바이어 필터

바이어 필터 모자이크는 RGB 컬러 필터를 광 센서의 정사각형 그리드에 배치하기위한 컬러 필터 배열 (CFA)입니다. 컬러 필터의 특별한 배열은 디지털 이미지, 캠코더 및 스캐너에 사용되는 대부분의 단일 칩 디지털 이미지 센서에 사용되어 컬러 이미지를 생성합니다. 필터 패턴은 녹색 50 %, 빨간색 25 % 및 파란색 25 %이므로 BGGR, RGBG, GRGB 또는 RGGB라고도합니다.

그것은 발명가 인 Eastman Kodak의 Bryce Bayer의 이름을 따서 명명되었습니다. Bayer은 또한 순서가있는 디더링에 사용되는 재귀 적으로 정의 된 행렬로도 유명합니다.

베이어 필터의 대안에는 컬러 공동 배치 샘플링, Foveon X3 센서, 다이크로 익 미러 또는 투명한 회절 필터 어레이와 같이 색상 및 배열의 ​​다양한 수정과 완전히 다른 기술이 모두 포함됩니다.

설명
1976 년 브라이스 바이엘 (Bryce Bayer)의 특허 (미국 특허 제 3,971,065 호)는 녹색 포토 센서의 휘도 – 감도 요소와 적색과 청색의 요소를 색차에 민감한 요소라고 부른다. 그는 인간의 눈의 생리를 모방하기 위해 빨강 또는 파랑의 녹색 요소를 두 배 사용했습니다. 인간의 망막의 휘도 지각은 녹색 빛에 가장 민감한 주간 시야에서 M 및 L 콘 세포를 조합하여 사용합니다. 이러한 요소는 센서 요소, 센서, 픽셀 센서 또는 단순히 픽셀이라고합니다. 보간 후에 그들을 감지 한 샘플 값이 이미지 픽셀이됩니다. 바이엘이 자신의 특허를 등록했을 때, 그는 또한 시안 색 – 마젠타 – 노랑색 조합을 사용하도록 제안했는데, 이는 다른 색상 세트였다. 이 배치는 필요한 염료가 존재하지 않았기 때문에 당시에는 실용적이지 못했지만 일부 새로운 디지털 카메라에 사용되었습니다. 새로운 CMY 염료의 큰 장점은 향상된 CMY 염료 특성을 가지고 있다는 것입니다. 즉, 그들의 양자 효율은 더 높다.

바이어 필터 카메라의 원시 출력을 베이어 패턴 이미지라고합니다. 각 픽셀은 세 가지 색상 중 하나만을 기록하도록 필터링되므로 각 픽셀의 데이터는 자체 적으로 빨강, 녹색 및 파랑 값을 각각 지정할 수 없습니다. 풀 컬러 이미지를 얻으려면 다양한 디모 자이 킹 알고리즘을 사용하여 각 픽셀의 완전한 빨강, 녹색 및 파랑 값 집합을 보간 할 수 있습니다. 이러한 알고리즘은 특정 픽셀의 값을 추정하기 위해 해당 색상의 주변 픽셀을 사용합니다.

다양한 양의 계산 능력을 필요로하는 서로 다른 알고리즘은 다양한 품질의 최종 이미지를 산출합니다. 이 작업은 카메라에서 직접 수행 할 수 있으며 JPEG 또는 TIFF 이미지를 생성하거나 센서 외부에서 직접 원시 데이터를 사용하여 카메라 외부에서 수행 할 수 있습니다.

디모 자이징
디모 자이 킹 또는 “debayering”은 다른 방법으로 수행 될 수 있습니다. 간단한 방법은 이웃에있는 동일한 색상의 픽셀의 색상 값을 보간합니다. 예를 들어, 칩이 이미지에 노출되면 각 픽셀을 읽을 수 있습니다. 녹색 필터가있는 픽셀은 녹색 구성 요소의 정확한 측정을 제공합니다. 이 픽셀의 적색 및 청색 성분은 이웃으로부터 얻어진다. 녹색 픽셀의 경우 두 개의 빨간색 이웃을 보간하여 빨간색 값을 산출 할 수 있으며 두 개의 파란색 픽셀을 보간하여 파란색 값을 산출 할 수도 있습니다.

이 간단한 접근 방식은 일정한 색상 또는 부드러운 그라디언트가있는 영역에서 잘 작동하지만 이미지의 날카로운 모서리에서 특히 눈에 띄는 색상이나 밝기의 급격한 변화가있는 영역에서는 색상 번짐과 같은 아티팩트가 발생할 수 있습니다. 이 때문에 다른 디모 자이 쉬링 방법은 고 대비 에지를 식별하고 이러한 에지를 따라 보간 만 시도하지만 그 에지를 보간하지는 않습니다.

