黑白相机和彩色相机从字面上看就很容易理解,黑白相机输出的图像是黑白的,是没有颜色信息的灰度信号值;而彩色相机输出的图像是彩色的,而彩色相机又分为真彩色相机与伪彩色相机。
无论是CCD还是CMOS图像传感器,其原理都是将光子转换为电子,其中光子数目与电子数目成比例。对每个像素,统计其电子数目就形成反映光线强弱的灰度图像,也就是说CCD和CMOS图像传感器是“色盲”,不具备辨色的能力,只能形成黑白图像。
不同色彩模式的工业相机
黑白相机
当光线照射到感光芯片时,光子信号会转换成电子信号。由于光子的数目与电子的数目成比例,主要统计出电子数目就能形成反应光线强弱的黑白图像。经过相机内部的微处理器处理,输出就是一幅数字图像。在黑白相机中,光的颜色信息是没有被保留的。
真彩色相机
CCD和CMOS图像传感器无法区分颜色,只能感受到信号的强弱。在这种情况下为了采集彩色图像,可以使用三棱镜将光线分成光学三原色(RGB),接着使用3块感光芯片去分别感知强弱,再综合在一起。
真彩色相机获取的图像质量好,没有细节丢失,但这样的相机结构复杂,需要配备专门的镜头,价格一般都很昂贵。
伪彩色相机
考虑到价格因素,柯达的拜尔(Bayer)提出了一种廉价的折中方案(伪彩色相机):只用一块图像传感器,就解决了颜色的识别。他的做法是在图像传感器前面,设置一个滤光片,上面布满了滤光点,与下层的像素一一对应。如图3(右),Bayer滤光片上的滤光点的排列是有规律的:每个绿点的四周,分布着2个红点、2个蓝点、4个绿点。由于人眼对绿色最为敏感,所以绿色是红、蓝的两倍。由于每个滤光点只能通过红、绿、蓝之中的一种颜色,但是在输出时,所有像素都应该有这三种颜色的信息,被滤除的两种颜色分量值在后期的算法处理中通过插值法来补回。如图1右: Bayer滤波片模式。