقودة.

الآثار
يمكن أن تمثل الصور ذات التفاصيل الصغيرة الحجم القريبة من حد الدقة في المستشعر الرقمي مشكلة في خوارزمية demosaicing ، مما ينتج عنه نتيجة لا تشبه النموذج. الأداة الأكثر استخدامًا هي Moiré ، والتي قد تظهر كأنماط مكررة أو قطع ملونة أو وحدات بكسل مرتبة بنمط غير واقعي يشبه المتاهة.

قطعة زائفة الألوان
إن الأداة الشائعية والمؤسفة لتقسيم صفيف المرشحات اللونية (CFA) أو التخصيص (demosaicing) هي ما يُعرف ويُنظر إليه على أنه تلوين زائف. عادة ما تظهر هذه الأداة نفسها على طول الحواف ، حيث تحدث تغيرات مفاجئة أو غير طبيعية في اللون نتيجة سوء الاستهداف عبر الحافة بدلاً من طولها. توجد طرق مختلفة لمنع هذا التلوين الزائف وإزالته. يتم استخدام الاستيفاء الانتقالي الناعم أثناء عملية التعجيل لمنع الألوان الزائفة من الظهور في الصورة النهائية. ومع ذلك ، هناك خوارزميات أخرى يمكنها إزالة الألوان الزائفة بعد عملية demosaicing. هذه لها فائدة من إزالة التحف التلوين الكاذبة من الصورة أثناء استخدام خوارزمية demosaicing أكثر قوة من أجل استيفاء اللونين الأحمر والأزرق.

Zippering قطعة أثرية
التأثير الطليق هو تأثير جانبي آخر لتجزئة CFA ، والذي يحدث أيضًا بشكل أساسي على طول الحواف ، ويعرف بتأثير السوستة. ببساطة ، zippering هو اسم آخر لظلال الحواف الذي يحدث في نمط تشغيل / إيقاف على طول الحافة. يحدث هذا التأثير عندما تقوم خوارزمية demosaicing بمضاعفة قيم البكسل على الحافة ، خاصة في المستويين الأحمر والأزرق ، مما يؤدي إلى تمويهه المميز. كما ذكرنا من قبل ، فإن أفضل الطرق لمنع هذا التأثير هي الخوارزميات المتنوعة التي تقارب طول ، وليس عبر حواف الصورة. محاولة الاستيفاء للتعرف على الأنماط ، الاستيفاء المستوي لمستوى الألوان ، والاستكمال الترجيحي الاتجاهي ، جميعها تحاول منع انغلاق الكاميرا عن طريق الاستكمال الداخلي على طول الحواف المكتشفة في الصورة.

ومع ذلك ، حتى مع وجود جهاز استشعار مثالي نظريًا يمكنه التقاط وتمييز كل الألوان في كل photosite ، يمكن أن يظهر Moiré وغيرها من القطع الأثرية. هذه نتيجة لا يمكن تجنبها لأي نظام يقوم بتجميع إشارة مستمرة في فترات زمنية أو مواقع منفصلة. ولهذا السبب ، فإن معظم أجهزة الاستشعار الرقمية الفوتوغرافية تتضمن مرشح تمرير منخفض ضوئي (OLPF) ، يسمى أيضًا مرشح ضد التعرُّف (AA). هذا هو عادة طبقة رقيقة مباشرة أمام المستشعر ، ويعمل من خلال عدم وضوح أي تفاصيل قد تكون أكثر دقة من دقة جهاز الاستشعار.

التعديلات
يكاد يكون فلتر باير عالميًا على الكاميرات الرقمية الاستهلاكية ، وينتشر على نطاق واسع بين الكاميرات الأخرى. البدائل تشمل:

مرشح CYGM (سماوي ، أصفر ، أخضر ، أرجواني)
مرشح RGBE (أحمر ، أخضر ، أزرق ، زمرد)
Foveon X3 sensor (no mosaic)
تضيف بعض فلاتر الفسيفساء وحدات البكسل التي لم تتم تصفيتها ، لربع أو نصف أو جزء آخر من وحدات بكسل المستشعر. قد تتضمن تنسيقاتها:

CMYW (سماوي ، أرجواني ، أصفر ، وأبيض)
أحد العوائق الرئيسية للأنماط المخصصة يمكن أن يكون الافتقار إلى الدعم الكامل في برامج المعالجة الأولية لجهة خارجية.