鹰眼视图——《图样，too simple》系列之三

引言：最近为FPGA验证做图片生成器，检索了多种图片格式的介绍文档，这里做一个总结，希望对刚接触数字图像处理的新同事有所帮助。本系列分三部分，介绍工作中常见的YUV、RAW等各种图片格式，不求艰深晦涩，但求简洁明了。

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

1      RAW简介

RAW的原意就是“未经加工的、原始的”，可以理解为：RAW图像就是CMOS或者CCD图像感应器将捕捉到的光信号转为电信号，进而转为数字信号的原始数据，换句话说，RAW图就是记录每个像素点的光强（亮度）信息。

以下为从光源（被摄物体）à 镜头 à CCD（光电耦合器件）à ADC（模数转换）à RAW图的大概流程。

按照每个像素点亮度记录精度（位深）的不同，区分为RAW 10bits，RAW 12bits和RAW 14bits，简称为RAW10，RAW12和RAW14。

2      RAW图的数据存储

不管是RAW10，RAW12还是RAW14，都是每两个字节（16bits）存储一个像素的亮度值，有效bit位数分别为10、12和14，无效bit位用0补齐，所以这三种raw图文件的大小都是宽x高x2个字节

2.1      RAW10

在RAW10图文件中，每个像素点的亮度值用10个bit位表示，也就是从最暗到最亮分1024个层次精度。每个像素点的亮度值用两个字节表示，其中6个无效的bit位用0表示，以下是用十六进制形式打开的一个RAW10图文件：

红框中的字节最大值为0x03，前6个bit位全是0。文件中无效数据占文件总大小的近40%，可以说相当“土豪”（langfei）。

2.2      RAW12

在RAW12图文件中，每个像素点的亮度值用12个bit位表示，也就是从最暗到最亮分4096(2的12次方)个层次精度。每个像素点的亮度值同样用两个字节表示，其中4个无效的bit位用0表示，以下是用十六进制形式打开的一个RAW12图文件：

红框中的字节最大值为0x0F，前4个bit位全是0。

2.3      RAW14

读者可以根据RAW10和RAW12自行扩展，这里不再赘叙。

3      Bayer pattern

大家可能注意到，上面对RAW图的介绍未涉及到色彩，实际上CCD只能根据光强信号转换为对应强度的电信号，而无法分辨色彩（可见光波长），相当于“色盲”。这样一来，我们得到的RAW图也只能是mono图，显然这是不能接受的。

有人自然想到了一个简单粗暴的解决办法：用R、G、B滤光片将白光分解成三原色，分别用一块CCD来做光电转换，最后合成一张彩*** ，这就是3CCD相机。原理图如下：

原理简单，但是元件成本倍增，商业大佬们表示很不满意。于是柯达公司的拜尔发明了一种棋盘状的滤光片，只用一块CCD，就解决了颜色的识别：

上图中的滤光片上布满了一个个排列规则的滤光点，与后面CCD上的像素一一对应，每个滤光点只能通过R、G、B中的一种颜色，这意味着照射在下层CCD每一个像素上的光只能是固定的某种颜色，从而实现了CCD对色彩的辨别，如下图所示：

仔细看拜尔滤光片上棋盘状的颜色分布，是有规律的，这就是Bayer pattern（拜尔模板），常见的有以下4种：

上述pattern中，每4个像素记录1个R、1个B和2个G，之所以绿色得到“倚重”，是因为人眼对绿光最敏感。

这样一来，我们得到的RAW图就不再是mono图，而是彩图，效果如下所示：

最后经过插值算法，根据周边像素点计算出中心像素点上另外两种原色分量，就得到一张看上去比较正常的RAW图：

篇幅所限，RAW格式的科普就到此为止吧，希望对大家有用。

其他

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