專利名稱:成像元件以及使用該成像元件的成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及在諸如數(shù)碼相機(jī)等的成像設(shè)備中使用的成像元件以及具有該成像元件的成像設(shè)備。
背景技術(shù):
傳統(tǒng)地,對于車輛的后監(jiān)視器的使用,已知能夠獲得彩色圖像的高靈敏度的成像設(shè)備。最近,例如,要求用于以高靈敏度檢測路面的潮濕狀態(tài)的、能夠成像偏振圖像的多功能成像設(shè)備在現(xiàn)有技術(shù)中,在獲得彩色圖像或者偏振圖像時(shí),通常使用通過在成像元件的每個(gè)像素上提供濾色器(color filter)(例如參見日本專利申請公開No. 2000-278503)、或者布置微偏振器(例如參見日本專利申請公開No. 2007-86720)來解馬賽克所獲得的圖像的方法。然而,例如當(dāng)使用RGB原色濾波器時(shí),簡單地將由每個(gè)像素接收的光量減小為沒有使用濾波器的情況下的光量的三分之一。此外,在使用偏振器的情況下,因?yàn)槊總€(gè)像素僅接收P偏振光或者S偏振光的光量,S卩,總光量的1/2,所以每個(gè)像素接收的光量減小為每個(gè)像素在沒有使用濾波器的情況下所接收的光量的1/2。因此,原則上存在靈敏度降低的問題。此外,與沒有使用濾波器的情況相比,亮度信息的分辨率降低,使得獲得的圖像的低分辨率對人眼來說是可見的。為了解決上述問題,關(guān)于獲得彩色圖像的濾波器陣列,例如,由于人眼對亮度信號(hào)的靈敏度比對顏色信號(hào)的高(見日本專利No. 4144630)的事實(shí),為了獲得亮度信息,提出了向?yàn)V色器陣列添加不具有濾波器的像素。然而,在以上現(xiàn)有技術(shù)中,存在例如當(dāng)組合亮度信息與顏色信息時(shí),如果顏色信息的采樣周期相對于亮度信息較小,則顏色信息中出現(xiàn)的混淆噪聲會(huì)使圖像質(zhì)量下降,使得不能夠增加不具有濾波器的像素的比例的問題。此外,存在由于具有濾波器的像素的接收光量與不具有濾波器的像素的接收光量之間的大的差值,僅不具有濾波器的像素的光量飽和,使得不能夠?qū)崿F(xiàn)正常的顏色再現(xiàn)的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供能夠?qū)崿F(xiàn)正常的顏色再現(xiàn)以及能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率以及靈敏度并且能夠增加不具有濾波器的像素的比例的成像元件,以及使用該成像元件的成像設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)以上目的,根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像元件包括具有像素的光接收面、配置為將預(yù)定光聚焦在光接收面的像素的預(yù)定像素上的低通濾波器(low-pass filter)裝置。
圖1是具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像元件的成像光學(xué)系統(tǒng)的示意配置圖。圖2A是說明從透鏡側(cè)看的低通濾波器的透視圖。圖2B是說明從成像元件主體側(cè)看的低通濾波器的透視圖。圖2C是說明低通濾波器的剖視圖。圖3A是說明在透鏡側(cè)處低通濾波器的衍射面上,波長為450nm以及550nm的光進(jìn)入低通濾波器的情況的說明性圖。圖;3B是說明在透鏡側(cè)處低通濾波器的衍射面上,波長為650nm的光進(jìn)入低通濾波器的情況的說明性圖。圖4是說明在透鏡側(cè)處低通濾波器的衍射面上,0級(jí)光透光度或者第一級(jí)光衍射效率與凹凸形狀的槽深度之間的關(guān)系的圖。圖5A是說明在成像元件主體側(cè)處低通濾波器的衍射面上,波長為450nm以及 550nm的光進(jìn)入低通濾波器的情況的說明性圖。圖5B是說明在成像元件主體側(cè)處低通濾波器的衍射面上,波長為650nm的光進(jìn)入低通濾波器的情況的說明性圖。