专利名称：彩色成像元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及彩色成像元件，具体地，涉及能够抑制顔色波纹产生的彩色成像元件。
背景技术：
在包括单板彩色成像元件的彩色成像设备中，来自彩色成像元件的输出图像是RAW图像(镶嵌图像，mosaic image)。因此，通过根据周围像素对丢失颜色的像素进行内插处理(去马赛克处理)来获得多通道图像。该情况下，在高频图像信号的再现特性中存在问题。
作为在单板彩色成像元件中最为广泛使用的颜色阵列的原色Bayer阵列包括以方格图案排列的绿色(G)像素以及线性排列的红色(R)和蓝色(B)像素。因此，存在这样的问题，即，由于超出颜色再现带的高频信号的交叠以及由于色相(phase of color)的偏离而产生了低频着色(顔色波紋)。如图14 (A)所示的黑白竖条纹图案(高频图像)进入图14 (B)所示的Bayer阵列成像元件，该图案被分类成Bayer颜色阵列，以比较这些颜色。如图14 (C)至14 (E)所示，R形成浅的单色图像(flatcolorimage), B形成深的单色图像，以及G形成明暗镶嵌彩色图像。尽管RGB之间相对于原始黑白图像不存在密度差异(水平差异)，但是图像根据颜色阵列和输入频率来着色。类似地，图15 (A)所示的黑白斜高频图像进入图15 (B)所示的Bayer阵列成像元件，该图像被分类成Bayer颜色阵列，以比较这些颜色。如图15 (C)至15 (E)所示，R和B形成浅的单色图像，而G形成深的单色图像。假设黑色的值为0，而白色的值为255，则由于仅G为255，因此黑白斜高频图像变绿。这样，不能在Bayer阵列中正确地再现斜高频图像。在使用单板彩色成像元件的彩色成像设备中，通常在彩色成像元件的前面布置由诸如晶体之类的各向异性物质形成的光学低通滤色器，从而防止光学減少高频波。但是，尽管该方法能够减少由于对高频信号的交叠所产生的着色，但是仍然存在分辨率相应减小的问题。为了解决该问题，提出了ー种彩色成像元件，其中该彩色成像元件的滤色器阵列是满足如下阵列约束的三色随机阵列，在该阵列约束中，任意目标像素与该目标像素四面的包括目标像素颜色在内的三种颜色相邻(PTLl)。还提出了ー种滤色器阵列的图像传感器，其中该图像传感器包括具有不同光谱敏感度的多个滤色器，该多个滤色器中的第一和第二滤色器在图像传感器的像素栅格的ー个对角线方向上以第一预定周期交替排列，并且在另ー对角线方向上以第二预定周期交替排列(PTL2)。同吋，PTL3描述了ー种技术，其使用Bayer阵列镶嵌图像的目标像素的周围像素来计算水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向(四个方向)上的相关性，并且根据所计算出的相关性的比值来施加权重，从而对像素进行内插。
还提出了ー种彩色成像元件，其中在水平和垂直方向上的每三个像素中布置RGB的三原色中的R和B，并且在R和B之间布置G (PTL4)。彩色成像元件的滤色器阵列包括对应于4X4像素的基本阵列图案，并且在水平和垂直方向上重复布置该基本阵列图案。基本阵列图案中RGB像素的数量分别为两个像素、十二个像素、和两个像素。因此，RGB像素数量之比为1:6:1,并且所布置的G像素明显多于R和B像素。{引用列表}{专利文献}{PTL1}日本专利申请公开 No. 2000-308080{PTL2}日本专利申请公开 No. 2005-136766
{PTL3}日本专利申请公开 No. 2010-104019{PTL4}日本专利申请公开No. 8-2354
发明内容
