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黑白相机成像原理

参考：B站优致谱视觉

• 光线聚焦：相机镜头将外界景物反射的光线聚焦到相机内部的成像平面上。
• 光电转换：成像平面上通常是图像传感器，黑白相机常用的是CCD（电荷耦合器件）或CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器。传感器上的感光元件对光线敏感，当光线照射到感光元件时，会激发出电子，从而将光信号转换为电信号。
• 信号处理：这些电信号经过放大、模数转换等处理，将其转换为数字信号。相机内部的处理器会对数字信号进行进一步处理，如降噪、增强对比度等，以提高图像质量。
• 图像生成：经过处理的数字信号最终被转换为黑白图像，以灰度值来表示不同的亮度信息，黑色表示低亮度，白色表示高亮度，而灰色则介于两者之间，根据不同的灰度值来呈现出景物的明暗层次和细节。

彩色相机成像原理

彩色相机的成像原理在黑白相机的基础上，增加了对颜色信息的捕捉和处理，主要过程如下：

• 光线聚焦与光电转换：与黑白相机类似，镜头将光线聚焦到图像传感器上，传感器上的感光元件将光信号转换为电信号。
• 颜色滤镜阵列：为了获取颜色信息，在传感器表面覆盖有一层颜色滤镜阵列（CFA），最常见的是拜耳阵列。拜耳阵列由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色的滤镜组成，按照一定的规律排列，通常绿色滤镜的数量是红色和蓝色滤镜的两倍，这是因为人眼对绿色光更为敏感。每个感光元件只能感应到一种颜色的光，通过这种方式，将彩色图像分解为红、绿、蓝三个颜色通道的信息。
• 颜色插值与信号处理：由于每个像素点只能获取到一种颜色信息，需要通过颜色插值算法来估算出每个像素点的完整RGB颜色值。然后对这些颜色信号进行放大、模数转换等处理，同时进行各种图像优化处理，如白平衡调整、色彩校正、降噪等。
• 图像生成：经过处理的RGB颜色信号被组合成彩色图像，根据不同像素点的RGB值来显示出各种颜色，从而还原出真实世界中的彩色场景。