圖6是說明在成像元件主體側(cè)處低通濾波器的衍射面上,0級(jí)光透光度或者第一級(jí)光衍射效率與凹凸形狀的槽深度之間的關(guān)系的圖。圖7是解釋周期為6X6的濾波器陣列的結(jié)構(gòu)的說明性圖。圖8是說明處理由成像元件成像的圖像的流程的圖。圖9是說明處理由成像元件成像的圖像的流程的圖。圖10是說明處理由成像元件成像的圖像的流程的圖。圖11是說明處理由成像元件成像的圖像的流程的圖。圖12是解釋在第二實(shí)施例中周期為16X 16的濾波器陣列的結(jié)構(gòu)的說明性圖。圖13是說明當(dāng)透射(transmit)雙折射介質(zhì)時(shí)的光束路徑的圖。圖14A是說明光束進(jìn)入的衍射光柵的圖。圖14B是沿圖14A的B-B線的剖視圖。圖14C是說明根據(jù)光束的偏振方向的透射狀態(tài)的圖。圖14D是說明根據(jù)光束的偏振方向的透射狀態(tài)的圖。圖15是說明第二實(shí)施例的低通濾波器的剖視圖。圖16是低通濾波器的透視圖。圖17A是解釋非常光束進(jìn)入低通濾波器的狀態(tài)的說明性圖。圖17B是解釋普通光束進(jìn)入低通濾波器的狀態(tài)的說明性圖。圖18是說明在成像元件主體側(cè)處低通濾波器的衍射面上,普通光束的0級(jí)光透光度或者第一級(jí)光衍射效率與凹凸形狀的槽深度之間的關(guān)系的圖。圖19是說明相對布置衍射結(jié)構(gòu)的低通濾波器的剖視圖。圖20是說明具有小于波長的周期的周期性結(jié)構(gòu)的低通濾波器的透視圖。圖21是解釋在第二實(shí)施例中周期為6X6的濾波器陣列的結(jié)構(gòu)的說明性圖。
圖22是說明處理由成像元件成像的圖像的流程的圖。圖23是說明處理由成像元件成像的圖像的流程的圖。圖M是說明處理由成像元件成像的圖像的流程的圖。圖25是說明處理由成像元件成像的圖像的流程的圖。圖2隊(duì)是說明由車輛相機(jī)成像的圖像示例的圖。圖^B是解釋用于處理成像結(jié)果的方法的說明性圖。
具體實(shí)施例方式在下文中,將基于附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。如圖1所示,根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像元件包括具有像素的光接收面15b、諸如低通濾波器之類的低通濾波器裝置14、具有低通濾波器(LPF)功能等的配置為將預(yù)定光聚焦在光接收面1 的像素的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定像素上的濾波器陣列。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像元件可以在成像設(shè)備中使用。成像設(shè)備可以包括透鏡系統(tǒng)13(11)、配置為經(jīng)由透鏡系統(tǒng)使被攝體成像以形成被攝體圖像的成像元件、以及配置為處理被攝體圖像為圖像數(shù)據(jù)的控制裝置(未示出)。[第一實(shí)施例]圖1是說明包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像元件的成像光學(xué)系統(tǒng)的配置圖。圖1的左側(cè)指示被攝體側(cè),而圖1的右側(cè)指示成像平面?zhèn)?。附圖標(biāo)記11指示由一個(gè)或者多個(gè)透鏡形成的透鏡系統(tǒng)11,附圖標(biāo)記12指示設(shè)置光圈數(shù)F在大約為1至3內(nèi)的孔徑光闌,附圖標(biāo)記13指示由一個(gè)或者多個(gè)透鏡形成的透鏡系統(tǒng),以及附圖標(biāo)記15指示成像元件主體。透鏡系統(tǒng)11布置在孔徑光闌12的被攝體側(cè),而透鏡系統(tǒng)13布置在孔徑光闌12的成像平面?zhèn)?。透鏡系統(tǒng)11、孔徑光闌12以及透鏡系統(tǒng)13布置在光軸L上。在光軸L上,從接近透鏡系統(tǒng)13的一側(cè)開始依次布置低通濾波器14以及成像元件主體15。在該實(shí)施例中,成像元件主體15可以與低通濾波器14分開地提供或者集成地提供。接下來,將詳細(xì)解釋成像元件主體15以及低通濾波器14的結(jié)構(gòu)。