{技术问題}PTLl描述的三色随机阵列对低频顔色波纹是有效的，但是对高频部分的假色(false color)无效。在PTL2描述的图像传感器的滤色器阵列中，在滤色器阵列的水平和垂直方向上按行周期性地排列R、G和B滤色器。在PTL2描述的发明中的对从包括滤色器阵列的图像传感器输出的镶嵌图像进行去马赛克处理的过程中，在目标像素周围提取预定图像大小的局部区域，计算与该局部区域中目标像素顔色的顔色分布形状以及将要估计的另一顔色的颜色分布形状相关的统计值，并且基于目标像素位置处的颜色强度以及基于颜色分布形状的统计值来对颜色分布形状进行线性回归，从而计算目标像素位置处另ー顔色的估计值。在PTL2描述的发明中，与顔色分布形状相关的统计值(协方差值)的计算以及回归计算过程是必须的，因此存在图像处理复杂的问题。 同时，PTL3描述的像素内插方法应用于Bayer阵列镶嵌图像。但是，G像素在Bayer阵列的水平和垂直方向上不连续，并且不能以最小像素间隔来计算水平和垂直方向上的相关性。例如，当一个像素周期的垂直条纹或水平条纹的高频波被输入时，相关性被错误地确定，因此存在不能准确地内插像素的问题。在PTL3描述的彩色成像元件中，G像素数量的比例高于R和B像素数量的比例，并且存在两个或更多G像素在水平、垂直、和倾斜方向上连续的部分。可以确定亮度改变小的方向(高相关性的方向)，并且可以提高分辨率。但是，在水平或垂直方向上存在仅具有G像素的行，并且该彩色成像元件对水平或垂直方向上高频部分的假色是无效的。本发明鉴于上述情况而提出，并且本发明的目的是提供ー种彩色成像元件，其能够通过简单的图像处理来抑制高频部分假色的产生。{技术方案}为了实现上述目的，根据本发明的ー个方面的发明提供了一种单板彩色成像元件，其包括以预定滤色器阵列布置在由水平和垂直方向上布置的光电转换元件形成的多个像素上的滤色器，其中滤色器阵列包括预定基本阵列图案，预定基本阵列图案包括第一滤色器和第二滤色器，第一滤色器对应于对获得亮度信号贡献最大的第一顔色，第二滤色器对应于除第一顔色以外的两个或更多第二顔色，基本阵列图案在水平和垂直方向上重复布置，在基本阵列图案中的滤色器阵列的水平和垂直方向上的每一行中布置ー个或多个第一滤色器以及ー个或多个第二滤色器，第一滤色器被布置为进一歩包括在基本阵列图案的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多第一滤色器彼此相邻的部分。根据本发明的ー个方面的彩色成像元件，与对获得亮度信号贡献最大的第一顔色相对应的第一滤色器被布置为包括其中两个或更多第一滤色器在基本阵列图案的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上彼此相邻的部分。因此，可以根据在每个方向上彼此相邻的第一颜色的像素的像素值以最小像素间隔来确定四个方向中的哪个方向为亮度的相关方向。从而，在对从彩色成像元件输出的镶嵌图像中提取的进行去马赛克处理的目标像素的像素位置处的其他顔色的像素的像素值进行计算的过程中，可以根据基于最小像素间隔的像素的像素值所确定的亮度的相关方向来利用相关方向上其他顔色的像素的像素值。这样，可以准确地估计其他顔色的像素的像素值，并且可以抑制高频部分假色的产生。PTL3描述的方法或者各种其他方法可以应用于基于相关方向的确定结果来估计其他顔色的像素的像素 值的处理方法。在基本阵列图案的水平和垂直方向上的每一行中布置了ー个或多个第一滤色器以及ー个或多个第二滤色器。因此，可以抑制顔色波纹(假色)的产生，并且可以提高分辨率。在滤色器阵列中，在水平和垂直方向上重复预定基本阵列图案。因此，可以根据重复的图案来执行后续阶段的去马赛克(内插)处理。优选地，在根据本发明的另一方面的彩色成像元件中，滤色器阵列包括在在水平和垂直方向上越过第二滤色器顔色中的一种颜色的滤色器而连续布置的两个或更多第一滤色器。可以根据与所述两个或更多连续的第一滤色器相对应的像素的像素值以最小像素间隔来确定四个方向中的哪个方向为亮度的相关方向。在根据本发明的另一方面的彩色成像元件中，滤色器阵列包括与第一滤色器形成的2X2像素相对应的方阵。可以根据与2X2像素相对应的方阵的四个像素之间的像素值以最小像素间隔来确定四个方向中的哪个方向为亮度的相关方向。优选地，在根据本发明的另一方面的彩色成像元件中，预定基本阵列图案中的滤色器阵列是关于基本阵列图案的中心而点对称的。从而，可以减小后续阶段中处理电路的电路尺寸。优选地，在根据本发明的另一方面的彩色成像元件中，预定基本阵列图案是对应于NXN (N:大于等于4且小于等于整数8的整数)个像素的方阵图案。