專利名稱：彩色圖像傳感器及獲取彩色數(shù)字圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器及獲取圖像的方法，尤其涉及一種彩色圖像傳感器及獲取彩色數(shù)字圖像的方法，特別是涉及一種彩色濾色元陣列?；谠摬噬珵V色元陣列的彩色圖像傳感器可用于各種數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等數(shù)字圖像、視頻設(shè)備。
背景技術(shù)：
數(shù)字彩色圖像傳感器是數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等數(shù)字圖像設(shè)備中的最關(guān)鍵的部件，用于將鏡頭聚焦的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字彩色圖像。彩色數(shù)字圖像設(shè)備根據(jù)其內(nèi)部的圖像傳感器的數(shù)量可以分為兩種(I)單圖像傳感器彩色數(shù)字圖像設(shè)備，包括大部分的數(shù)碼攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)，其特點(diǎn)是這些數(shù)字彩色圖像設(shè)備內(nèi)只有一個(gè)圖像傳感器(CCD或CMOS圖像傳感器)，該圖像傳感器將照射到傳感器上的可見(jiàn)光的亮度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并在后續(xù)的處理中數(shù)字化，產(chǎn)生灰度(黑白)圖像。為了獲取自然界中的顏色信息產(chǎn)生彩色圖像，通常 采用在圖像傳感器的表面需要覆蓋一層彩色濾色片的方法，由彩色濾色片和圖像傳感器兩部分共同組成彩色圖像傳感器。(2)多圖像傳感器的彩色數(shù)字圖像設(shè)備，如3CCD的數(shù)碼攝像機(jī)，3CM0S的數(shù)碼攝像機(jī)等，其設(shè)備內(nèi)部有一個(gè)分光器，將外界射入的可見(jiàn)光分為紅、綠、藍(lán)三束，分別由三個(gè)獨(dú)立的圖像傳感器(CCD或CMOS圖像傳感器)來(lái)接收，并量化為彩色數(shù)字圖像；另外，彩色數(shù)字圖像設(shè)備中，還有一種采用X3(日本Sigma公司專利)彩色圖像傳感器，該傳感器采用三層三色結(jié)構(gòu)，即三層重疊的圖像傳感器，分別為藍(lán)色、綠色、紅色透明圖像傳感器。外界入射的光線中藍(lán)色部分先被第一層藍(lán)色圖像傳感器吸收和數(shù)字化，第二層綠色圖像傳感器吸收入射光中的綠色部分并數(shù)字化，第三層的紅色圖像傳感器吸收其余的光線并數(shù)字化，從而產(chǎn)生彩色數(shù)字圖像。如上所述，數(shù)字圖像傳感器的作用是將照射到傳感器上的可見(jiàn)光的亮度數(shù)字化，產(chǎn)生灰度(黑白)圖像。由于一幅數(shù)字圖像是由多個(gè)像素排列而成的像素陣列，相應(yīng)地，圖像傳感器是由多個(gè)傳感元排列成的傳感元陣列，其中每個(gè)傳感元獨(dú)立地對(duì)接收到的光的強(qiáng)度(亮度)進(jìn)行數(shù)字化，產(chǎn)生數(shù)字圖像中的一個(gè)像素。彩色圖像傳感器是在圖像傳感器的表面覆蓋彩色濾色片，使得圖像傳感器能夠?qū)梢?jiàn)光中不同顏色的光強(qiáng)(亮度)進(jìn)行數(shù)字化，產(chǎn)生彩色圖像。彩色圖像傳感器中的圖像傳感器，和上述的灰度圖像傳感器一樣，是由多個(gè)傳感元排列而成的傳感元陣列；彩色圖像傳感器中的彩色濾色片是由彩色濾色元組重復(fù)排列而成彩色濾色元組陣列。每個(gè)彩色濾色元組和一個(gè)彩色圖像中的像素相對(duì)應(yīng)。因此，和灰度圖像傳感器不同，彩色圖像傳感器中傳感元的數(shù)量遠(yuǎn)大于彩色圖像中像素的數(shù)量。彩色濾色元組中一般有三種或四種顏色，如紅色濾色元、綠色濾色元、藍(lán)色濾色元等。一個(gè)彩色濾色元組對(duì)應(yīng)于彩色數(shù)字圖像中的一個(gè)像素，其輸出值為數(shù)字圖像中一個(gè)像素的三色值。因此，彩色圖像傳感器中的彩色濾色片是由重復(fù)排列的濾色元組所組成，其中一個(gè)彩色濾色元組輸出一個(gè)像素的紅綠藍(lán)三色值，兩者一一對(duì)應(yīng)。現(xiàn)有技術(shù)的彩色濾色元組下表所示
權(quán)利要求
1.一種彩色圖像傳感器，包括圖像傳感器和彩色濾色片，所述的彩色濾色片覆蓋于所述圖像傳感器表面上，所述圖像傳感器由多個(gè)傳感元排列為傳感元陣列而構(gòu)成；其特征在于所述彩色濾色片由多個(gè)彩色濾色元根據(jù)排列規(guī)則排列為彩色濾色元陣列而構(gòu)成，所述彩色濾色元陣列至少包括三種顏色的彩色濾色元，一個(gè)彩色濾色元對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感元,輸出彩色圖像中的一個(gè)像素。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的彩色圖像傳感器，其特征在于，所述彩色濾色元陣列至少包括紅色濾色元、綠色濾色元和藍(lán)色濾色元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的彩色圖像傳感器，其特征在于，所述彩色濾色元陣列中的彩色濾色元的排列規(guī)則為隨機(jī)排列，形成隨機(jī)碼書(shū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的彩色圖像傳感器，其特征在于，所述彩色濾色元陣列中的其中一種顏色的彩色濾色元按照規(guī)則排列，其它顏色的彩色濾色元的排列規(guī)則為隨機(jī)排列，形成準(zhǔn)隨機(jī)碼書(shū)。
