專(zhuān)利名稱(chēng)：具有像素替代的稀疏色彩像素陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具 有改進(jìn)的光敏度和散布像素替代的二維圖像傳感器。
背景技術(shù)：
電子成像系統(tǒng)依靠電子圖像傳感器來(lái)創(chuàng)建視覺(jué)圖像的電子表示。該電子圖像傳感器的實(shí)例包括電荷耦合裝置(CXD)圖像傳感器和有源像素傳感器(APS)裝置(APS裝置因能在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體處理中進(jìn)行制作而常被稱(chēng)為CMOS傳感器)。一般，這些圖像傳感器包括通常以具有行和列的規(guī)則圖案進(jìn)行布置的多個(gè)光敏像素。為了捕捉彩色圖像，一般在像素圖案上制作濾光器圖案，其中使用不同的濾光器材料以使各個(gè)像素僅對(duì)一部分可見(jiàn)光譜敏感。色彩濾光器必須減小到達(dá)每一個(gè)像素的光量，由此減小每一個(gè)像素的光敏度。需不斷提高電子彩色圖像傳感器的光敏度或感光速度，以使圖像能夠在更低光級(jí)上被捕捉或者以使圖像能夠在更高光級(jí)上以更短的曝光時(shí)間被捕捉。圖像傳感器或者是線性的或者是二維的。通常，這些傳感器具有兩種不同的應(yīng)用。二維傳感器一般適于圖像捕捉裝置，諸如數(shù)字照相機(jī)、手機(jī)和其它應(yīng)用。線性傳感器通常用于掃描文檔。在任一種情形下，當(dāng)采用色彩濾光器時(shí)，圖像傳感器的靈敏度減小。由伊斯曼柯達(dá)公司(Eastman Kodak Company)制造的KLI-4104型線性圖像傳感器，包括四個(gè)線性、單像素寬的像素陣列，其中將色彩濾光器應(yīng)用于三個(gè)陣列以使每一個(gè)陣列完全對(duì)紅色、綠色或藍(lán)色敏感，并且第四個(gè)陣列沒(méi)有使用色彩濾光器陣列。此外，三個(gè)色彩陣列具有更大的像素以補(bǔ)償因色彩濾光器導(dǎo)致的光敏度減小，并且第四陣列具有更小的像素以捕捉高分辨率亮度圖像。當(dāng)使用該圖像傳感器捕捉圖像時(shí)，該圖像表現(xiàn)為高分辨率、高感光度亮度圖像以及三個(gè)較低分辨率圖像，其中所述三個(gè)較低分辨率圖像具有大致相同的感光度并且三個(gè)圖像中的每一個(gè)與來(lái)自圖像的紅光、綠光或藍(lán)光對(duì)應(yīng)；因此，電子圖像中的每一個(gè)點(diǎn)包括亮度值、紅色值、綠色值和藍(lán)色值。然而，由于這是線性圖像傳感器，為了對(duì)跨越四個(gè)線性像素陣列的圖像進(jìn)行掃描，要求圖像傳感器與圖像之間存在相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。這限制了掃描圖像的速度，并且妨礙該傳感器在手持照相機(jī)中的應(yīng)用或在捕捉包含移動(dòng)物體的景物時(shí)的應(yīng)用。Akira Muramatsu (阿基拉村松)的美國(guó)專(zhuān)利4，823，186中描述了現(xiàn)有技術(shù)中已知的電子成像系統(tǒng)，其包括兩個(gè)傳感器，其中每一個(gè)傳感器均包括二維像素陣列，但是一個(gè)傳感器沒(méi)有色彩濾光器而另一個(gè)傳感器包括像素所包含的色彩濾光器圖案，用光束分離器將圖像提供給每一個(gè)圖像傳感器。由于色彩傳感器應(yīng)用了色彩濾光器圖案，因此色彩傳感器中的每一個(gè)像素僅提供一種色彩。當(dāng)采用該系統(tǒng)捕捉圖像時(shí)，電子圖像中的每一個(gè)點(diǎn)包括亮度值和一個(gè)色彩值，并且彩色圖像必須根據(jù)附近色彩來(lái)內(nèi)插每一個(gè)像素位置上的缺失色彩。盡管該系統(tǒng)提高了單個(gè)常規(guī)圖像傳感器的光敏度，但因需要光束分離器和兩個(gè)傳感器而使系統(tǒng)的整體復(fù)雜性、尺寸和成本增加。此外，光束分離器僅將來(lái)自圖像的一半光引導(dǎo)至每一個(gè)傳感器，從而限制了感光速度的提高。除上述線性圖像傳感器以外，現(xiàn)有技術(shù)中存在具有二維像素陣列的圖像傳感器，其中所述像素包括未使用色彩濾光器的像素。例如，參見(jiàn)Sato (佐藤)等人的美國(guó)專(zhuān)利4, 390, 895, Yamagami (山上)等人的美國(guó)專(zhuān)利5，323，233，Gindele (辛德勒)等人的美國(guó)專(zhuān)利6，476，865和Frame (弗拉梅)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2003/0210332。在每一個(gè)所引用的專(zhuān)利中，色彩像素相對(duì)于亮度像素或未過(guò)濾像素的采樣布置較之彩色圖像更有益于亮度圖像，反之亦然，或者以一些其它方式提供了色彩像素和亮度像素的次優(yōu)布置。在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2008/0130073中，披露了特殊的二維像素布置，該布置包括帶色彩濾光器的一些像素和不帶色彩濾光器的一些像素。該特殊的像素布置通過(guò)使帶色彩濾光器的像素與不帶色彩濾光器的像素之間達(dá)到適當(dāng)比例并且使帶色彩濾光器的像素以適當(dāng)方式相對(duì)于彼此且相對(duì)于不帶色彩濾光器的像素進(jìn)行分布來(lái)克服上述布置的缺點(diǎn)。在一些情形中，二維像素陣列包括具有替代功能且替換一些像素的電路。例如，Erhardt (艾哈特)等人在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專(zhuān)利US7，304，673中披露了內(nèi)插在圖像傳感器 的有源成像像素中的替代像素部位，其中所述替代像素部位提供與有源成像像素不同的數(shù)據(jù)、信息或功能。這些替代像素用于，例如放大器、地或電源接觸、或與圖像傳感器的有源成像像素的成像特性不同的替代成像功能。對(duì)因故障像素而丟失的圖像信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插的已知技術(shù)被用來(lái)內(nèi)插因該替代像素而缺失的圖像信號(hào)。因此，需要不斷地提高采用單一傳感器的電子捕捉裝置的光敏度，所述單一傳感器具有包括內(nèi)插替代像素的二維像素陣列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供具有二維色彩和全色像素陣列的圖像傳感器，所述二維色彩和全色像素陣列具有較高靈敏度并且有益于生成全彩圖像。簡(jiǎn)要概括，根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供用于捕捉彩色圖像的圖像傳感器，所述圖像傳感器包括具有多個(gè)最小重復(fù)單元的二維像素陣列，其中每一個(gè)重復(fù)單元由八個(gè)像素組成，所述八個(gè)像素具有四個(gè)全色像素、三個(gè)具有不同色彩響應(yīng)的像素和一個(gè)替代像素。