当N小于4吋，不满足根据本发明的滤色器阵列的条件。当N大于8时，诸如去马赛克之类的信号处理变得复杂，而不能通过增大基本阵列图案的尺寸来获得特别有益的效果。优选地，在根据本发明的另一方面的彩色成像元件中，预定基本阵列图案为对应于6X6像素的方阵图案。如上所述，优选地，预定基本阵列图案为对应于NXN个像素的方阵图案，并且N大于等于4且小于等于8的整数。对于N，在去马赛克处理中，偶数比奇数更有利。当N为4时，基本阵列图案不包括第一滤色器在水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上的每行上持续两个或更多像素的部分，第一滤色器持续两个或更多像素的部分对亮度改变小的方向的确定来说是不利的。当N为8时，相比于N为6时来说，信号处理更繁琐。因此，最优选的是，在基本阵列图案中，N为6，即，基本阵列图案为对应于6X6像素的方阵图案。优选地，在根据本发明的另一方面的彩色成像元件的滤色器阵列中，各第一滤色器越过3X3像素组中心处的滤色器而垂直和水平地布置，并且3X3像素组在水平和垂直方向上重复布置。各第一滤色器越过3X3像素组中心处的滤色器而垂直和水平地布置。因此，如果3X3像素组在水平和垂直方向上重复布置，则各第一滤色器越过滤色器阵列中3X3像素组中心处的滤色器在水平和垂直方向上(以两个像素)彼此相邻。可以使用对应于第一滤色器的像素(总共8个像素)的像素值来确定四个方向中的相关方向。优选地，在根据本发明的另一方面的彩色成像元件的滤色器阵列中，第一滤色器布置在3X3像素组的中心和四角处，并且3X3像素组在水平和垂直方向上重复布置。第一滤色器布置在3X3像素组的四角处。因此，如果3X3像素组在水平和垂直方向上重复布置，则滤色器阵列包括与包含第一滤色器的2X2像素相对应的方阵。可以使用2X2像素的像素值来确定水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向中具有较高相关性的方向。在根据本发明的另一方面的彩色成像元件中，第一顔色是绿色(G)，第二顔色是红色(R)和蓝色(B)。在根据本发明的另一方面的彩色成像元件中，滤色器包括对应于红色(R)、緑色(G)、和蓝色(B)的R滤色器、G滤色器、和B滤色器，并且滤色器阵列包括对应于3X3像素的第一阵列，第一阵列包括布置在中心处的R滤色器、布置在四角的B滤色器、以及越过 中心处的R滤色器而垂直和水平布置的G滤色器；以及对应于3X3像素的第二阵列，第二阵列包括布置在中心处的B滤色器、布置在四角的R滤色器、以及越过中心处的B滤色器垂直和水平布置的G滤色器，其中第一和第二阵列在水平和垂直方向上交替布置。根据该配置的滤色器阵列，当在第一或第二阵列周围提取5X5像素(镶嵌图像的局部区域)时，在越过5X5像素中心处像素(R像素或B像素)的水平和垂直方向上存在彼此相邻的G像素。可以使用G像素(总共8个像素)的像素值来确定四个方向中的相关方向。在根据本发明的另一方面的彩色成像元件中，滤色器包括对应于红色(R)、緑色(G)、和蓝色(B)的R滤色器、G滤色器、和B滤色器，并且滤色器阵列包括对应于3X3像素的第一阵列，第一阵列包括布置在中心和四角处的G滤色器、越过中心处G滤色器垂直布置的B滤色器、以及越过中心处G滤色器水平布置的R滤色器；以及对应于3X3像素的第ニ阵列，第二阵列包括布置在中心和四角处的G滤色器、越过中心处G滤色器垂直布置的R滤色器、以及越过中心处G滤色器水平布置的B滤色器，其中第一和第二阵列在水平和垂直方向上交替布置。根据该配置的滤色器阵列，当在第一或第二阵列周围提取5X5像素(镶嵌图像的局部区域)时，在5X5像素的四角处存在2X2像素的G像素。可以使用2X2像素的G像素的像素值来确定四个方向中的相关方向。{本发明的有益效栗}根据本发明，包括预定基本阵列图案，该预定基本阵列图案包括与对获得亮度信号贡献最多的第一颜色相对应的第一滤色器以及与第一顔色之外的两种或更多第二顔色相对应的第二滤色器。基本阵列图案在水平和垂直方向上重复布置，从而形成滤色器阵列，并且第一滤色器被布置为包括在基本阵列图案中的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多第一滤色器彼此相邻的部分。因此，可以根据每个方向上彼此相邻的第一顔色的像素的像素值以最小像素间隔来确定四个方向中的哪个方向为亮度的相关方向。在基本阵列图案中的水平和垂直方向上的每一行中布置ー个或多个第一滤色器以及ー个或多个第ニ滤色器。从而，可以抑制顔色波纹(假色)的产生，并且可以增大分辨率。在滤色器阵列中，在水平和垂直方向上重复预定基本阵列图案。因此，可以根据重复图案来执行后续阶段的去马赛克(内插)处理。
