Bayerov vzor

Základný opis

Polovodičová svetlocitlivá bunka na obrazovom snímači zachytáva kompletné spektrum viditeľného svetla. Aby bol snímač schopný rozlíšiť farebnú informáciu, musela by sa zásadne zmeniť celková konštrukcia každej bunky. Takáto zmena by bola neúmerne náročná, drahá, alebo prakticky nemožná. Riešením je práve Bayerov filter. Nad každú svetlocitlivú bunku sa umiestni farebný filter, ktorý prepustí len určitú časť farebného spektra. Tým, že farebný obraz je možné zložiť z troch základných farieb (červená, zelená a modrá, tzv. RGB farebný model), je vytvorená pred obrazovým snímačom striedavá mozaika z filtrov práve pre tieto tri farby a z monochromatického obrazového snímača vytvorí farebný.

Výhody tohto riešenia

Základnou výhodou je jeho jednoduchosť, pretože jednoduchým pridaním mozaiky filtrov odstraňuje základný nedostatok monochromatického obrazového snímača – neschopnosť rozlíšiť farebnú zložku obrazu, ktorý na neho dopadne.
Pridanie filtra vo výrobe je veľmi jednoduché a lacné, snímače sa vyrábajú v obrovských množstvách (miliónových sériách).
Tento vzor filtra navyše obsahuje 50% zelenej, 25% červenej a 25% modrej zložky v usporiadaní RGBG, čím zároveň simuluje farebnú citlivosť ľudského oka. Niekedy sú použité aj vzory GRGB, alebo RGGB.

Nevýhody

Toto riešenie je veľmi praktické, ale s postupom vývoja digitálnej techniky, zobrazovania a nárokov na vernosť reprodukovaného obrazu má aj niekoľko vážnych nedostatkov. Najhlavnejším, a vplývajúcim z príncípu fungovania filtra, je strata až 66% svetla a farebnej informácie dopadajúcej na snímač.
Každá svetlocitlivá bunka je prekrytá filtrom, ktorý prepustí len určitú farebnú časť spektra. Zvyšná informácia sa pohltí vo filtri. Celkový plnofarebný obraz pre jednu bunku je tvorený z ¹/₃ modrou, ¹/₃ červenou a ¹/>₃ zelenou farbou. Po aplikácii filtra na bunku dopadne len jedna (príslušná) tretina farebnej zložky a zvyšné ²/₃ sa stratia (pozri obr. „Prierez jednotlivými políčkami...“)
Toto kvalitatívne obmedzenie výrazne sťažuje vernú reprodukciu scény a používanie digitálnych snímačov s Bayerovou maskou pri zhoršených svetelných podmienkach.
Ďalšou nevýhodou, opäť vyplývajúcou z konštrukcie, je vysoká kvantitatívna stratovosť informácií pri rekonštrukcii obrazu snímanej scény. 
Keďže po aplikácii filtrov každá svetlocitlivá bunka sníma len jednu tretinu z celkovej informácie, je nutné mať minimálne tri bunky pre zosnímanie jediného obrazového bodu. V praxi sú to dokonca štyri bunky, pretože zelená časť spektra je kvôli zjednodušeniu konštrukcie a priblíženiu sa k funkcii ľudského oka zdvojená. Výsledný plnofarebný bod obrazu je teda kombináciou 4 políčok (každé so samostatnou farbou), ktoré sa navyše pre každý bod navzájom prekrývajú. Využíva sa fakt, že susedné obrazové body majú v praxi len minimálne rozdiely. Prísne vzaté, skutočné rozlíšenie obrazového snímača, ktorý pozostáva zo 4 miliónov obrazových bodov (buniek) prekrytých filtrami Bayerovej masky, je len 1 Mpix. Zvyšok je len dopočítanie, tzv. interpolácia.
V dôsledku pravidelnosti rozloženia mozaiky Bayerovho vzoru vzniká pri snímaní pravidelných vzorov (štruktúra textilu alebo vzdialenejší plot a pod.) tzv. moaré. V praxi sa to rieši rozostrením – antialiasingom či rôznymi interpolačnými algoritmami, tým ale dochádza k ďalšiemu zhoršeniu ostrosti nasnímaného obrazu (zníženiu rozlíšenia).
Konštrukcia svetlocitlivých buniek obrazových snímačov je špecifická tým, že svetlocitlivá plocha zaberá iba časť plochy každej bunky, časť je použitá na obvody a spoje. Dopadnuté svetlo na túto necitlivú časť je stratené. To taktiež prispieva k zníženiu efektívnej plochy snímača. Riešením je použitie mikrošošoviek nad každou bunkou.