相機的基本顏色處理

數碼相機能夠捕獲生活中的彩色圖像,但相機中詳細的色彩處理是一個非常複雜的過程,此過程對於各個廠家而言一般都是保密的,但是基本概念始終是相同:


當我們用相機捕捉一個真實場景時,它是怎樣還原成我們人眼所看到的圖像呢?

RAW圖——相機sensor獲取到的原始圖像
多數的彩色圖像傳感器使用Bayer模式,bayer模式顏色傳感器是採用紅、綠、藍濾片,使用插值算法進行色彩還原。因此,每個像素只能檢測一種顏色,即“看到”紅色,綠色或藍色。

傳感器信號不包含顏色信息,每個像素代表一種顏色

RAW圖局部細節

可以看到RAW圖的細節中每個像素僅檢測一種顏色,圖像仍然是“馬賽克”的。


去馬賽克

為獲得每個像素的紅色,綠色和藍色信息,“去馬賽克”的重要步驟是對丟失的信息進行插值。


這是圖像質量中至關重要的部分,因此,每個製造商對其詳細操作都應保密。

由於不同的濾光片導致對光的靈敏度不同且信號強度較低,因此噪聲級別可能會非常不同。


在去馬賽克過程中,噪聲在相鄰之間擴散,不同顏色通道中的噪聲相互關聯。

一個像素的信息用於相鄰像素的顏色信息

去馬賽克後,每個像素都有了一個紅、綠、藍的值,成為了彩色圖像

白平衡

在數碼相機中,不同顏色通道的靈敏度可能會非常不同。

為了獲得正確的色彩,使它們出現在人的視覺系統中,攝像機會以不同的方式控制不同通道的增益。


經過白平衡後,圖像中的中性區域顯得中性,並且紅色,綠色和藍色的數字值幾乎相同。

調整所有通道的增益後,圖像顯得中性

色彩校正矩陣(CCM)

每個攝像機都有各自的光譜靈敏度。因此,每個攝像機都具有特定的RGB輸出。

為了獲得所有相機的一致結果,必須將此RGB_camera轉換為標準的已知色彩空間。

在一般情況下是sRGB,但可以是任何其他顏色空間。

要將值從RGB_camera轉換為sRGB,必須對數據應用3×3色彩校正矩陣(CCM*)

應用 CCM 後,顏色位於定義的顏色空間中(sRGB)

*攝像機的光譜靈敏度是CCM的基礎。通過以下方式提供了一種快速且高度準確的測量方法:camSPECS Express


GAMMA

到目前步驟為止,圖像數據仍然是線性的。


因此,將光強度加倍會使圖像中的數字值加倍,而不管圖像是在暗區還是在亮區進行檢查。為了在輸出設備上獲得正確的表示,通常在圖像上應用gamma 功能。


此色調曲線應用在圖像處理的最後階段,因為從現在開始,圖像數據變得非線性,開始接近於人眼所看到的圖像畫面。

完成後,現在我們將原始 RAW 圖像轉換為 sRGB 圖像