處理彩色和全色像素制造技術

一種用于形成最終數字彩色圖像的方法，包括使用具有與至少兩個色彩光響應對應的全色像素和彩色像素的圖像傳感器來捕獲圖像；從所捕獲的圖像中提供數字全色圖像和中間數字彩色圖像；以及使用該數字全色圖像和該中間數字彩色圖像來提供最終數字彩色圖像。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及對具有彩色和全色像素的數字圖像進行處理。技術背景電子成像系統依靠電子圖像傳感器來建立可視圖像的電子顯示。這樣的電子圖像傳感器的例子包括電荷耦合裝置(CCD)圖像傳感器和 有源像素傳感器UPS)裝置(因為能夠在互補金屬氧化物半導體處理 中制造APS裝置，所以APS裝置經常被叫做CMOS傳感器)。典型地， 這些圖像傳感器包括多個光敏像素，經常以行和列的規則圖案進行排 列。為了捕獲彩色圖像，在像素圖案上典型地制造濾波器的圖案，其 所帶有的不同濾波器材料被用于使單獨的像素僅對部分可見光譜感 光。濾色器必定減少了到達每個像素的光量，從而減少了每個像素的 光敏度。需要持續提高光敏度或拍攝速度，在較短的曝光時間內，電 子彩色圖像傳感器允許圖像在較低光等級下被捕獲或允許在較高光等 級下被捕獲。圖像傳感器即可以是線性的也可以是兩維的。通常，這些傳感器 具有兩種不同類型的應用。兩維傳感器典型地適用于諸如數碼相機、 蜂窩電話和其他應用的圖像捕獲設備。線性傳感器經常用于掃描文檔。 無論哪種情況，當應用濾色器時，圖像傳感器只有下降的靈敏度。由Eastman Kodak公司制造的KLI-4104線性圖像傳感器包括四個 線性的、單個像素寬的像素陣列，其具有應用到三個陣列上的濾色器 以使每個陣列整體上對紅色、綠色或藍色感光；進一步地，三個彩色 陣列具有較多的像素來補償由于濾色器光感應度的減少，以及第四格 陣列具有較少像素來捕獲高分辨率單色圖像。當使用圖像傳感器捕獲 圖像時，該圖像表現為連同三個低分辨率圖像一起的高分辨率、高攝 影靈敏度的單色圖像，它們一般具有相同的拍攝靈敏度以及三個圖像 中的每一個對應來自圖像的紅色、綠色或藍色光；因此，在電子圖像 中的每個點包括單色值、紅色值、綠色值和藍色值。然而，因為這是 線性圖像傳感器，它需要在圖像傳感器和圖像之間的相對機械運動，5以便通過四個線性像素陣列掃描圖像。還存在本領域中公知的電子成像系統，其在Akira Muramatsu的 美國專利4, 823, 186中被描述，其包括兩個傳感器，其中每個傳感器 包括兩維像素陣列，但是一個傳感器不具有濾色器，以及另一個傳感 器包括在像素中的濾色器圖案，以及帶有光束分裂器來向圖像傳感器 提供圖像。因為彩色傳感器具有應用在其上的濾色器圖案，所以彩色 傳感器中的每個像素僅僅提供單一色彩。當用該系統捕獲圖像時，電 子圖像中的每個點包括單色值和一個彩色值，以及彩色圖像一定具有 在從鄰近色彩內插的每個像素位置上丟失的色彩。雖然該系統提高了 單個傳統圖像傳感器的光感度，但是該系統的整體復雜度、大小和成 本比需要兩個傳感器和光速分裂器的系統要大。進一步地，光束分裂 器將到達每個圖像傳感器的光量減少了 1/2，限制了拍攝速度的提高。除了上面提到的線性圖像傳感器之外，本領域中公知的還有具有 兩維像素陣列的圖像傳感器，其中該像素包括不具有應用到其上的濾 色器的像素。例如，參見Sato等人的美國專利4, 390， 895， Yamagami 等人的美國專利5， 323， 233以及Gindele等人的美國專利6， 476， 865。在每個所引證的專利中，未濾波或單色像素的感光度比彩色像素 要稍微高一些，需要增益的應用以便匹配來自像素陣列的彩色和全色 信號。增加增益增加了噪聲和信號，導致得到的圖像的信噪比降低。 在美國專利申請2003/0210332中的框架(frame)公開了具有多個未 濾波像素的像素，但是彩色像素遭遇如上面所提到的相同感光度。當在低光線條件下捕獲圖象時有效處理提供了高分辨率彩色圖像。