[成像元件主體I5]作為成像元件主體15,可以使用已知的諸如(XD、CM0S等的單色傳感器。成像元件主體15取決于想要的用途而由封裝15c保護(hù),且封裝15c的透鏡側(cè)面由防護(hù)玻璃罩1 密封。在由防護(hù)玻璃罩1 密封的封裝15c的中部提供作為光接收面的光接收部分15b。光接收部分1 可以具有像素,每個(gè)像素都具有預(yù)定幾微米的尺寸,例如,大約1至9微米,且光接收部分可以有數(shù)十萬或者大約一千萬個(gè)像素,如最近使用的。作為封裝15c,可以選擇耐高熱封裝用作車輛相機(jī)或者戶外監(jiān)視相機(jī),且可以選擇小尺寸封裝用作便攜式裝置。[低通濾波器14]低通濾波器14可以配置為在將預(yù)定光聚焦在光接收面15b的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定像素上時(shí)提取預(yù)定光的波長分量。低通濾波器14由具有彼此相對的表面的平玻璃板或者樹脂基板形成,每個(gè)面提供有衍射結(jié)構(gòu)。圖2A是說明從透鏡系統(tǒng)側(cè)看的低通濾波器的端部的透視圖。布置在接近透鏡系統(tǒng)13的一側(cè)的低通濾波器14的一個(gè)端面被劃分為多個(gè)區(qū)域21a、21b、...。每個(gè)區(qū)域21a、 21b、...配置為將透射低通濾波器14的光聚焦在成像元件主體15的光接收部分15b的多個(gè)像素上,例如,4像素X4像素=16像素上。在每個(gè)區(qū)域21a、21b、...中,形成同心圓衍射區(qū)域22a、22b、...。衍射區(qū)域2 由以光軸23a為中心的多個(gè)同心圓帶形成,而衍射區(qū)域22b由以光軸2 為中心的多個(gè)同心圓帶形成。中心部分的圓帶之間的間距(間隔)與調(diào)制在圓帶之間的間距的外圍部分的間距不同。根據(jù)這樣的調(diào)制,衍射區(qū)域22a、22b可以具有透鏡功能。隨著圓帶之間的間距或者間隔的減少,光聚焦能力變得更高。圖2B是說明從成像元件主體15側(cè)看的低通濾波器的端部的透視圖。布置在接近成像元件主體15的一側(cè)的低通濾波器14的另一端面被劃分為多個(gè)區(qū)域Ma、Mb、...。每個(gè)區(qū)域Ma、Mb、...具有相同的面積,且每個(gè)區(qū)域Ma J4b、...配置為將透射低通濾波器 14的光聚焦在成像元件主體的光接收部分15b的多個(gè)像素上,例如,4像素X4像素=16 像素上。區(qū)域Ma、Mb、...實(shí)質(zhì)上分別布置在區(qū)域21a、21b、...相對的位置。在每個(gè)區(qū)域Ma、Mb、...中,形成同心圓衍射區(qū)域25a、25b、...。衍射區(qū)域2 提供有以光軸26a為中心的多個(gè)同心圓帶,且衍射區(qū)域2 提供有以光軸^b為中心的多個(gè)同心圓帶。圖2C是說明從圖2A的箭頭A示出的方向看低通濾波器14的剖面的剖視圖。衍射結(jié)構(gòu)的剖面形狀是矩形,布置衍射區(qū)域的光軸23aJ6a以便相互向上或者向下稍微偏離。 衍射區(qū)域22a以及25a的有效直徑彼此不同,衍射區(qū)域22a以及25a的間距以及槽深度的調(diào)制度也彼此不同。通過使用彼此不同的低通濾波器14的一個(gè)端面以及另一端面的形狀, 取決于光束的波長,將透射區(qū)域21a、21b、...以及區(qū)域Ma、Mb、...的光束聚焦在成像元件主體15的光接收面1 上的兩個(gè)不同的點(diǎn)上。作為制造低通濾波器的方法,可以使用應(yīng)用照相平版印刷技術(shù)的方法或者使用例如用金剛石車刀的精確切割過程的方法。通過以具有形狀的沖模形成圖案以及以透明材料執(zhí)行注射模制或者所謂的2P方法來復(fù)制多個(gè)衍射光元件,可以制造低通濾波器。[布置在接近透鏡系統(tǒng)的一側(cè)的低通濾波器的一個(gè)端面]布置在接近透鏡系統(tǒng)13的一側(cè)的低通濾波器14相對面的一個(gè)端面的衍射區(qū)域 22a、22b、...具有作為用于波長為650nm的光束的空間低通濾波器的功能。這里,將以區(qū)域21a作為典型示例進(jìn)行解釋。