根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器尤其適于低水平照明條件，其中該低水平照明條件是低景物照明、短曝光時(shí)間、小孔徑或?qū)Φ竭_(dá)傳感器的光的其它限制的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器具有廣泛的應(yīng)用，并且許多類(lèi)型的圖像捕捉裝置可以有效地使用這些傳感器。另外，根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器易于對(duì)被捕捉圖像進(jìn)行處理以生成最終的、全彩著色圖像。閱讀以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述及所附權(quán)利要求書(shū)，并且參考附圖，將更清楚地理解并掌握本發(fā)明的這些和其它方面、目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是能夠采用常規(guī)傳感器和處理方法或者本發(fā)明的傳感器和處理方法的常規(guī)數(shù)字靜物照相系統(tǒng)的框圖；圖2 (現(xiàn)有技術(shù))是常規(guī)拜耳(Bayer)色彩濾光器陣列圖案，圖中示出了最小重復(fù)單元和非最小重復(fù)單元；圖3示出了與紅外截止濾光器的透射特性相乘所得的紅色、綠色和藍(lán)色像素的典型光譜量子效率曲線、以及寬光譜全色量子效率(wider spectrum panchromatic quantumefficiency)；圖4A至圖4B (現(xiàn)有技術(shù))示出了具有全色像素和色彩像素的兩個(gè)色彩濾光器陣列圖案；圖5A至圖5C示出了本發(fā)明的色彩濾光器陣列圖案的幾個(gè)最小重復(fù)單元；圖6A至圖6D示出了平鋪圖5A的最小重復(fù)單元的幾種方式；圖7示出了采用具有不同感光度的全色像素的本發(fā)明替代實(shí)施例的色彩濾光器的陣列圖案的最小重復(fù)單元；圖8A至圖8B示出了產(chǎn)生類(lèi)似于圖6D的平鋪的圖5A至圖5B的色彩濾光器陣列的替代最小重復(fù)單元； 圖9示出了圖8A的最小重復(fù)單元的平鋪布置；圖IOA至圖IOB示出了本發(fā)明的色彩濾光器陣列的最小重復(fù)單元，其中像素以八邊形圖案布置并且包括平鋪布置；圖IlA示出了根據(jù)圖6D的平鋪布置的色彩采樣的空間分布；圖IlB示出了根據(jù)圖6D的平鋪布置的替代像素的空間分布；圖12A至圖12E示出了由本發(fā)明的圖像傳感器生成較低分辨率拜耳圖像的過(guò)程；圖13是示出由本發(fā)明傳感器對(duì)色彩和全色像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法的本發(fā)明的處理示意圖；圖14示出了具有支持內(nèi)插方法的說(shuō)明的標(biāo)記的本發(fā)明的色彩和全色像素的布置。
具體實(shí)施例方式由于采用成像裝置以及用于信號(hào)捕捉和校正和用于曝光控制的相關(guān)電路的數(shù)字照相機(jī)是公知的，因此本說(shuō)明書(shū)尤其針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的元件形成部分或者與根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置更直接協(xié)作的元件形成部分。文中沒(méi)有具體示出或描述的元件選自現(xiàn)有技術(shù)中的已知元件。待描述的實(shí)施例的某些方面以軟件的方式提供。在以下材料中給出如根據(jù)本發(fā)明所示和所述的系統(tǒng)，文中用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的且未具體示出、描述或提出的軟件為常規(guī)的軟件并且是該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)。下面參考圖1，其示出了表示為采用本發(fā)明的數(shù)字照相機(jī)的圖像捕捉裝置的框圖。盡管下面將對(duì)數(shù)字照相機(jī)進(jìn)行說(shuō)明，但顯然本發(fā)明可應(yīng)用于其它類(lèi)型的圖像捕捉裝置。在所公開(kāi)的照相機(jī)中，來(lái)自目標(biāo)景物的光10輸入至成像級(jí)11，其中透鏡12對(duì)光進(jìn)行聚焦，以在固態(tài)圖像傳感器20上形成圖像。圖像傳感器20將入射光轉(zhuǎn)換成每一個(gè)圖像元素(像素)的電子信號(hào)。優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器20為電荷耦合裝置(CCD)式或有源像素傳感器(APS)式(APS裝置因能在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體處理中進(jìn)行制作而常被稱(chēng)為CMOS傳感器)。如果具有二維像素陣列的其它類(lèi)型的圖像傳感器采用本發(fā)明的圖案，則也可以使用。本發(fā)明還利用具有二維色彩和全色像素陣列的圖像傳感器20，這將在描述了圖I之后在本說(shuō)明書(shū)的后面部分中變得清晰。本發(fā)明中與圖像傳感器20 —起使用的色彩和全色像素圖案的實(shí)例參見(jiàn)圖5A至圖5C、圖7、圖8A至圖8B、圖IOA至圖IOB，但可以使用在本發(fā)明主題內(nèi)的其它圖案。到達(dá)傳感器20的光量通過(guò)改變孔徑的可變光闌塊14和包含插入在光路中的一個(gè)或多個(gè)中性密度(ND)濾光器的ND濾光器塊13來(lái)調(diào)整。同時(shí)，在快門(mén)塊18開(kāi)啟時(shí)調(diào)整整體光級(jí)。曝光控制器塊40響應(yīng)于由亮度傳感器塊16所測(cè)得的景物中的可用光量，來(lái)控制ND濾光器、可變光闌和快門(mén)的調(diào)整功能。關(guān)于特定照相機(jī)構(gòu)造的該描述是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，并且很明顯可以提出很多變型和另外的特征。例如，增加自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，或者，透鏡可拆下并且可互換。應(yīng)該理解，本發(fā)明可應(yīng)用于任何類(lèi)型的數(shù)字照相機(jī)，其中類(lèi)似功能可由替代部件來(lái)提供。例如，數(shù)字照相機(jī)為相對(duì)簡(jiǎn)單的對(duì)準(zhǔn)即拍數(shù)字照相機(jī)，其中快門(mén)18為相對(duì)簡(jiǎn)單的可移動(dòng)葉片快門(mén)等，以代替更復(fù)雜的焦平面布置。本發(fā)明還可以在包含于諸如移動(dòng)電話和自動(dòng)車(chē)輛等非照相機(jī)裝置中的成像部件上實(shí)施。來(lái)自圖像傳感器20的模擬信號(hào)由模擬信號(hào)處理器22處理，并且應(yīng)用于模擬到數(shù) 字(A/D)轉(zhuǎn)換器24。定時(shí)發(fā)生器26產(chǎn)生不同的時(shí)鐘信號(hào)，以選擇行和像素，并且使模擬信號(hào)處理器22與A/D轉(zhuǎn)換器24的操作同步化。