彩色成像元件的制作方法

專利名稱：彩色成像元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及彩色成像元件，具體地，涉及能夠抑制顔色波紋產生的彩色成像元件。
背景技術：
在包括單板彩色成像元件的彩色成像設備中，來自彩色成像元件的輸出圖像是RAW圖像(鑲嵌圖像，mosaic image)。因此，通過根據周圍像素對丟失顏色的像素進行內插處理(去馬賽克處理)來獲得多通道圖像。該情況下，在高頻圖像信號的再現特性中存在問題。
作為在單板彩色成像元件中最為廣泛使用的顏色陣列的原色Bayer陣列包括以方格圖案排列的綠色(G)像素以及線性排列的紅色(R)和藍色(B)像素。因此，存在這樣的問題，即，由于超出顏色再現帶的高頻信號的交疊以及由于色相(phase of color)的偏離而產生了低頻著色(顔色波紋)。如圖14 (A)所示的黑白豎條紋圖案(高頻圖像)進入圖14 (B)所示的Bayer陣列成像元件，該圖案被分類成Bayer顏色陣列，以比較這些顏色。如圖14 (C)至14 (E)所示，R形成淺的單色圖像(flatcolorimage), B形成深的單色圖像，以及G形成明暗鑲嵌彩色圖像。盡管RGB之間相對于原始黑白圖像不存在密度差異(水平差異)，但是圖像根據顏色陣列和輸入頻率來著色。類似地，圖15 (A)所示的黑白斜高頻圖像進入圖15 (B)所示的Bayer陣列成像元件，該圖像被分類成Bayer顏色陣列，以比較這些顏色。如圖15 (C)至15 (E)所示，R和B形成淺的單色圖像，而G形成深的單色圖像。假設黑色的值為0，而白色的值為255，則由于僅G為255，因此黑白斜高頻圖像變綠。這樣，不能在Bayer陣列中正確地再現斜高頻圖像。在使用單板彩色成像元件的彩色成像設備中，通常在彩色成像元件的前面布置由諸如晶體之類的各向異性物質形成的光學低通濾色器，從而防止光學減少高頻波。但是，盡管該方法能夠減少由于對高頻信號的交疊所產生的著色，但是仍然存在分辨率相應減小的問題。為了解決該問題，提出了ー種彩色成像元件，其中該彩色成像元件的濾色器陣列是滿足如下陣列約束的三色隨機陣列，在該陣列約束中，任意目標像素與該目標像素四面的包括目標像素顏色在內的三種顏色相鄰(PTLl)。還提出了ー種濾色器陣列的圖像傳感器，其中該圖像傳感器包括具有不同光譜敏感度的多個濾色器，該多個濾色器中的第一和第二濾色器在圖像傳感器的像素柵格的ー個對角線方向上以第一預定周期交替排列，并且在另ー對角線方向上以第二預定周期交替排列(PTL2)。同吋，PTL3描述了ー種技術，其使用Bayer陣列鑲嵌圖像的目標像素的周圍像素來計算水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向(四個方向)上的相關性，并且根據所計算出的相關性的比值來施加權重，從而對像素進行內插。
還提出了ー種彩色成像元件，其中在水平和垂直方向上的每三個像素中布置RGB的三原色中的R和B，并且在R和B之間布置G (PTL4)。彩色成像元件的濾色器陣列包括對應于4X4像素的基本陣列圖案，并且在水平和垂直方向上重復布置該基本陣列圖案。基本陣列圖案中RGB像素的數量分別為兩個像素、十二個像素、和兩個像素。因此，RGB像素數量之比為1:6:1,并且所布置的G像素明顯多于R和B像素。{引用列表}{專利文獻}{PTL1}日本專利申請公開 No. 2000-308080{PTL2}日本專利申請公開 No. 2005-136766
{PTL3}日本專利申請公開 No. 2010-104019{PTL4}日本專利申請公開No. 8-2354
發明內容
{技術問題}PTLl描述的三色隨機陣列對低頻顔色波紋是有效的，但是對高頻部分的假色(false color)無效。在PTL2描述的圖像傳感器的濾色器陣列中，在濾色器陣列的水平和垂直方向上按行周期性地排列R、G和B濾色器。在PTL2描述的發明中的對從包括濾色器陣列的圖像傳感器輸出的鑲嵌圖像進行去馬賽克處理的過程中，在目標像素周圍提取預定圖像大小的局部區域，計算與該局部區域中目標像素顔色的顔色分布形狀以及將要估計的另一顔色的顏色分布形狀相關的統計值，并且基于目標像素位置處的顏色強度以及基于顏色分布形狀的統計值來對顏色分布形狀進行線性回歸，從而計算目標像素位置處另ー顔色的估計值。在PTL2描述的發明中，與顔色分布形狀相關的統計值(協方差值)的計算以及回歸計算過程是必須的，因此存在圖像處理復雜的問題。 同時，PTL3描述的像素內插方法應用于Bayer陣列鑲嵌圖像。但是，G像素在Bayer陣列的水平和垂直方向上不連續，并且不能以最小像素間隔來計算水平和垂直方向上的相關性。例如，當一個像素周期的垂直條紋或水平條紋的高頻波被輸入時，相關性被錯誤地確定，因此存在不能準確地內插像素的問題。在PTL3描述的彩色成像元件中，G像素數量的比例高于R和B像素數量的比例，并且存在兩個或更多G像素在水平、垂直、和傾斜方向上連續的部分。可以確定亮度改變小的方向(高相關性的方向)，并且可以提高分辨率。