對于彩色圖像，需要采集多種最基本的顏色，如rgb三種顏色，最簡(jiǎn)單的方法就是用濾鏡的方法，紅色的濾鏡透過(guò)紅色的波長(cháng)，綠色的濾鏡透過(guò)綠色的波長(cháng)，藍色的濾鏡透過(guò)藍色的波長(cháng)，如果要采集rgb三個(gè)基本色，則需要三塊濾鏡，這樣價(jià)格昂貴，且不好制造。因為三塊濾鏡都必須保證每一個(gè)像素點(diǎn)都對齊，當用bayer格式的時(shí)候，很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，bayer 格式圖片在一塊濾鏡上設置的不同的顏色，通過(guò)分析人眼對顏色的感知發(fā)現，人眼對綠色比較敏感，所以一般bayer格式的圖片綠色格式的像素是r和g像素的和。

Bayer色彩濾波陣列（Bayer Color Filter Array，CFA）

拜耳色彩濾波陣列是非常有名的彩色圖片的數字采集格式。

色彩濾波器的模式如上圖所示，由一半的G，1/4的R，1/4的B組成。拜耳色彩濾波器的模式、序列、濾波器有很多種，但最常見(jiàn)的模式是由Kodak提出的2*2模式。

當Image Sensor往外逐行輸出數據時(shí)，像素的序列為GRGRGR.../BGBGBG...（順序RGB）。這樣陣列的Sensor設計，使得RGB傳感器減少到了全色傳感器的1/3，如下所示。

圖像傳感器的結構如下所示，每一個(gè)感光像素之間都有金屬隔離層，光纖通過(guò)顯微鏡頭，在色彩濾波器過(guò)濾之后，投射到相應的漏洞式硅的感光元件上。

白平衡調節（White Balance）

色彩傳感器并不能像人眼那樣直接感應圖像，因此為了保證最終圖像的真實(shí)性，必須經(jīng)過(guò)一些白平衡處理以及色彩校正等算法來(lái)修正圖像。

原始像素的第一步處理操作就是白平衡調節。一個(gè)白色物體每通道的白平衡都應該是相同的，即R=G=B。通過(guò)白色物體的采集以及直方圖分析，擁有最高級別白平衡的通道被作為目標通道，而其他兩個(gè)通道通過(guò)增益達到匹配。同時(shí)，隨著(zhù)光源的不同，白平衡也應該相應的調節。

Bayer插值補償算法（Bayer Interpolation）

1) 插值紅藍算法實(shí)現

每一個(gè)像素僅僅包括了光譜的一部分，必須通過(guò)插值來(lái)實(shí)現每個(gè)像素的RGB值。為了從Bayer格式得到每個(gè)像素的RGB格式，我們需要通過(guò)插值填補缺失的2個(gè)色彩。插值的方法有很多（包括領(lǐng)域、線(xiàn)性、3*3等），通過(guò)速度與質(zhì)量權衡，最好的是線(xiàn)性插值補償算法。其中算法如下：

R和B通過(guò)線(xiàn)性領(lǐng)域插值，但這有四種不同的分布，如下圖所示：

在（a）與（b）中，R和B分別取領(lǐng)域的平均值。

在（c）與（d）中，取領(lǐng)域的4個(gè)B或R的均值作為中間像素的B值。

2) 插值綠算法實(shí)現

由于人眼對綠光反應最敏感，對紫光和紅光則反應較弱，因此為了達到更好的畫(huà)質(zhì)，需要對G特殊照顧。在上述（c）與（d）中，擴展開(kāi)來(lái)就是上圖的（e）與（f）中間像素G的取值，這也有一定的算法要求，不同的算法效果上會(huì )有差異。經(jīng)過(guò)相關(guān)的研究，（e）中間像素G值的算法如下：

（f）中間像素G值的算法如下：

CMOS攝像頭這部分轉換是在內部用ADC或者ISP完成的，生產(chǎn)商為了降低成本必然會(huì )使得圖像失真。當然用外部處理器來(lái)實(shí)現轉換，如果處理器的速度足夠NB，能夠勝任像素的操作，用上面的算法來(lái)進(jìn)行轉換，皆大歡喜。不過(guò)上述算法將直接成倍提高了算法的復雜度，速度上將會(huì )有所限制。因此為了速度的提成，可以直接通過(guò)來(lái)4領(lǐng)域G取均值來(lái)中間像素的G值，將會(huì )降低一倍的速率，而在性能上差之甚微，算法如下：

如果能夠通過(guò)損失圖像的質(zhì)量，來(lái)達到更快的速度，還可以取G1、G2的均值來(lái)實(shí)現，但是這樣的做法會(huì )導致邊沿以及跳變部分的失真。