[发明专利]彩色图像传感器及获取彩色数字图像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器及获取图像的方法，尤其涉及一种彩色图像传感器及获取彩色数字图像的方法，特别是涉及一种彩色滤色元阵列。基于该彩色滤色元阵列的彩色图像传感器可用于各种数码相机、数码摄像机等数字图像、视频设备。

背景技术

数字彩色图像传感器是数码相机、数码摄像机等数字图像设备中的最关键的部件，用于将镜头聚焦的光学图像转换为数字彩色图像。彩色数字图像设备根据其内部的图像传感器的数量可以分为两种：(1)单图像传感器彩色数字图像设备，包括大部分的数码摄像机和数码相机，其特点是这些数字彩色图像设备内只有一个图像传感器(CCD或CMOS图像传感器)，该图像传感器将照射到传感器上的可见光的亮度转换为电信号，并在后续的处理中数字化，产生灰度(黑白)图像。为了获取自然界中的颜色信息产生彩色图像，通常采用在图像传感器的表面需要覆盖一层彩色滤色片的方法，由彩色滤色片和图像传感器两部分共同组成彩色图像传感器。(2)多图像传感器的彩色数字图像设备，如3CCD的数码摄像机，3CMOS的数码摄像机等，其设备内部有一个分光器，将外界射入的可见光分为红、绿、蓝三束，分别由三个独立的图像传感器(CCD或CMOS图像传感器)来接收，并量化为彩色数字图像；另外，彩色数字图像设备中，还有一种采用X3(日本Sigma公司专利)彩色图像传感器，该传感器采用三层三色结构，即三层重叠的图像传感器，分别为蓝色、绿色、红色透明图像传感器。外界入射的光线中蓝色部分先被第一层蓝色图像传感器吸收和数字化，第二层绿色图像传感器吸收入射光中的绿色部分并数字化，第三层的红色图像传感器吸收其余的光线并数字化，从而产生彩色数字图像。

如上所述，数字图像传感器的作用是将照射到传感器上的可见光的亮度数字化，产生灰度(黑白)图像。由于一幅数字图像是由多个像素排列而成的像素阵列，相应地，图像传感器是由多个传感元排列成的传感元阵列，其中每个传感元独立地对接收到的光的强度(亮度)进行数字化，产生数字图像中的一个像素。

彩色图像传感器是在图像传感器的表面覆盖彩色滤色片，使得图像传感器能够对可见光中不同颜色的光强(亮度)进行数字化，产生彩色图像。彩色图像传感器中的图像传感器，和上述的灰度图像传感器一样，是由多个传感元排列而成的传感元阵列；彩色图像传感器中的彩色滤色片是由彩色滤色元组重复排列而成彩色滤色元组阵列。每个彩色滤色元组和一个彩色图像中的像素相对应。因此，和灰度图像传感器不同，彩色图像传感器中传感元的数量远大于彩色图像中像素的数量。

彩色滤色元组中一般有三种或四种颜色，如红色滤色元、绿色滤色元、蓝色滤色元等。一个彩色滤色元组对应于彩色数字图像中的一个像素，其输出值为数字图像中一个像素的三色值。因此，彩色图像传感器中的彩色滤色片是由重复排列的滤色元组所组成，其中一个彩色滤色元组输出一个像素的红绿蓝三色值，两者一一对应。

现有技术的彩色滤色元组下表所示：

综上所述，现有技术的彩色滤色元组有如下二个特点：

1)一个彩色滤色元组内具有2x2，2x4，4x4等三色或四色滤色元；

2)彩色滤色元组内的滤色元具有确定的排列方式，且该排列方式受专利保护。

下面以一百万像素的彩色数字图像传感器为例，说明彩色数字图像传感器和彩色滤色元组、滤色元和传感器元三者之间的关系。

假设有一个一百万像素的数码相机，即相机内的彩色数字图像传感器输出一百万像素(1,000x1,000像素)的彩色数字图像；且假设该图像传感器采用三色Bayer滤色元组，如图1所示，则该传感器上具有：

一百万个Bayer滤色元组，输出一百万个像素，其中每个彩色滤色元组输出一个像素；

四百万个(2,000x 2,000)滤色元组成的滤色元阵列。其中有一百万个红色滤色元，一百万个蓝色滤色元，二百万个绿色滤色元；

四百万个(2,000x 2,000)传感元组成的传感元阵列，其上覆盖着滤色元阵列，两者之间一一对应。每四个传感元输出一个像素。

综上所述，现有的彩色图像传感器主要存在如下问题：一是四个传感元输出一个像素，传感元的利用率低，存在严重的浪费现象；二是四个传感元处于不同的位置，即同一个像素中RGB三色值不是来自于同一个位置，存在微小的差异，因此，不能正确反映自然界中真实的颜色。

发明内容