技術實現思路
本專利技術涉及一種用于處理具有彩色和全色像素的數字圖像的改進 方法。用于生成具有彩色和全色像素的數字圖像的線性或兩維圖像陣 列傳感器可以捕獲這些像素。簡單的概括，根據本專利技術的一個方面，本專利技術提出了一種用于形 成最終數字彩色圖像的方法，包括a)使用具有與至少兩個色彩光響應對應的全色像素和彩色像素的 圖像傳感器來捕獲圖像；b) 從所捕獲的圖像中提供數字全色圖像和中間數字彩色圖像；以及c) 使用該數字全色圖像和該中間數字彩色圖像來提供最終數字彩 色圖像。通過由數字圖像形成數字全色圖像和中間數字彩色圖像，提供改 進的最終數字彩色圖像。全色圖像能夠具有高分辨率，以及中間數字 彩色圖像能夠具有較低分辨率。當改變光線條件的情況下捕獲圖像時， 所得到的最終圖像具有改善的質量。根據本專利技術處理具有彩色和全色像素的數字圖像特別適用于在低 水平照明條件下捕獲的數字圖像，其中這樣的低水平照明條件是低場 景照明、短曝光時間、小光團或對光到達傳感器的其它限制的結果。 所述處理具有廣泛的應用以及多種類型的圖像捕獲裝置能夠有效地使 用該處理。根據下面優選實施例的詳細描述和所附權利要求以及通過參考附 圖，本專利技術的這些和其他方面、目的、特征和優點將更加容易明白和 理解。附圖說明圖1是傳統數碼相機系統的框圖，它能夠應用傳統的傳感器和處 理方法或本專利技術的傳感器和處理方法；圖2 (現有技術)是傳統的Bayer濾色器陣列圖案，示出了最小重復單元和非最小重復單元；圖3提供了典型的紅、綠、藍像素的光譜量化效率曲線，以及較 寬的光譜全色量化效率，全部與紅外線截斷濾波器的傳輸特性相乘；圖4A-D提供用于本專利技術的濾色器陣列圖案的幾種變型的最小重復 單元，其具有與被排列成行或列的彩色光響應相同的彩色像素；圖5示出了圖4A中的最小重復單元的單元格(cell)結構；圖6A是用于圖4A的內插過的全色圖像；圖6B是與圖4A和圖5中的單元格對應的低分辨率彩色圖像；圖7A-C示出了組合圖4A的像素的幾種方式；圖8A-D示出了具有彩色像素的圖4A的濾色器陣列圖案，該彩色 像素具有可替換的彩色光響應特性，包括四個顏色替換以及青色、品紅和黃色替換；圖9提供了本專利技術的替換濾色器陣列的最小重復單元，在其中全 色像素在對角線上被排列；圖10A-B提供了本專利技術的替換濾色器陣列的兩種變型的最小重復單元，在其中全色像素形成網格，彩色像素嵌入到該網格中；圖11A-D提供了本專利技術的替換濾色器陣列的兩種變型的最小重復 單元和平鋪排列，在其中每個單元格有兩種色彩；圖12A-B提供了本專利技術的替換濾色器陣列的兩種變型的最小重復單元和平鋪排列，在其中每個單元格有兩種色彩，以及全色像素在對角線上被排列；圖13A-C提供了圖4A的變型，其中最小重復單元小于8X8像素；圖14A-B提供了本專利技術的替換濾色器陣列的兩種變型的最小重復 單元，在其中最小重復單元是6X6像素；圖15A-B提供了本專利技術的替換濾色器陣列的兩種變型的最小重復 單元，在其中最小重復單元是4像素；圖16是圖4A的最小重復單元，帶有每個最小重復單元中各個像 素的下標；圖17A-E示出了圖16的一個單元格的全色像素和彩色像素，以及將彩色像素進行組合的多種方式；圖18是本專利技術的處理框圖，其示出了用于處理來自本專利技術的傳感器的彩色和全色像素數據的方法；以及圖19A-D說明了本專利技術的方法，其用于在圖18的低分辨率部分彩 色圖像中內插丟失的色彩。