但是，在水平或垂直方向上存在僅具有G像素的行，并且該彩色成像元件對水平或垂直方向上高頻部分的假色是無效的。本發明鑒于上述情況而提出，并且本發明的目的是提供ー種彩色成像元件，其能夠通過簡單的圖像處理來抑制高頻部分假色的產生。{技術方案}為了實現上述目的，根據本發明的ー個方面的發明提供了一種單板彩色成像元件，其包括以預定濾色器陣列布置在由水平和垂直方向上布置的光電轉換元件形成的多個像素上的濾色器，其中濾色器陣列包括預定基本陣列圖案，預定基本陣列圖案包括第一濾色器和第二濾色器，第一濾色器對應于對獲得亮度信號貢獻最大的第一顔色，第二濾色器對應于除第一顔色以外的兩個或更多第二顔色，基本陣列圖案在水平和垂直方向上重復布置，在基本陣列圖案中的濾色器陣列的水平和垂直方向上的每一行中布置ー個或多個第一濾色器以及ー個或多個第二濾色器，第一濾色器被布置為進一歩包括在基本陣列圖案的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多第一濾色器彼此相鄰的部分。根據本發明的ー個方面的彩色成像元件，與對獲得亮度信號貢獻最大的第一顔色相對應的第一濾色器被布置為包括其中兩個或更多第一濾色器在基本陣列圖案的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上彼此相鄰的部分。因此，可以根據在每個方向上彼此相鄰的第一顏色的像素的像素值以最小像素間隔來確定四個方向中的哪個方向為亮度的相關方向。從而，在對從彩色成像元件輸出的鑲嵌圖像中提取的進行去馬賽克處理的目標像素的像素位置處的其他顔色的像素的像素值進行計算的過程中，可以根據基于最小像素間隔的像素的像素值所確定的亮度的相關方向來利用相關方向上其他顔色的像素的像素值。這樣，可以準確地估計其他顔色的像素的像素值，并且可以抑制高頻部分假色的產生。PTL3描述的方法或者各種其他方法可以應用于基于相關方向的確定結果來估計其他顔色的像素的像素 值的處理方法。在基本陣列圖案的水平和垂直方向上的每一行中布置了ー個或多個第一濾色器以及ー個或多個第二濾色器。因此，可以抑制顔色波紋(假色)的產生，并且可以提高分辨率。在濾色器陣列中，在水平和垂直方向上重復預定基本陣列圖案。因此，可以根據重復的圖案來執行后續階段的去馬賽克(內插)處理。優選地，在根據本發明的另一方面的彩色成像元件中，濾色器陣列包括在在水平和垂直方向上越過第二濾色器顔色中的一種顏色的濾色器而連續布置的兩個或更多第一濾色器。可以根據與所述兩個或更多連續的第一濾色器相對應的像素的像素值以最小像素間隔來確定四個方向中的哪個方向為亮度的相關方向。在根據本發明的另一方面的彩色成像元件中，濾色器陣列包括與第一濾色器形成的2X2像素相對應的方陣。可以根據與2X2像素相對應的方陣的四個像素之間的像素值以最小像素間隔來確定四個方向中的哪個方向為亮度的相關方向。優選地，在根據本發明的另一方面的彩色成像元件中，預定基本陣列圖案中的濾色器陣列是關于基本陣列圖案的中心而點對稱的。從而，可以減小后續階段中處理電路的電路尺寸。優選地，在根據本發明的另一方面的彩色成像元件中，預定基本陣列圖案是對應于NXN (N:大于等于4且小于等于整數8的整數)個像素的方陣圖案。當N小于4吋，不滿足根據本發明的濾色器陣列的條件。當N大于8時，諸如去馬賽克之類的信號處理變得復雜，而不能通過增大基本陣列圖案的尺寸來獲得特別有益的效果。優選地，在根據本發明的另一方面的彩色成像元件中，預定基本陣列圖案為對應于6X6像素的方陣圖案。如上所述，優選地，預定基本陣列圖案為對應于NXN個像素的方陣圖案，并且N大于等于4且小于等于8的整數。對于N，在去馬賽克處理中，偶數比奇數更有利。當N為4時，基本陣列圖案不包括第一濾色器在水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上的每行上持續兩個或更多像素的部分，第一濾色器持續兩個或更多像素的部分對亮度改變小的方向的確定來說是不利的。當N為8時，相比于N為6時來說，信號處理更繁瑣。因此，最優選的是，在基本陣列圖案中，N為6，即，基本陣列圖案為對應于6X6像素的方陣圖案。優選地，在根據本發明的另一方面的彩色成像元件的濾色器陣列中，各第一濾色器越過3X3像素組中心處的濾色器而垂直和水平地布置，并且3X3像素組在水平和垂直方向上重復布置。各第一濾色器越過3X3像素組中心處的濾色器而垂直和水平地布置。因此，如果3X3像素組在水平和垂直方向上重復布置，則各第一濾色器越過濾色器陣列中3X3像素組中心處的濾色器在水平和垂直方向上(以兩個像素)彼此相鄰。可以使用對應于第一濾色器的像素(總共8個像素)的像素值來確定四個方向中的相關方向。優選地，在根據本發明的另一方面的彩色成像元件的濾色器陣列中，第一濾色器布置在3X3像素組的中心和四角處，并且3X3像素組在水平和垂直方向上重復布置。第一濾色器布置在3X3像素組的四角處。因此，如果3X3像素組在水平和垂直方向上重復布置，則濾色器陣列包括與包含第一濾色器的2X2像素相對應的方陣。