[发明专利]在CMOS传感器中对CFA进行插值的方法及电路

说明书

技术领域

本发明涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器领域，特别涉及一种在CMOS传感器中对颜色滤波阵列(CFA，Color Filter Array)进行插值的方法及电路。

背景技术

在基于CMOS传感器的成像系统中，为了得到较为逼真的彩色图像，最好使用三块传感器分别接收红色、绿色和蓝色值，然后再合成彩色图像。但是，采用这种方法的成像系统的成本和体积都很大，所以一个替代方法就是在CMOS传感器表面覆盖一个CFA，常用的CFA有条纹型、马赛克型和Bayer型，由于Bayer型的CFA有较好的颜色值敏感性和颜色值恢复性而得到广泛应用。Bayer型CFA上的每个感光点只允许一种颜色分量通过，最终采集得到的图像中的每个像素点只有一种灰度值，因此需要采用插值的方法得到每个像素点缺失的其他两种灰度值，这样经过插值后的像素点就变为含有红色值、绿色值以及蓝色值的彩色像素点，将这些彩色像素点合成后就得到了彩色图像。

图1为现有技术经过Bayer型CFA滤波后得到的图像示意图，可以看出，该图像包括包含蓝色值的像素点，即用B标识的像素点；包含绿色值的像素点，即用G标识的像素点；以及包含红色值的像素点，即用R标识的像素点。采用Bayer型CFA滤波后得到的图像中的包含绿色值的像素点的数量分别是包含红色值的像素点数量以及包含蓝色值的像素点数量的两倍。

选择好的插值方法是将经过Bayer型CFA滤波后得到的图像转换为高质量彩色图像的关键，对经过Bayer型CFA滤波后得到的图像进行插值的方法有很多，常见的有邻域插值法、线性插值法、立方卷积插值法以及基于色差域的插值法。其中，领域插值法和线性插值法生成的彩色图像比较模糊，但实现该插值方法的电路比较简单，适用于分辨率比较低的CMOS传感器；立方卷积插值法虽然得到的彩色图像质量较好，但电路实现复杂，很少采用；基于色差域的插值法是线性插值法的演化，其考虑到了色差分量，所以得到彩色图像的效果比线性插值法要好，但得到彩色图像的边缘仍然不清晰，且实现该插值方法的电路所耗资源较多。

为了便于插值方法的叙述，将经过Bayer型CFA滤波后得到的图像中各像素点加标号进行区别，其中，Gb标识包含一种绿色值的像素点，该种像素点和用B标识的包含蓝色值的像素点在同一行中；Gr标识包含另一种绿色值的像素点，该种像素点和用R标识的包含红色值的像素点在同一行中，如图2所示。可以看出，每个需要插值的像素点周围都有四个其缺失的灰度值，以用R11标识的包含红色值的像素点为例，其周围有四个分别用B00、B02、B20和B22标识的包含蓝色值的像素点，以及四个分别用Gb01、Gb21、Gr10和Gr12标识的包含绿色值的像素点。以下以图2为例分别介绍这几种插值方法。

邻域插值法

采用图2所示的图像为例说明，任意分别取标识为B00的包含蓝色值的像素点以及标识为Gb01的包含绿色值的像素点作为当前标识为R11的包含红色值的像素点的蓝色插值和绿色插值，得到一个含有包含红色、绿色以及蓝色值的像素点。这就是领域插值法，该方法只是简单的采用两个不同颜色值的邻域像素点进行插值，所以实现简单，但丢失了处于进行插值像素点的边缘位置的其他像素点的颜色值。

线性插值法

线性插值法是采用像素点的领域中同色分量的平均值作为该像素点的颜色值分量插值，仍然采用图2所示的图像为例说明，以标识为R11的包含红色值的像素点为例，所需插值的蓝色值和绿色值设置为B11和G11，其中，B11＝(B00+B02+B20+B22)/4，G11＝(Gb01+Gb21+Gr10+Gr12)/4，将得到的B11和G11作为标识为R11的包含红色值的像素点插值。经过该线性插值法进行插值后，将图2所示的图像转换为彩色图像有很好的平滑作用，但是，这种方法也会淡化处于进行插值像素点的边缘位置的像素点的颜色值。

立方卷积插值法

立方卷积插值法是临近像素点对要进行插值的像素点进行三次插值，不将进行插值的像素点的领域中同色分量的平均值作为该像素点的颜色值分量插值，而是根据距离进行插值的像素点远近乘上相应的比例系数进行三次插值，这样将图2所示的图形转换为彩色图像质量较好，但是该插值算法相对于邻域插值法和线性插值法，计算量比较大，不适合实时传输的图形处理系统。另外，由于计算复杂，所以实现该插值方法的电路比较复杂且耗费资源比较多。

基于色差域的插值法