感光元件技術

YUV 色彩編碼的運作原理

YUV 色彩編碼將亮度資訊 (Y) 與色彩資訊 (U 與 V) 區分開來，以減少資料量。這種方式使得影像資料的儲存與處理效率大幅提高，能在維持影像品質不變的情形下，縮小檔案大小，因為亮度對肉眼來說比色彩更重要。

RGB 值的計算

為確認 YUV 值，必須先讀取感光元件，並從原始資料中確定 RGB 值。

Bayer 取樣

CCD 或 CMOS 感光元件的畫素陣列，只會記錄入射光的強度。必須靠著感光元件上的彩色濾片，才能讓每個畫素對應到特定的紅、綠、藍色彩。

相機感光元件上具有 2 倍數量綠色畫素，以確保拍下的影像符合肉眼所見。藉由 Bayer 圖案濾色片中的已知顏色排列和傳輸的原始畫素資訊，相機感光元件中的每個畫素，就能以插值方式得到完整的 RGB 色彩資訊。

RGB 轉換

在第一步中，演算法計算每個單一畫素的完整 RGB 值。也就是說即使該畫素僅對綠光敏感，相機也會接收該畫素的完整 RGB 資訊。為此，將來自鄰近紅色和藍色畫素的資訊以插值方式計入。當然，這只是現實世界的近似值。RGB 的詮釋演算法有很多種，各種演算法的複雜度和計算時間會造成不同的近似程度。

RGB 轉換的一大缺點，就是每個畫素的資料量很大。單一畫素的深度通常為 8 個位元，在轉換後，色深會變成每一色 8 位元（紅、藍、綠），因此總色深即為 24 位元。

YUV 編碼

以 YUV 編碼時，RGB 值會轉換為亮度分量 (Y) ，其範圍從黑到白，以及另外兩個分量 (U、V) ，其對色彩進行編碼。

YUV 4:4:4 掃描

從 RGB 到 YUV 的轉換是線性的，不會發生資訊遺失，也不受相機等特定硬體影響。將 RGB 轉換為 YUV 的標準方程式如下：

Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B

U = 0.493 * (B - Y)

V = 0.877 * (R - Y)

實際上，由於特定相機中使用的感光元件動態範圍不同，方程中的係數可能會略有不同。有關相機的具體資訊，請參閱說明文件。

這種類型的轉換也稱為 YUV 4:4:4 掃描。使用 YUV 4: 4: 4 ，每個畫素都會接收亮度和色彩資訊；「4: 4: 4」表示訊號中 Y、U、V 分量的比例。

YUV 4:2:2 掃描

為了將每個畫素傳輸的平均資料量從 24 位元減少到 16 位元，更常見的作法，是僅記錄每隔一個畫素的色彩資訊。這種掃描方式也稱為 YUV 4:2:2 掃描。雖然這種轉換會真正的損失資訊，但由於肉眼對亮度比對顏色更為敏感，這種減少幾乎看不出來。我們的彩色相機的數位 YUV 4:2:2 輸出的色彩深度，會在每畫素 24 位元到 8 位元之間變動（平均位元深度為每畫素 16 位元）。

我們的彩色相機具有有效的整合演算法，用以進行RGB轉換。使用我們全系列彩色相機，您可以選擇每個畫素提供原始感光元件資料的輸出模式，也可以選擇高品質的 YUV 4:2:2 訊號。有些相機還提供 RGB/BGR 資料。