可以使用2X2像素的像素值來確定水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向中具有較高相關性的方向。在根據本發明的另一方面的彩色成像元件中，第一顔色是綠色(G)，第二顔色是紅色(R)和藍色(B)。在根據本發明的另一方面的彩色成像元件中，濾色器包括對應于紅色(R)、緑色(G)、和藍色(B)的R濾色器、G濾色器、和B濾色器，并且濾色器陣列包括對應于3X3像素的第一陣列，第一陣列包括布置在中心處的R濾色器、布置在四角的B濾色器、以及越過 中心處的R濾色器而垂直和水平布置的G濾色器；以及對應于3X3像素的第二陣列，第二陣列包括布置在中心處的B濾色器、布置在四角的R濾色器、以及越過中心處的B濾色器垂直和水平布置的G濾色器，其中第一和第二陣列在水平和垂直方向上交替布置。根據該配置的濾色器陣列，當在第一或第二陣列周圍提取5X5像素(鑲嵌圖像的局部區域)時，在越過5X5像素中心處像素(R像素或B像素)的水平和垂直方向上存在彼此相鄰的G像素。可以使用G像素(總共8個像素)的像素值來確定四個方向中的相關方向。在根據本發明的另一方面的彩色成像元件中，濾色器包括對應于紅色(R)、緑色(G)、和藍色(B)的R濾色器、G濾色器、和B濾色器，并且濾色器陣列包括對應于3X3像素的第一陣列，第一陣列包括布置在中心和四角處的G濾色器、越過中心處G濾色器垂直布置的B濾色器、以及越過中心處G濾色器水平布置的R濾色器；以及對應于3X3像素的第ニ陣列，第二陣列包括布置在中心和四角處的G濾色器、越過中心處G濾色器垂直布置的R濾色器、以及越過中心處G濾色器水平布置的B濾色器，其中第一和第二陣列在水平和垂直方向上交替布置。根據該配置的濾色器陣列，當在第一或第二陣列周圍提取5X5像素(鑲嵌圖像的局部區域)時，在5X5像素的四角處存在2X2像素的G像素。可以使用2X2像素的G像素的像素值來確定四個方向中的相關方向。{本發明的有益效栗}根據本發明，包括預定基本陣列圖案，該預定基本陣列圖案包括與對獲得亮度信號貢獻最多的第一顏色相對應的第一濾色器以及與第一顔色之外的兩種或更多第二顔色相對應的第二濾色器。基本陣列圖案在水平和垂直方向上重復布置，從而形成濾色器陣列，并且第一濾色器被布置為包括在基本陣列圖案中的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多第一濾色器彼此相鄰的部分。因此，可以根據每個方向上彼此相鄰的第一顔色的像素的像素值以最小像素間隔來確定四個方向中的哪個方向為亮度的相關方向。在基本陣列圖案中的水平和垂直方向上的每一行中布置ー個或多個第一濾色器以及ー個或多個第ニ濾色器。從而，可以抑制顔色波紋(假色)的產生，并且可以增大分辨率。在濾色器陣列中，在水平和垂直方向上重復預定基本陣列圖案。因此，可以根據重復圖案來執行后續階段的去馬賽克(內插)處理。


圖I是示出根據本發明的單板彩色成像元件的第一實施例的示圖。圖2是示出根據第一實施例的彩色成像元件的濾色器陣列中所包括的基本陣列圖案的不圖。圖3A是示出如下濾色器陣列的示圖，其中第一實施例的彩色成像元件的濾色器 陣列中所包括的6X6像素的基本陣列圖案被分成3X3像素的A陣列和B陣列，并且A陣列和B陣列在水平和垂直方向上重復布置。圖3B是示出圖3A中所示濾色器陣列中的G像素的特征布置的示圖。圖4是用來描述當確定相關方向為垂直方向時去馬賽克處理中的像素內插方法的示圖。圖5是用來描述當確定相關方向為左上方向時去馬賽克處理中的像素內插方法的示圖。圖6是示出根據本發明的單板彩色成像元件的第二實施例的示圖。圖7是示出第二實施例的彩色成像元件的濾色器陣列中所包括的基本陣列圖案的示圖。圖8是示出如下濾色器陣列的示圖，其中第二實施例的彩色成像元件的濾色器陣列中所包括的6X6像素的基本陣列圖案被分成3X3像素的A陣列和B陣列，并且A陣列和B陣列在水平和垂直方向上重復布置。圖9是示出第二實施例的彩色成像元件的濾色器陣列中的G像素的特征布置的示圖。圖10是示出根據本發明的單板彩色成像元件的第三實施例的示圖。圖11是示出根據本發明的單板彩色成像元件的第四實施例的示圖。圖12是示出根據本發明的單板彩色成像元件的第五實施例的示圖。圖13是示出根據本發明的單板彩色成像元件的第六實施例的示圖。圖14是用來說明具有Bayer陣列濾色器的傳統的彩色成像元件的問題的示圖。圖15是用來說明具有Bayer陣列濾色器的傳統的彩色成像元件的問題的另ー示圖。
具體實施例方式接下來，將參照附圖來詳細描述根據本發明的彩色成像元件的優選實施例。{彩色成像元件的第一實施例}
