Bayer’s Pattern
Goal
Bayer’s pattern과 컬러 이미지의 생성과정을 이해한다.
Bayer filter
Bayer filter mosaic은 RGB 컬러를 필터링 하기 위한 2차원 격자 배열이다. 이 배열은 디지털 사진에 컬러를 입히는데 사용되는 Color Filter Array(CFA)의 대표적인 필터링이다. 이것은 Kodak의 연구원이었던 Bryce Bayer가 처음으로 고안하여 지금까지 거의 모든 디지털 카메라에 사용되고 있다.
Bayer필터는 50%(Green), 25%(Red), and 25%(Blue)로 이루어있다. 인간의 눈은 자연광에서 녹색에 가장 민감하게 반응하기 때문에 Bayer필터에는 Green이 Blue나 Red보다 많이 들어있으며, 녹색은 휘도감지, 즉 빛의 밝기에 민감한 센서요소가 되며, 빨강과 파랑은 색차를 감지하는데 좋은 요소이다. 이것을 영어로 다음과 같이 표현한다.
1. Green photosensors for luminance-sensitive element (휘도감지요소)
2. Red and Blue for chrominance-sensitive elements (색차감지요소)
Demosaicing
Bayer filter에서 각 픽셀은 자기와 같은 색만을 통과시켜 RGB로 세종류로 이루어진 격자를 만든다. 이것을 Bayer image이라고 부르고 사진을 찍으면 가장 먼저 생성되는 일종의 raw 데이타이다.
The raw output of Bayer-filter cameras is called a Bayer pattern image, which is a record of one of three colors in each pixel. However, in this image, each pixel cannot fully specify each of the red, green, blue values.
To obtain a full-color image, 다양한 알고리즘이 interpolation을 통해서 각 픽셀당 RGB의 조합을 찾아낸다. 이 알고리즘의 기본은 주변의 픽셀값들을 이용한다는 것이다. 이것을 demosaicing or debayering 이라고 부른다.
Color Filter Array(CFA)는 디지털 카메라내에 이미지 센서 앞에 위치한다. 따라서 빛이 들어오면 센서에 감지되는 것은 필터링된 컬러이다.
즉, Bayer filter를 사용했을때 각 픽셀에 R,G,B 컬러 셋중 하나씩 raw intensity로 기록된다. 이것은 알고리즘을 통해 픽셀당 RGB컬의 조합을 찾아내는 것이다. 이것을 demosaicing이라고 한다.
여러가지 알고리즘 중 가장 많이 사용되는 것은 interpolation(내삽)을 이용한 방법이다. 대표적으로 다음의 두 가지 간단한 내삽을 사용한다….
1. nearest-neighbor interpolation (poor quality)
2. bilinear interpolation (suitable for 2D array)
3. linear interpolation (for 1D array)
# other terminologies for further study
1. Charge-coupled Device(CCD)
2. anti-aliasing
3. Nyquist-Shannon sampling