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<!DOCTYPE html>

<title>Demosaicing</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Demosaicing</span></h1>

</header>

</div>

<div class="gallerytext">Sensorbild vor Demosaicing</div>

</li>

<div class="gallerytext">Rekonstruiertes Bild nach Demosaicing</div>

</li>

</ul>

<p>Als <span lang="en"><b>Demosaicing</b></span> [<style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r227981795">

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .IPA a{text-decoration:none}

/* end https://de.wikipedia.org/ */

</style><span class="navigation-not-searchable"><span class="IPA"><a href="Liste_der_IPA-Zeichen" title="Liste der IPA-Zeichen"><span title="Aussprache im Internationalen Phonetischen Alphabet (IPA)" lang="zxx">dimoʊˈzeɪ(.ɪ)kɪŋ</span></a></span></span>] (auch <span lang="en"><i>Demosaicking</i></span>) bezeichnet man in der <a href="Digitalfotografie" title="Digitalfotografie">Digitalfotografie</a> die Rekonstruktion einer farbigen <a href="Rastergrafik" title="Rastergrafik">Rastergrafik</a> aus den Helligkeitswerten eines mit Mosaik-Farbfiltern überlagerten <a href="Bildsensor" title="Bildsensor">Bildsensors</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Grundlagen">Grundlagen</h2></div>

<p>Die Bildsensoren der meisten <a href="Digitalkamera" title="Digitalkamera">Digitalkameras</a> basieren auf <a href="Bayer-Sensor" title="Bayer-Sensor">Bayer-Sensoren</a>. Dabei handelt es sich um <a href="CMOS-Sensor" class="mw-redirect" title="CMOS-Sensor">CMOS-Sensoren</a>, die mit einer Matrix aus regelmäßig angeordneten <a href="RGB-Farbraum" title="RGB-Farbraum">Rot-, Grün- und Blaufiltern</a> überzogen sind. Da jedes Pixel nur den Helligkeitswert eines <a href="Farbkanal" title="Farbkanal">Farbkanals</a> aufnehmen kann, ist die Farbinformation unvollständig. Zur Erzeugung einer farbigen Rastergrafik, die vollständige RGB-Werte für jedes Pixel speichert, müssen benachbarte <a href="Grundfarbe" title="Grundfarbe">Grundfarben</a>-Werte <a href="Interpolation_(Mathematik)" title="Interpolation (Mathematik)">interpoliert</a> werden.

</p><p>Neben den Bayer-Sensoren gibt es noch Bildsensoren mit RGBE (Rot, Grün, Blau, Cyan)- oder CYGM (Cyan, Gelb, Grün, Magenta)-Filtern, die ebenfalls Demosaicing erfordern. Beim <a href="Foveon_X3" title="Foveon X3">Foveon-X3-Direktbildsensoren</a> oder <a href="Three-Shot-Sensor" title="Three-Shot-Sensor">Three-Shot-Sensoren</a> werden für jedes Pixel die Werte aller drei Grundfarben aufgenommen; hier ist kein Demosaicing nötig.

</p><p>Das Demosaicing kann sowohl durch die <a href="Firmware" title="Firmware">Firmware</a> der Kamera erfolgen, wobei meist ein <a href="JPEG" title="JPEG">JPEG</a>- oder <a href="Tagged_Image_File_Format" title="Tagged Image File Format">TIFF</a>-Bild erzeugt wird, als auch später als Software auf ein Bild im <a href="Rohdatenformat" title="Rohdatenformat">Rohdatenformat</a> angewandt werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Verfahren_und_Artefakte">Verfahren und Artefakte</h2></div>

<p>Eine einfache Möglichkeit des Demosaicing ist die Interpolation mittels eines <a href="Rekonstruktionsfilter" title="Rekonstruktionsfilter">Rekonstruktionsfilters</a>, zum Beispiel mittels <a href="Bilineare_Filterung" title="Bilineare Filterung">bilinearer Filterung</a> (siehe auch <a href="Skalierung_(Computergrafik)" title="Skalierung (Computergrafik)">Skalierung</a>). Hierbei kann es zu Unschärfe und anderen <a href="Artefakt_(Fotografie)" title="Artefakt (Fotografie)">Bildartefakten</a> kommen:

</p>

<ul><li>„Reißverschlussartige“ Schachbrettmuster entstehen an Kanten, die nicht entlang der Farbfilter einer Grundfarbe verlaufen;</li>

<li>Farbverschiebungen entstehen als <a href="Alias-Effekt" title="Alias-Effekt">Alias-Effekte</a>, wenn die Farbfiltermatrix mit regelmäßig angeordneten Bilddetails interferiert.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></li></ul>

<p>Es wurden zahlreiche weitere Demosaicing-Verfahren entwickelt, mit dem Ziel, diese Artefakte zu vermindern oder zu eliminieren.<sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dazu gehören:

</p>

<ul><li>Farbton-Interpolation: Anstatt RGB-Werte individuell zu interpolieren, werden nur die <a href="Farbton" title="Farbton">Farbton</a>-Werte, definiert als <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \left({\frac {R}{G}},{\frac {B}{G}}\right)}">

<mrow>

<mrow>

<mfrac>

</mfrac>

</mrow>

<mfrac>

</mfrac>

</mrow>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \left({\frac {R}{G}},{\frac {B}{G}}\right)}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/c60b493f3acabb7564cf55a61cdc092ecf589ac2.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.505ex; width:9.781ex; height:6.176ex;" alt="{\displaystyle \left({\frac {R}{G}},{\frac {B}{G}}\right)}" loading="lazy"></span>, interpoliert.<sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Diese Methode zählt zu den ersten, die in kommerziellen digitalen Kamerasystemen zum Einsatz kamen.</li>

<li>Medianfilter: Im ersten Schritt wird durch bilineare Filterung ein Bild erzeugt. Anschließend wird ein <a href="Rangordnungsfilter" title="Rangordnungsfilter">Medianfilter</a> auf die Differenzen der Farbkanäle (z. B. R − G und B − G) in diesem Bild angewandt. Aus den beiden mediangefilterten Farbdifferenzbildern und dem ursprünglichen Sensorbild wird dann das Ausgabebild berechnet. Der Rotwert eines grünen Sensorpixels wird zum Beispiel berechnet, indem der Wert des mediangefilterten R−G-Bildes zum Grünwert addiert wird.<sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></li>

<li>Kantenbasierte Interpolation: Im ersten Schritt wird aus den Grünwerten des Sensorbildes ein interpoliertes Helligkeitsbild erzeugt. Im zweiten Schritt wird aus den Rot- und Blauwerten ein interpoliertes Farbdifferenzbild erzeugt (R − G bzw. B − G). Dabei findet eine einfache <a href="Kantendetektion" title="Kantendetektion">Kantendetektion</a> statt, so dass in der Regel nur zwischen zwei horizontal oder vertikal benachbarten Werten interpoliert wird. Aus diesen Farbdifferenzbildern werden dann die <a href="Chrominanz" title="Chrominanz">Chrominanzkanäle</a> (R und B) rekonstruiert.<sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></li>

<li>Mustererabgleich und -erkennung: Techniken wie <a href="Pattern_Matching" title="Pattern Matching">Pattern Matching</a> oder <a href="Mustererkennung" title="Mustererkennung">Mustererkennung</a> werden verwendet, um die fehlenden Farbwerte zu rekonstruieren.<sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Beispiel">Beispiel</h2></div>

<p>Um ein Bild aus den durch das Farbfilterarray gesammelten Daten zu rekonstruieren, ist eine Form der <a href="Interpolation_(Fotografie)" title="Interpolation (Fotografie)">Interpolation</a> erforderlich, um die Lücken auszufüllen. Die Mathematik hier unterliegt der individuellen Umsetzung und wird <i>Demosaicing</i> genannt. In diesem Beispiel verwenden wir die bikubische Interpolation von <a href="Adobe_Photoshop" title="Adobe Photoshop">Adobe Photoshop</a>, um die Schaltung eines Bayer-Filtergeräts wie einer <a href="Digitalkamera" title="Digitalkamera">Digitalkamera</a> zu simulieren. Das Bild unten simuliert die Ausgabe eines <a href="Bayer-Sensor" title="Bayer-Sensor">Bayer-Sensors</a>. Jedes Pixel hat nur einen roten, grünen oder blauen Anteil. Das entsprechende Originalbild wird neben der demosaikierten Rekonstruktion am Ende dieses Abschnitts gezeigt.