圖I是示出根據本發明的單板彩色成像元件的第一實施例的示圖。圖I特別地示出了彩色成像元件上布置的濾色器的濾色器陣列。彩色成像元件包括由布置在水平和垂直方向上(ニ維陣列)的光電轉換元件形成的多個像素(未示出)；以及按照如圖I所示的濾色器陣列布置在像素的光接收表面上的濾色器。在每個像素上布置紅色(R)、緑色(G)、和藍色(B)這三原色的濾色器中的ー種。彩色成像元件不限于CXD (電荷耦合器件)彩色成像元件，其可以為諸如CMOS (互補金屬氧化物半導體)成像元件之類的其他類型的成像元件。〈濾色器陣列的特征〉第一實施例的彩色成像元件的濾色器陣列具有如下特征(I)、(2)、(3)、和(4)。{持征(I)}圖I所示的濾色器陣列包括由對應于6X6像素的方陣圖案形成的基本陣列圖案P (由粗線框所指示的圖案)，該基本陣列圖案P在水平和垂直方向上重復布置。從而，濾色器陣列包括以預定循環布置的R、G、和B色的濾色器(R濾色器、G濾色器、和B濾色器)。這樣，以預定循環布置R濾色器、G濾色器、和B濾色器。從而，可以根據重復圖案來執行對從彩色成像元件讀出的R、G、和B信號的去馬賽克(內插)處理等。當根據基本陣列圖案P來執行稀疏(thinning-out)處理以減小圖像時,稀疏處理之后減小了的圖像的濾色器陣列可以與稀疏處理之前的濾色器陣列相同。從而，可以使用共同的處理電路。{持征(2)}形成圖I所示濾色器陣列的基本陣列圖案P包括布置在基本陣列圖案的水平和垂直方向上的每一行中的與對獲得亮度信號貢獻最大的顔色(該實施例中為G色)相對應的一個或多個G濾色器以及與除G色以外的顏色(該實施例中為R和B)相對應的ー個或多個R和B濾色器。在基本陣列圖案P的水平和垂直方向上的每一行中布置R、G、和B濾色器。這樣，可以抑制顔色波紋(假色)的產生。從而，可以不在從入射平面到光學系統的成像平面的光學路徑上布置用來控制假色的產生的光學低通濾色器。即使應用了光學低通濾色器，也可以應用對消減高頻分量效果較差的濾色器來防止假色的產生，并且可以防止分辨率的損失。{持征(3)}對應于亮度像素的G濾色器被布置為包括在濾色器陣列P的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多G濾色器彼此相鄰的部分。圖2示出了圖I所示的基本陣列圖案P被分成四組3X3像素的狀態。如圖2中所示，可以將基本陣列圖案P看作這樣的圖案，該圖案包括由實線框所包圍的3 X 3像素的A陣列以及由虛線框所包圍的3 X 3像素的B陣列，其中A陣列和B陣列在水平和垂直方向上交替布置。A陣列包括布置在中心處的R濾色器、布置在四角的B濾色器、以及越過中心處的R濾色器而水平和垂直布置的G濾色器。同吋，B陣列包括布置在中心處的B濾色器、布置在四角的R濾色器、以及越過中心處B濾色器而水平和垂直布置的G濾色器。盡管在A和B陣列中R和B濾色器之間的位置關系是相反的，但是其余布置是相同的。如圖3A所示，可以將第一實施例的彩色成像元件的濾色器陣列看作這樣的陣列，該陣列包括在水平和垂直方向上交替布置的A陣列和B陣列。作為亮度像素的G濾色器越過A或B陣列的3X3像素中心處的濾色器而水平和垂直地布置，該3X3像素在水平和垂直方向上交替布置。形成在水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多G濾色器彼此相鄰的部分，G濾色器被布置為如圖3B所示的十字形狀。該陣列滿足特征(I)和(3)，G濾色器滿足特征(2)。如圖3A所示，如果從第一實施例的彩色成像元件所輸出的鑲嵌圖像中在A陣列周圍提取5X5像素的局部區域(由粗線框所指示的區域)，則該局部區域中的8個G像素被布置為圖3B所示的十字形狀。從左到右將各G像素定義為G1、G2、G3、和G4，并且從上到下將各G像素定義為G5、G6、G7、和G8。像素Gl和G2以及像素G3和G4在水平方向上彼此相鄰。像素G5和G6以及像素G7和G8在垂直方向上彼此相鄰。像素G6和G3以及像素G2和G7在左上傾斜方向上彼此相鄰。像素G6和G2以及像素G3和G7在右上傾斜方向上彼此相鄰。
從而，相鄰像素的像素值的差分絕對值的計算可以以最小像素間隔確定水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向中亮度改變最小的方向(具有最高相關性的相關方向)。更具體地，水平方向上差分絕對值之和為|G1-G2| + |G3_G4|。垂直方向上差分絕對值之和為IG5-G6 I +1G7-G8 I。右上傾斜方向上差分絕對值之和為|G6-G2 | +1G3-G7 |。左上傾斜方向上差分絕對值之和為IG6-G3 I +1G2-G7 |。可以確定存在這樣的相關性，其為具有四個相關絕對值中的最小差分絕對值的方向上的相關性(相關方向)。可以在去馬賽克(內插)處理等中使用所確定的相關方向。盡管在該實施例中根據相鄰G像素的像素值的差值來確定亮度改變最小的方向(具有高相關性的相關方向)，但是安排不限于此。也可以根據相鄰G像素的像素值的比值來確定亮度改變最小的方向。當根據相鄰G像素的像素值的比值來確定亮度改變吋，比值約為I的方向為亮度改變小的方向。〈使用相關方向的內插方法〉以下將描述使用如上所述確定的相關方向的內插方法。如圖4所示，如果確定了相關方向為垂直方向，則使用相關方向上相同顏色的相鄰像素的像素值來進行內插，并且計算圖4所示粗線框中3 X 3像素(A陣列)的像素位置處其他顏色的像素值。為了對G的像素值進行內插，將G23的像素值用于B22和B24像素位置處G的像素值G22’和G24’，并且將G43的像素值用于B42和B44像素位置處G的像素值G42’和G44’。