具體實施方式因為應用成像裝置和用于信號捕獲和校正以及啄光控制的相關電 路的數字相機是公知的，所以本說明書特別涉及本專利技術所述的形成其 部分或直接與之協作的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于形成最終數字彩色圖像的方法，包括：ａ）使用具有與至少兩個彩色光響應對應的全色像素和彩色像素的圖像傳感器來捕獲圖像；ｂ）由所捕獲的圖像提供數字全色圖像和中間數字彩色圖像；以及ｃ）使用該數字全色圖像和該中間數字彩色圖像來提供最終數字彩色圖像。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2005-7-28 11/191,5381、一種用于形成最終數字彩色圖像的方法，包括a)使用具有與至少兩個彩色光響應對應的全色像素和彩色像素的圖像傳感器來捕獲圖像；b)由所捕獲的圖像提供數字全色圖像和中間數字彩色圖像；以及c)使用該數字全色圖像和該中間數字彩色圖像來提供最終數字彩色圖像。2、 如權利要求l所述的方法，其中步驟a)中的圖像傳感器的像 素圖案具有4X4或更大尺寸的最小重復單元。3、 如權利要求2所述的方法，其中該最小重復單元被進一步劃分 為單元格，其每一個具有至少兩個全色像素和具有相同光譜光響應的至少兩個彩色像素。4、 如權利要求2所述的方法，其中步驟a)中的圖像傳感器的像 素圖案具有8X8或更大尺寸的最小重復單元。5、 如權利要求4所述的方法，其中該最小重復單元被進一步劃分 為單元格，其每一個具有至少兩個全色像素和具有相同光譜光響應的 至少兩個彩色像素。6、 一種用于處理由圖像傳感器所捕獲的彩色圖像以允許在不同照明條件下對所捕獲的彩色圖像進行有效再現的方法，包括a) 捕獲用由具有第 一和第二組像素的兩維像素陣列產生的信號表 示的圖像，其中第一組像素具有比第二組像素窄的光譜光響應，以及 其中笫 一組像素包含具有與至少兩個顏色的組相對應的不同光譜光響 應的像素，該圖像陣列被排列為單元格，其每一個包含具有相同光譜 光響應的第一組中的至少兩個像素，b) 使用所述信號用于每個單元格中的像素，其與第一組像素中的 類似著色像素相對應，以便為每個單元格生成至少一個第一信號，c) 使用第一信號組用于每個單元格以及所述信號用于第二組像素 中的每個像素以生成調整的彩色數字圖像，其補償不同的照明條件。7、 如權利要求6所述的方法，其中步驟c)包括i)使用所述信號用于第二組像素中的像素來為每個單元格生成 第二信號，i i )使用來自每個單元格的第一和第二信號以及來自至少一個相來為每個單元格生成彩色內插信號組，以 及iii) 使用所述彩色內插信號組用于每個單元格以及所述信號 用于第二組像素中的每個像素以生成調整的彩色數字圖像，其補償不 同的照明條件.8、 如權利要求7所述的方法，其中用于第一和第二組的每一個中 的像素的信號是模擬信號，以及其中這些模擬信號用于步驟b.)和c i.)來為每個單元格生成第一和第二信號。9、 如權利要求8所述的方法，其中，模擬信號是電荷以及通過將 電荷加在一起來生成用于每個單元格的第一和笫二信號。10、 如權利要求8所述的方法，其中模擬信號生成電壓以及通過 將電壓加在一起來生成用于每個單元格的第一和第二信號。11、 如權利要求7所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：JF小哈米爾頓，JT坎普頓，
申請(專利權)人：伊斯曼柯達公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]