[实用新型]图像传感设备

说明书

彩色图像传感设备、图像处理设备和计算装置。彩色图像传感器包括两个图像传感器和两个元色滤色元阵列，图像传感器与元色滤色元阵列一一对应,各个图像传感器具有相同的面积、传感元数量与排列方式；每个元色滤色元阵列都包括至少一种原色的滤色元，两种元色滤色元包括的滤色元的颜色不同，且两个元色滤色元阵列组成具有全部原色的全色滤色元阵列。本发明的彩色图像传感设备能够显著地提高彩色图像传感设备的信噪比，同时只增加了传感器模块的数量，不增加单个传感器及镜头的体积，不增加单个传感器的制造难度和成本，使得本实用新型易于在手机等移动设备上使用；提高了彩色图像传感器的抗噪能力，提高了颜色还原的准确性。

技术领域

本实用新型总体地涉及彩色图像传感技术，更具体地涉及彩色图像传感设备及获取数字彩色图像的装置，可以用作各种手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机、数码摄像机等的数字彩色图像、视频获取装置，还涉及彩色图像传感设备的彩色滤色元阵列的渲染与排列方法，以及图像重构方法。

背景技术

数字彩色图像传感设备是数码相机、数码摄像机，已经手机、平板电脑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。彩色图像传感设备由彩色滤色元阵列和图像传感器两部分共同组成。图像传感器(Image Sensor)的功能是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元阵列(Color Filter Array,CFA)的方法，由彩色滤色元阵列和图像传感器两部分共同组成彩色图像传感设备。

数字图像传感器的作用是将照射到传感器上的可见光的强度数字化，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。彩色图像传感设备是在图像传感器的表面覆盖彩色滤色元阵列，并和图像传感器上的传感元阵列一一对应，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，经过计算设备的重构后，产生彩色图像。图1示出了彩色图像传感设备的结构组成示意图，标号1指示彩色滤色元阵列，标号2指示图像传感器，图像传感器由传感元排列组成，图中R＝ Red表示红色滤色元，G＝Green，表示绿色滤色元，B＝Blue，表示蓝色滤色元，T＝Transparency，表示透明滤色元，滤色元和传感元一一对应。

彩色数字图像设备根据其内部的彩色图像传感器的数量可以分为三种： (1)配备了单图像传感器的彩色数字图像传感设备，该彩色图像传感设备由图像传感器和覆盖其上的三色滤色元阵列所组成，所获取的只是三分之一的彩色图像信号，该信号经过计算设备处理后，重构出彩色图像。基于单图像传感器的彩色图像传感器具有传感器面积小、价格便宜、制造方法成熟等诸多优点，随着计算设备的发展，目前已大规模地用于手机、平板电脑、数码相机、数码摄像机等各种数字图像设备中。(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多棱镜，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。3CCD或3CMOS彩色图像传感器上没有滤色元阵列，但需要光学的分光镜，体积庞大，制造复杂，目前只用于一些中大型数字摄像机中。(3)层叠式多图像传感器的彩色数字图像设备，即X3彩色图像传感器(日本Sigma 公司专利)，该传感器采用三层三色结构，即三层重叠的图像传感器，自上而下分别为蓝色、绿色、红色图像传感器。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。X3彩色图像传感器中由于传感器的层叠，上层传感器及其电路对光线具有一定的衰减作用，使得下层传感器能够接收到的光线大幅减少。为了解决这个问题，这类图像传感器通过增加传感器的面积和传感器所含的传感元的面积来提高信噪比，从而使得整个相机体积较大，一般用于单反相机等中大型数码相机中。