圖像傳感器級(jí)28包括圖像傳感器20、模擬信號(hào)處理器22、A/D轉(zhuǎn)換器24和定時(shí)發(fā)生器26。圖像傳感器級(jí)28的部件是分別制作的集成電路，或者如CMOS圖像傳感器的一般處理情形一樣，將它們制作成單個(gè)集成電路。來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器24的數(shù)字像素值的結(jié)果流存儲(chǔ)在與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 36相關(guān)的存儲(chǔ)器32中。數(shù)字信號(hào)處理器36是本實(shí)施例的三個(gè)處理器或控制器中除系統(tǒng)控制器50和曝光控制器40以外的一個(gè)。盡管對(duì)多個(gè)控制器和處理器中照相機(jī)功能控制的這種劃分較典型，但在不影響照相機(jī)的功能操作和本發(fā)明應(yīng)用的情形下這些控制器或處理器可以不同的方式組合在一起。這些控制器或處理器可以包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理裝置、微控制器、可編程邏輯裝置或其它數(shù)字邏輯電路。盡管已經(jīng)描述了該控制器或處理器的組合，但應(yīng)該理解可指定一個(gè)控制器或處理器來(lái)執(zhí)行所有必要的功能。所有這些變型可以執(zhí)行相同的功能并且落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且術(shù)語(yǔ)“處理級(jí)”根據(jù)需要包括一個(gè)階段內(nèi)的所有功能，例如，如圖I中的處理級(jí)38。在所示實(shí)施例中，DSP 36根據(jù)永久地存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器54并且復(fù)制到存儲(chǔ)器32以便在圖像捕捉期間執(zhí)行的軟件程序來(lái)對(duì)DSP 36的存儲(chǔ)器32中的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)操縱。DSP36運(yùn)行為實(shí)行圖13所示的圖像處理所需的軟件。存儲(chǔ)器32包括任意類(lèi)型的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，諸如SDRAM。包括地址和數(shù)據(jù)信號(hào)的通路的總線30將DSP 36與和其相關(guān)的存儲(chǔ)器32、A/D轉(zhuǎn)換器24和其它有關(guān)裝置連接在一起。系統(tǒng)控制器50基于存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器54中的軟件程序來(lái)控制照相機(jī)的整體操作，所述程序存儲(chǔ)器54可以包括閃速EEPROM或其它非易失性存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器還可以用于存儲(chǔ)圖像傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)、用戶設(shè)定選擇和在關(guān)閉照相機(jī)時(shí)必須保留的其它數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器50通過(guò)指揮曝光控制器40操作上述透鏡12、ND濾光器13、可變光闌14和快門(mén)18，指揮定時(shí)發(fā)生器26操作圖像傳感器20和相關(guān)元件，以及指揮DSP 36處理被捕捉圖像數(shù)據(jù)，來(lái)控制圖像捕捉的時(shí)序。在對(duì)圖像進(jìn)行捕捉和處理之后，將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器32中的最終圖像文件經(jīng)由接口 57傳送至主機(jī)，存儲(chǔ)在可移動(dòng)記憶卡64或其它存儲(chǔ)裝置上，進(jìn)而為用戶顯示在圖像顯示器88上?？偩€52包括地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的通路，并且將系統(tǒng)控制器50連接至DSP 36、程序存儲(chǔ)器54、系統(tǒng)存儲(chǔ)器56、主機(jī)接口 57、記憶卡接口 60和其它相關(guān)裝置。主機(jī)接口 57提供了至個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)或其它主機(jī)的高速連接，以便傳送圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、操縱或打印。該接口為IEEE 1394或USB2. O串行接口，或任何其它適當(dāng)?shù)臄?shù)字接口。記憶卡64一般為插入插槽62并且經(jīng)由記憶卡接口 60連接至系統(tǒng)控制器50的閃存(CF)卡。所使用的其它類(lèi)型存儲(chǔ)器包括但不限于，PC卡、多媒體卡(MMC)或安全數(shù)字(SD)卡。將經(jīng)過(guò)處理的圖像復(fù)制到系統(tǒng)存儲(chǔ)器56中的顯示緩沖器，并且經(jīng)由視頻編碼器80連續(xù)地讀出，以生成視頻信號(hào)。該信號(hào)直接從照相機(jī)輸出以便顯示在外部監(jiān)視器上，或者由顯示控制器82處理進(jìn)而呈現(xiàn)在圖像顯示器88上。該顯示器一般為有源矩陣彩色液晶顯示器(IXD)，但也可以使用其它類(lèi)型的顯示器。用戶控制和接口狀態(tài)68包括取景顯示器70、曝光顯示器72、狀態(tài)顯示器76、圖像顯示器88和用戶輸入裝置74的所有或任意的組合，通過(guò)在曝光控制器40和系統(tǒng)控制器50上執(zhí)行的軟件程序的組合來(lái)控制。用戶輸入裝置74 一般包括按鈕、搖臂開(kāi)關(guān)、操縱桿、旋轉(zhuǎn)撥號(hào)盤(pán)或觸摸屏的某一組合。曝光控制器40操作光測(cè)量、曝光模式、自動(dòng)聚焦和其它曝光功能。系統(tǒng)控制器50對(duì)呈現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)顯示器上，如圖像顯示器88上的圖 形用戶界面(⑶I)進(jìn)行管理。⑶I 一般包括用于選擇各種選項(xiàng)的菜單和用于檢查被捕捉圖像的查看模式。曝光控制器40接收對(duì)曝光模式、透鏡孔徑、曝光時(shí)間(快門(mén)速度)和曝光指數(shù)或ISO速度級(jí)別(ISO speed rating)進(jìn)行選擇的用戶輸入，并且相應(yīng)地指揮透鏡和快門(mén)進(jìn)行后續(xù)捕捉。亮度傳感器16被用來(lái)測(cè)量景物的亮度并且為用戶提供曝光測(cè)量功能以便在手動(dòng)設(shè)定ISO速度級(jí)別、孔徑和快門(mén)速度時(shí)進(jìn)行參考。