数码相机的像素错开和插值处理

    前言

    众所周知数码相机的像素数对其像质的影响是很大的,为使数码相机像质提高,有各种各样的方法,像素错开和素插值(修匀)处理就是方法之一。应用这些方法,即使现在CCD等摄像器件的像素比较少,作为数码相机仍可得到优质图像。由于在摄像方面和用监控器及扩印机的显示方面的像素增加的方法有所不同,且容易引起混淆,下面就其原理,对晰像清晰度有贡献的像素增加和表观像素数增加加以介绍。

    1原理

    1.1像素

    众所周知,如把图像加以仔细分解,它可以看成是许多圆点的集合、这一小圆点能表示8~10bit的深浅层次,我们把这圆点称为像素。圆点是构成像素的最小单位,图像是像素的二维点的大量集合形成的。

    在考虑一个图象时,像素多,能清晰细微地再现物体;如像素少,只能粗线条地再现被摄物。在电视摄像时,如图1所示,垂直方向的像素数是扫描线的条数,水平方向的像素数是信号频率带域。在个人电脑上的图像VGA级的像素数为640@480像素,XGA级的像素数为1024@768像素。

    1.2CCD像素数和晰像清晰度

    上面谈的是以显示为中心考虑,下面以摄像为中心加以研究。

    在数码相机及摄像机中,基本上都使用CCD摄像器件。如图2所示,CCD是由许多2维的光敏二极管排成的感器件,如垂直为480像素,水平为800像素的排列就是所谓的40万像素CCD。

    由于在该感光面上得到结成光学像的图像信号,光学像无论怎样鲜明清晰,其晰像清晰度一般都受到CCD的像素数的制约,所以在摄像机或数码相机中,用高像素的CCD比用低像素的CCD能得到更好的晰像清晰度的图像。

    如就照相机本身而言, CCD的像素数与得到的图像的晰像清晰度是一致的。但在实际上,由于图像一般都作记录或存储,这就受到这些记录或存储装置的性能及条件的制约。

    以上说的是黑白图像,而现在大多数为彩色图像,在彩色摄影时,只形成彩色信息,它是用RGB三原色得到一个像素,在40万的三片式CCD中,总共能得到120万像素的图像。

    1.3像素的插值(Smoothing)

    在表示图像时,像素的插值是经常使用的技术。图3(a)所示是3@3像素(垂直3像素,水平3像素),当显示器件有3@5像素(垂直3像素,水平5像素)能力时,不使用如虚线所示的像素是万万不该的,因这些像素也希望表示信息。这时,如图3(b)所示,用相邻像素的平均值作插值,如用(a+b)/2、(b+c)/2,补上缺乏的中间像素的信号就是插值,也即使其平滑化。