如圖3A所示,區(qū)域21a中形成的衍射區(qū)域2 配置為當(dāng)波長為450nm或者550nm的光進(jìn)入低通濾波器的衍射區(qū)域2 時(shí)發(fā)射0級(jí)衍射光,即,衍射區(qū)域2 配置為作為死去透射透射光以及將透射光聚焦在作為成像元件主體15的光接收部分1 的一部分的光接收區(qū)域31a上。光接收區(qū)域31a與具有16個(gè)像素的區(qū)域相對應(yīng)。另一方面,當(dāng)波長為650nm的光進(jìn)入低通濾波器時(shí),如圖;3B所示,光作為第一衍射光發(fā)射并聚焦在光接收部分1 上的一個(gè)像素3 上。相應(yīng)地,低通濾波器14的一個(gè)端面配置為用作僅波長為450nm以及550nm的光的透射元件以及用作波長為650nm的光的衍射元件。[衍射區(qū)域22a的槽深度等]可以通過選擇衍射結(jié)構(gòu)的槽深度選擇性地實(shí)現(xiàn)上述波長。通過設(shè)置衍射光柵的剖面中的凹凸形狀的周期性相位差為想要由低通濾波器選擇性地透射的預(yù)定光的預(yù)定波長 (例如,450nm,550nm)的2n倍O的倍速),對于波長為450nm以及550nm的光可以實(shí)現(xiàn)高的O級(jí)光透光度。圖4是說明波長為450nm、550nm、以及650nm的具有剖面凹凸形狀的衍射光柵的O級(jí)光透光度或者第一級(jí)光衍射效率與凹凸形狀的槽深度之間的關(guān)系的視圖。使用的衍射光柵的材料是折射率為1. 45的石英。如圖4所 示,在大約5. 88 μ m的深度處,波長為450nm以及550nm的0級(jí)光透光度在90%以上,且650nm波長的第一級(jí)光衍射效率大約是6%。例如,通過設(shè)置衍射區(qū)域22a 的槽深度處于上述條件,將透射區(qū)域21a的平均波長為650nm(對于16像素,每像素透光度為6%,S卩,大約96%的透光度)的光聚焦在圖3B所示的像素32a上。另一方面,450nm、 550nm、以及650nm的光由除了像素32a之外的光接收部分31a的像素實(shí)質(zhì)上均勻地接收。[布置在接近成像元件主體一側(cè)的低通濾波器的另一端面]布置在接近成像元件主體的一側(cè)處的低通濾波器14的另一端面具有衍射區(qū)域 25a、25b、...。每個(gè)衍射區(qū)域25a、25b、...起空間低通濾波器的作用,主要用于波長為 550nm的光。這里,將以區(qū)域24a作為典型示例進(jìn)行解釋。如圖5A所示,在區(qū)域24a中形成的衍射區(qū)域25a配置為當(dāng)波長為450nm以及650nm的光進(jìn)入衍射區(qū)域35a時(shí)實(shí)質(zhì)上發(fā)射 0級(jí)衍射光,即,衍射區(qū)域25a透射波長為450nm以及650nm的光作為死區(qū)透射,以及將透射的光聚焦在成像元件主體15的光接收部分15b的一部分的光接收區(qū)域31a上。光接收區(qū)域31a與16個(gè)像素的區(qū)域相對應(yīng)。另一方面,當(dāng)波長為550nm的光進(jìn)入低通濾波器14 時(shí),如圖5B所示,將第一級(jí)衍射光聚焦在成像元件主體的光接收部分15b上的一個(gè)像素32b 上。相應(yīng)地,低通濾波器14的另一端配置為起僅用于波長為450nm以及650nm的光的透射元件的作用,以及起用于波長為550nm的光的衍射元件的作用。在該實(shí)施例中,定位衍射區(qū)域25a的光軸26a使得其在聚焦位置傾斜地偏離衍射區(qū)域22a的光軸23a —個(gè)像素。[衍射區(qū)域25a的槽深度等]可以通過選擇衍射結(jié)構(gòu)的槽深度實(shí)現(xiàn)上述波長選擇性。通過設(shè)置衍射光柵的剖面凹凸形狀的周期性相位差為想要由低通濾波器選擇性地透射的預(yù)定光的預(yù)定波長(例如, 450nm,650nm)的2n倍(2的倍速),對于波長為450nm以及650nm的光可以實(shí)現(xiàn)高的0級(jí)光透光度。圖6是說明波長為450nm、550nm、以及650nm的具有剖面凹凸形狀的衍射光柵的 0級(jí)光透光度或者第一級(jí)光衍射效率與凹凸形狀的槽深度之間的關(guān)系的圖。