在該情形下，當(dāng)用戶改變一個(gè)或多個(gè)設(shè)定時(shí)，呈現(xiàn)在取景顯示器70上的測(cè)光表指示符告知用戶圖像被過(guò)度曝光或曝光不足的程度。在自動(dòng)曝光模式中，用戶改變一個(gè)設(shè)定，則曝光控制器40自動(dòng)改變另一個(gè)設(shè)定以維持恰當(dāng)?shù)钠毓?，例如，?duì)于給定的ISO速度級(jí)別，當(dāng)用戶減小透鏡孔徑時(shí)，曝光控制器40自動(dòng)增加曝光時(shí)間以維持相同的整體曝光。ISO速度級(jí)別是數(shù)字靜物照相機(jī)的重要屬性。曝光時(shí)間、透鏡孔徑、透鏡透射率、景物照明的等級(jí)和光譜分布、以及景物反射率決定了數(shù)字靜物照相機(jī)的曝光等級(jí)。當(dāng)由數(shù)字靜物照相機(jī)獲得曝光不足的圖像時(shí)，一般可以通過(guò)增加電子或數(shù)字增益來(lái)維持適當(dāng)?shù)纳{(diào)再現(xiàn)，但圖像將包含數(shù)量難于接受的噪點(diǎn)。當(dāng)曝光增加時(shí)，增益減小，因此一般可以將圖像噪點(diǎn)減小至可接受的等級(jí)。如果曝光過(guò)度增加，則所獲得的圖像亮區(qū)中的信號(hào)可能超過(guò)圖像傳感器或照相機(jī)信號(hào)處理的最大信號(hào)級(jí)容量。這可能使圖像高亮部分被裁剪，以形成均勻的亮區(qū)或者變成圖像的周?chē)鷧^(qū)。引導(dǎo)用戶設(shè)定適當(dāng)?shù)钠毓馐呛苤匾摹SO速度級(jí)別將用作該引導(dǎo)。為了使攝影者容易地理解，數(shù)字靜物照相機(jī)的ISO速度級(jí)別應(yīng)該與照相軟片照相機(jī)的ISO速度級(jí)別直接相關(guān)。例如，如果數(shù)字靜物照相機(jī)的ISO速度級(jí)別為ISO 200，則相同的曝光時(shí)間和孔徑應(yīng)適于ISO 200級(jí)別的軟片/處理系統(tǒng)。ISO速度級(jí)別將與軟片ISO速度級(jí)別相協(xié)調(diào)。然而，基于電子的成像系統(tǒng)與基于軟片的成像系統(tǒng)之間的不同點(diǎn)，這妨礙了精確等效。數(shù)字靜物照相機(jī)可能包括可變?cè)鲆?，并且可以在獲取圖像數(shù)據(jù)之后進(jìn)行數(shù)字處理，從而能夠?qū)σ幌盗姓障鄼C(jī)曝光實(shí)現(xiàn)色調(diào)再現(xiàn)。因此，數(shù)字靜物照相機(jī)可能具有一系列速度級(jí)別。該范圍被定義為ISO速度域(ISO speedlatitude)。為了防止混淆，將單一值指定為固有ISO速度級(jí)別，其中ISO速度域上下限指示速度范圍，即包含與固有ISO速度級(jí)別不同的有效速度級(jí)別的范圍。鑒于此，固有ISO速度是根據(jù)數(shù)字靜物照相機(jī)的焦平面上所具有的曝光進(jìn)行計(jì)算以產(chǎn)生特定照相機(jī)輸出信號(hào)特性的數(shù)值。固有速度通常是用給定照相機(jī)系統(tǒng)對(duì)正常景物進(jìn)行拍攝而產(chǎn)生最佳圖像質(zhì)量時(shí)的曝光指數(shù)值，其中曝光指數(shù)是與圖像傳感器所具有的曝光成反比的數(shù)值。數(shù)字照相機(jī)的以上描述為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。顯然，該實(shí)施例存在可選用來(lái)減少成本、增加特征或提高照相機(jī)的性能的很多變型。以下描述將詳細(xì)公開(kāi)根據(jù)本發(fā)明的用于捕捉圖像的照相機(jī)的操作。盡管該描述參考數(shù)字照相機(jī)，但應(yīng)該理解本發(fā)明適用于具有圖像傳感器的任何類(lèi)型的圖像捕捉裝置，所述圖像傳感器具有色彩和全色像素。圖I所示的圖像傳感器20主要包括制作在硅襯底上的二維光敏像素陣列，該二維光敏像素陣列提供一種將每一個(gè)像素上的輸入光轉(zhuǎn)換成被測(cè)量的電信號(hào)的途徑。當(dāng)傳感器暴露于光時(shí)，在每一個(gè)像素的電子結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生自由電子并且被捕捉。在一段時(shí)間內(nèi)捕捉這些自由電子，然后測(cè)量被捕捉電子的數(shù)量或者測(cè)量自由電子的產(chǎn)生速率，從而測(cè)量每一個(gè)像素上的光級(jí)。在前一情形下，在電荷耦合裝置(CXD)中累積電荷從像素陣列移出至電荷到電壓測(cè)量電路，或者在有源像素傳感器(APS或CMOS傳感器)中每一個(gè)像素附近的區(qū)域均包含電荷到電壓測(cè)量電路元件。 以下描述中無(wú)論何時(shí)提到圖像傳感器，均應(yīng)該理解為代表圖I的圖像傳感器20。還應(yīng)該理解，該說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的本發(fā)明的圖像傳感器結(jié)構(gòu)和像素圖案的所有實(shí)例及其等同物均用于圖像傳感器20。在圖像傳感器背景下，像素(“圖像元素”的簡(jiǎn)稱(chēng))涉及離散感光區(qū)和與感光區(qū)有關(guān)的電荷移動(dòng)或電荷測(cè)量電路。在數(shù)字彩色圖像的背景下，術(shù)語(yǔ)“像素” 一般涉及圖像中具有相關(guān)色彩值的特定位置。為了產(chǎn)生彩色圖像，圖像傳感器中的像素陣列一般具有放置在其上的色彩濾光器圖案。圖2示出了通常使用的紅色、綠色和藍(lán)色濾光器的圖案。該特定圖案通常被稱(chēng)為拜耳色彩濾光器陣列(CFA)，其以發(fā)明者布萊斯 拜耳(Bryce Bayer)的名字命名并且公開(kāi)在US3，971，065中。該圖案有效地用在具有二維色彩像素陣列的圖像傳感器中。結(jié)果，每一個(gè)像素具有特定色彩光響應(yīng)，所述色彩光響應(yīng)在該情形下主要對(duì)紅光、綠光或藍(lán)光敏感。色彩光響應(yīng)另一個(gè)有用的變型是主要對(duì)品紅光、黃光或青光敏感。在每一種情形下，特定色彩光響應(yīng)對(duì)可見(jiàn)光譜的某些部分具有較高靈敏度，同時(shí)對(duì)可見(jiàn)光譜的其它部分具有較低靈敏度。術(shù)語(yǔ)“色彩像素”將涉及具有色彩光響應(yīng)的像素。如拜耳CFA所示，選用在傳感器中的色彩光響應(yīng)組通常具有三種色彩，但也可以包括四種或更多種色彩。如文中所使用的全色光響應(yīng)涉及光譜靈敏度比表示在被選色彩光響應(yīng)組中的那些光譜靈敏度更寬的光響應(yīng)。全色光敏度可以在整個(gè)可見(jiàn)光譜上都具有較高靈敏度。術(shù)語(yǔ)“全色像素”涉及具有全色光響應(yīng)的像素。盡管全色像素通常具有比色彩光響應(yīng)組更寬的光譜靈敏度，但每一個(gè)全色像素可以具有相關(guān)的濾光器。該濾光器或者為中性密度濾光器，或者為色彩濾光器。當(dāng)色彩和全色像素的圖案位于圖像傳感器面上時(shí)，每一個(gè)該圖案具有以下重復(fù)單元，所述重復(fù)單元是用作基本構(gòu)造塊的連續(xù)像素子陣列。通過(guò)使多個(gè)重復(fù)單元的復(fù)制品并置，來(lái)生成整個(gè)傳感器圖案。