鷹眼視圖——《圖樣，too simple》系列之三

引言：最近為FPGA驗證做圖片生成器，檢索了多種圖片格式的介紹文檔，這里做一個總結，希望對剛接觸數字圖像處理的新同事有所幫助。本系列分三部分，介紹工作中常見的YUV、RAW等各種圖片格式，不求艱深晦澀，但求簡潔明了。

本文是第三部分：RAW10? RAW12? RAW14? BGGR? 原來如此原始+土豪!

1????? RAW簡介

RAW的原意就是“未經加工的、原始的”，可以理解為：RAW圖像就是CMOS或者CCD圖像感應器將捕捉到的光信號轉為電信號，進而轉為數字信號的原始數據，換句話說，RAW圖就是記錄每個像素點的光強（亮度）信息。

以下為從光源（被攝物體）à 鏡頭 à CCD（光電耦合器件）à ADC（模數轉換）à RAW圖的大概流程。

按照每個像素點亮度記錄精度（位深）的不同，區分為RAW 10bits，RAW 12bits和RAW 14bits，簡稱為RAW10，RAW12和RAW14。

2????? RAW圖的數據存儲

不管是RAW10，RAW12還是RAW14，都是每兩個字節（16bits）存儲一個像素的亮度值，有效bit位數分別為10、12和14，無效bit位用0補齊，所以這三種raw圖文件的大小都是寬x高x2個字節

2.1????? RAW10

在RAW10圖文件中，每個像素點的亮度值用10個bit位表示，也就是從最暗到最亮分1024個層次精度。每個像素點的亮度值用兩個字節表示，其中6個無效的bit位用0表示，以下是用十六進制形式打開的一個RAW10圖文件：

紅框中的字節最大值為0x03，前6個bit位全是0。文件中無效數據占文件總大小的近40%，可以說相當“土豪”（langfei）。

2.2????? RAW12

在RAW12圖文件中，每個像素點的亮度值用12個bit位表示，也就是從最暗到最亮分4096(2的12次方)個層次精度。每個像素點的亮度值同樣用兩個字節表示，其中4個無效的bit位用0表示，以下是用十六進制形式打開的一個RAW12圖文件：

紅框中的字節最大值為0x0F，前4個bit位全是0。

2.3????? RAW14

讀者可以根據RAW10和RAW12自行擴展，這里不再贅敘。

3????? Bayer pattern

大家可能注意到，上面對RAW圖的介紹未涉及到色彩，實際上CCD只能根據光強信號轉換為對應強度的電信號，而無法分辨色彩（可見光波長），相當于“色盲”。這樣一來，我們得到的RAW圖也只能是mono圖，顯然這是不能接受的。

有人自然想到了一個簡單粗暴的解決辦法：用R、G、B濾光片將白光分解成三原色，分別用一塊CCD來做光電轉換，最后合成一張彩*** ，這就是3CCD相機。原理圖如下：

原理簡單，但是元件成本倍增，商業大佬們表示很不滿意。于是柯達公司的拜爾發明了一種棋盤狀的濾光片，只用一塊CCD，就解決了顏色的識別：

上圖中的濾光片上布滿了一個個排列規則的濾光點，與后面CCD上的像素一一對應，每個濾光點只能通過R、G、B中的一種顏色，這意味著照射在下層CCD每一個像素上的光只能是固定的某種顏色，從而實現了CCD對色彩的辨別，如下圖所示：

仔細看拜爾濾光片上棋盤狀的顏色分布，是有規律的，這就是Bayer pattern（拜爾模板），常見的有以下4種：

上述pattern中，每4個像素記錄1個R、1個B和2個G，之所以綠色得到“倚重”，是因為人眼對綠光最敏感。

這樣一來，我們得到的RAW圖就不再是mono圖，而是彩圖，效果如下所示：

最后經過插值算法，根據周邊像素點計算出中心像素點上另外兩種原色分量，就得到一張看上去比較正常的RAW圖：

篇幅所限，RAW格式的科普就到此為止吧，希望對大家有用。

其他

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