ベイヤーフィルター ベイヤーフィルターの概要

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ベイヤーフィルター

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/10/09 20:32 UTC 版)

この記事の項目名には以下のような表記揺れがあります。 バイヤーフィルター

イメージセンサの画素上に配置されたベイヤー配列 のカラーフィルター

センサー上の各色の受光パターン

解説

1. 元の画像
2. ベイヤーフィルターで120×80ピクセルに分解された画像
3. ベイヤー色フィルターで色付けされた画像
4. 欠落した色情報などを補って最終的に得られた画像

1976年に出願されたブライス＝ベイヤーの特許（米国特許第3971065号）では、輝度に敏感な波長である緑の光素子と、色差に敏感な波長である赤と青の素子が組み合わされている。人間の目の生理的特性を模倣するため、バイヤーは緑用の素子を赤・青の2倍使用した。人間の網膜は、M型・L型錐体細胞の組み合わせで輝度を認知するが、これらは日中の視界では緑色の光の波長に最も敏感である。これらセンサー素子の個々の画素から得られた値は、補間されるなどの処理を経て、最終的にはピクセルで構成された画像を得る。

ベイヤーは特許を登録する際に、シアン・マゼンタ・イエローといった補色の色フィルター組合せも提案している。この構成は、当時は実現に必要な染料が存在しなかったため実用化されなかったが、近年では数例のデジタルカメラで採用されている。新たなCMY染料の大きな利点は、光吸収特性が大幅に改善されるということである。すなわち、量子効率が高くなる。 ベイヤーフィルタを使用したカメラから出力される無加工形式(RAW)のデータは、ベイヤー配列どおりの画像となる。各画素センサーには、フィルター越しに赤・緑・青の光の三原色のうちどれか一色の情報のみが記録されるため、各画素からのデータには赤・緑・青の各値は完全には含まれていない。フルカラー画像を得るには、さまざまな種類の『デモザイク処理』を行なって、ピクセルごとの赤・緑・青の各値を補完する。ある画素の値を推定するためには、各色ごとに対応する周辺の画素の値を利用する画像処理手法を用いる。画像処理手法の違いによって、最終的に得られる画像の生成品質や演算速度は影響を受ける。これは、カメラ内部で完結するJPEGやTIFF画像の生成処理、またはセンサーから直接得られるRAWデータをカメラ外部で処理する際について言えることである。

デモザイク処理

デモザイク処理は、様々な方法で行うことができる。簡単な方法としては、近くにある同じ色を担当する画素のカラー値で補間するやり方がある。例えば一旦、画像を露光して各画素を読み込む。緑のフィルタが貼られた画素は、緑の光を観測できる。この画素に於ける赤と青のデータは、近隣の画素データから補完される。緑の画素ひとつに対する赤・青のデータは、近くにあるそれぞれの色担当の画素2つ分で補完される。このシンプルな手法は、一定の色や滑らかなグラデーションの領域であればうまくいくが、シャープなエッジに沿って目立つ色や明るさの急激な変化がある領域では、色のにじみなどの不自然さが発生する可能性がある。このため、他のデモザイク方法では高コントラストのエッジを識別し、またがずに補完するなどの手法を取る。 他のアルゴリズムでは、三原色の各色が高度に対応付けされているように、明るさが変化しても画像内の領域の色は比較的一定であるという仮定に基づいている。したがって、まず最初に三原色のうち緑の画像情報が補間され、ついで赤、そして青の画素情報が補間される。これ以外に、赤と緑・青と緑それぞれの色の比率が一定となるように画像内容についての異なる仮定を行い、欠けている色の数値を推測する方法がある。