沿對(duì)角方向以及水平和豎直方向并置多個(gè)重復(fù)單元的復(fù)制品。最小重復(fù)單元是使其它重復(fù)單元不會(huì)具有更少的像素的重復(fù)單元。例如，圖2中的CFA包括如圖2中的像素塊100所示的兩個(gè)像素乘上兩個(gè)像素的最小重復(fù)單元。將該最小重復(fù)單元的多個(gè)復(fù)制品平鋪以覆蓋圖像傳感器的整個(gè)像素陣列。最小重復(fù)單元示出為在右上角具有綠色像素，但是通過(guò)將粗輪廓線區(qū)域向右移動(dòng)一個(gè)像素，向下移動(dòng)一個(gè)像素，或者向右下對(duì)角移動(dòng)一個(gè)像素可以容易地辨別出三個(gè)替代的最小重復(fù)單元。盡管像素塊102為重復(fù)單元但卻不是最小重復(fù)單元，因?yàn)橄袼貕K100為重復(fù)單元且塊100的像素比塊102更少。使用具有帶有圖2的CFA的二維陣列的圖像傳感器所捕捉的圖像在每一個(gè)像素上僅具有一個(gè)色彩值。存在多種推斷或內(nèi)插每一個(gè)像素處的缺失色彩以生成全彩圖像的技術(shù)。這些CFA內(nèi)插技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)廣為人知，并且可以參考以下專(zhuān)利US5，506,619、US5, 629，734、以及 US5, 652，621。圖3示出了在典型照相機(jī)應(yīng)用中具有紅、綠和藍(lán)色色彩濾光器的像素的相對(duì)光譜靈敏度。圖3中X軸表示以納米為單位的光波長(zhǎng)，并且Y軸表示效率。在圖3中，曲線110表示用于防止紅外光和紫外光到達(dá)圖像傳感器的典型濾光器的光譜透射特性。需要該濾光器的原因在于，用于圖像傳感器的色彩濾光器一般不會(huì)阻隔紅外光，因此像素不能區(qū)分紅外光和與該像素相關(guān)的色彩濾光器的通帶內(nèi)的光。曲線110所示的紅外區(qū)阻隔特性防止紅外光破壞可見(jiàn)光信號(hào)。對(duì)于使用紅色、綠色和藍(lán)色濾光器的典型硅傳感器，將光譜量子效率即被捕捉并且轉(zhuǎn)換成可測(cè)電信號(hào)的入射光子的比例，乘上由曲線110表示的紅外區(qū)阻隔濾光器的光譜透射特性，以生成由對(duì)應(yīng)紅色的曲線114、對(duì)應(yīng)綠色的曲線116和對(duì)應(yīng)藍(lán)色的曲線118表示的組合系統(tǒng)量子效率。從這些曲線可以知道，每一個(gè)色彩光響應(yīng)僅對(duì)可見(jiàn)光譜的一部分敏感。相比之下，曲線112示出了未使用色彩濾光器(但包含紅外阻隔濾光器特性)的同一硅傳感器的光響應(yīng)；這是全色光響應(yīng)的實(shí)例。通過(guò)將色彩光響應(yīng)曲線114、116和118與全色光響應(yīng)曲線112相比較，顯然，全色光響應(yīng)對(duì)寬光譜光的靈敏度比任一個(gè)色彩光響應(yīng)大三至四倍。盡管另外的不同類(lèi)型的傳感器可能具有與圖3所示不同的光響應(yīng)，但顯然，更寬的全色響應(yīng)對(duì)寬光譜光的靈敏度總是比任一個(gè)色彩光響應(yīng)更大。圖3所示的更大的全色靈敏度允許通過(guò)將包括色彩濾光器的像素與不包括色彩濾光器的像素混合來(lái)提高圖像傳感器的整體靈敏度。然而，色彩濾光器像素的靈敏度明顯比全色像素低。在該情形下，如果將全色像素適當(dāng)?shù)乇┞队诠庖允咕拔锏墓鈴?qiáng)范圍覆蓋全色像素的全部測(cè)量范圍，則色彩像素出現(xiàn)明顯曝光不足。因此，有利地，調(diào)整色彩濾光器像素的靈敏度以使色彩濾光器像素具有與全色像素大致相同的靈敏度。例如，通過(guò)增加色彩像素相對(duì)于全色像素的大小，其中空間像素相應(yīng)減小，來(lái)增加色彩像素的靈敏度。在包括全色像素以及色彩像素的圖像捕捉裝置中，全色像素和色彩像素在像素陣 列中的布置將影響圖像捕捉裝置的空間采樣特性。就全色像素代替色彩像素的程度而言，色彩采樣頻率減小。例如，如Gindele (辛德勒)等人的美國(guó)專(zhuān)利6，476，865，如果圖2的最小重復(fù)單元100中的一個(gè)綠色像素被全色像素取代，則因?yàn)榫G色像素的數(shù)量是圖2所示的原圖案的一半，因此綠色采樣頻率減小。在該特定情形下，全色像素和每一個(gè)色彩像素的采樣頻率相同。由于全色像素一般比色彩像素更敏感，因此希望全色像素比任一個(gè)色彩像素具有更高的采樣頻率，從而為圖像提供堅(jiān)實(shí)且更高靈敏度的全色表示，以為后續(xù)圖像處理和每一個(gè)像素上缺失色彩的內(nèi)插提供基礎(chǔ)。例如，Yamagami (山上)等人的美國(guó)專(zhuān)利5，323，233示出了具有50%的全色像素、25%的綠色像素、12. 5%的紅色像素和12. 5%的藍(lán)色像素的圖案。圖4A中示出了該圖案的最小重復(fù)單元。綠色像素是任一種色彩像素的兩倍，這與廣泛使用的拜耳圖案一致，但在與如Yamagami (山上)所示的堅(jiān)實(shí)的全色采樣布置組合時(shí)不一定有利。將綠色采樣布置減小到與其它色彩相當(dāng)時(shí)，對(duì)完全被處理圖像不會(huì)有明顯不利的影響。在共同轉(zhuǎn)讓的專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2008/0130073中，通過(guò)用全色像素替代圖4A中的一個(gè)綠色像素，來(lái)生成圖4B的布置，該布置增加了全色采樣，而色彩采樣不會(huì)明顯降低。圖5A示出了本發(fā)明的具有一個(gè)紅色像素R、一個(gè)綠色像素G、一個(gè)藍(lán)色像素B、一個(gè)替代像素X以及均勻地布置在整 個(gè)最小重復(fù)單元上的四個(gè)全色像素的最小重復(fù)單元。圖5A、圖5B和圖5C中示出了替代像素X。替代像素X提供數(shù)據(jù)、信息或與有源成像像素不同的功能。例如，替代像素用于放大器、地或電源接觸、或者與圖像傳感器的有源成像像素的成像特性不同的替代成像功能。例如，如果將像素陣列制作在阱結(jié)構(gòu)中，則替代像素用于提供阱接觸的均勻分布陣列，以防止阱電勢(shì)中的局部變化。在CMOS圖像傳感器中，例如替代像素用于提供負(fù)責(zé)讀出附近像素的共享電路。這些實(shí)例展示了在像素陣列中設(shè)置替代像素的益處，但決非限制替代像素的使用方式。圖5B示出了本發(fā)明的另一種最小重復(fù)單元。除了綠色像素和藍(lán)色像素交換過(guò)之夕卜，圖5B與圖5A類(lèi)似。在圖5A與圖5B之間，每一種色彩的色彩采樣頻率仍相同，但四個(gè)色彩采樣布置之間的相位關(guān)系不同。圖5C示出了本發(fā)明的又一種最小重復(fù)單元。除了用青色、黃色和品紅色像素分別替換紅色、綠色和藍(lán)色像素之外，圖5C與圖5A類(lèi)似，由此表明本發(fā)明的該實(shí)施例可以與具有三個(gè)不同的光譜靈敏度的任一集合一起使用。將圖5A的最小重復(fù)單元以若干方式平鋪，以提供更大的像素陣列且不缺失像素。圖6A示出了圖5A的最小重復(fù)單元沿行和列均勻平鋪時(shí)的平鋪布置。