다른 알고리즘은 이미지의 영역 색상이 변화하는 조명 조건에서도 상대적으로 일정하므로 색상 채널이 서로 높은 상관 관계를 갖는다는 가정에 기반합니다. 그러므로, 녹색 채널은 처음에 적색으로 그리고 이후에 청색 채널로 보간되므로, 적색 – 녹색 및 청색 – 녹색의 색 비율은 일정하다. 누락 된 색상 값을 계산하려는 시도에서 시작하여 이미지 내용에 대해 다른 가정을하는 다른 방법이 있습니다.

유물
디지털 센서의 해상도 한계에 가까운 작은 세부 사항이있는 이미지는 디모 자이 싱 알고리즘에 문제가 될 수 있으며 모델처럼 보이지 않는 결과를 생성합니다. 가장 빈번한 인공물은 모아레 (Moiré)입니다. 모아레는 비현실적인 미로와 같은 패턴으로 배열 된 반복되는 패턴, 색 인공물 또는 픽셀로 나타날 수 있습니다.

가짜 유물
CFA (Color Filter Array) 보간 또는 디모 자이 싱의 일반적이며 불행한 결과물은 잘 알려져 있고 가짜 색상으로 간주됩니다. 일반적으로이 아티팩트는 가장자리를 따라 나타나며, 가장자리가 아닌 가장자리를 잘못 해석하여 색상이 갑자기 또는 부 자연스럽게 바뀝니다. 이 착색을 방지하고 제거하기위한 다양한 방법이 존재한다. 부드러운 색조 전환 보간은 최종 이미지에서 잘못된 색상이 나타나지 않도록 디모 자이 킹하는 동안 사용됩니다. 그러나 디모 자이 킹 후에 잘못된 색상을 제거 할 수있는 다른 알고리즘이 있습니다. 이것들은 빨강과 파랑 색 평면을 보간하기위한보다 강력한 디모 자이 킹 알고리즘을 사용하면서 이미지에서 잘못된 채색을 제거하는 이점이 있습니다.

지퍼 링 아티팩트
지퍼 링 아티팩트는 CFA 디모 자이 킹의 또 다른 부작용이며 주로 가장자리를 따라 발생하는 지퍼 효과라고도합니다. 간단히 말해 지퍼 링은 모서리를 따라 켜기 / 끄기 패턴에서 발생하는 모서리 블러 링의 또 다른 이름입니다. 이 효과는 디모 자이 킹 알고리즘이 특히 빨강 및 파랑 평면에서 가장자리의 픽셀 값을 평균화하여 특성 흐림을 초래할 때 발생합니다. 앞서 언급했듯이이 효과를 방지하는 가장 좋은 방법은 이미지 가장자리를 가로 지르기보다는 서로 보간법을 사용하는 다양한 알고리즘입니다. 패턴 인식 보간, 적응 형 색상 평면 보간 및 방향 가중 보간은 모두 이미지에서 감지 된 가장자리를 보간하여 지퍼 링을 방지합니다.

그러나 각 포토 사이트에서 모든 색상을 캡처하고 구별 할 수있는 이론적으로 완벽한 센서를 사용하더라도 모아레 및 기타 아티팩트가 계속 표시 될 수 있습니다. 이는 불연속적인 간격이나 위치에서 연속적인 신호를 샘플링하는 시스템의 피할 수없는 결과입니다. 이러한 이유로 대부분의 사진 디지털 센서에는 앤티 앨리어싱 (AA) 필터라고도 부르는 광학 저역 통과 필터 (OLPF)가 통합되어 있습니다. 이는 일반적으로 센서 바로 앞에있는 얇은 레이어이며 센서의 해상도보다 미세한 문제가 될 수있는 세부 정보를 효과적으로 흐리게 처리하여 작동합니다.

수정
Bayer 필터는 일반 소비자 용 디지털 카메라에는 거의 보편적이며 다른 카메라들과 마찬가지로 널리 사용되고 있습니다. 대안은 다음을 포함합니다 :

CYGM 필터 (시안 색, 노란색, 녹색, 자홍색)
RGBE 필터 (빨강, 초록, 파랑, 에메랄드)
Foveon X3 센서 (모자이크 없음)
일부 모자이크 필터는 필터링되지 않은 픽셀을 센서 픽셀의 1/4 또는 반 또는 기타 분수에 추가합니다. 형식은 다음과 같습니다.

CMYW (시안 색, 마젠타 색, 노란색 및 흰색)
사용자 정의 패턴의 주요 단점은 타사 원시 처리 소프트웨어에서 완전히 지원되지 않을 수 있다는 점입니다.