[教攝影113] 什麼是 RGGB 色彩濾鏡 ? 認識 RGGB 色彩濾鏡，數位相機如何補捉色彩

什麼是 RGGB 色彩濾鏡 ?任何一台相機，最重要的元件，同時也是畫質最大的瓶頸 – 感光元件，而感光元件上有一片「RGGB 色彩濾鏡」，透過 RGGB 色彩濾鏡，能補捉光線的波長，透過相鄰象素所補捉的色彩波長資訊，進行「去馬賽克 Demosaicing」，以得到一張全色彩影像，本篇教攝影來淺談這片色彩濾色片。

= 什麼是 RGGB 色彩濾鏡 =

．RGGB 拜爾濾色片

圖01.

感光元件功用，只是在記錄「光線明暗強弱」資訊，並不包含色彩資訊，所以需要在感光元件上鋪上一層帶有顏色的濾色片，如上圖所示，上方有藍、綠、紅相間的濾色片，這個濾色片結構，我們稱為 RGGB 拜爾濾色片。

而這拜爾濾色片，包含了 25% 的藍、25% 的紅，以及 50% 的綠所組成矩陣結構，所以稱為 RGGB 濾色片。

圖02.

不同顏色的濾色片，能吸收對應的光線顏色，最後將光線資訊記錄在感光元件上的像素上，使得每一個感光像素，除了記錄光線強弱資訊外，同時也記錄一種顏色資訊。

．去馬賽克演算 Demosaicing

圖03.

每一個像素只能記錄一種顏色，又該如何去計算出其它各種顏色? 接著就會進行所謂的「去馬賽克 Demosaicing」的複雜演算，利周邊的顏色資訊 (以及亮度資訊)，來計算出其它各種色彩，以得到一張「全色彩影像」。

圖04

我們從 Photoshop 檢色器，就能發現，我們所見的任何一種顏色，都是透過 RGB 三種不同的顏色加以混色所產生出來的顏色，不同的顏色，R、G、B 的比例不同。

．RGGB 色彩濾鏡小結

到這裡為止，我們對於「感光元件與色彩」，前面提到三點，到這裡稍微幫大家條列一下我們已經知道的部分。

• 感光元件：記錄光線明暗資訊
• RGGB 色彩濾鏡：記錄光線顏色
• 去馬賽克：透過周邊顏色資訊，演算來得到全色彩影像

初步了解如何將真實世界的各種色彩，轉化成數位影像的基本過程後，下一個的問題是 – 為何是 RGGB ，為何是紅、藍、綠三種顏色，以及又為何是二個綠色，而非二種紅色或是藍色?

= 色彩濾鏡與人眼結構 =

．淺談人眼結構

圖05.

整個感光元件組成，都是為了「模擬人眼」的結構而設計，而我們人眼的視網模有數層結構，其中一層為「感光層」，裡頭有二個重要的細胞，分別是「視錐細胞 Cone Cell」以及「視桿細胞 Rod Cell」。

圖06.

視錐細胞 Cone Cell，外觀上像是圓錐狀，用來辨別色彩作用，具有紅、綠、藍三種不同形態；而視桿細胞 Rod Cell 外觀則呈現長柱狀，主要則是用來辨識明、暗變化之作用。

所以我們可以這麼類比 – 感光元件用來記錄色彩亮度，相當於我們人眼的視桿細胞 Rod Cell，而 RGGB 色彩濾色片，則是相當於人眼的視錐細胞 Cone Cell。

圖07.

人眼光譜靈敏度，對應了藍、綠、紅三種不同感應色的視錐細胞 Cone Cell，但這裡要稍稍留意，藍視錐細胞並非僅能感應藍色 (只能說是對藍色最敏感) ，同時也能感應到綠色，以及部分的紅色。

以此類推，綠視錐細胞則能感應部分藍色，同時也能感應多數紅色；紅視錐細胞也能感應多數綠色，以及部分的藍色，也因為三色視錐細胞皆能感應各色彩，才能記錄真實世界所有色彩。

．人眼結構與色彩濾色片

圖08.

從人眼色彩靈敏度來看，我們對於「綠色」的感應最為靈敏，所以色彩濾色片設計，「RGGB」採用了二個 Green 也是較能對應、模擬出人眼對光線色彩、強弱的反應加以記錄。

圖09.

人眼色彩靈敏度光譜來看，透過 RGB 三原色來推出真實世界色彩，而相機色彩濾色片 RGGB，二個 G 更能記錄更多的色彩波長，以及亮度資訊，更能補捉、還原越多真實世界的色彩資訊。

= 一切為了模擬人眼 =

圖10.

數位相機感光元件，以及 RGGB 色彩濾鏡設計，都是為了模擬人眼視網膜的感光層，記錄光線明暗的「感光元件 = 視桿細胞 Rod Cell」，以及記錄不同波長的「RGGB 色彩濾鏡 = 視錐細胞 Cone Cell」，都是為了記錄真實世界豐富的光線、色彩，再透過「去馬賽克演算 Demosaicing」，加以還原真實全色色彩。

數位相機發展至今也將近半個世紀，大多皆以 RGGB 拜爾濾色片矩陣式排列為主，但也發展出不同於 RGGB 拜爾濾色片矩陣式排列，如富士相機「EXR」濾色陣列、Foveon X3 感光元件，儘管不同濾色片的設計與排列，最終也是為了模擬人眼結構，以創造更好的光線補捉與還原。

本篇文章對於「感光元件」「濾色片」以及「人眼結構」之間關係，簡單分享到這裡，讓你能對一張照片中最基本的 Pixel 像素之顏色，有著更多一點認識。