圖6B示出了以下圖5A的平鋪布置，其中每隔一列向下移動(dòng)(或，等價(jià)地向上移動(dòng))一個(gè)像素；換句話說(shuō)，圖5A的最小重復(fù)單元沿列均勻地平鋪，并且每一列相對(duì)于相鄰列豎直移動(dòng)最小重復(fù)單元高度的一半。圖6C示出了以下平鋪布置，其中每一行相對(duì)于上方的行向右移動(dòng)一個(gè)像素；換句話說(shuō)，圖5A的最小重復(fù)單元沿行均勻地平鋪，并且每一行相對(duì)于上方的相鄰行向右移動(dòng)最小重復(fù)單元寬度的四分之一。圖6D示出了以下平鋪布置，其中每隔一行向右移動(dòng)(或，等價(jià)地向左移動(dòng))兩個(gè)像素或最小重復(fù)單元的寬度的一半；換句話說(shuō)，圖5A的最小重復(fù)單元沿行均勻地平鋪，并且每一行相對(duì)于相鄰行向右移動(dòng)最小重復(fù)單元的寬度的一半。示出在圖6A至圖6C中的圖5A的平鋪布置使像素陣列針對(duì)各個(gè)色彩在水平方向與豎直方向之間具有不同的采樣頻率。圖6D的平鋪布置提供了以下像素陣列，其中各個(gè)色彩的采樣頻率在水平方向與豎直方向之間相同，并且在左上方至右下方的對(duì)角線(斜線)方向與右上方至左下方的對(duì)角線(反斜線)方向之間相同；此外，采樣頻率在色彩之間相同，并且色彩的最高采樣頻率與水平方向和豎直方向相關(guān)。使最高采樣頻率與水平方向和豎直方向相關(guān)，允許在混迭機(jī)率最小的情形下對(duì)豎直和水平邊緣進(jìn)行采樣。因此，基于以上論述，圖6D提供圖5A的最小重復(fù)單元的優(yōu)選平鋪布置。本發(fā)明圖案中的全色像素在靈敏度方面不必相同。例如，圖7示出了具有兩種不同的感光速度的全色像素交替布置時(shí)的最小重復(fù)單元，其中一行最小重復(fù)單元具有一個(gè)速度而另一行具有不同的速度。就這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，盡管用于描述本發(fā)明的最小重復(fù)單元均為布置成矩形的每行四個(gè)像素的雙行，但存在另外的等價(jià)最小重復(fù)單元。例如，圖8A示出了在平鋪成圖6D時(shí)與圖5A的最小重復(fù)單元等價(jià)的本發(fā)明的最小重復(fù)單元。另外，如果圖5B以類(lèi)似于圖6D的方式平鋪，則圖8B等價(jià)于圖5B。圖9示出了與圖6D等價(jià)的圖8A的最小重復(fù)單元的平鋪。圖9還表明僅存在一種平鋪圖8A的最小重復(fù)單元的方式。注意，圖5A、圖7、圖8A或本發(fā)明任何其它上述實(shí)施例的任何圖案的旋轉(zhuǎn)完全落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，圖IOA示出了具有八角形像素布置的最小重復(fù)單元，其等價(jià)于將圖5A的最小重復(fù)單元逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)四十五度。圖IOB示出了，將圖IOA的最小重復(fù)單元平鋪成與將圖6D逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)四十五度等價(jià)的圖案。圖IlA為與圖6D相同的總體像素布置，其中僅僅標(biāo)識(shí)出色彩像素。觀察圖11A，顯然每一單個(gè)色彩的采樣圖案是相同的，只是關(guān)于彼此發(fā)生了移動(dòng)。觀察僅標(biāo)識(shí)出替代像素的圖11B，可以看出，替代像素圖案與每一單個(gè)色彩采樣圖案相同，只是關(guān)于色彩發(fā)生了移、動(dòng)。為了某些目的，由傳感器生成更低分辨率的圖像是有利的，例如，以便為視頻捕捉提供更高的幀速率，或者將有源預(yù)覽圖像提供至顯示屏上。在圖I中，DSP 36根據(jù)由傳感器和成像子系統(tǒng)提供的原始圖像來(lái)提供經(jīng)處理圖像。為了以視頻幀速率提供一系列經(jīng)處理圖像，DSP 36在很多情形下提供硬連線圖像處理途徑(與可編程圖像處理途徑相反)。該硬連線圖像處理途徑通常要求傳感器數(shù)據(jù)符合拜耳濾光器圖案G RB G因此，提供從本發(fā)明的傳感器中便利地讀出分辨率減小的拜耳圖像的功能是有利的。參考圖12A，其示出了本發(fā)明的色彩和全色像素的布置。圖12A類(lèi)似于圖6D，其中為每一個(gè)像素添加了標(biāo)記，以助于顯示由本發(fā)明的圖像傳感器生成分辨率減小的拜耳圖像的過(guò)程。在圖12A中，最小重復(fù)單元120示出為與圖5A所示的最小重復(fù)單元相同。使圖12A中的所有綠色像素(如，G12、G16、G34、G38)在未改動(dòng)的情形下使用。圖12B中用圓圈示出的這些綠色像素形成出現(xiàn)在拜耳圖案中的綠色像素的方格圖案。對(duì)于拜耳圖案中的紅色和藍(lán)色像素,將紅色和藍(lán)色像素組成對(duì)，以生成紅色和藍(lán)色像素平均值。例如，將R21和R43組合以生成圖12B中在綠色像素G12與G52之間的圓圈內(nèi)的紅色像素平均值R' 32。類(lèi)似的紅色像素對(duì)角組合使紅色像素平均值在分辨率減小的拜耳圖像中恰當(dāng)?shù)囟ㄎ弧ｎ?lèi)似地，將B45和B63組合以生成圖12B中在綠色像素G34和G74之間的圓圈內(nèi)的藍(lán)色像素平均值B' 54。類(lèi)似的藍(lán)色像素對(duì)角組合使藍(lán)色像素平均值在分辨率減小的拜耳圖像中恰當(dāng)?shù)囟ㄎ?。圖12C示出了所得到的圖像，即水平分辨率為原圖像的1/2且豎直分辨率為原圖像的1/2的拜耳圖像。圖12A至圖12C示出了像素?cái)?shù)量為原圖像的1/4的拜耳圖像。圖12D和圖12E示出了使用類(lèi)似技術(shù)來(lái)生成像素?cái)?shù)量為原圖像的1/16的拜耳圖像。例如，通過(guò)組合像素中的電荷、對(duì)被采樣電壓求平均，或者通過(guò)將像素信號(hào)的數(shù)字表示組合在一起，來(lái)按圖12B和圖12E所示方式組合像素。下面參考圖13，數(shù)字信號(hào)處理器塊36 (圖I)示出為對(duì)由本發(fā)明的圖像傳感器所生成的且由數(shù)據(jù)總線30 (圖I)載送的被捕捉原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。原始圖像數(shù)據(jù)傳遞至低分辨率局部色彩塊202和高分辨率全色塊204兩者。圖5A已經(jīng)示出了本發(fā)明的圖像傳感器的最小重復(fù)單元的實(shí)例。在低分率局部色彩塊202 (圖13)中，由被捕捉原始圖像數(shù)據(jù)生成局部彩色圖像，所述局部彩色圖像為每一個(gè)像素具有至少一個(gè)色彩值并且每一個(gè)像素還缺少至少一個(gè)色彩值的彩色圖像。由于與全色像素相比，具有給定光譜響應(yīng)的色彩像素成比例地減少，因此與全色像素所捕捉的圖像相比局部彩色圖像的空間分辨率降低。低分辨率局部色彩塊202以類(lèi)似方式對(duì)局部彩色圖像的每一個(gè)像素進(jìn)行處理，產(chǎn)生色彩值陣列，其中一個(gè)色彩值對(duì)應(yīng)一個(gè)低分辨率像素。盡管文中未示出，在該步驟中，去除低分辨率局部彩色圖像中的噪點(diǎn)通常是有利的。參考圖14，示出了等價(jià)于圖12A中所示的圖案的濾光器圖案?？梢钥闯觯钚≈貜?fù)單元220 (圖14)與最小重復(fù)單元120 (圖12A)相匹配。再次參考圖14，位置(a)、(b)、(c)和(d)處的間隙全色值根據(jù)以下等式計(jì)算