同時，將G32和G34的像素值的平均值用于R33像素位置處G的像素值G33’。為了對R和B的像素值進行內插，將R21的像素值用于B22像素位置處R的像素值R22’。將R21和R25的像素值的平均值以及B22和B24的像素值的平均值分別用于G23像素位置處R和B的像素值R23’和B23’。將R21和R25的像素值分別用于B22和B24像素位置處R的像素值R22’和R24’。將R33和B30的像素值分別用于G32像素位置處R和B的像素值R32’和B32’。將B30和B36的像素值的平均值用于R33像素位置處B的像素值B33’。將R33和B36的像素值分別用于G34像素位置處R和B的像素值R34’和B34’。將R41的像素值用于B42像素位置處R的像素值R42’。將R41和R45的像素值的平均值以及B42和B44的像素值的平均值分別用于G43像素位置處R和B的像素值R43’和B43’。將R45的像素值用于B44像素位置處R的像素值R44’。在B陣列中，R和B交換以執行類似處理來對RGB的像素值進行內插。
對每個3X3像素重復該處理，以對RGB的像素值進行內插。同時，如圖5所示，如果確定存在左上傾斜方向上的相關方向，并且在該相關方向上存在將要被內插的顏色的相鄰像素，則使用該像素的像素值來進行內插，并且計算圖5所示粗線框中3X3像素(A陣列)的各像素位置處其他顔色的像素值。如果在相關方向上不存在將要被內插的顏色的像素，則使用相鄰內插像素的RGB像素值的差值或比值(色差或顔色比值)之間的關系來進行內插。首先對包括將要在內插方向上被內插的顏色的像素在內的像素進行內插。在圖5中，將R23的像素值用于B22像素位置處R的像素值R22’。將R21的像素值用于G32像素位置處R的像素值R32’。將G31和G53的像素值的平均值用于B42像素位置處G的像素值G42’。隨后，類似地，將在相關方向上將要被內插的顏色的像素的像素值用于R23’、B33’、R43’、G24’、R34’、和 R44，。以下將描述對不包含將要在相關方向上被內插的顏色的像素在內的像素的內插的處理方法。為了內插和計算圖5的B22像素位置處G的像素值G22’，使用G13與內插像素值B13’之間以及G31與內插像素值B31’之間的色差來進行內插。具體地，根據如下公式的算法來計算該值。{表達式1}G22，=B22+(G13+G31)/2-(B13’ +B31’ )/2類似地，G32像素位置處B的像素值B32’以及B42像素位置處R的像素值R42’的內插方法如以下公式所示。{表達式2}B32， =G32+B31， -G31R42’ =B42+R33_B33’執行類似處理來對B32 ’、B33 ’、B43 ’、R24 ’、B34 ’、和G44 ’進行內插。對每個3X3像素重復該處理，以對RGB的像素值進行內插。由于A和B陣列中RGB濾色器的対稱性，因此即使確定了相關方向為水平方向或者相關方向為右上傾斜方向，也可以如在確定了相關方向為垂直方向或者左上傾斜方向的情況中ー樣，對RGB的像素值進行類似的內插以及計算。盡管在表達式I和2中都將色差用于內插，但是也可以使用顔色比值來進行內插。{持征(4)}形成圖I所示濾色器陣列的基本陣列圖案P關于基本陣列圖案P的中心點対稱。如圖2中所示，基本陣列圖案中的A和B陣列分別關于中心處R濾色器或G濾色器點對稱，并且A和B陣列還垂直和水平對稱(線對稱)。對稱可以減小或簡化后續階段的處理電路的電路尺寸。{持征(5)}在圖I所示濾色器陣列的基本陣列圖案中，對應于基本陣列圖案中R、G、和B濾色器的R像素、G像素、和B像素的像素數量分別為10個像素、16個像素、和10個像素。因此，RGB像素的像素數量之比為5:8:5，并且對獲得亮度信號貢獻最大的G像素的數量比例大于其他顔色R或B像素的數量比例。G像素的數量比例與R或B像素的數量比例是不同的，特別地，對獲得亮度信號貢獻最大的G像素的數量比例大于R或B像素的數量比例。從而，可以抑制去馬賽克處理中的混疊現象，并且可以改進高頻再現性。盡管存在多個基本陣列圖案，并且可以通過在水平和垂直方向上重復布置基本陣列圖案來形成圖I所示的濾色器陣列，但是，在第一實施例中，為了方便起見，將基本陣列圖案為點対稱的基本陣列圖案P稱作基本陣列圖案。盡管對于以下描述的其他實施例中的每個濾色器陣列來說都存在多個基本陣列圖案，但是，仍然將作為代表的一個稱作濾色器陣列的基本陣列圖案。 {彩色成像元件的第二實施例}圖6是示出根據本發明的單板彩色成像元件的第二實施例的示圖。圖6特別地示出了布置在彩色成像元件上的濾色器的濾色器陣列。第二實施例的彩色成像元件的濾色器陣列包括由對應于6X6像素的方陣圖案形成的基本陣列圖案P (粗線框所示圖案)，并且基本陣列圖案P在水平和垂直方向上重復布置。從而，濾色器陣列包括以預定循環布置的R、G、和B中每ー種顔色的濾色器(R濾色器、G濾色器、和B濾色器)。如在第一實施例中一祥，形成濾色器陣列的基本陣列圖案P在基本陣列圖案的水平和垂直方向上的每一行中都包括ー個或多個R、G、和B色的濾色器。