使用的衍射光柵的材料是折射率為1. 45的石英。如圖6所示,在大約5. 81 μ m的深度處,波長為450nm以及650nm的0級(jí)光透光度在90%以上,以及波長為550nm的第一級(jí)光衍射效率大約是7 %。例如,通過設(shè)置衍射區(qū)域25a的槽深度為上述條件,將透射區(qū)域25a的平均波長為550nm(對于16像素,每像素的透光度為7%,S卩,大約100%的透光度)的光聚焦在圖5B所示的像素32b上。另一方面, 450nm、550nm、以及650nm的光由除了像素32b之外的光接收部分31a的像素實(shí)質(zhì)上均勻地接收。通過使用光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)具有波長選擇性的上述低通濾波器14,例如,對于透射低通濾波器的前后表面的區(qū)域21a以及24a的光,將波長為650nm的光聚焦在成像元件主體 15的光接收區(qū)域31a的像素32a上,以及將波長為550nm的光聚焦在像素32b上。波長為 450nm、550nm、以及650nm的光束均勻地進(jìn)入除了像素32a以及32b之外的像素。在這樣的接收狀態(tài)下,通過以下參考例如圖8至圖11描述的重構(gòu)過程可以從單色圖像形成彩色圖像。
在該實(shí)施例中,使用450nm、550nm、以及650nm三個(gè)波長,但是波長并不局限于此。 例如,能夠使用波長為470nm、520nm、以及600nm的組合。此外,在每個(gè)波長不只具有一個(gè)值的情況,即,例如,可以具有大約20nm的帶寬。波長組合還可以具有除三個(gè)波長之外的例如大約850nm的近紅外線波長帶。每個(gè)區(qū)域21a、21b、Ma、Mb以及每個(gè)衍射區(qū)域22a、22b、25a、25b可以取決于其位置具有尺寸變化(與多個(gè)像素相對應(yīng))。也就是說,區(qū)域21a、21b、Ma以及Mb的尺寸可以取決于從成像透鏡或者孔徑光闌的光軸中心到外圍區(qū)域(光軸以外的區(qū)域)的位置而變化。雖然,作為衍射光柵的剖面形狀,在該實(shí)施例中描述了矩形剖面,但是衍射光柵的剖面形狀可以具有階梯(stepped)結(jié)構(gòu)。此外,衍射級(jí)并不局限于0級(jí)光以及第一級(jí)衍射光,也可以使用第二級(jí)光或者更高級(jí)光。此外,低通濾波器的前后側(cè)面的衍射區(qū)域的光軸 23a.26a.23b以及26b可以同軸。在這種情況下,衍射區(qū)域22a、25a以及衍射區(qū)域22b、25b 的聚焦位置設(shè)置為以相位差函數(shù)相互偏離。此外,雖然在該實(shí)施例中描述了低通濾波器14 具有兩個(gè)端面,其每個(gè)端面都具有衍射結(jié)構(gòu)的情況,但是可以只在一個(gè)端面上形成衍射結(jié)構(gòu)。在這種情況下,通過使用衍射級(jí)差,可以實(shí)現(xiàn)波長選擇性,即,例如,當(dāng)將波長為650nm 的光聚焦在作為+第一級(jí)光的像素上以及將波長為550nm的光聚焦在作為-第一級(jí)光的、 與聚焦+第一級(jí)光的像素不同的像素上時(shí),可以實(shí)現(xiàn)波長選擇性。衍射區(qū)域的結(jié)構(gòu)并不局限于同心圓圖案,也可以使用直線圖案。在這種情況下,將衍射光不是作為點(diǎn)而是作為線聚焦在成像元件主體上,因此,可以根據(jù)直線圖案實(shí)現(xiàn)圖像重構(gòu)。另外,雖然描述了將低通濾波器14與成像元件主體分開地布置以及在透鏡系統(tǒng) 13與成像元件主體15之間的情況,但是它并不局限于此。例如,作為成像元件主體15的防護(hù)玻璃罩15a的替代,可以使用低通濾波器。由此,可以減少壓縮多個(gè)部分。替代地,可以在透鏡系統(tǒng)13的透鏡面上形成低通濾波器。此外,可以與光接收部分1 集成地形成低通濾波器。在這種情況下,可以減小成像元件主體的位置失準(zhǔn)(positional misalignment) 以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定特性。