黑白相機成像原理 

工業相機是機器視覺系統中的一個關鍵組件，其最本質的功能就是將光信號轉變成有序的電信號。選擇合適的相機也是機器視覺系統設計中的重要環節，相機的選擇不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質量等，同時也與整個系統的運行模式直接相關。

我們首先從相對簡單的黑白數字相機入手。如下圖所示，物體在有光線照射到它表面時將會產生反射，這些反射光線進入鏡頭光圈照射在CCD芯片上，在感應元件產生對應的電荷，電流大小與光強對應。曝光結束后，這些電荷被讀出，并由相機內部的微處理器進行初步處理，存儲到存儲介質當中，此時由該微處理器輸出的就是一幅數字圖像了。

CCD彩色成像原理 

CCD芯片按比例將一定數量的光子轉換為一定數量的電子，但光子的波長，也就是光線的顏色，卻沒有在這一過程中被轉換為任何形式的電信號，因此CCD實際上是無法區分顏色的。

在這種情況下，如果我們希望使用CCD作為相機感光芯片，并輸出紅、綠、藍三色分量，就可以采用一個分光棱鏡和三個CCD，如下圖所示。棱鏡將光線中的紅、綠、藍三個基本色分開，使其分別投射在一個CCD芯片上。

這樣以來，每個CCD就只對一種基本色分量感光。這種解決方案在實際應用中的效果非常好，但它的最大缺點就在于，采用3個CCD和棱鏡的搭配必然導致價格昂貴。因此科研人員在很多年前就開始研發只使用一個CCD芯片也能輸出各種彩色分量的相機。

三棱鏡方式： 

為了獲取光線的顏色信息，可以使用三棱鏡將光束分成單色光，然后分別成像，三棱鏡方式就是這個原理。它從鏡頭射入的光分成三束，每束光都由不同的內置光柵來過濾出某一種三原色，然后使用三塊CCD分別感光。這些圖象再合成出一個高分辨率、色彩精確的圖象。

濾光片方式： 

由于每個感光元件對應圖像傳感器中的一個像點，且只能感應光的強度，無法捕獲色彩信息，因此必須在感光元件上方覆蓋彩色濾光片。最常用的做法是覆蓋RGB紅綠藍三色濾光片，以1：2：1的構成由四個像點構成一個彩色像素（即紅藍濾光片分別覆蓋一個像點，剩下的兩個像點都覆蓋綠色濾光片），采取這種比例的主要原因是人眼對綠色較為敏感。

單CCD彩色成像原理 

如果在CCD表面覆蓋一個只含紅綠藍三色的馬賽克濾鏡，再加上對其輸出信號的處理算法，就可以實現一個 CCD 輸出彩色圖像數字信號。由于這個設計理念最初由拜爾（Bayer）先生提出，所以這種濾鏡也被稱作拜爾濾鏡。

如上圖所示，該濾鏡的色彩搭配形式為：一行使用藍綠元素，下一行使用紅綠元素，如此交替；換言之，CCD中每4個像素中有2個對綠色分量感光，另外兩個像素中，一個對藍色感光、一個對綠色感光。從而使得每個像素只含有紅、綠、藍三色中一種的信息，但我們希望的是每個像素都含有這三種顏色的信息。

所以接下來要對這些像素的值使用"色彩空間插值法"進行處理。以上圖左下角的紅色區域為例，我們需要的是丟失了的綠色與藍色的值。而插值法可以通過分析與這個紅色像素相鄰的像素計算出這兩個值。

在這個例子中，算法發現該區域像素總綠色像素均含有大量電荷，但藍色像素所含電荷數為零，所以可以計算出，這個紅色像素實際上是黃色的。如果對3CCD的成像結果與單 CCD+色彩插值處理后的結果進行比較，我們將發現所得圖片完全一致。但該結論僅對當前的圖像成立！因為這副圖片色彩對比簡單、邊界規則。

而在實際應用中，即使最成熟的色彩插值算法也會在圖片中產生低通效應。所以，單 CCD彩色相機生成的圖片比3CCD彩色相機生成的圖片更加模糊，這點在圖像中有超薄或纖維形物體的情況下尤為明顯。

但是，單CCD彩色相機使CCD數字相機的價格大大降低，而且隨著電子技術的高速發展，CCD的質量都有了驚人的進步，因此大部分彩色數碼相機都采用了這種技術。