声色。
Why
为什么数码相机可以拍出彩色照片？
作者： 阮一峰
日期： 2012年12月 6日
上个月（11月13日），83岁的柯达公司退休工程师布赖斯·拜尔（Bryce Bayer）去世。
一家国内杂志邀请我写纪念文章，回顾他对数码摄影的巨大贡献。
我看了一些材料，觉得这个题材很有意思，涉及数码相机的成像原理，使我对数字图像技术有了新的认识。但是，由于体例限制，杂志不允许我插入彩图。
下面，我把我的那篇文章配上图片，解释彩色数码照片是怎么拍出来的。
1.
为了更好地理解原理，让我们从照片的起源讲起。1825年，法国人涅普斯（Joseph Nicéphore Nièpce），拍出历史上第一张照片。
2.
他采用的感光剂是氯化银（silver chloride）。当光线照射氯化银，后者会分解成纯银和氯气，银金属颗粒呈现黑色。因此，底片颜色越深代表光线越强，颜色越浅代表光线越弱。黑白照片就是这样拍出来。
3.
19世纪中期，人们发现，人眼的圆锥细胞对三种颜色—-红、绿、蓝—-特别敏感。伟大的英国物理学家麦克斯韦因此假设，红绿蓝作为基色，可以拍出彩色照片。
4.
1861年，在麦克斯韦的指导下，人类的第一张彩色照片诞生了。
采用的方法是在镜头前，分别用红丝带、绿丝带、蓝丝带过滤光线，曝光形成三张底片，然后用三部放映机向同一处投影这三张底片，每部放映机的镜头前都拧上对应颜色的镜头，它们的合成效果就是一张彩照。
5.
真正意义上的彩色胶卷，1933年诞生于柯达公司，底片之上依次有三个感光层，分别对红、绿、蓝三种颜色进行曝光，最后叠加形成一张彩色底片。
6.
二战后，计算机诞生，科学家发现图像可以用数字形式表示。如果将光信号转变成电信号，就可以直接拍出数码照片。这意味着，照相机不再需要胶卷，而是需要一个图像传感器（image sensor）。
7.
图像传感器将光线转化成电流，光线越亮，电流的数值就越大；光线越暗，电流的数值就越小。所以，如果用0到255的范围，表示光线的亮度，最亮的光线是白光，数值是十六进制的FF，最暗的光线是黑光（没有光），数值是十六进制的00。
8.
图像传感器的表面，分成若干个捕捉点，每个点都会产生一个数值，表示该点感受到的光线亮度，这就叫做"像素"。像素越多，图像细节就越丰富。如果一台相机的像素是1600x1200，就说明图像传感器横向有1600个捕捉点，纵向有1200个，合计192万个。
9.
但是，图像传感器有一个很严重的缺陷：它只能感受光的强弱，无法感受光的波长。由于光的颜色由波长决定，所以图像传播器无法记录颜色，也就是说，它只能拍黑白照片，这肯定是不能接受的。
10.
一种解决方案是照相机内置三个图像传感器，分别记录红、绿、蓝三种颜色，然后再将这三个值合并。这种方法能产生最准确的颜色信息，但是成本太高，无法投入实用。
11.
1974年，柯达公司的工程师布赖斯·拜尔提出了一个全新方案，只用一块图像传感器，就解决了颜色的识别。他的做法是在图像传感器前面，设置一个滤光层（Color filter array），上面布满了滤光点，与下层的像素一一对应。也就是说，如果传感器是1600x1200像素，那么它的上层就有1600x1200个滤光点。
12.
每个滤光点只能通过红、绿、蓝之中的一种颜色，这意味着在它下层的像素点只可能有四种颜色：红、绿、蓝、黑（表示没有任何光通过）。
13.
不同颜色的滤光点的排列是有规律的：每个绿点的四周，分布着2个红点、2个蓝点、4个绿点。这意味着，整体上，绿点的数量是其他两种颜色点的两倍。这是因为研究显示人眼对绿色最敏感，所以滤光层的绿点最多。
14.
接下来的问题就是，如果一个像素只可能有四种颜色，那么怎么能拍出彩色照片呢？这就是布赖斯·拜尔聪明的地方，前面说了，每个滤光点周围有规律地分布其他颜色的滤光点，那么就有可能结合它们的值，判断出光线本来的颜色。以黄光为例，它由红光和绿光混合而成，那么通过滤光层以后，红点和绿点下面的像素都会有值，但是蓝点下面的像素没有值，因此看一个像素周围的颜色分布----有红色和绿色，但是没有蓝色----就可以推测出来这个像素点的本来颜色应该是黄色。
15.
