[发明专利]彩色成像元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种彩色成像元件，特别是能够抑制彩色波纹的产生并提高分辨率的彩色成像元件。

背景技术

单板式彩色成像元件的输出图像是RAW图像（镶嵌图像）。因而，通过根据周围像素对缺失颜色的像素进行插值的处理（去马赛克处理）来获得多通道的图像。此时，在高频图像信号的再现特性上会存在问题。与黑白成像元件相比，彩色成像元件拍摄的图像中容易发生混叠，于是扩大再现频带来提高分辨率同时抑制彩色波纹（失真颜色）就显得很重要。

原色Bayer阵列是广泛应用于单板式彩色成像元件的彩色阵列，其包括按方格图案排列的绿色（G）像素以及相继排列成直线型的红色（R）和蓝色（B）像素。因而，G信号在斜向方向的高频信号的产生中存在再现准确性问题，R和B信号在水平和竖直方向的高频信号的产生中存在再现准确性问题。

如图13的(A)所示的黑白竖直条纹图案（高频图像）进入如图13的(B)所示的Bayer阵列的成像元件，其图案被分为Bayer彩色阵列来对照颜色。如图13的(C)到图13的(E)所示，R形成浅的单调彩色图像，B形成深的单调彩色图像，而G形成深浅交错彩色图像。尽管RGB图像与原始的黑白图像相比不存在密度差别（电平差），但图像的着色取决于彩色阵列及输入频率。

类似地，如图14的(A)所示的黑白斜条纹高频图像进入如图14的(B)所示的Bayer阵列的成像元件，其图案被分为Bayer彩色阵列来对照颜色。如图14的(C)到图14的(E)所示，R和B分别形成浅的单调彩色图像，而G形成深的单调彩色图像。假设黑色值为0，白色值为255，黑白斜条纹高频图像变为绿色，因为只有G值为255。此时，斜向高频图像不能在Bayer阵列中被准确地再现。

在使用单板式彩色成像元件的成像设备中，由晶体等各向异性物质组成光学低通滤波器，其通常布置在彩色成像元件的前侧以阻止光学地减少高频波。然而，虽然在此方法中由交叠高频信号产生的着色会减少，但相应地存在分辨率降低的问题。

为了解决上述问题，提出了一种彩色成像元件，其中彩色成像元件的彩色滤色器阵列是三色随机阵列，其满足任意目标像素在其四面均与包括该目标像素颜色在内的三种颜色相邻的阵列约束条件（PTL1）。

还提出了一种彩色滤色器阵列的图像传感器，其中图像传感器包括具有不同光谱灵敏度的多个滤色器，所述多个滤色器中的第一和第二滤色器以第一预定周期交替地布置在图像传感器像素网格中的一个对角线方向上，并且以第二预定周期交替布置在另一个对角线方向上（PTL2）。

另外提出了一种彩色阵列，其中在RGB三原色的彩色固态成像元件中以Z字形在竖直方向上布置包括水平布置的R、G和B的三个像素的组，使得RGB的出现频率相等并且使得成像平面上的任意直线（水平、竖直和斜线）通过所有颜色（PTL3）。

此外，还提出了一种彩色成像元件，其中RGB三原色中的R和B在水平和竖直方向上每隔三个像素进行布置，并且G被排列在R和B之间（PTL4）。

引用列表

专利文件

PTL1：日本专利申请公开No.2000-308080；

PTL2：日本专利申请公开No.2005-136766；

PTL3：日本专利申请公开No.11-285012；

PTL4：日本专利申请公开No.8-23543。

发明内容

{技术问题}

在PTL1中描述的彩色成像元件中，滤色器阵列是随机的，且每个随机图案需要在后续阶段进行去马赛克（插值）处理以优化。问题在于去马赛克处理是复杂的。虽然随机阵列对于低频波颜色波纹是有效的，但随机阵列对于高频段的失真颜色并不有效。

在PTL2中描述的图像传感器中，G像素（亮度像素）按方格图案布置。因此，存在在受限的分辨率区域（尤其是斜向）中像素再现准确性不高的问题。

在PTL3中描述的彩色固态成像元件在任意直线上包括所有颜色的彩色滤色器，其具有抑制失真颜色产生的优点。然而，RGB的像素个数比率是相等的，且存在其高频再现性比Bayer阵列的高频再现性低的问题。在Bayer阵列中，最有助于获得亮度信号的G像素个数比率是R像素个数比率和B像素个数比率的两倍。

同时在PTL4中描述的彩色成像元件中G像素个数比率相对于R像素个数比率和B像素个数比率远大于其在Bayer阵列中的个数比率，且在水平或竖直方向上只有G像素线。因此，彩色成像元件在水平或竖直方向上对于高频段的失真颜色并不有效。