5.一種利用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的彩色圖像傳感器獲取彩色數(shù)字圖像的方法，其特征在于，根據(jù)碼書(shū)和以下彩色濾色元陣列計(jì)算方法，計(jì)算獲得所述彩色濾色元陣列中任意一個(gè)彩色濾色元所對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像中一個(gè)像素的紅綠藍(lán)三色值 彩色濾色元陣列的計(jì)算方法 第一，彩色濾色元共有η (η >=3)種不同顏色的濾色元，分別為C1, C2, . . . , Cn ； 第二，顏色系數(shù)AKi，AGi, Am (O <= A <= I)表示濾色元的顏色C1, C2，. . . ,Cn中含有紅綠藍(lán)三色成份，即 ArA = R AciCi = G AbA = B 其中i表示濾色元陣列中濾色元的種類，S卩i = 1，2, 3, ···, rio若η = 3,則有·|10 0|Λ 二 I O I O I · IO O I I 第三，設(shè)在彩色濾色元陣列中各種顏色的濾色元所占的比例分別為Ω2, Ω3，...，Ωη，則有 Ω χ+ Ω 2+ Ω 3+. . . + Ω η = I ； 第四，在彩色濾色元陣列中各種顏色的彩色濾色元按照規(guī)則ψ排列形成彩色濾色元陣列，該濾色元陣列中所有彩色濾色元的排列方式，稱為濾色元陣列的碼書(shū)，有多種形式，如所有濾色元隨機(jī)排列，準(zhǔn)隨機(jī)排列，或重復(fù)排列； 第五，根據(jù)濾色元陣列的碼書(shū)，濾色元陣列中任一位置，其彩色濾色元文的顏色為=1,2, 3, ...,n)，其鄰域?yàn)V色元集{%}定義為設(shè)令是濾色元尤附近的一個(gè)彩色濾色元,其顏色是G =1, 2，3，η),久和診之間的距離為則有^^>=0，其中表示令=久，即尤濾色元本身。定義所有(D為一常數(shù))的濾色元令組成的集合為久的鄰域?yàn)V色元集{令}，共有M個(gè)濾色元，其中{%C1}，{灸2}, {榦3}，…，作CtJ表示集合{%}中各種濾色元子集，分別有 Mci, Mc2, Mc3, . . . , Mcn 個(gè)彩色濾色兀,則有M = Mci+Mc2+Mc3+. . . +Mcn ； 第六，根據(jù)濾色元陣列中濾色元；I和診之間的距離2 ，定義距離系數(shù)％如下其中函數(shù):ζ·有多種形式，如距離平方的倒數(shù)，指數(shù)函數(shù)，或常數(shù)； 第七，根據(jù)碼書(shū)，濾色元陣列中任一位置義所對(duì)應(yīng)的傳感元獲取的信號(hào)值為C；，其顏色為C>(1 <=#<=n)，其鄰域{%}中任一位置貨所對(duì)應(yīng)的傳感元獲取的信號(hào)值為Cr其顏色為Q(1 <=f<=n)，則相應(yīng)的彩色數(shù)字圖像中，濾色元久所對(duì)應(yīng)位置的像素的RGB三色值可以由如下公式計(jì)算得到 其中算法fK，fG, fB有多種形式，如加法。
6.一種用于彩色圖像傳感器的彩色濾色元陣列，所述彩色濾色元陣列至少包括三種顏色的彩色濾色元，其特征在于一個(gè)彩色濾色元輸出彩色圖像中的一個(gè)像素。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的彩色濾色元陣列，其特征在于，所述彩色濾色元陣列至少包括紅色濾色元、綠色濾色元和藍(lán)色濾色元等。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的彩色濾色元陣列，其特征在于，所述彩色濾色元陣列中的彩色濾色元隨機(jī)排列，形成隨機(jī)碼書(shū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的彩色濾色元陣列，其特征在于，所述彩色濾色元陣列中的其中一種顏色的彩色濾色元按照規(guī)則排列，其它顏色的彩色濾色元?jiǎng)t隨機(jī)排列，形成準(zhǔn)隨機(jī)碼書(shū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種彩色圖像傳感器及獲取彩色數(shù)字圖像的方法，尤其涉及一種彩色濾色元陣列；彩色圖像傳感器包括圖像傳感器和彩色濾色片，所述的彩色濾色片覆蓋于所述圖像傳感器表面上，所述圖像傳感器由多個(gè)傳感元排列為傳感元陣列而構(gòu)成；所述彩色濾色片由多個(gè)彩色濾色元排列為彩色濾色元陣列而構(gòu)成；一個(gè)彩色濾色元對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感元，輸出彩色圖像中的一個(gè)像素。獲取彩色數(shù)字圖像的方法，通過(guò)特定的公式計(jì)算獲得任意彩色濾色元的像素值。彩色濾色元陣列中的一個(gè)彩色濾色元輸出彩色圖像中的一個(gè)像素。本發(fā)明極大地提高了傳感器的利用率；可以從多個(gè)彩色濾色元重構(gòu)出同一位置的RGB三色值，提高了顏色還原的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)H04N5/335GK102801984SQ20121026708
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者陶霖密 申請(qǐng)人:陶霖密