[发明专利]具有合成全色图像的彩色滤光器阵列(CFA)图像

说明书

发明领域

本发明涉及具有彩色通道及全色通道的彩色滤光器阵列(CFA)图像，且尤其涉及提供具有减少的运动模糊的改善全分辨率彩色图像。

发明背景

电子成像系统依靠透镜系统在电子图像传感器上形成图像来创建视觉图像的电子表示。此类电子图像传感器的示例包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器及有源像素传感器(APS)器件(APS器件常被称为CMOS传感器，因为APS器件可在互补金属氧化物半导体工艺中制作)。传感器包括个体像元传感器或即像素的二维阵列。每个像素典型情况下设有红、绿或蓝滤光器，如Bayer在1976年7月20日授权公告的共同受让的美国专利第3,971,065号中所描述的，从而可产生彩色图像。不管采用何种电子技术(例如，CCD或CMOS)，像素均像在其中累积与在由该电子成像系统捕捉图像期间撞击该像素的光量成正比的光电子的桶那样起作用。

并非所有进入电子成像系统的前端光学元件的光都会撞击像素。其中许多光在穿过该电子成像系统的光学路径时丢失。典型情况下，大约5％的光因透镜反射及霾而丢失，并且大约60％的光因彩色滤光器阵列而丢失。此外，一些光撞击像素的非光敏区域。为聚集进行正确曝光所需的光量，电子成像传感器聚集光达一时间区间，该时间区间称为曝光时间。基于对待成像的场景的亮度测量，典型情况下使用自动曝光控制来确定将可产出具有有效亮度的图像的合适曝光时间。场景越昏暗，该电子成像系统聚集光来进行正确曝光所需的时间量就越大。然而，众所周知，较长的曝光可能导致模糊的图像。此模糊可能为对象在场景中移动的结果。此模糊还可能在该图像捕捉器件在捕捉期间正相对于该场景移动时而产生。

减少模糊的一种方法是缩短曝光时间。然而，此方法使电子图像传感器在图像捕捉期间曝光不足，从而产生暗图像。可对该图像信号施加模拟或数字增益以使那些暗图像变亮，但本领域技术人员将认识到这样做将会导致有噪图像。

减少模糊的另一种方法是缩短曝光时间且保留更多穿过光学路径的光并将其导向至电子图像传感器的像素。此方法可产生具有减少的模糊及可接受的噪声电平的图像。然而，电子成像系统中目前的产业趋势是要使成像系统更小且更便宜。因此具有大光圈能聚集更多光且保留更多穿过的光的高级光学元件并不实际。

减少模糊的另一种方法是缩短曝光时间且用摄影闪光灯来补充可用光。摄影闪光灯产生持续一瞬间的强光通量且曝光时间被设定为涵盖该闪光时间。可将曝光时间设定为显著短于无闪光的区间，这是因为摄影闪光灯很强。因此，曝光期间的模糊得以减少。然而，闪光摄影术仅在该闪光灯与对象之间的距离相对较小的情况下才实际。此外，闪光灯给图像捕捉设备增加额外成本及重量。

于2002年8月27日授权公告的授予Tull的美国专利第6,441,848号描述具有电子图像传感器的数码相机，该数码相机藉由监视每个像素收集电子的速率来去除对象运动模糊。若光撞击像素的速率变动，则假定该像素正在观看的图像的亮度正在改变。当内建于该传感器阵列中的电路检测到图像亮度正在改变时，保留所收集到的电荷量且记录检测到亮度改变的时间。停止曝光所处的每个像素值藉由线性外插该像素值以使该像素值对应于整个图像的动态范围来被调整至适当值。此办法的一缺点在于当曝光开始时已在运动中的对象的外插出的像素值极不确定。如传感器所见的图像亮度从不具有恒定值，且因此在外插出的像素值中的不确定性导致具有运动伪影的图像。另一缺点在于该方法使用专门化的硬件，从而其无法与目前的商业相机中所使用的常规电子图像传感器一起使用。

减少模糊的另一方法是捕捉两个图像，一者具有短曝光时间，而一者具有长曝光时间。该短曝光时间被选择成产生有噪但相对无运动模糊的图像。该长曝光时间被选择成产生具有很少噪声但可能具有显著运动模糊的图像。使用图像处理算法来将那些两次捕捉组合为一个最终输出图像。此类办法在美国专利第7,239,342号、美国专利申请公开第2006/0017837号、美国专利申请公开第2006/0187308号及美国专利申请公开第2007/0223831号中描述。这些办法的缺点包括：要求附加缓冲存储器来存储多个图像；处理多个图像的额外复杂性；及解析对象运动模糊的困难性。