[發明專利]彩色圖像傳感器及獲取彩色數字圖像的方法

有效

• 申請號: 201210267082.7
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102801984A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 陶霖密
• 申請（專利權）人: 陶霖密
• 主分類號: H04N9/09
• 分類號: H04N9/09;H04N9/097;H04N5/335
• 代理公司: 北京市大成律師事務所 11352
• 代理人: 陳福

技術領域

本發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字圖像的方法，特別是涉及一種彩色濾色元陣列。基于該彩色濾色元陣列的彩色圖像傳感器可用于各種數碼相機、數碼攝像機等數字圖像、視頻設備。

背景技術

數字彩色圖像傳感器是數碼相機、數碼攝像機等數字圖像設備中的最關鍵的部件，用于將鏡頭聚焦的光學圖像轉換為數字彩色圖像。彩色數字圖像設備根據其內部的圖像傳感器的數量可以分為兩種：(1)單圖像傳感器彩色數字圖像設備，包括大部分的數碼攝像機和數碼相機，其特點是這些數字彩色圖像設備內只有一個圖像傳感器(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光的亮度轉換為電信號，并在后續的處理中數字化，產生灰度(黑白)圖像。為了獲取自然界中的顏色信息產生彩色圖像，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字圖像設備，如3CCD的數碼攝像機，3CMOS的數碼攝像機等，其設備內部有一個分光器，將外界射入的可見光分為紅、綠、藍三束，分別由三個獨立的圖像傳感器(CCD或CMOS圖像傳感器)來接收，并量化為彩色數字圖像；另外，彩色數字圖像設備中，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構，即三層重疊的圖像傳感器，分別為藍色、綠色、紅色透明圖像傳感器。外界入射的光線中藍色部分先被第一層藍色圖像傳感器吸收和數字化，第二層綠色圖像傳感器吸收入射光中的綠色部分并數字化，第三層的紅色圖像傳感器吸收其余的光線并數字化，從而產生彩色數字圖像。

如上所述，數字圖像傳感器的作用是將照射到傳感器上的可見光的亮度數字化，產生灰度(黑白)圖像。由于一幅數字圖像是由多個像素排列而成的像素陣列，相應地，圖像傳感器是由多個傳感元排列成的傳感元陣列，其中每個傳感元獨立地對接收到的光的強度(亮度)進行數字化，產生數字圖像中的一個像素。

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對可見光中不同顏色的光強(亮度)進行數字化，產生彩色圖像。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排列而成彩色濾色元組陣列。每個彩色濾色元組和一個彩色圖像中的像素相對應。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量遠大于彩色圖像中像素的數量。

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、藍色濾色元等。一個彩色濾色元組對應于彩色數字圖像中的一個像素，其輸出值為數字圖像中一個像素的三色值。因此，彩色圖像傳感器中的彩色濾色片是由重復排列的濾色元組所組成，其中一個彩色濾色元組輸出一個像素的紅綠藍三色值，兩者一一對應。

現有技術的彩色濾色元組下表所示：

綜上所述，現有技術的彩色濾色元組有如下二個特點：

1)一個彩色濾色元組內具有2x2，2x4，4x4等三色或四色濾色元；

2)彩色濾色元組內的濾色元具有確定的排列方式，且該排列方式受專利保護。

下面以一百萬像素的彩色數字圖像傳感器為例，說明彩色數字圖像傳感器和彩色濾色元組、濾色元和傳感器元三者之間的關系。

假設有一個一百萬像素的數碼相機，即相機內的彩色數字圖像傳感器輸出一百萬像素(1,000x1,000像素)的彩色數字圖像；且假設該圖像傳感器采用三色Bayer濾色元組，如圖1所示，則該傳感器上具有：

一百萬個Bayer濾色元組，輸出一百萬個像素，其中每個彩色濾色元組輸出一個像素；

四百萬個(2,000x?2,000)濾色元組成的濾色元陣列。其中有一百萬個紅色濾色元，一百萬個藍色濾色元，二百萬個綠色濾色元；

四百萬個(2,000x?2,000)傳感元組成的傳感元陣列，其上覆蓋著濾色元陣列，兩者之間一一對應。每四個傳感元輸出一個像素。

綜上所述，現有的彩色圖像傳感器主要存在如下問題：一是四個傳感元輸出一個像素，傳感元的利用率低，存在嚴重的浪費現象；二是四個傳感元處于不同的位置，即同一個像素中RGB三色值不是來自于同一個位置，存在微小的差異，因此，不能正確反映自然界中真實的顏色。

發明內容