</p>

<table>

<td>

</td>

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>

</td>

<td>Beispielbild eines <a href="Bayer-Sensor" title="Bayer-Sensor">Bayer-Sensors</a>

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

</td>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td>Rotanteil des Beispielbilds

</td>

<td>Grünanteil des Beispielbilds

</td>

<td>Blauanteil des Beispielbilds

</td></tr>

<tr>

</td>

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>Originalbild

</td>

<td>Rekonstruiertes Bild

</td>

<td>

</td></tr></tbody></table>

<p>Das rekonstruierte Bild ist in gleichmäßig gefärbten Bereichen typischerweise genau, weist jedoch einen Verlust in der <a href="Bildaufl%C3%B6sung" title="Bildauflösung">Bildauflösung</a> (Detail und Schärfe) auf und weist <a href="Artefakt_(Computergrafik)" title="Artefakt (Computergrafik)">Kantenartefakte</a> auf.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Richard Szeliski: <i>Computer Vision: Algorithms and Applications,</i> S. 440 f. Springer, London 2011, ISBN 978-1-84882-934-3</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">Lanlan Chang

, Yap-Peng Tan: <i>Hybrid color filter array demosaicking for effective artifact suppression.</i> Journal of Electronic Imaging 15, 1 (Jan.–März 2006): 013003, <span class="-print"><a href="Internationale_Standardnummer_f%C3%BCr_fortlaufende_Sammelwerke" title="Internationale Standardnummer für fortlaufende Sammelwerke">ISSN</a> <span style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://zdb-katalog.de/list.xhtml?t=iss%3D%221017-9909%22&key=cql">1017-9909</a></span></span></span>

</li>

<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text">Rajeev Ramanath u. a.: <i>Demosaicking methods for Bayer color arrays.</i> Journal of Electronic Imaging 11, 3 (Juli 2002): 306–315 (<style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r261891140">

/* start https://de.wikipedia.org/ */

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</style><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20060420082128/http://home.comcast.net/~rramanath/Research/demosaicking-JEI-02.pdf">PDF, 560 kB</a> (<span class="webarchiv-memento"><a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a></span> vom 20. April 2006 im <i><a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a></i>))</span>

</li>

<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite">Patent <a rel="nofollow" class="external text" href="https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?locale=de_EP&CC=US&NR=4642678">US4642678</a>: <i>Signal processing method and apparatus for producing interpolated chrominance values in a sampled color image signal.</i> Erfinder: David R. Cok.</span><span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Apatent&rft_id=US4642678&rft.applcc=US&rft.title=Signal+processing+method+and+apparatus+for+producing+interpolated+chrominance+values+in+a+sampled+color+image+signal&rft.inventor=David+R.+Cok">‌</span></span>

</li>

<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite">Patent <a rel="nofollow" class="external text" href="https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?locale=de_EP&CC=US&NR=4724395">US4724395</a>: <i>Median filter for reconstructing missing color samples.</i> Erfinder: William T. Freeman.</span><span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Apatent&rft_id=US4724395&rft.applcc=US&rft.title=Median+filter+for+reconstructing+missing+color+samples&rft.inventor=William+T.+Freeman">‌</span></span>

</li>

<li id="cite_note-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-5">↑</a></span> <span class="reference-text">Siehe u. a.<span class="cite">Patent <a rel="nofollow" class="external text" href="https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?locale=de_EP&CC=US&NR=5373322">US5373322</a>: <i>Apparatus and method for adaptively interpolating a full color image utilizing chrominance gradients.</i> Erfinder: Claude A. Laroche, Mark A. Prescott.</span><span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Apatent&rft_id=US5373322&rft.applcc=US&rft.title=Apparatus+and+method+for+adaptively+interpolating+a+full+color+image+utilizing+chrominance+gradients&rft.inventor=Claude+A.+Laroche%2C+Mark+A.+Prescott">‌</span></span>

</li>

<li id="cite_note-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-6">↑</a></span> <span class="reference-text">Siehe etwa: W. XiaoLin, C. K. Wai, B. Paul: <i>Color Restoration from Digital Camera Data by Pattern Matching.</i> Proceedings of SPIE 3018 (1997): 12–17</span>

</li>

</ol></div><div><div class="zim-footer">

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</div>

</div></div>

</div>

</main>

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