Войти
A демозаика (также демозаика, демозаика или дебайеризация ) алгоритм - это процесс цифрового изображения, используемый для восстановления полноцветного изображения из неполных цветовых образцов, выводимых с датчика изображения с наложенным массив цветных фильтров (CFA). Это также известно как интерполяция CFA или восстановление цвета.
Большинство современных цифровых камер получают изображения с помощью одного датчика изображения, наложенного на CFA, поэтому демозаика является частью конвейера обработки, необходимого для рендеринга этих изображений в видимый формат.
Многие современные цифровые камеры могут сохранять изображения в формате raw, что позволяет пользователю демонстрировать их с помощью программного обеспечения, а не встроенного встроенного программного обеспечения камеры.
Целью алгоритма демозаики является восстановление полного цветное изображение (т. е. полный набор цветных троек) из пространственно недодискретизированных цветовых каналов, выводимых из CFA. Алгоритм должен обладать следующими характеристиками:
Байеровское расположение цветных фильтров на массиве пикселей датчика изображения. Каждая ячейка размером два на два содержит два зеленых, один синий и один красный фильтр. Массив цветовых фильтров представляет собой мозаику из цветных фильтров перед датчиком изображения. С коммерческой точки зрения наиболее часто используемая конфигурация CFA - это фильтр Байера, показанный здесь. Он имеет чередующиеся фильтры красный (R) и зеленый (G) для нечетных строк и чередующиеся фильтры зеленого (G) и синего (B) для четных строк. Зеленых фильтров в два раза больше, чем красных или синих, что обеспечивает более высокую чувствительность человеческого глаза к зеленому свету.
Поскольку субдискретизация цвета CFA по своей природе приводит к сглаживанию, оптический сглаживающий фильтр обычно помещается на оптическом пути между датчиком изображения и линза для уменьшения артефактов ложных цветов (хроматических псевдонимов), вносимых интерполяцией.
Поскольку каждый пиксель датчика находится за цветным фильтром, на выходе получается массив значений пикселей, каждое из которых указывает исходную интенсивность, равную единице. из трех цветов фильтра. Таким образом, необходим алгоритм для оценки уровней цвета для каждого пикселя для всех компонентов цвета, а не для одного компонента.
Чтобы восстановить полноцветное изображение из данных, собранных массивом цветовой фильтрации, необходима форма интерполяции для заполнения пробелов. Математика здесь подлежит индивидуальной реализации и называется демозаикингом.
В этом примере мы используем бикубическую интерполяцию Adobe Photoshop для имитации схемы устройства фильтра Байера, такого как цифровая камера .
Изображение ниже имитирует выходной сигнал от датчика изображения с фильтром Байера; каждый пиксель имеет только красный, зеленый или синий компонент. Соответствующее исходное изображение показано рядом с реконструкцией с демозаикой в конце этого раздела.
 | ||
| фильтр Байера выборки | ||
 |  |  |
| красный | зеленый | синий |
Цифровая камера обычно имеет средства для восстановления всего изображения RGB с использованием вышеуказанной информации. Результирующее изображение может быть примерно таким:
 |  |
| Исходное | Реконструированное |
Восстановленное изображение обычно является точным в областях с однородным цветом, но имеет потерю разрешения (детали и резкость) и имеет артефакты по краям. (например, края букв имеют видимую цветную кайму и некоторую шероховатость).
Эти алгоритмы являются примерами многомерной интерполяции на равномерной сетке, использующей относительно простые математические операции с соседними экземплярами одной и той же цветовая составляющая. Самый простой метод - это интерполяция ближайшего соседа, которая просто копирует соседний пиксель того же цветового канала. Он не подходит для любого приложения, где важно качество, но может быть полезен для создания превью при ограниченных вычислительных ресурсах. Другой простой метод - это билинейная интерполяция, при которой значение красного цвета не красного пикселя вычисляется как среднее значение двух или четырех соседних красных пикселей, и аналогично для синего и зеленого. Более сложные методы, которые интерполируют независимо в каждой цветовой плоскости, включают бикубическую интерполяцию, сплайн-интерполяцию и передискретизацию Ланцоша.
. Хотя эти методы позволяют получить хорошие результаты в областях однородного изображения, они склонны к серьезным артефактам демозаики в областях с краями и деталями при использовании с чистыми цветными CFA. Однако линейная интерполяция может дать очень хорошие результаты в сочетании с пространственно-спектральным (панхроматическим) CFA. Можно использовать простые модели формирования изображений для демозаики. В естественных изображениях в пределах одного сегмента соотношение цветов должно сохраняться. Этот факт был использован в чувствительной к изображению интерполяции для демозаики.
Более сложные алгоритмы демозаики используют пространственную и / или спектральную корреляцию пикселей в цветном изображении. Пространственная корреляция - это тенденция пикселей принимать одинаковые значения цвета в небольшой однородной области изображения. Спектральная корреляция - это зависимость между значениями пикселей различных цветовых плоскостей в небольшой области изображения.
Эти алгоритмы включают:
Было показано, что super-resolution и демозаика - две стороны одной и той же проблемы, и их разумно рассматривать в едином контексте. Обратите внимание, что обе эти проблемы решают проблему сглаживания. Поэтому, особенно в случае реконструкции видео (многокадрового), совместное использование сверхвысокого разрешения и демозаики обеспечивает оптимальное решение.
Некоторые методы могут дать лучшие результаты для естественных сцен, а некоторые, например, для печатных материалов. Это отражает присущую им проблему оценки пикселей, которые точно не известны. Естественно, существует также повсеместный компромисс между скоростью и качеством оценки.
Если у человека есть доступ к необработанным данным изображения с цифровой камеры, он может использовать компьютерное программное обеспечение с множеством различных алгоритмов демозаики вместо того, чтобы ограничиваться встроенным в камеру. Некоторые программы разработки, такие как RawTherapee, дают пользователю возможность выбрать, какой алгоритм следует использовать. Однако большинство программ написано для использования одного конкретного метода. Различия в рендеринге мельчайших деталей (и текстуры зерна), возникающие в результате выбора алгоритма демозаики, являются одними из основных различий между различными разработчиками raw; часто фотографы предпочитают конкретную программу по эстетическим причинам, связанным с этим эффектом.
Цветовые артефакты из-за демозаики предоставляют важные подсказки для выявления подделок фотографий.
