? 本文主要講解逆馬賽克變換的原理，文中照片由映美精DFK 31BF03-Z2.H采集所得。
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? 逆馬賽克算法是一種數字圖像處理方法，用于重建圖像的所有色彩信息，其算法對象為裝有彩色濾鏡陣列（CFA）的圖像傳感器，這種彩色濾鏡陣列中所有濾鏡的通過波長是不完全一致的。逆馬賽克變換也稱作CFA插值或色彩重建。
?? 同當前大部分的數碼相機一樣，映美精DFK 31BF03-Z2.H彩色相機使用一片帶有CFA的圖像傳感器采集圖像，逆馬賽克變換是把采集數據轉化成為可視圖像格式的重建過程。
逆馬賽克變換的目標：
?? CFA輸出經過空間采樣的色彩通道數據，逆馬賽克變換算法的目標是使用這些數據中重建所有的圖像的所有色彩（例如所有位置的三色值）。這種算法一般包括以下特征：
??避免錯誤色彩信息的進入，比如色彩混淆、鋸齒邊（一組相鄰像元亮度不自然地亮暗變化）以及紫邊。
??保持圖像最大分辨力不變。
??計算復雜性低，可使用相機硬件資源在內部完成快速而有效的計算。
??易于圖像分析以進行準確的降噪處理。
??????? ?彩色濾鏡陣列：
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? 彩色濾鏡陣列位于圖像傳感器前，是像馬賽克一樣的彩色濾鏡。實際應用中，最常用的CFA構型是Bayer濾鏡，如上圖所示。Bayer濾鏡在奇數行是紅綠交替的濾鏡，在偶數行是綠藍交替的濾鏡。綠色濾鏡的數量是紅色或藍色濾鏡的2倍，目的是模仿人眼對綠光敏感的特性。
?? 由于CFA的顏色采樣結果原理上會產生混疊，通常在圖像傳感器和鏡頭間會裝有光學抗混疊濾鏡，以減少由插值產生的錯誤顏色信息（色彩混淆）。
?? 由于每個傳感器的像元位于濾鏡后面，其輸出值為對應的像素值，該值描述對應的三種濾鏡之一的原始亮度信息。因此，需要相關的算法去估算每個像元的顏色值，而不是某個顏色分量的數值。
逆馬賽克變換示意圖：
?? 如果要以彩色濾鏡陣列中采集到的數據重建圖像的所有色彩，就需要插值算法來完成空值的計算。這里要求算法不再需要其它的計算條件，由此引入逆馬賽克算法。
在本例中的示意色塊圖由映美精出品的Bayer Demonstrator軟件生成。
下圖表示經由Bayer濾鏡后輸出的數據，每個像元只含有一個紅色、綠色或藍色分量。
?????? ? Bayer濾鏡采樣：
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?????? ? 紅色分量
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??????? ?綠色分量
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??????? ?藍色分量
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??? 數字相機采用的典型算法是通過對以上分量求平均值來重建完整的RGB圖像。軟件Bayer Demonstrator提供兩種算法：相鄰像元復制和相鄰像元求平均，結果如下圖：
直接復制相鄰像元色彩值及其局部：
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???????? ?相鄰像元求平均值及其局部：
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??? 重建出的圖像在純色區域內色彩正確，但是分辨力（細節和銳度）會降低，而且會出現邊緣混淆（比如局部圖像中可以看出色彩混疊和粗糙的邊緣）。
逆馬賽克算法：
簡單插值：
?? 這種算法是典型的均勻網格多元插值算法，對同樣顏色分量的相鄰像元值進行直接插值計算。這種最簡單的方法稱為最近像素插值算法，這種算法簡單地把相同色域通道中鄰近的像素值復制。在對圖像質量有一定要求的場合不宜使用，但可以應用于圖像預覽中，因為這種算法占用很少的計算資源。另外一種簡單的算法為雙線性插值，使用這種算法，非紅色像元的紅色分量值通過其相鄰2個或4個的紅色像素值平均求得，藍色與綠色算法類似。各顏色層內更復雜的獨立插值算法包括雙三次插值、樣條插值和Lanczos resampling插值。
?? 盡管這些算法在純色圖像區域中能夠獲得較佳效果，但是配合純色CFA使用時在邊緣及細節處容易產生嚴重的逆馬賽克色彩混淆。另外，線性插值配合時空譜（泛色）CFA使用時可以獲得非常好的效果。
圖像內的像元相關性：
? 更復雜的逆馬賽克算法研究彩色圖像內像元時域或頻域內的相關性。時域相關性是圖像內像素值的變化趨勢，用于估算類似的色彩值。頻域相關性是在較小的圖像區域內像素值與其它顏色層的依賴關系。
這種算法包括：
??變數梯度內插法：這種算法計算興趣像元附近的梯度值，并用較低的梯度（表示圖像更平滑及更相似的部分）估算插值。這種算法曾用于dcraw軟件的第一版中，容易受顏色混淆的影響。
??像素組群法：該算法使用自然景物的假設進行估算。與變數梯度內插法相比，該算法在自然圖像中產生的彩色混淆較少。在版本為8.71后的dcraw軟件中有所使用，在軟件中被稱作“像素圖像組群法”。
??自適應均質導向內插法：這種算法選擇內插的方向，以使計量結果均勻性最大，通常可以把色彩混淆減至最小。在dcraw軟件近期的各版本中均有包含。
視頻中的超分辨率/逆馬賽克：
?? 從近年的發展看出超分辨率與逆馬賽克是一個問題的兩個方面，將二者歸為一類未嘗不可。要注意兩者均要對付色彩混淆問題。因此，尤其在視頻重建領域（多幀），超分辨率與逆馬賽克處理的綜合應用將提供最優的重建方法。
專用算法情況：
?? 許多商用軟件使用專用算法，并不對大眾開放，不一定與現有的已公布的算法相同。而映美精DFK 31BF03-Z2.H相機提供最近色彩、雙線性、邊界銳化3種插值方法，對用戶透明，使用者可依據采集圖像特點酌情選擇，或直接在原始數據基礎上使用自己的插值算法。
權衡：
?? 有些算法處理自然景物時能得到更佳效果，而有些處理掃描文檔時效果更佳。這說明在估算像素值時還有我們所不知道的影響因子存在。此外，運算速度與圖像質量的矛盾也依然存在。
如果使用可以導出原始數據格式圖像的相機（如DFK 31BF03-Z2.H），就可以使用不同的逆馬賽克算法，有時會得到更高質量的圖像。
軟件：
??? 由映美精制作的DeBayer原理演示軟件Bayer Demonstrator能夠形象說明逆馬賽克的過程，該軟件免費為用戶提供，可從以下鏈接進行下載：
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?http://www.theimagingsource.com/downloads/bayerdemonstrator.en_US.zip