a=(-P30+9*P21+9*P12-P03)/16b=(_P34+9*P23+9*P12-P01)/16c= (_P10+9*P21+9*P32_P43)/16d=(_P14+9*P23+9*P32_P41)/16從而，在菱形形狀中包含綠色值的像素G22具有八個(gè)相鄰全色值，即P21、a、P12、b、P23、d、P32和C。下面，利用沿水平方向、豎直方向、斜線方向和反斜線方向的四個(gè)中心差梯度(center-difference gradients)的絕對(duì)值來(lái)計(jì)算像素G22處的分類(lèi)值clashorz=|P23-P21clasvert=IP12—P32Iclasslash=Ib_cIclasback=Ia_dI這些方向的相應(yīng)預(yù)測(cè)值為predhorz= (P23+P21)/2predvert=(P12+P32)/2predslash= (b+c) /2predback= (a+d) / 2在選出具有最小分類(lèi)值的方向之后，與被選方向?qū)?yīng)的全色預(yù)測(cè)值生成內(nèi)插全色值 P22。一旦為綠色像素內(nèi)插了全色值，還要對(duì)紅色、藍(lán)色和替代像素執(zhí)行相同的操作。再次參考圖14所示的CFA圖案，可以看出，將用于綠色像素的相同的全色內(nèi)插處理同樣適用于紅色、藍(lán)色和替代像素(在圖14中分別由字母R、B和X標(biāo)識(shí))。例如，正如全色像素P12、P21、P23和P32緊密包圍綠色像素G22，全色像素P23、P32、P34和P43緊密包圍藍(lán)色像素B33?？梢岳妙?lèi)似以上為綠色像素G22給出的等式來(lái)計(jì)算像素B33的相鄰間隙全色值。在將全色值內(nèi)插到所有色彩像素和替代像素位置之后，在傳感器上每一個(gè)像素位置都具有測(cè)量或內(nèi)插的全色值。這些全色值組成圖13中的高分辨率全色圖像204。低分辨率全色圖像206通過(guò)僅選擇具有與紅色、綠色和藍(lán)色像素位置對(duì)應(yīng)的內(nèi)插全色值的那些像素來(lái)生成。下面，將低分辨率全色圖像206與低分辨率局部彩色圖像202組合以生成低分辨率色差208。下一個(gè)處理步驟生成高分辨率色差210，其通過(guò)求解與每一個(gè)替代像素X對(duì)應(yīng)的綠色減全色G-P值來(lái)啟動(dòng)。一旦生成G-P色差值，則將該值與內(nèi)插全色值相加以生成在高分辨率最終圖像212中的綠色值。參考圖14,該內(nèi)插全色值為P24,因?yàn)槠湓谔娲袼豖24的位置處并且由全色像素P14、P23、P25和P34包圍。四個(gè)最近綠色值為G04、G22、G26和G44。四個(gè)綠色像素中的每一個(gè)也具有內(nèi)插全色值，因此計(jì)算每一個(gè)位置處的G-P色差。根據(jù)以下等式計(jì)算水平和豎直的分類(lèi)值及預(yù)測(cè)值clashorz=|(G22-P22)-(G26-P26)|+|P22_2*P24+P26clasvert=| (G04-P04)-(G44-P44) | +1P04_2*P24+P44predhorz=[(G22-P22)+(G26-P26)]/2 predvert=[(G04-P04) + (G44-P44) ]/2較小的分類(lèi)值指示使用哪一個(gè)預(yù)測(cè)值。然后，將所指示的色差與替代像素X24處的內(nèi)插全色值P24相加以生成內(nèi)插綠色值G24。一旦計(jì)算出替代像素位置處的綠色值，則對(duì)于帶兩個(gè)偶數(shù)下標(biāo)的每一個(gè)像素均具有綠色值。下一步驟計(jì)算帶兩個(gè)奇數(shù)下標(biāo)的每一個(gè)像素處的綠色值。例如，對(duì)于藍(lán)色像素B33，根據(jù)以下等式計(jì)算斜線和反斜線分類(lèi)值和預(yù)測(cè)值classlash=| (G42-P42)-(G24-P24) | +1P42_2*P33+P24clasback= (G22-P22)-(G44-P44)|+|P22_2*P33+P44predslash=[(G42-P42) + (G24-P24)]/2predback=[(G22-P22) + (G44-P44)]/2較小的分類(lèi)值指示使用哪一個(gè)預(yù)測(cè)值。然后，將所指示的色差與像素B33處的全色值相加以生成內(nèi)插綠色值G33。在紅色像素位置處采用相同的方法來(lái)確定綠色值。一旦計(jì)算出所有這些綠色值，則就有了下標(biāo)均為奇數(shù)或均為偶數(shù)的所有像素位置的綠色值。為了完成綠色內(nèi)插,考慮具有一個(gè)奇數(shù)和一個(gè)偶數(shù)下標(biāo)的像素,諸如像素P32。水平和豎直分類(lèi)值和預(yù)測(cè)值可以根據(jù)以下等式計(jì)算clashorz= (G31-P31)-(G33-P33) +|P31_2*P32+P33clasvert= (G22-P22)-(G42-P42) +|P22_2*P32+P42predhorz=[(G31-P31)+(G33-P33)]/2predvert=[(G22-P22) + (G42-P42)]/2較小的分類(lèi)值指示使用哪一個(gè)預(yù)測(cè)值。然后，將所指示的色差與中部像素P32處的全色值相加以生成內(nèi)插綠色值G32。該方法用于確定具有一個(gè)奇數(shù)和一個(gè)偶數(shù)下標(biāo)的所有像素位置處的綠色值。此刻，所有像素位置具有全色值和綠色值。其仍待內(nèi)插任何缺失的紅色和藍(lán)色值。因?yàn)榧t色、綠色和藍(lán)色像素的數(shù)量相同，并且它們的幾何布置圖案相同，因此用于內(nèi)插綠色的等式組可以變化并且應(yīng)用于紅色像素以及藍(lán)色像素。通常，計(jì)算紅色值的方法包括求解R-G色差值，然后將R-G色差值與現(xiàn)有綠色值相加以生成紅色值。全色值仍用于確定分類(lèi)值。例如，考慮計(jì)算藍(lán)色像素B33處的紅色值?？梢愿鶕?jù)以下等式利用R-G色差來(lái)計(jì)算水平和豎直分類(lèi)值和預(yù)測(cè)值
clashorz= (R31-G31)-(R35-G35)|+|P31_2*P33+P35clasvert=|(R13-G13)-(R15-G15)| +1P13_2*P33+P15predhorz=[(R31-G31)+(R35-G35)]/2predvert=[(R13-G13) + (R35-G35) ] /2較小的分類(lèi)值指示使用哪一個(gè)預(yù)測(cè)值。然后，將所指示的色差與預(yù)先確定的藍(lán)色像素B33的位置處的綠色值G33相加，以生成內(nèi)插紅色值R33。利用B-G色差的類(lèi)似等式組用于計(jì)算紅色像素位置處的藍(lán)色值。該方法用于計(jì)算所有藍(lán)色像素位置處的紅色值和所有紅色像素位置處的藍(lán)色值，其后在具有兩個(gè)奇數(shù)下標(biāo)的每一個(gè)像素位置均具有紅色和藍(lán)色值。
