[发明专利]一种用于彩色图像获取的系统和方法

说明书

用于彩色图像获取的成像系统包括：图像传感器；可调谐光谱过滤器，其设置在朝着图像传感器的光传播的光学路径中；以及控制器，其连接至图像传感器并连接至可调谐光谱过滤器。控制器被配置且可操作用于在三个或更多个对应积分时间持续期间，通过顺序地操作可调谐光谱过滤器，以利用三个或更多个不同光谱过滤曲线顺序地过滤朝着图像传感器传递的光，来生成彩色图像。可调谐光谱过滤器被配置为标准具并包括一对反射表面。反射表面中的至少一个包括具有至少n＝2.3或甚至高于3的高折射率的层，或具有小于n＝1的低折射率的层。标准具的构造提供具有处于大约50nm至80nm的范围的全宽度半最大值FWHM、至少300nm的自由光谱FSR范围的光谱曲线的宽透射峰值，且标准具的厚度为大约1mm或甚至更小。

技术领域

本发明涉及彩色图像获取，并且更具体地说，提供了一种用于光谱过滤用于创建彩色图像的光的系统和方法。

背景技术

通过数码相机来生成彩色图像有几种已知技术。常规地讲，彩色图像基于通过分别居中于红(R)、绿(G)以及蓝(B)色光谱区中的过滤器来检测三个光谱范围。

成为工业标准的、一种彩色图像获取方法利用一组固定滤色器(即，滤色器阵列(CFA))的布置，其被放置在单色传感器前面，以使传感器的每一个像素测量入射光的、来自为生成彩色图像所需的RGB三个分量的仅一个光谱分量的强度。例如，Bayer阵列是这种类型的一个具体CFA，其通常用于获取RGB图像(参见图1A)。为了生成彩色图像(其中，每一个像素都包含有关全部RGB三个分量的信息)，通过该像素测量的其余两个颜色分量基于通过相邻像素所测量的这些分量的值来计算。该处理(已知为“去马赛克(de-mosaicing)”可以通过各种公知算法来执行。

用于获取彩色图像的另选技术利用三个单色传感器和一个光谱分束器组件，该光谱分束器组件根据其颜色来分裂入射光，并将入射光的RGB三个分量分别引导至三个图像传感器。根据该技术配置的系统在图1C中按自我解释方式进行了例示(从www.zeiss.de取得的图像)。

用于获取彩色图像的又一另外技术利用其中每一个像素都适于同时测量全部三个RGB颜色的颜色传感器，例如，X3传感器。

发明内容

本发明提供了一种用于获取彩色图像的新颖技术。根据本发明，通过顺序地获取并且叠加三个或更多个窄带图像来创建彩色图像。例如，顺序获取并叠加三个红、绿和蓝图像，或者顺序获取并叠加四个红、绿、蓝和红外(IR)图像(典型地讲，该IR图像处于范围大约为700nm-1200nm的近红外(NIR)波长带)。而且，在某些情况下，本发明的技术被用于获得丰富的彩色图像，包括有关可见光谱(400nm-700nm)中三个以上色泽(color shade)的颜色信息，并且可选地包括有关IR光谱中一个或更多个深浅的颜色信息。

在这点上，针对用于获得彩色图像的常规技术进行以下解释。最常见的常规技术(其利用空间滤色器阵列(CFA))过滤到达像素的光的颜色(即，使得该传感器中的一些像素感测蓝光、一些感测红光，而一些感测绿光)。结果，通过这种技术获取的真实空间分辨率比所使用的传感器的分辨率低很多(例如，范围在1/2与1/4之间变动的系数)，并且典型地讲，利用空间插值来完成/估计该图像中的颜色信息。而且，由于CFA的光谱特性通常固定，因而，这种技术受限于颜色数量和通过像素测量的光的光谱内容。在利用颜色传感器的技术中(即，其中，每一个像素同时测量三个RGB颜色，如Foveon X3)，颜色的数量和光谱内容也通常固定。而且，在这种颜色传感器中，与标准基于硅的CMOS和/或CCD传感器相比，像素的尺寸相当大且噪声更大，因此对于同一传感器尺寸来说，生成差分辨率和SNR的图像。