O que é o Padrão Bayer?

Depois de no outro dia vos ter falado de alguns aspectos técnicos dos sensores CMOS que equipam as câmaras digitais (de fotografia e vídeo) - no caso do rolling shutter - hoje venho falar-vos de outro "segredo" que muitas vezes passa despercebido à maioria dos utilizadores.

É que a grande maioria desconhece que no interior da sua fantástica câmara fotográfica ou de vídeo HD está na realidade... um sensor monocromático!

Regresso ao Passado

Antes de prosseguir, deixem-me levar-vos numa visita ao passado. Uma das grandes revoluções na década de 90 foi o surgimento de digitalizadores de vídeo a preço "acessível" para o Commodore Amiga, e que faziam sonhar tudo e todos numa altura em que os PCs tinham placas gráficas com apenas 4 ou 16 cores. Estes digitalizadores tinham uma particularidade que agora os faz parece pré-históricos: que era... digitalizavam imagens de câmaras de vídeo, mas apenas a preto e branco.

E então, como é que se "dava a volta ao assunto" para se digitalizarem imagens a cores? Era simples... Digitalizavam-se três imagens, cada uma delas com um filtro colorido à frente da lente da câmara.

Como todos sabemos, misturando-se as componentes Azul, Vermelha e Verde, obtemos uma imagem a cores.

Claro que esta técnica podia apenas ser usada para imagens estáticas... já que qualquer movimento efectuado entre as capturas resultava em imagens... "psicadélicas". :)

Mas de volta ao assunto principal... o que têm as câmaras a ver com empresas farmacêuticas?...

O Filtro Bayer

É que os sensores utilizados ainda hoje nas câmaras, quer sejam CCD ou CMOS, são apenas sensíveis à intensidade luminosa e não à cor em si. Ou seja... o resultado é apenas e só uma imagem monocromática.

Então... como é que conseguimos ter imagens a cores a partir destes sensores?
É simples... aplicamos o mesmo conceito dos filtros coloridos a cada um dos pixeis:

Este filtro colorido chama-se Bayer devido ao seu inventor, Bryce Bayer (que trabalhava para a Kodak) e assim, cada pixel passa a receber apenas a luz correspondente a cada cor:

E depois, através de interpolação e algumas contas, podemos determinar a cor "real" de cada pixel

Mas... como se torna óbvio... não obtemos uma imagem de resolução total com a informação da cor a 100%. Aliás, de um sensor de 16MP, percebe-se que só deveríamos ter, efectivamente, uma imagem de 4MP. Pois o que se passa actualmente é o equivalente a dizerem que o vosso monitor FullHD 1920x1080 tem na realidade 5760 x 1080 "pixeis"... considerando que cada pixel é composto por 3 subpixeis RGB.

Veja-se o seguinte exemplo (imagens via Peter Cockrell):

Ao captarmos esta imagem num sensor com filtro Bayer, o resultado real é este:

E depois de aplicado o tal processamento para recalcular a cor de cada pixel e efectuar a correção de cor, o resultado é algo como isto:

O resultado não tem a nitidez do "original", porque para todos os efeitos, temos metade da resolução efectiva, e onde precisamos de 4 pixeis para ter informação colorida sobre um único pixel - embora tal possa ser ajustado brincando-se com as definições das câmaras.


É precisamente por isso que nas câmaras profissionais por vezes encontramos a indicação de que usam 3 sensores (CCD ou CMOS).

Usando um prisma para separar as cores e as redireccionar para sensores independentes, podemos ter como resultado uma imagem onde cada pixel tem efectivamente informação real sobre as cores que o compõe.

Outros Sensores e Padrões

Há ainda outras variações, de câmaras que usam padrões coloridos diferentes do "Bayer", ou disposições dos próprios pixeis diferentes do tradicional arranjo em matrix, como é o caso dos Super CCD e Super CCD HD da Fuji. Sempre com o objectivo de serem mais eficientes e oferecerem mais sensibilidade à luz... No entanto, o padrão Bayer continua a ser o mais utilizado ainda hoje.

Uma notável excepção são os sensores Foveon:

Estes sensores têm os sensores de luz colocado em três camadas sobrepostas, e onde cada uma delas serve de "filtro", resultando numa imagem de resolução total sem necessidade de 3 sensores independentes. Mas, mesmo assim... o baixo custo dos sensores com "Bayer" faz com que estes continuem a ser dominantes no mercado.

Espero que este artigo tenha ajudado a perceberem como funcionam os sensores nas câmaras... e se tiverem alguma dúvida, é só deixarem nos comentários.


Se estiverem preparados para o "próximo capítulo", ficarão a saber o que é um Backside Illuminated Sensor.

[Artigo originalmente publicado no Aberto até de Madrugada]