专利名称：彩色图像传感器及获取彩色数字图像的方法
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(I)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，3CM0S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
权利要求
1.一种彩色图像传感器，包括图像传感器和彩色滤色片，所述的彩色滤色片覆盖于所述图像传感器表面上，所述图像传感器由多个传感元排列为传感元阵列而构成；其特征在于所述彩色滤色片由多个彩色滤色元根据排列规则排列为彩色滤色元阵列而构成，所述彩色滤色元阵列至少包括三种颜色的彩色滤色元，一个彩色滤色元对应一个传感元,输出彩色图像中的一个像素。
2.根据权利要求I所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤色元阵列至少包括红色滤色元、绿色滤色元和蓝色滤色元。
3.根据权利要求1-2任一项所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤色元阵列中的彩色滤色元的排列规则为随机排列，形成随机码书。
4.根据权利要求1-2任一项所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤色元阵列中的其中一种颜色的彩色滤色元按照规则排列，其它颜色的彩色滤色元的排列规则为随机排列，形成准随机码书。
5.一种利用权利要求1-4任一项所述的彩色图像传感器获取彩色数字图像的方法，其特征在于，根据码书和以下彩色滤色元阵列计算方法，计算获得所述彩色滤色元阵列中任意一个彩色滤色元所对应的数字图像中一个像素的红绿蓝三色值 彩色滤色元阵列的计算方法 第一，彩色滤色元共有η (η >=3)种不同颜色的滤色元，分别为C1, C2, . . . , Cn ； 第二，颜色系数AKi，AGi, Am (O <= A <= I)表示滤色元的颜色C1, C2，. . . ,Cn中含有红绿蓝三色成份，即 ArA = R AciCi = G AbA = B 其中i表示滤色元阵列中滤色元的种类，S卩i = 1，2, 3, ···, rio若η = 3,则有·|10 0|Λ 二 I O I O I · IO O I I 第三，设在彩色滤色元阵列中各种颜色的滤色元所占的比例分别为Ω2, Ω3，...，Ωη，则有 Ω χ+ Ω 2+ Ω 3+. . . + Ω η = I ； 第四，在彩色滤色元阵列中各种颜色的彩色滤色元按照规则ψ排列形成彩色滤色元阵列，该滤色元阵列中所有彩色滤色元的排列方式，称为滤色元阵列的码书，有多种形式，如所有滤色元随机排列，准随机排列，或重复排列； 第五，根据滤色元阵列的码书，滤色元阵列中任一位置，其彩色滤色元文的颜色为=1,2, 3, ...,n)，其邻域滤色元集{%}定义为设令是滤色元尤附近的一个彩色滤色元,其颜色是G =1, 2，3，η),久和診之间的距离为则有^^>=0，其中表示令=久，即尤滤色元本身。定义所有(D为一常数)的滤色元令组成的集合为久的邻域滤色元集{令}，共有M个滤色元，其中{%C1}，{灸2}, {榦3}，…，作CtJ表示集合{%}中各种滤色元子集，分别有 Mci, Mc2, Mc3, . . . , Mcn 个彩色滤色兀,则有M = Mci+Mc2+Mc3+. . . +Mcn ； 第六，根据滤色元阵列中滤色元；I和診之间的距离2 ，定义距离系数％如下其中函数:ζ·有多种形式，如距离平方的倒数，指数函数，或常数； 第七，根据码书，滤色元阵列中任一位置义所对应的传感元获取的信号值为C；，其颜色为C>(1 <=#<=n)，其邻域{%}中任一位置货所对应的传感元获取的信号值为Cr其颜色为Q(1 <=f<=n)，则相应的彩色数字图像中，滤色元久所对应位置的像素的RGB三色值可以由如下公式计算得到 其中算法fK，fG, fB有多种形式，如加法。
6.一种用于彩色图像传感器的彩色滤色元阵列，所述彩色滤色元阵列至少包括三种颜色的彩色滤色元，其特征在于一个彩色滤色元输出彩色图像中的一个像素。
7.根据权利要求6所述的彩色滤色元阵列，其特征在于，所述彩色滤色元阵列至少包括红色滤色元、绿色滤色元和蓝色滤色元等。
8.根据权利要求6或7所述的彩色滤色元阵列，其特征在于，所述彩色滤色元阵列中的彩色滤色元随机排列，形成随机码书。
9.根据权利要求6或7所述的彩色滤色元阵列，其特征在于，所述彩色滤色元阵列中的其中一种颜色的彩色滤色元按照规则排列，其它颜色的彩色滤色元则随机排列，形成准随机码书。
全文摘要
本发明涉及一种彩色图像传感器及获取彩色数字图像的方法，尤其涉及一种彩色滤色元阵列；彩色图像传感器包括图像传感器和彩色滤色片，所述的彩色滤色片覆盖于所述图像传感器表面上，所述图像传感器由多个传感元排列为传感元阵列而构成；所述彩色滤色片由多个彩色滤色元排列为彩色滤色元阵列而构成；一个彩色滤色元对应一个传感元，输出彩色图像中的一个像素。获取彩色数字图像的方法，通过特定的公式计算获得任意彩色滤色元的像素值。彩色滤色元阵列中的一个彩色滤色元输出彩色图像中的一个像素。本发明极大地提高了传感器的利用率；可以从多个彩色滤色元重构出同一位置的RGB三色值，提高了颜色还原的准确性。
文档编号H04N5/335GK102801984SQ20121026708
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者陶霖密 申请人:陶霖密