在下文中,將解釋成像元件的濾波器陣列的結(jié)構(gòu)。如圖7所示,每個(gè)6 X 6的陣列周期具有提取紅色光的波長分量的功能的像素以及提取藍(lán)色光的波長分量的功能的像素, 其布置在陣列周期的中心。這里,具有提取紅色光的波長分量的功能的像素稱為紅色濾波器,而具有提取藍(lán)色光的波長分量的功能的像素稱為藍(lán)色濾波器。然而,并不局限于有只透射波長分量的實(shí)際濾波器的情況,也可以是將上述衍射元件用作濾波器的情況。在圖7的濾波器陣列中,濾色器陣列連續(xù)地布置在6 X 6像素周期上??梢詫⒊上裨南袼貏澐譃槊總€(gè)具有異常像素的多個(gè)周期。濾波器陣列可以具有LPF特性,以使得聚焦在配置為提取預(yù)定波長分量的異常像素上的光束的光量大于聚焦在進(jìn)入成像元件的像素的一個(gè)周期內(nèi)的與異常像素相鄰的像素上的預(yù)定波長分量的光束的平均光量。除了紅色以及藍(lán)色濾波器的像素之外,其它像素沒有濾波器功能,而是配置為獲得亮度信息,因此在下文中稱為Y像素。要點(diǎn)是紅色濾波器的R(紅色)像素以及藍(lán)色濾色鏡的B(藍(lán)色)像素具有空間LPF效果。因此,可以分別通過紅色像素以及藍(lán)色像素獲得進(jìn)
9入6X6的陣列的紅色光的強(qiáng)度的平均值以及進(jìn)入6X6的藍(lán)色光的強(qiáng)度的平均值的平均值。在沒有LPF(低通濾波器)效果的情況下,即使當(dāng)執(zhí)行以下過程時(shí),在顏色信號(hào)中也會(huì)出現(xiàn)明顯大的混淆噪聲,因此圖像質(zhì)量大大地降低。具有濾波器功能的像素提供有空間LPF效果,以及考慮空間LPF效果執(zhí)行合成過程,因此可以解決上述問題。在這種情況下的過程如圖8所示。上述控制裝置可以配置為執(zhí)行將由成像元件形成的被攝體圖像分離為由預(yù)定像素形成的第一圖像以及由其它像素形成的第二圖像的分離過程。第一圖像可以是關(guān)于顏色信息的圖像,而第二圖像可以是關(guān)于亮度信息的圖像。控制裝置可以配置為除分離過程之外,還執(zhí)行通過擴(kuò)展第一圖像生成第四圖像的圖像擴(kuò)展過程以及合成第二以及第四圖像以形成第三圖像的圖像合成過程??刂蒲b置可以配置為除執(zhí)行圖像擴(kuò)展過程以及圖像合成過程之外,還執(zhí)行轉(zhuǎn)換第二和第三圖像的顏色信息為亮度信息并形成具有RGB的亮度值的第五圖像的圖像轉(zhuǎn)換過程。控制裝置可以配置為除分離過程之外,還執(zhí)行擴(kuò)展第一圖像以形成第四圖像的圖像擴(kuò)展過程、通過從第一圖像中移除高頻分量對第一圖像施加LPF處理以形成第六圖像的 LPF過程、以及合成第四以及第六圖像以形成第三圖像的圖像合成過程??刂蒲b置可以配置為除執(zhí)行圖像擴(kuò)展過程、LPF過程以及圖像合成過程之外,還執(zhí)行將第二和第三圖像的顏色信息轉(zhuǎn)換為亮度信息以形成具有RGB亮度值的第五圖像的圖像轉(zhuǎn)換過程。LPF過程可以是關(guān)于安排預(yù)定像素的周期求小范圍內(nèi)的像素的平均亮度值的過程。LPF過程可以包括圖像縮小過程以及圖像擴(kuò)展過程。第三圖像可以是關(guān)于顏色信息的圖像。首先,執(zhí)行分離過程。在分離過程中,將來自成像元件的信號(hào)分離成由Y像素形成的第二圖像以及由R像素與B像素形成的第一圖像。此時(shí),在以下圖像合成過程之前以外圍的Y像素插值由Y像素形成的第二圖像中的失真部分(failure part),且第二圖像具有與成像元件相同的尺寸(多個(gè)像素)。然后,執(zhí)行圖像擴(kuò)展過程以擴(kuò)展由R像素以及B像素形成的第一圖像,以使得第一圖像具有與第二圖像相同的尺寸,然后執(zhí)行圖像合成過程以生成Cb、Cr (顏色差)信號(hào)以形成第三圖像。接下來,執(zhí)行圖像轉(zhuǎn)換過程,以組合第二和第三圖像且然后生成第五圖像。在圖像轉(zhuǎn)換過程中,例如,使用以下轉(zhuǎn)換公式。Cb_out = 0. 564 X (B_in_Y_in)Cr_out = 0. 