这种计算颜色的方法，就叫做”去马赛克”（demosaicing）。上图的下半部分是图像传感器生成的”马赛克”图像，所有的像素只有红、绿、蓝、黑四种颜色；上半部分是”去马赛克”后的效果，这是用算法处理的结果。
16.
虽然，每个像素的颜色都是算出来的，并不是真正的值，但是由于计算的结果相当准确，因此这种做法得到广泛应用。目前，绝大部分的数码相机都采用它，来生成彩色数码照片。高级的数码相机，还提供未经算法处理的原始马赛克图像，这就是raw格式（raw image format）。
为了纪念发明者布赖斯·拜尔，它被称作”拜尔模式”或”拜尔滤光法“ （Bayer filter）。
What
图像与滤波
作者： 阮一峰
日期： 2017年12月13日
我对图像处理一直很感兴趣，曾经写过好几篇博客（1，2，3，4）。
前几天读到一篇文章，它提到图像其实是一种波，可以用波的算法处理图像。我顿时有一种醍醐灌顶的感觉，从没想到这两个领域是相关的，图像还可以这样玩！下面我就来详细介绍这篇文章。
一、为什么图像是波？
我们知道，图像由像素组成。下图是一张 400 x 400 的图片，一共包含了 16 万个像素点。
每个像素的颜色，可以用红、绿、蓝、透明度四个值描述，大小范围都是0 ～ 255，比如黑色是[0, 0, 0, 255]，白色是[255, 255, 255, 255]。通过 Canvas API 就可以拿到这些值。
如果把每一行所有像素（上例是400个）的红、绿、蓝的值，依次画成三条曲线，就得到了下面的图形。
可以看到，每条曲线都在不停的上下波动。有些区域的波动比较小，有些区域突然出现了大幅波动（比如 54 和 324 这两点）。
对比一下图像就能发现，曲线波动较大的地方，也是图像出现突变的地方。
这说明波动与图像是紧密关联的。图像本质上就是各种色彩波的叠加。
二、频率
综上所述，图像就是色彩的波动：波动大，就是色彩急剧变化；波动小，就是色彩平滑过渡。因此，波的各种指标可以用来描述图像。
频率（frequency）是波动快慢的指标，单位时间内波动次数越多，频率越高，反之越低。
上图是函数sin(Θ)的图形，在2π的周期内完成了一次波动，频率就是1。
上图是函数sin(2Θ)的图形，在2π的周期内完成了两次波动，频率就是2。
所以，色彩剧烈变化的地方，就是图像的高频区域；色彩稳定平滑的地方，就是低频区域。
三、滤波器
物理学对波的研究已经非常深入，提出了很多处理波的方法，其中就有滤波器（filter）：过滤掉某些波，保留另一些波。
下面是两种常见的滤波器 。
低通滤波器（lowpass）：减弱或阻隔高频信号，保留低频信号
高通滤波器（highpass）：减弱或阻隔低频信号，保留高频信号
下面是低通滤波的例子。
上图中，蓝线是原始的波形，绿线是低通滤波lowpass后的波形。可以看到，绿线的波动比蓝线小很多，非常平滑。
下面是高通滤波的例子。
上图中，黄线是原始的波形，蓝线是高通滤波highpass后的波形。可以看到，黄线的三个波峰和两个波谷（低频波动），在蓝线上都消失了，而黄线上那些密集的小幅波动（高频波动），则是全部被蓝线保留。
再看一个例子。
上图有三根曲线，黄线是高频波动，红线是低频波动。它们可以合成为一根曲线，就是绿线。
上图中，绿线进行低通滤波和高通滤波后，得到两根黑色的曲线，它们的波形跟原始的黄线和红线是完全一致的。
四、图像的滤波
浏览器实际上包含了滤波器的实现，因为 Web Audio API 里面定义了声波的滤波。这意味着可以通过浏览器，将lowpass和highpass运用于图像。
lowpass使得图像的高频区域变成低频，即色彩变化剧烈的区域变得平滑，也就是出现模糊效果。
上图中，红线是原始的色彩曲线，蓝线是低通滤波后的曲线。
highpass正好相反，过滤了低频，只保留那些变化最快速最剧烈的区域，也就是图像里面的物体边缘，所以常用于边缘识别。
上图中，红线是原始的色彩曲线，蓝线是高通滤波后的曲线。
下面这个网址，可以将滤波器拖到图像上，产生过滤后的效果。
浏览器实现滤波的范例代码，可以看这个仓库。
How
Experience
揭秘 | 那些高分美剧，背后都离不开它的助推
今天，我们来解答一个问题：
频频推出高分美剧的HBO电视台，有什么绝招？
