如何在傳統(tǒng)的拜耳 RGB彩色相機(jī)中捕獲 3 個(gè)獨(dú)立的多光譜通道（波段）？

相機(jī)圖像傳感器由像素組成，這些像素測(cè)量從大量光（白色像素）、中等光量（灰色像素）到無(wú)光（黑色像素）的不同光量。

幾乎所有圖像傳感器都是單 (1) 通道（灰度），除非在頂部應(yīng)用了額外的過(guò)濾層。

傳統(tǒng)的 RGB 彩色相機(jī)使用單個(gè)圖像傳感器，但會(huì)生成具有 3 個(gè)通道（波段）的圖像。他們通過(guò)在傳感器上使用拜耳濾色器陣列 (CFA) 來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

拜耳模式通常有一組重復(fù)的 4 個(gè)像素，順序?yàn)?RGGB（紅、綠、綠、藍(lán)）。然后將拜耳濾鏡組插值到紅、綠、藍(lán) 3 個(gè)圖像通道中。

插值意味著通過(guò)平均周?chē)袼氐闹祦?lái)填充缺失的像素。拜耳插值是將單通道圖像傳感器“轉(zhuǎn)換”為 3 通道圖像傳感器的方式。

拜耳濾波器陣列的傳輸通常如下所示：

MAPIR相機(jī)在拜耳濾光片陣列之前安裝了我們自己的帶通濾光片，只允許我們想要測(cè)量的波長(zhǎng)被傳感器捕獲。這是我們流行的 RGN（紅/綠/NIR）濾光片的傳輸圖表：

在我們的 RGN 相機(jī)中，入射光，首先由我們的 RGN 過(guò)濾器過(guò)濾，然后由拜耳過(guò)濾器陣列過(guò)濾，然后在傳感器上捕獲。

查看上面的拜耳傳輸圖表，您可以看到每個(gè)紅色、綠色、藍(lán)色通道不僅捕獲相關(guān)的 RGB 顏色，還捕獲其他波長(zhǎng)，如紅邊 (700-800nm) 和 NIR (800-1000nm)。

因此，當(dāng)我們使用像我們的 RGN 這樣允許 NIR 光通過(guò)的濾光片時(shí)，所有 3 個(gè)拜耳濾光片也允許 NIR 光通過(guò)到傳感器。

這意味著生成的 RGN 圖像通道實(shí)際上包含以下內(nèi)容：Red+NIR、Green+NIR、NIR。為了去除干擾 NIR 光，必須進(jìn)行進(jìn)一步處理。

測(cè)量組裝好的相機(jī)在每個(gè)通道中的傳感器響應(yīng)，我們可以將通道彼此分開(kāi)（從而在我們的 RGN 示例中移除 NIR）。結(jié)果將是預(yù)期的紅色、綠色、NIR（圖像通道 1、2、3）。

這是來(lái)自MAPIR Survey3W RGN 相機(jī)的原始圖像示例，該圖像已被去拜耳化（應(yīng)用拜耳插值）。

請(qǐng)注意頂部白色參考目標(biāo)的綠色程度，這是因?yàn)榘荻?CFA 中的綠色濾光片數(shù)量是原來(lái)的兩倍。

這是針對(duì)傳感器響應(yīng)進(jìn)行了校正并針對(duì)反射率進(jìn)行了校準(zhǔn)的圖像，看起來(lái)與白平衡圖像類(lèi)似。

我們的 RGN 濾光片允許紅光、綠光和近紅外 (NIR) 光穿過(guò)傳感器。校準(zhǔn)目標(biāo)周?chē)木G草主要反射 NIR 光，這就是為什么它的顏色過(guò)于藍(lán)色。

藍(lán)光無(wú)法到達(dá)圖像傳感器，因此在藍(lán)色（第三）圖像通道中捕獲的是 NIR 850nm 光。我們的眼睛看到的綠光比我們的眼睛看不到的被反射的近紅外光要弱得多。

這是原始去拜耳圖像的 3 個(gè)圖像通道，從左到右：紅色、綠色、NIR。請(qǐng)記住，紅色和綠色通道也捕獲了 NIR 光。

以下是針對(duì)傳感器響應(yīng)進(jìn)行了校正并針對(duì)反射率進(jìn)行了校準(zhǔn)的相同 3 個(gè)圖像通道， 從左到右：紅色、綠色、NIR。

請(qǐng)注意每行中的最后一張照片，近紅外 (NIR) 光通道在校正后比中間的綠光通道亮得多。這是因?yàn)榻】档木G草反射的 NIR 光比綠草多得多。

如果我們能像人類(lèi)一樣看到近紅外光，那么在觀察陽(yáng)光照射下的健康植被時(shí)，我們很容易就會(huì)失明。

對(duì)比度是亮像素和暗像素之間的差異。請(qǐng)注意，紅色 (1) 和 NIR (3) 通道之間的對(duì)比度在校正后更大/更高。

NDVI 指數(shù)比較紅色和近紅外對(duì)比度之間的差異。對(duì)于植被，NDVI 值通常介于 0.3（不健康）到 0.8（健康）之間。

左下方是 RAW 圖像中未經(jīng)校正的 NDVI 圖像，右側(cè)是校正后的圖像。NDVI 尺度是植被分析的典型范圍 0 到 1。

上面未校正的圖像具有不正確的 NDVI 值，這就是為什么它們的值都這么低的原因。如果將比例更改為下面的 -0.5 到 1，您可以更好地看到圖像。

正確處理圖像并相應(yīng)地調(diào)整對(duì)比度 (LUT) 比例非常重要，否則可能會(huì)產(chǎn)生不正確的結(jié)果。

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