CCD和CMOS对近紫外（200—380 nm）至可见光（380—780 nm）直至近红外（780—1 100 nm）波段都有响应。传感器根据其光谱响应函数，将光子转换为电子，其中光子数目与电子数目成比例，我们看到的数字图像实际上就是传感器上的电荷分布图样。传感器产生的信号强度是其所能感应的波段范围内所有入射光累积、光电转换后的结果。图3-7是CCD、CMOS与人眼（H VS）的光谱响应曲线，从图中可以看出，传感器的光谱响应范围比人眼的范围广得多。

图3-7　CCD、CMOS、人眼（HVS）的归一化光谱响应曲线

由于CCD和CMOS的响应范围较宽，但在光电转换过程中只保留了光强信息，所以光子的波长信息丢失，即颜色信息丢失。为了像人眼的三种视锥细胞一样能够敏锐地感知红、绿、蓝三种波长的光线，可以在传感器的前面加上彩色滤镜阵列，只选择接收一定范围内的光线。图3-8为常见的Bayer阵列，这种滤镜阵列由R、G、B三种滤镜组成，每种滤镜都可以透过人眼敏感的三基色——红、绿、蓝中的一种。从图3-7中可知，人眼对绿色（500—560 nm）最为敏感，所以阵列中绿色滤镜的采样频率是红色和蓝色的两倍。彩色相机传感器前加有Bayer滤镜阵列，在实现波长选择的同时，却也造成了严重的图像失真问题。为了得到传感器全分辨率下的彩色图像，欠采样的部分需要通过颜色插值的图像处理方法来重建，常见的颜色重建方法有双线性插值和双三次插值。

图3-8　Bayer彩色滤镜阵列

图3-9是三芯片彩色相机原理图。通过镜头的光线被分光器或棱镜分为三束然后到达三个传感器，每个传感器前分别有一个滤光片。由于每个位置的颜色信息由三个传感器分别提取，因此这种三传感器相机能够克服单传感器相机图像失真的问题。但是，这种三芯片彩色相机中三个传感器的位置需要定位准确，且价格更加昂贵。

图3-9　三芯片彩色相机原理图

对于不需要颜色信息的应用环境，黑白相机是更合适的选择。在相同分辨率情况下，黑白相机精度更高，动态范围更大，所拍摄的图像边缘更清晰，数据量更小。因此，大部分科研级相机是黑白相机。