對應于亮度像素的G濾色器被布置為包括在濾色器陣列P的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多G濾色器彼此相鄰的部分。圖7示出了圖6所示基本陣列圖案P被分成四組3X3像素的狀態。如圖7所示，可以將基本陣列圖案P看作這樣的圖案，該圖案包括由實線框所圍繞的3X3像素的A陣列以及由虛線框所圍繞的3X3像素的B陣列，其中A陣列和B陣列在水平和垂直方向上交替布置。A和B陣列中的每ー個都包括布置在四角和中心處的作為亮度像素的G濾色器，并且G濾色器被布置在兩條對角線上。在A陣列中，R濾色器越過中心處G濾色器而布置在水平方向上，B濾色器越過中心處G濾色器而布置在垂直方向上。同時，在B陣列中，B濾色器越過中心處G濾色器而布置在水平方向上，R濾色器越過中心處G濾色器而布置在垂直方向上。從而，盡管在A和B陣列中R和B濾色器之間的位置關系是相反的，但是其余布置是相同的。如圖8所示，A和B陣列在水平和垂直方向上交替布置，在A和B陣列四角處的G濾色器形成對應于2X2像素的方陣的G濾色器。在A或B陣列中，作為亮度像素的G濾色器被布置在3X3像素的四角和中心處，并且各3X3像素在水平和垂直方向上重復布置，從而形成對應于2X2像素的方陣的G濾色器。這些陣列滿足特征(I)、(3)、和(5)，G濾色器滿足特征(2)。更具體地，圖6所示的濾色器陣列(基本陣列圖案P)包括對應于G濾色器的2X2像素的方陣。
如圖8中所示，當從第二實施例的彩色成像元件所輸出的鑲嵌圖像中A陣列的周圍提取5X5像素的局部區域(實線框所示區域)時，如圖9所示來布置局部區域中四角處的2X2G像素。如圖9所示，當從左上到右下將2X 2G像素的像素值定義為G1、G2、G3、和G4，則G像素的像素值的垂直方向上的差分絕對值為(IG1-G3 I +1G2-G4 |) /2，水平方向上的差分絕對值為(IG1-G2 I +1G3-G4 |) /2，右上傾斜方向上的差分絕對值為| G2-G3 |，以及左上傾斜方向上的差分絕對值為|G1-G4|。可以確定存在這樣的相關性，其為具有四個相關性絕對值中的最小差分絕對值的方向上的相關性(相關方向)。當從鑲嵌圖像中提取5X5像素的局部區域以使得3X3像素的A陣列位于圖8或圖9所示的中心處時，各2X2G像素被布置在四角。因此，當局部區域中A陣列的3X3像素為去馬賽克處理的目標像素時，計算四角處每個方向上的相關性絕對值之和(或平均值)， 并且將具有每個方向上的相關性絕對值之和(或平均值)中的最小值的方向確定為去馬賽克處理的目標像素的亮度相關方向。形成圖6所示濾色器陣列的基本陣列圖案P關于基本陣列圖案的中心(四個G濾色器的中心)點對稱。如圖7所示，基本陣列圖案中的A和B陣列關于G濾色器的中心點對稱，并且A和B陣列也在垂直和水平上對稱(線對稱)。在圖6所示濾色器陣列的基本陣列圖案中，對應于基本陣列圖案中的R、G、和B濾色器的R像素、G像素、和B像素的像素數量分別為8個像素、20個像素、和8個像素。從而，RGB像素的像素數量之比為2:5:2，并且對獲得亮度信號貢獻最大的G像素的數量比例大于其他顔色R或B像素的數量比例。這樣，第二實施例的彩色成像元件的濾色器陣列具有與第一實施例的彩色成像元件的濾色器陣列的特征(I)、(2)、(3)、(4)、和(5)相同的特征。第二實施例的彩色成像元件的濾色器陣列包括布置在濾色器陣列的傾斜(NE、NW)方向上的每一行中的G濾色器。該濾色器陣列具有這樣的特征，其進一步提高了高頻區域中去馬賽克處理的再現精度，該特征在第一實施例的彩色成像元件的濾色器陣列中沒有實現。{彩色成像元件的第三實施例}圖10是示出應用于本發明的彩色成像元件的第三實施例的示圖。圖10特別地示出了布置在彩色成像元件上的濾色器的濾色器陣列。如圖10中所示，彩色成像元件的濾色器陣列包括由對應于4X4像素的方陣圖案形成的基本陣列圖案(粗線框所示圖案)，并且基本陣列圖案在水平和垂直方向上重復布置。從而，濾色器陣列包括以預定循環布置的R、G、和B中每ー種顔色的濾色器(R濾色器、G濾色器、和B濾色器)。圖10所示的濾色器陣列包括在基本陣列圖案的水平和垂直方向上的每一行中的所有R、G、和B色的一個或多個濾色器。對應于亮度像素的G濾色器被布置為包括在基本陣列圖案的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多G濾色器彼此相鄰的部分。對應于相鄰G濾色器的G像素的像素值允許以最小像素間隔確定水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上的亮度相關性。
形成濾色器陣列的基本陣列圖案關于基本陣列圖案的中心點対稱。在圖10所示濾色器陣列的基本陣列圖案中，對應于基本陣列圖案中的R、G JPB濾色器的R像素、G像素、和B像素的像素數量分別為4個像素、8個像素、和4個像素。從而，RGB像素的像素數量之比為1:2:1，并且對獲得亮度信號貢獻最大的G像素的數量比例大于其他顔色R或B像素的數量比例。第三實施例的彩色成像元件的濾色器陣列具有與第一實施例的彩色成像元件12的濾色器陣列的特征(I)、(2)、(3)、(4)、和(5)相同的特征。{彩色成像元件的第四實施例}圖11是示出應用于本發明的彩色成像元件的第四實施例的示圖。圖11特別地示出了布置在彩色成像元件上的濾色器的濾色器陣列。
