作者：The Imaging Source Europe GmbH dC;d>j,  
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很多數字相機采用電荷耦合器件（CCD）作為其感光元器件。CCD 的原理很簡單：我們可以把它想象成一個沒有蓋子的芯片，上面整齊地排列著很多小的感光單元，光線中的光子撞擊每個單元后，在這些單元中會產生電子（光電效應），而且光子的數目與電子的數目互成比例。但在這一過程中，光子的波長并沒有被轉換為任何形式的電信號，換言之，CCD 裸芯片實際上都沒有把色彩信息轉換為任何形式的電信號。那么采用 CCD 作為感光元件的彩色數字相機是如何生產彩色圖像的？其圖像存在哪些優(yōu)缺點？本文將回答這個問題。 K~hlwjrt  
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1. 單色相機 "6Hjji@A  
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我們首先從相對簡單的黑白數字相機入手。 GF.g'wYc)Y  
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如圖所示，物體在有光線照射到它時將會產生反射，這些反射光線進入鏡頭光圈照射在CCD芯片上，在各個單元中生成電子。 @1qUC"Mg  
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曝光結束后，這些電子被從 CCD 芯片中讀出，并由相機內部的微處理器進行初步處理。此時由該微處理器輸出的就是一幅數字圖像了。 Dil4ut-$  
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2. 3 CCD 彩色相機 $lG--s  
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CCD 芯片按比例將一定數量的光子轉換為一定數量的電子，但光子的波長，也就是光線的顏色，卻沒有在這一過程中被轉換為任何形式的電信號，因此 CCD 實際上是無法區(qū)分顏色的。 $,@ rKRY  
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在這種情況下，如果我們希望使用 CCD 作為相機感光芯片，并輸出紅、綠、藍三色分量，就可以采用一個分光棱鏡和三個 CCD，如圖所示。棱鏡將光線中的紅、綠、藍三個基本色分開，使其分別投射在一個 CCD 上。這樣以來，每個 CCD 就只對一種基本色分量感光。 VT~ ^:-]  
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這種解決方案在實際應用中的效果非常好，但它的最大缺點就在于，采用3個 CCD + 棱鏡的搭配必然導致價格昂貴。因此科研人員在很多年前就開始研發(fā)只使用一個 CCD 芯片也能輸出各種彩色分量的相機。 V{aIhH>P  
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3. 單 CCD 彩色相機 VTX'f2\  
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(1) 成像原理 qaSv]k.  
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如果在 CCD 表面覆蓋一個只含紅綠藍三色的馬賽克濾鏡，再加上對其輸出信號的處理算法，就可以實現一個 CCD 輸出彩色圖像數字信號。由于這個設計理念最初由拜爾（Bayer）先生提出，所以這種濾鏡也被稱作拜爾濾鏡。 v_F?x!  
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如上圖所示，該濾鏡的色彩搭配形式為：一行使用藍綠元素，下一行使用紅綠元素，如此交替；換言之，CCD 中每4個像素中有2個對綠色分量感光，另外兩個像素中，一個對藍色感光、一個對綠色感光。從而使得每個像素只含有紅、綠、藍三色中一種的信息，但我們希望的是每個像素都含有這三種顏色的信息。 "e};?|y  
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所以接下來要對這些像素的值使用“色彩空間插值法”進行處理。