Como Sensor de Imagem Captura Cor: Filtro Bayer e Desmosaicação

Sensores digitais são inerentemente monocromáticos. A cor é reconstruída via Array de Filtros de Cor (CFA) e interpolação.

1. Fotosites (Pixels)

• Milhões de poços sensíveis à luz (fotodiodos) no silício.
• Cada um coleta fótons → pares elétron-buraco → pacote de carga.
• Carga → voltagem → ADC → número digital (0–4095 para 12-bit, 0–16383 para 14-bit).

2. Array de Filtro de Cor Bayer (Mais Comum)

Padrão (repetição 2×2):

 R G G B 

• 50% Verde, 25% Vermelho, 25% Azul (corresponde à sensibilidade de luminância humana).
• Cada fotosite vê apenas UMA cor.

3. Desmosaicação (Debayering)

• Algoritmo estima as duas cores faltantes em cada pixel a partir dos vizinhos.
• Simples: Interpolação bilinear. Avançado: Adaptativo (AHD, VNG, AMaZE), machine learning.
• Feito na câmera (JPEG) ou no computador (conversor RAW).

4. CFAs Alternativos

CFA	Padrão	Prós/Contras
X-Trans (Fujifilm)	6×6 quasi-aleatório, menos moiré	Sem OLPF necessário; desmosaicação mais difícil
Quad Bayer / Tetracell	4 pixels mesma cor sob uma microlente	HDR / binning para pouca luz; remosaic para resolução total
RGBW (alguns celulares)	Adiciona pixel claro/branco	Mais sensibilidade; trade-off fidelidade de cor
Foveon (Sigma)	Camadas de silício empilhadas (sem CFA)	Cor verdadeira por pixel; baixo high-ISO, proprietário

5. Pipeline de Precisão de Cor

1. Dados brutos do sensor (linear, scene-referred)
2. Subtração de nível preto, correção de sombreamento de lente
3. Desmosaicação
4. Balanço de branco (ganhos por canal)
5. Matriz de cor / perfil ICC → espaço de cor de saída (sRGB, Adobe RGB, Rec.2020)
6. Gamma / curva de tom
7. Redução de ruído, nitidez

Insight Principal

Dois terços da "cor" em uma imagem Bayer são interpolados. Qualidade depende do algoritmo de desmosaicação, design do CFA, filtro passa-baixo óptico e processamento. RAW dá controle; JPEG assa tudo.

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