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如圖11所示，彩色成像元件的濾色器陣列包括由對應于5X5像素的方陣圖案形成的基本陣列圖案(粗線框所示圖案)，并且基本陣列圖案在水平和垂直方向上重復布置。從而，濾色器陣列包括以預定循環布置的R、G、和B中每ー種顔色的濾色器(R濾色器、G濾色器、和B濾色器)。圖11所示的濾色器陣列包括在基本陣列圖案的水平和垂直方向上的每一行中的所有R、G、和B色的一個或多個濾色器。對應于亮度像素的G濾色器被布置為包括在基本陣列圖案的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多G濾色器彼此相鄰的部分。對應于相鄰G濾色器的G像素的像素值允許以最小像素間隔確定水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上的亮度相關性。在圖11所示濾色器陣列的基本陣列圖案中，對應于基本陣列圖案中的R、G、和B濾色器的R像素、G像素、和B像素的像素數量分別為6個像素、13個像素、和6個像素。從而，RGB像素的像素數量之比為6:13: 6，并且對獲得亮度信號貢獻最大的G像素的數量比例大于其他顔色R或B像素的數量比例。第四實施例的彩色成像元件的濾色器陣列具有與第一實施例的彩色成像元件12的濾色器陣列的特征(I)、(2)、(3)、和(5)相同的特征。{彩色成像元件的第五實施例}圖12是示出應用于本發明的彩色成像元件的第五實施例的示圖。圖12特別地示出了布置在彩色成像元件上的濾色器的濾色器陣列。如圖12中所示，彩色成像元件的濾色器陣列包括由對應于7X7像素的方陣圖案形成的基本陣列圖案(粗線框所示圖案)，并且基本陣列圖案在水平和垂直方向上重復布置。從而，濾色器陣列包括以預定循環布置的R、G、和B中每ー種顔色的濾色器(R濾色器、G濾色器、和B濾色器)。圖12所示的濾色器陣列包括在基本陣列圖案的水平和垂直方向上的每一行中布置的所有R、G、和B色的濾色器。對應于亮度像素的G濾色器被布置為包括在基本陣列圖案的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多G濾色器彼此相鄰的部分。更具體地，基本陣列圖案中存在四組G像素，每組包括水平和垂直上相鄰的2 X 2像素。對應于相鄰G濾色器的G像素的像素值允許以最小像素間隔確定水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上的亮度相關性。形成濾色器陣列的基本陣列圖案關于基本陣列圖案的中心點対稱。
在圖12所示濾色器陣列的基本陣列圖案中，對應于基本陣列圖案中的R、G、和B濾色器的R像素、G像素、和B像素的像素數量分別為12個像素、25個像素、和12個像素。從而，RGB像素的像素數量之比為12:25:12，并且對獲得亮度信號貢獻最大的G像素的數量比例大于其他顔色R或B像素的數量比例。第五實施例的彩色成像元件的濾色器陣列具有與第一實施例的彩色成像元件12的濾色器陣列的特征(I)、(2)、(3)、(4)、和(5)相同的特征。{彩色成像元件的第六實施例}圖13是示出應用于本發明的彩色成像元件的第六實施例的示圖。圖13特別地示出了布置在彩色成像元件上的濾色器的濾色器陣列。如圖13中所示，彩色成像元件的濾色器陣列包括由對應于8X8像素的方陣圖案形成的基本陣列圖案(粗線框所示圖案)，并且基本陣列圖案在水平和垂直方向上重復布 置。從而，濾色器陣列包括以預定循環布置的R、G、和B中每ー種顔色的濾色器(R濾色器、G濾色器、和B濾色器)。圖13所示的濾色器陣列包括在基本陣列圖案的水平和垂直方向上的每一行中布置的所有R、G、和B色的濾色器。對應于亮度像素的G濾色器被布置為包括在基本陣列圖案的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多G濾色器彼此相鄰的部分。更具體地，基本陣列圖案中存在四組G像素，每組包括水平和垂直上相鄰的2 X 2像素。對應于相鄰G濾色器的G像素的像素值允許以最小像素間隔確定水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上的亮度相關性。形成濾色器陣列的基本陣列圖案關于基本陣列圖案的中心點対稱。在圖13所示濾色器陣列的基本陣列圖案中，對應于基本陣列圖案中的R、G、和B濾色器的R像素、G像素、和B像素的像素數量分別為16個像素、32個像素、和16個像素。從而，RGB像素的像素數量之比為1:2:1，并且對獲得亮度信號貢獻最大的G像素的數量比例大于其他顔色R或B像素的數量比例。第六實施例的彩色成像元件的濾色器陣列具有與第一實施例的彩色成像元件12的濾色器陣列的特征(I)、(2)、(3)、(4)、和(5)相同的特征。