713 X (R_in_Y_in)其中,Y_in是第二圖像的輸入數(shù)據(jù),B_in和R_in是第四圖像的B像素和R像素的輸入信號(hào),而Cb_out和Cr_out是第三圖像的輸出亮度信號(hào)和顏色信號(hào)。在圖像轉(zhuǎn)換過程中,組合第二圖像的Y(亮度)信號(hào),并通過使用從上述濾色器陣列中獲得的成像元件的信號(hào),可以獲得從第五圖像的YCbCr信號(hào)獲得的彩色圖像。這里,可以執(zhí)行圖9所示的過程,以使得隨著混淆噪聲的減少,可以獲得高質(zhì)量的圖像。也就是說,在圖9中,添加向第二圖像施加LPF處理以獲得第六圖像的LPF過程。 因?yàn)樵谠搶?shí)施例中,使用6X6的濾波器陣列,所以優(yōu)選地將平滑6X6像素的濾波器用于
表2
LPF過程。作為LPF過程,如圖10所示,使用圖像擴(kuò)展過程和圖像縮小過程,以使得可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像。這里,優(yōu)選地,縮小的圖像的圖像尺寸是與第一圖像的尺寸(即,成像元件的異常像素的像素?cái)?shù))相同的尺寸,且擴(kuò)展的圖像的圖像尺寸是與第四圖像相同的尺寸。 圖11示出圖10所示的過程的具體示例。接下來,解釋在使用提供有具有空間LPF功能的濾色器的成像元件使被攝體圖像成像的情況和使用提供有沒有空間LPF功能的濾色器的成像元件使被攝體圖像成像的情況下成像的圖像的質(zhì)量的不同點(diǎn)。表1 (在下文中,稱為“照片1”)示出在濾色器具有空間LPF功能的情況下成像的圖像,而表2(在下文中,稱為“照片2”)示出在濾色器不具有空間LPF功能的情況下成像的圖像。表 1012S4567890ABCDEf]Η; !嶋續(xù)秦鄙剛在照片1的情況下,只有小的顏色擴(kuò)散(color bleed),因?yàn)榇蠖鄶?shù)像素沒有濾色器,所以可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度,且可以獲得高分辨率的圖像。另一方面,在照片2的情況下,有大的顏色擴(kuò)散,且圖像的分辨率低。為了進(jìn)行比較,在表3(在下文中,稱為“照片3”)中示出使用具有傳統(tǒng)使用的 Bayer配置濾色器的成像元件的情況下成像的圖像。在照片3中,特別地,如從特征的部分中能夠看出,照片3的分辨率小于照片1的分辨率。表3
如從與照片2和3的比較中可以看出,照片1具有較高的靈敏度和較好的分辨率。在上述示例中,使用R和B濾色器,但是也可以使用其它濾色器的組合,例如G和 B,R、G、和B,IR(紅外線)和B,等等。這里,僅供參考,將使用表4(在下文中,稱為“照片4”)、表5(在下文中,稱為“照片5”)、和表6(在下文中,稱為“照片7”)解釋與使用圓形波帶片(zone plate) (CZP)的情況下的比較。 表 4
_
權(quán)利要求
1.一種成像元件,包括光接收面,具有像素;低通濾波器裝置,配置為將預(yù)定光聚焦在所述光接收面的像素的預(yù)定像素上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像元件,其中,所述低通濾波器裝置配置為在聚焦所述預(yù)定光時(shí)提取所述預(yù)定光的波長分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像元件,其中,所述低通濾波器裝置具有取決于所述預(yù)定光的偏振方向而改變的偏振依賴特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成像元件,其中,所述低通濾波器裝置的偏振依賴特性是僅透射預(yù)定偏振光分量的特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像元件,其中,所述成像元件的像素被劃分為多個(gè)周期,每個(gè)周期都具有異常像素; 其中,所述低通濾波器裝置具有LPF特性,以使得聚焦在配置為提取預(yù)定波長分量的異常像素上的光束的光量大于聚焦在進(jìn)入所述成像元件的像素的一個(gè)周期之內(nèi)的與所述異常像素相鄰的像素上的預(yù)定波長分量的光束的平均光量。
