Come un Sensore d'Immagine Cattura il Colore: Filtro Bayer e Demosaicing
I sensori digitali sono intrinsecamente monocromatici. Il colore viene ricostruito tramite un Color Filter Array (CFA) e interpolazione.
1. Photosite (Pixel)
- Milioni di pozzi sensibili alla luce (fotodiodi) sul silicio.
- Ciascuno raccoglie fotoni → coppie elettrone-lacuna → pacchetto di carica.
- Carica → tensione → ADC → numero digitale (0–4095 per 12 bit, 0–16383 per 14 bit).
2. Filtro Colore Bayer (Il Più Comune)
Schema (ripetizione 2×2):
R G G B
- 50% Verde, 25% Rosso, 25% Blu (corrisponde alla sensibilità luminanza umana).
- Ogni photosite vede un SOLO colore.
3. Demosaicing (Debayering)
- L’algoritmo stima i due colori mancanti in ogni pixel dai vicini.
- Semplice: interpolazione bilineare. Avanzato: adattivo (AHD, VNG, AMaZE), machine learning.
- Eseguito in-camera (JPEG) o sul computer (convertitore RAW).
4. CFAs Alternativi
| CFA | Schema | Pro/Contro |
|---|---|---|
| X-Trans (Fujifilm) | 6×6 quasi-casuale, meno moiré | Niente OLPF necessario; demosaicing più difficile |
| Quad Bayer / Tetracell | 4 pixel stesso colore sotto una microlente | HDR / binning per scarsa luce; remosaic per risoluzione piena |
| RGBW (alcuni telefoni) | Aggiunge pixel chiaro/bianco | Più sensibilità; compromesso fedeltà colore |
| Foveon (Sigma) | Strati di silicio sovrapposti (nessun CFA) | Colore vero per pixel; alta ISO bassa, proprietario |
5. Pipeline Precisione Colore
- Dati sensore raw (lineari, riferiti alla scena)
- Sottrazione livello nero, correzione ombreggiatura obiettivo
- Demosaicing
- Bilanciamento bianco (guadagni per canale)
- Matrice colore / profilo ICC → spazio colore output (sRGB, Adobe RGB, Rec.2020)
- Gamma / curva tonale
- Riduzione rumore, nitidezza
Chiave di Lettura
Due terzi del “colore” in un’immagine Bayer sono interpolati. La qualità dipende dall’algoritmo di demosaicing, design CFA, filtro ottico passa-basso ed elaborazione. Il RAW ti dà controllo; il JPEG lo cuoce dentro.