{其他}盡管在上述實施例中描述了具有RGB三原色的濾色器的彩色成像元件，但是本發明不限于此。本發明還可以應用于具有四種濾色器的彩色成像元件，這四種顔色包括RGB三原色和另ー種顏色(例如,翠綠色(E))。本發明還可以應用于具有四種補色濾色器的彩色成像元件，這四種補色除了包括RGB三原色的補色C (青色)、M (品紅色)、和Y (黃色)之外還包括G色。在第一至第六實施例的彩色成像元件的濾色器陣列中，對獲得亮度信號貢獻最大的G像素的數量比例大于R或B像素的數量比例。但是，如果G像素的數量比例太大，R或B像素的數量比例減小，則容易在高頻部分產生假色。因此，優選地，G像素的數量是R和B像素中每ー種像素數量的I. 5至3倍。本發明不限于上述實施例，顯然，可以在不脫離本發明的范圍的情況下進行各種改變。
權利要求
1.一種單板彩色成像元件，包括以預定濾色器陣列布置在由水平和垂直方向上布置的光電轉換元件形成的多個像素上的濾色器，其中 所述濾色器陣列包括預定基本陣列圖案，所述預定基本陣列圖案包括多個第一濾色器和多個第二濾色器，第一濾色器對應于對獲得亮度信號貢獻最大的第一顔色，第二濾色器對應于第一顔色之外的兩種或更多第二顔色，所述基本陣列圖案在水平和垂直方向上重復布置， 在基本陣列圖案中的濾色器陣列的水平和垂直方向上的每一行中布置ー個或多個第ー濾色器以及ー個或多個第二濾色器，以及 所述多個第一濾色器被布置為進一歩包括如下部分在該部分中，在基本陣列圖案的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向上有兩個或更多第一濾色器彼此相鄰。
2.根據權利要求I的彩色成像元件，其中 所述濾色器陣列包括越過第二濾色器顔色中的一種顏色的濾色器而在水平和垂直方向上連續布置的兩個或更多第一濾色器。
3.根據權利要求I的彩色成像元件，其中 所述濾色器陣列包括由第一濾色器形成的對應于2X2像素的方陣。
4.根據權利要求I至3中任ー項的彩色成像元件，其中 所述預定基本陣列圖案的濾色器陣列關于基本陣列圖案的中心點対稱。
5.根據權利要求I至4中任ー項的彩色成像元件，其中 所述預定基本陣列圖案是對應于NXN (N為大于等于4并且小于等于8的整數)像素的方陣圖案。
6.根據權利要求5的彩色成像元件，其中 預定基本陣列圖案是對應于6X6像素的方陣圖案。
7.根據權利要求I至6中任ー項的彩色成像元件，其中 在所述濾色器陣列中，所述第一濾色器越過3X3像素組中心處的濾色器而垂直和水平地布置，并且所述3X3像素組在水平和垂直方向上重復布置。
8.根據權利要求I至6中任ー項的彩色成像元件，其中 在所述濾色器陣列中，所述第一濾色器布置在3X3像素組的中心和四角處，并且所述3X3像素組在水平和垂直方向上重復布置。
9.根據權利要求I至8中任ー項的彩色成像元件，其中 所述第一顔色是綠色(G)，所述第二顔色是紅色(R)和藍色(B)。
10.根據權利要求9的彩色成像元件，其中 所述濾色器包括對應于紅色(R)、緑色(G)、和藍色(B)的R濾色器、G濾色器、和B濾色器，并且 所述濾色器陣列包括對應于3X3像素的第一陣列，所述第一陣列包括布置在中心處的R濾色器、布置在四角的B濾色器、以及越過中心處的R濾色器而垂直和水平布置的G濾色器；以及對應于3 X 3像素的第二陣列，所述第二陣列包括布置在中心處的B濾色器、布置在四角的R濾色器、以及越過中心處的B濾色器而垂直和水平布置的G濾色器，其中所述第ー陣列和所述第二陣列在水平和垂直方向上交替布置。
11.根據權利要求9的彩色成像元件，其中所述濾色器包括對應于紅色(R)、緑色(G)、和藍色(B)的R濾色器、G濾色器、和B濾色器，并且 所述濾色器陣列包括對應于3X3像素的第一陣列，所述第一陣列包括布置在中心和四角處的G濾色器、越過中心處G濾色器而垂直布置的B濾色器、以及越過中心處G濾色器而水平布置的R濾色器；以及對應于3X3像素的第二陣列，所述第二陣列包括布置在中心和四角處的G濾色器、越過中心處G濾色器而垂直布置的R濾色器、以及越過中心處G濾色器而水平布置的B濾色器，其中所述第一陣列和所述第二陣列在水平和垂直方向上交替布置。
全文摘要
本發明提供了一種單板彩色成像元件，其包括以預定濾色器陣列布置在由水平和垂直方向上布置的光電轉換元件形成的多個像素上的濾色器。該彩色成像元件的濾色器陣列包括預定基本陣列圖案P，預定基本陣列圖案P包括在水平和垂直方向上的所有行中布置的所有R、G、和B色的濾色器，并且基本陣列圖案P在水平和垂直方向上重復布置。特別地，G濾色器被布置為包括在基本陣列圖案的水平、垂直、和傾斜(NE、NW)方向(四個方向)上有兩個或更多G濾色器彼此相鄰的部分，并且對應于相鄰G濾色器的G像素的像素值允許以最小像素間隔確定四個方向上的亮度相關性。
文檔編號H04N5/369GK102870405SQ20118002212
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年3月9日
發明者林健吉, 田中誠二 申請人:富士膠片株式會社