CMYG转Bayer RGB原理介绍

目录一、硬件架构Figure28/291. 硬件资源2. 系数规格 M00~M33二、典型场景CMYG CCD → RGGB BayerFigure301. 滤光阵列排布2. 硬件内置转换矩阵三、滑动窗口、数据流时序与边界规则Figure31 ~ Figure391. 基础运算规则2. 图像边界处理机制硬件固有行为四、CMYG颜色空间介绍二、正确连续光谱形式的光学透射基础模型第一性原理理想滤光假设描述CMYG 彩色滤光阵列 CCD → RGGB Bayer RAW的硬件色彩空间转换单元下面分层拆解一、硬件架构Figure28/291. 硬件资源CSC 内部包含4 路 8bit×12bit 乘法器 加法树配套两行 Line Memory行缓存。输入同时读取相邻两行图像数据需要 Line Memory 缓存上一行像素运算单元Affine 线性变换模块支持 4×4 矩阵乘法2. 系数规格 M00~M33格式有符号 8bit小数位 5bitQ5 定点小数取值范围−4≤Mxx​4硬件设计目标一次读取 2 行、4 个输入像素2×2 输入块并行算出 4 个输出像素。二、典型场景CMYG CCD → RGGB BayerFigure301. 滤光阵列排布输入CMYG 2×2 重复马赛克Y C M G输出标准RGGB Bayer 2×2G R B G2. 硬件内置转换矩阵对应输入向量 [Y,C,M,G]T一次输出 RGGB 四个通道。物理含义CMY 是减法三原色通过线性矩阵运算把黄 (Y)/ 青 (C)/ 品红 (M)/ 绿 (G)的感光信号换算成 RGB 三通道。 注意原始 CCD 感光层没有 RGB是 CMYG 滤光片必须靠 CSC 转换成通用 Bayer 格式后续 ISP 链路才能处理。三、滑动窗口、数据流时序与边界规则Figure31 ~ Figure391. 基础运算规则窗口硬件以2×2 CMYG 像素块作为运算单元滑动方式窗口在图像上逐像素横向滑动延迟特性固定1 Line 输出延迟。 原因计算当前行输出 Bayer 像素必须同时使用当前行 下一行 CMYG 数据因此输出相对输入滞后一行。输入 2×2 窗口定义✅ 同一个 2×2 CMYG 输入窗口并行一次性算出完整 2×2 RGGB 输出块不是逐个像素重复读取窗口。2. 图像边界处理机制硬件固有行为行右端边界Line End图像每行最末尾没有新像素供窗口向右滑动硬件对倒数第 2 个、最后一个输出像素复用同一组 2×2 输入窗口数据。帧底部边界Frame End图像最后一行不存在下一行 CMYG 像素硬件对倒数第 2 行、最后一行输出像素复用底部窗口输入数据。⚠️ 风险提示边界复用窗口会造成图像右边缘、底边缘存在伪色 / 精度下降属于硬件固有特性。四、CMYG颜色空间介绍在讲RYYB之前我觉得有必要谈谈RYYB的补色CFA前辈当年与RGGB一较高低的CMYG搭载CMY传感器的柯达 DCS 720x稍有常识的朋友应该都知道白光是由红色光蓝色光和绿色光组成。这三种光色被称为三基色。我们可以在这三种光色的基础上混合出任何光色依照上图 我们按加法记为W白色 R G BC蓝绿色 G BM洋红色 R BY黄色 R G但我们也能按减法记为W白色 W - 0C蓝绿色 W - RM洋红色 W - GY黄色 W - B这也是“减法补色”说法的源头RGB Bayer简而言之传统RGGB原色排列的优势在于画质锐利色彩真实缺点则是信噪比较低。CMYG相对的运用补色原理的CMYG拥有更高的信噪比缺点则是解析度较低且色彩转换较为复杂色彩容易失真。毕竟我们显示系统使用的依然是RGB。二、正确连续光谱形式的光学透射基础模型第一性原理设S(λ)入射光光谱功率分布q(λ)光电二极管量子效率所有像素共用TY​(λ),TC​(λ),TM​(λ),TGs​(λ)黄、青、品红、原生绿色滤光片光谱透射率单个像素输出电荷RAW 信号线性感光区✅ 这是光学透射模型公式。理想滤光假设定义可见光三段波段 ΩR​ 红光波段、ΩG​ 绿光波段、ΩB​ 蓝光波段。 理想无串扰减法滤光透射率再定义场景三刺激分量代入积分才可以推导出简化方程组