今天，爆款美剧《权力的游戏》最终季终于开播了，你是否也在追剧大军中呢？这部剧的成功，离不开背后推手——HBO电视台，曾经还制作过《欲望都市》《兄弟连》《真爱如血》等著名美剧。
可以说，“HBO出品必属精品”，已经是美剧迷心中默认的印象。
从一个普通的电视台，成长为行业领头羊，HBO的秘诀其实并不复杂，总结起来就是四个字——头部策略。
人生一切难题，知识给你答案。
下面这张清单，就为你详解它是如何做的。
- 采用头部技术
头部技术，不一定是指最新技术，而是从用户角度来说，能创造最佳体验的技术。在HBO出现之前，电视台都是通过无线电磁波来传播电视信号。这个技术存在两个问题：① 信号会随距离的增加而衰减；② 容易被遮挡和干扰，观众常常需要调整天线方向。HBO从1972年开播之初，就没有使用无线电波，而是选择更稳定的电缆传输方式，这样既能让信号稳定输出，而且偏远地区的观众也能收看。
- 创立头部商业模式
在70年代，大部分观众都能免费收看电视节目，电视台主要靠广告来赚钱。而HBO考虑到广告太多，会让观众观感不好、换台，同时自身有信号优势，所以创立之初就采用了一套全新的商业模式：向观众收费、减少广告数量。这种模式也取得了很好的效果：两年后，HBO的订阅量突破了百万大关，并且实现盈利。
- 开创头部播放时长
现在我们对电视台24小时播节目习以为常，但在70年代，电视台到了零点之后就都休息了。HBO看到了其中的潜力，它认为随着时代进步，电视台迟早都要24小时不断播放节目的，那么自己不如做第一个吃螃蟹的人。这对电视台的运营能力是极大的挑战，为了填充自己的节目表，HBO购买了大量老片子，重复播放。在HBO的带领下，电视台逐渐进入24小时播放时代。
- 抢占头部IP播放权
面对市场的激烈竞争，HBO对关注度高的大IP，即便是花大价钱，也要采取“拼速度、拼独家”的策略领先市场。比如《星球大战》，当时片方要求各家电视台的最早播出时间，是早上六点。而HBO评估之后，认为这部电影有强大的号召力，值得投入更多资金抢首发，所以与片方协商在零点播出，领先了其他对手。
- 只播放头部节目
很多电视台会追求节目的丰富度，希望内容越多越好。但HBO正好相反，它只播最值得观看的内容，这也奠定了“HBO出品必属精品”的基础。以体育比赛为例，HBO只播最受欢迎、最受关注的比赛，比如橄榄球全明星赛、总决赛，连半决赛都很少播。并且还减少了综艺节目、提高了电影、纪录片的播出占比，以打造高端专业的品牌形象。
- 打造头部自制剧
播放新闻和外购节目，总是难以形成独属于HBO的特色。从80年代起，HBO为了提升品牌辨识度，开始自制剧集，包括季播剧、纪录片、电影等。而且HBO不做常见的题材，而是挑冷门、敏感的题材进行深度挖掘。HBO曾经的三大爆款剧就是这样：《欲望都市》大胆探讨了男女两性问题；《黑道家族》拍摄了敏感的黑帮题材；《六尺之下》，揭秘了不为人知的殡葬行业内幕。
- “头部级尺度”呈现剧集主题
大多电视台为了打造“合家欢”的节目，会减少血腥暴力场面和性爱场面。但HBO认为，如果剧集想成为精品就必须拍得真实，所以，为了保全剧集质量，HBO彻底放开尺度，尽数保留了敏感画面。像一代战争片经典《兄弟连》，就充斥着断手断脚、血肉横飞的画面，给了观众非常强的代入感，真实反映了战争的残酷。也正是大尺度、高品质的特点，为HBO牢牢吸引了一批铁粉。
- 组建头部团队
想要持久成功，就必须寻求强大的队友，组成高水平团队。HBO深知这一点，越来越频繁地和各个领域的顶尖人才合作。比如，《权力的游戏》选择了得过星云奖的原著《冰与火之歌》进行改编；《大西洋帝国》由获奖无数的著名导演马丁·斯科塞斯操刀；《西部世界》由创作过《黑暗骑士》《盗梦空间》的乔纳森·诺兰编剧。有高水平团队保驾护航，每年HBO都能保证出一款爆款热剧。
- 你不难发现，如果单看HBO的单个策略，其实都不难做到，但关键在于，HBO时刻提醒着自己要抢占各领域的头部，并在几十年的时间内都不放松，才造就了对手难以模仿和达到的壁垒，成为行业的领头羊。
以上这些见解，全部来自于《HBO的内容战略》一书。本书的作者小比尔·梅西正是在HBO核心部门工作27年之久的专业人士，他把历年来HBO的成功经验都详细地收录进了书中。
让我们对这本书的作者小比尔·梅西、译者粟志敏、出版方湛庐文化和浙江人民出版社，说一声感谢！
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