6.一種成像設(shè)備,包括透鏡系統(tǒng);成像元件,配置為經(jīng)由所述透鏡系統(tǒng)對被攝體成像以形成被攝體圖像;以及控制裝置,配置為將所述被攝體圖像處理為圖像數(shù)據(jù),其中,所述成像元件包括具有像素的光接收面以及配置為將預(yù)定光聚焦在所述光接收面的像素的預(yù)定像素上的低通濾波器裝置;其中,所述控制裝置配置為執(zhí)行分離過程,以將由所述成像元件形成的被攝體圖像分離為由預(yù)定像素形成的第一圖像以及由除了所述預(yù)定像素之外的像素形成的第二圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像設(shè)備,其中,所述第一圖像是關(guān)于顏色信息的圖像且所述第二圖像是關(guān)于亮度信息的圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像設(shè)備,其中,所述第一圖像是關(guān)于偏振信息的圖像且所述第二圖像是關(guān)于亮度信息的圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像設(shè)備,其中,所述控制裝置配置為除所述分離過程之外, 還執(zhí)行通過擴(kuò)展所述第一圖像生成第四圖像的圖像擴(kuò)展過程以及合成所述第二和第四圖像以形成第三圖像的圖像合成過程。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備,其中,所述控制裝置配置為除所述圖像擴(kuò)展過程和所述圖像合成過程之外,還執(zhí)行將所述第二和第三圖像的顏色信息轉(zhuǎn)換為亮度信息并形成具有RGB亮度值的第五圖像的圖像轉(zhuǎn)換過程。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像設(shè)備,其中,所述控制裝置配置為除所述分離過程之外,還執(zhí)行縮小所述第二圖像以形成第四圖像的圖像縮小過程和合成所述第一和第四圖像以形成第三圖像的圖像合成過程。
12.—種成像設(shè)備,包括透鏡系統(tǒng);成像元件,配置為經(jīng)由所述透鏡系統(tǒng)對被攝體成像以形成被攝體圖像;以及控制裝置,配置為將所述被攝體圖像所述為圖像數(shù)據(jù),其中,所述成像元件包括具有像素的光接收面以及配置為將預(yù)定光聚焦在所述光接收面的像素的預(yù)定像素上的低通濾波器裝置;其中,所述控制裝置配置為執(zhí)行分理過程,以將由所述成像元件形成的被攝體圖像分離為由預(yù)定像素形成的第一圖像以及由除了所述預(yù)定像素之外的像素形成的第二圖像;其中,所述控制裝置配置為執(zhí)行擴(kuò)展所述第一圖像以形成第四圖像的圖像擴(kuò)展過程, 通過從所述第一圖像中移除高頻分量來對所述第二圖像施加LPF處理以形成第六圖像的 LPF過程,以及合成所述第四和第六圖像以形成第三圖像的圖像合成過程。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像設(shè)備,其中,所述控制裝置配置為除所述圖像擴(kuò)展過程、所述LPF過程和所述圖像合成過程之外,還執(zhí)行將所述第二和第三圖像的顏色信息轉(zhuǎn)換為亮度信息以形成具有RGB亮度值的第五圖像的圖像轉(zhuǎn)換過程。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像設(shè)備,其中,所述LPF過程是關(guān)于安排預(yù)定像素的周期求小范圍內(nèi)的像素的亮度值的平均的過程。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像設(shè)備,其中,所述LPF過程包括圖像縮小過程和圖像擴(kuò)展過程。
全文摘要
一種成像元件,包括具有像素的光接收面,以及配置為將預(yù)定光聚焦在光接收面的像素的預(yù)定像素上的低通濾波器裝置。
文檔編號(hào)H04N101/00GK102318349SQ20108000543
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月26日
發(fā)明者平井秀明, 笠原亮介 申請人:株式會(huì)社理光