下一步驟計(jì)算帶兩個(gè)偶數(shù)下標(biāo)的像素處的紅色和藍(lán)色值。例如，考慮計(jì)算綠色像素位置G44處的紅色值?？梢愿鶕?jù)以下等式計(jì)算斜線和反斜線的分類(lèi)值和預(yù)測(cè)值classlash=|(R53-G53)-(R35-G35)| +1P53_2*P44+P35clasback=|(R33-G33)-(R55-G55)| +1P33_2*P44+P55predslash=[(R53-G53) + (R35-G35)]/2
predback=[(R33-G33) + (R55-G55)]/2較小的分類(lèi)值指示使用哪一個(gè)預(yù)測(cè)值。然后，將所指示的色差與像素G44處的綠色值相加以生成內(nèi)插紅色值R44。將相同的方法用于藍(lán)色像素。一旦計(jì)算出所有紅色和藍(lán)色值，則下標(biāo)均為奇數(shù)或均為偶數(shù)的所有像素位置均具有紅色和藍(lán)色值。為了完成色彩內(nèi)插處理，考慮具有一個(gè)奇數(shù)和一個(gè)偶數(shù)下標(biāo)的像素，諸如像素P32，并且計(jì)算紅色值。水平和豎直分類(lèi)值和預(yù)測(cè)值可以根據(jù)以下等式計(jì)算clashorz= (R31-G31)-(R33-G33)|+|P31_2*P32+P33clasvert=|(R22-G22)-(R42-G42)| +1P22_2*P32+P42predhorz=[(R31-G31)+(R33-G33)]/2predvert=[(R22-G22) + (R42-G42)]/2較小的分類(lèi)值指示使用哪一個(gè)預(yù)測(cè)值。然后，將所指示的色差與全色像素位置P32處的綠色值相加以生成內(nèi)插紅色值R32。采用使用B-G色差的相同方法來(lái)計(jì)算藍(lán)色值B32。該方法用于計(jì)算具有一個(gè)奇數(shù)和一個(gè)偶數(shù)下標(biāo)的每一個(gè)像素位置處的紅色和藍(lán)色值。因?yàn)槊恳粋€(gè)像素均具有全部三個(gè)色彩值紅色、綠色和藍(lán)色，因此在該點(diǎn)進(jìn)行色彩內(nèi)插。這些像素組成圖13中的高分辨率最終圖像212。部件列表10來(lái)自目標(biāo)景物的光11成像級(jí)12 透鏡13中性密度濾光器14可變光闌16亮度傳感器18 快門(mén)20圖像傳感器22模擬信號(hào)處理器
24模擬到數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器26定時(shí)發(fā)生器28圖像傳感器級(jí)30數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)總線32數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)存儲(chǔ)器36數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)38處理級(jí)40曝光控制器50系統(tǒng)控制器52系統(tǒng)控制器總線54程序存儲(chǔ)器56系統(tǒng)存儲(chǔ)器57主機(jī)接口60記憶卡接口62記憶卡插槽64記憶卡68用戶控制和狀態(tài)接口70取景顯示器72曝光顯示器74用戶輸入裝置76狀態(tài)顯示器80視頻編碼器82顯示控制器88圖像顯示器100拜耳圖案的最小重復(fù)單元102拜耳圖案的非最小重復(fù)單元110紅外阻隔濾光器的光譜透射曲線112傳感器的未過(guò)濾光譜光響應(yīng)曲線114傳感器紅色光響應(yīng)曲線116傳感器綠色光響應(yīng)曲線118傳感器藍(lán)色光響應(yīng)曲線120本發(fā)明的最小重復(fù)單元
202低分辨率局部色彩塊204高分辨率全色塊
206低分辨率全色塊208低分辨率色差塊210高分辨率色差塊212高分辨率最終圖像塊220本發(fā)明的最小重復(fù)單元
權(quán)利要求
1.一種用于捕捉彩色圖像的圖像傳感器，其包括具有多個(gè)最小重復(fù)單元的二維像素陣列，其中每一個(gè)重復(fù)單元由八個(gè)像素組成，所述八個(gè)像素具有四個(gè)全色像素、三個(gè)具有不同色彩響應(yīng)的像素和一個(gè)替代像素。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器，其具有以下最小重復(fù)單元 PBPX APCP 其中P表示全色像素，A、B和C表示具有不同色彩響應(yīng)的像素，并且X表示替代像素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中A、B和C表示色彩響應(yīng)分別選自紅色、綠色或藍(lán)色響應(yīng)的像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中A、B和C表示每一個(gè)色彩響應(yīng)分別地為紅色、綠色和藍(lán)色響應(yīng)的像素。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中A、B和C表示色彩響應(yīng)分別選自青色、品紅色和黃色響應(yīng)的像素。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中A、B和C表示每一個(gè)色彩響應(yīng)分別地為青色、黃色和品紅色響應(yīng)的像素。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述像素陣列通過(guò)將所述最小重復(fù)單元沿行均勻地平鋪并且每一行相對(duì)于相鄰行移動(dòng)最小重復(fù)單元寬度的一半來(lái)形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器，其中所述全色像素包括具有至少兩個(gè)不同的感光速度的像素。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其具有以下最小重復(fù)單元 Pl B Pl X A P2 C P2 其中Pl表示具有第一感光速度的全色像素；P2表示具有第二感光速度的全色像素；A、B和C表示具有不同色彩響應(yīng)的像素；以及X表示替代像素。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于捕捉彩色圖像的圖像傳感器，其包括具有多個(gè)最小重復(fù)單元的二維像素陣列，其中每一個(gè)重復(fù)單元由八個(gè)像素組成，所述八個(gè)像素具有四個(gè)全色像素、三個(gè)具有不同色彩響應(yīng)的像素和一個(gè)替代像素。
文檔編號(hào)H04N9/04GK102668571SQ201080051779
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者J·T·康普頓 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司