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Color Filter Array — CFA

随着数码相机、手机的普及，CCD/CMOS 图像传感器近年来得到广泛的关注和应用。 图像传感器一般都采用一定的模式来采集图像数据，常用的有 BGR 模式和 CFA 模式。BGR 模式是一种可直接进行显示和压缩等处理的图像数据模式，它由 R( 红)、G( 绿) 、B( 蓝) 三原色值来共同确定 1 个像素点，例如富士数码相机采用的 SUPER CCD 图像传感器就采用这种模式，其优点是图像传感器产生的图像数据无需插值就可直接进行显示等后续处理，图像效果最好，但是成本高，常用于专业相机中。一般数码相机的传感器（CCD 或 CMOS）约占整机总成本的 10%~25%，为了减少成本，缩小体积，市场上的数码相机大多采用 CFA 模式，即在像素阵列的表面覆盖一层彩色滤波阵列（Color Filter Array，CFA），彩色滤波阵列有多种，现在应用最广泛的是 Bayer 格式滤波阵列，满足 GRBG 规律，绿色像素数是红色或蓝色像素数的两倍，这是因为人眼对可见光光谱敏感度的峰值位于中波段，这正好对应着绿色光谱成分。

上图就是一个采用 CFA 模式的图像传感器，有效分辨率为 640 x 480，该模式图像数据只用 R、G、B 3个值中的1 个值来表示 1 个像素点。这样一来每个像素点只能捕获三基色 R，G，B 中的一个，而缺失另外两个颜色值，这时候得到的是一幅马赛克图像。为了得到全彩色的图像， 需要利用其周围像素点的色彩信息来估计出缺失的另外两种颜色， 这种处理叫作色彩插值，也称作彩色插值或去马赛克。

上图是一个8 x 8像素大小的 CFA 模式图像数据阵列，图中 1 个方格表示 1个像素，R、G、B 的数字下标表示其在 8 x 8 图像阵列中的位置。由于 CFA 模式所采用的图像颜色滤波阵列结构相对简单，并且所得到的图像数据仅仅是原始图像全部三原色信息的1 / 3 的数据，因此成本较低。但是，上图中的 CFA 模式图像数据与 BGR 模式的图像数据相比，缺少了 2 / 3 的图像颜色信息，所以要对 CFA 模式图像数据进行显示、压缩等后续处理，就需要事先对其进行插值运算，恢复CFA 模式图像数据所缺少的2 / 3 颜色信息，从而将 CFA 模式图像数据重建为与 BGR 模式图像相匹配的图像数据。比较常见的是双线性插值算法：该算法在对一个像素点的某颜色值进行插值运算时，会用该像素相邻像素点对应颜色值通过算数平均来估计。