为了降低数字相机的成本与体积,生产厂家通常会采用单片CCD或CMOS图像传感器,并在其表面覆盖一层彩色滤波阵列,也称为CFA,CFA使每个像素只能获得物理三基色(红、绿、蓝)其中一种分量。其中,Bayer CFA应用最为广泛。为了获得全彩色图像,必须依靠插值获得丢失的两个颜色信息,这个过程通常被称为彩色插值,或是demosaicing(去马赛克)。现有的文献中也描述了大量有价值的demosaicing算法,包括简单的线性插值法到相对成熟的自适应插值法,尽管后一种方法的性能表现更出众,但往往计算复杂,硬件实现的难度较大。本文首先回顾了部分典型的插值算法,并结合对部分典型图片的测试结果,分析了各种方法的优势与不足之处。然后本文先提出了一种改进的硬件可实现的Bayer彩色滤波阵列的插值方案,该算法主要引入了方向标志位的概念以及平滑的边界仲裁法则来检测边界,从而选择合适的方向进行插值。该方法简单易行,并适用于实时处理的高速数字相机系统,但插值效果的改进稍嫌不足。鉴于此,本文接着提出了一种基于三次样条函数在相关方向进行插值以及利用梯度的三角函数关系来计算相关性加权系数的混合型插值方案,并结合了考虑不同颜色通道间的相关耦合关系。经测试算法具有良好的性能。为了评估算法质量,本文采用了三类评估手段:一是分别计算原始图像与重构图像在平滑区域与边界区域的峰值信噪比与CIELAB颜色空间的欧氏距离来分析重构图像的保真度;二是利用数学手段对重构图像的一类主要失真现象——zipper效应进行定量评估;三是对硬件实现的成本与实际可行性进行了分析。并针对部分典型的测试图片,以及部分代表性算法,给出了相关视觉比较与数据比较的结果。实验证明,算法可行且具有不错的质量。