图I是示出根据本发明的单板彩色成像元件的第一实施例的示图。图2是示出根据第一实施例的彩色成像元件的滤色器阵列中所包括的基本阵列图案的不图。图3A是示出如下滤色器阵列的示图，其中第一实施例的彩色成像元件的滤色器 阵列中所包括的6X6像素的基本阵列图案被分成3X3像素的A阵列和B阵列，并且A阵列和B阵列在水平和垂直方向上重复布置。图3B是示出图3A中所示滤色器阵列中的G像素的特征布置的示图。图4是用来描述当确定相关方向为垂直方向时去马赛克处理中的像素内插方法的示图。图5是用来描述当确定相关方向为左上方向时去马赛克处理中的像素内插方法的示图。图6是示出根据本发明的单板彩色成像元件的第二实施例的示图。图7是示出第二实施例的彩色成像元件的滤色器阵列中所包括的基本阵列图案的示图。图8是示出如下滤色器阵列的示图，其中第二实施例的彩色成像元件的滤色器阵列中所包括的6X6像素的基本阵列图案被分成3X3像素的A阵列和B阵列，并且A阵列和B阵列在水平和垂直方向上重复布置。图9是示出第二实施例的彩色成像元件的滤色器阵列中的G像素的特征布置的示图。图10是示出根据本发明的单板彩色成像元件的第三实施例的示图。图11是示出根据本发明的单板彩色成像元件的第四实施例的示图。图12是示出根据本发明的单板彩色成像元件的第五实施例的示图。图13是示出根据本发明的单板彩色成像元件的第六实施例的示图。图14是用来说明具有Bayer阵列滤色器的传统的彩色成像元件的问题的示图。图15是用来说明具有Bayer阵列滤色器的传统的彩色成像元件的问题的另ー示图。
具体实施例方式接下来，将參照附图来详细描述根据本发明的彩色成像元件的优选实施例。{彩色成像元件的第一实施例}
图I是示出根据本发明的单板彩色成像元件的第一实施例的示图。图I特别地示出了彩色成像元件上布置的滤色器的滤色器阵列。彩色成像元件包括由布置在水平和垂直方向上(ニ维阵列)的光电转换元件形成的多个像素(未示出)；以及按照如图I所示的滤色器阵列布置在像素的光接收表面上的滤色器。在每个像素上布置红色(R)、緑色(G)、和蓝色(B)这三原色的滤色器中的ー种。彩色成像元件不限于CXD (电荷耦合器件)彩色成像元件，其可以为诸如CMOS (互补金属氧化物半导体)成像元件之类的其他类型的成像元件。〈滤色器阵列的特征〉第一实施例的彩色成像元件的滤色器阵列具有如下特征(I)、(2)、(3)、和(4)。{持征(I)}图I所示的滤色器阵列包括由对应于6X6像素的方阵图案形成的基本阵列图案P (由粗线框所指示的图案)，该基本阵列图案P在水平和垂直方向上重复布置。从而，滤色器阵列包括以预定循环布置的R、G、和B色的滤色器(R滤色器、G滤色器、和B滤色器)。这样，以预定循环布置R滤色器、G滤色器、和B滤色器。从而，可以根据重复图案来执行对从彩色成像元件读出的R、G、和B信号的去马赛克(内插)处理等。当根据基本阵列图案P来执行稀疏(thinning-out)处理以减小图像时,稀疏处理之后减小了的图像的滤色器阵列可以与稀疏处理之前的滤色器阵列相同。从而，可以使用共同的处理电路。{持征(2)}形成图I所示滤色器阵列的基本阵列图案P包括布置在基本阵列图案的水平和垂直方向上的每一行中的与对获得亮度信号贡献最大的顔色(该实施例中为G色)相对应的一个或多个G滤色器以及与除G色以外的颜色(该实施例中为R和B)相对应的ー个或多个R和B滤色器。在基本阵列图案P的水平和垂直方向上的每一行中布置R、G、和B滤色器。这样，可以抑制顔色波纹(假色)的产生。从而，可以不在从入射平面到光学系统的成像平面的光学路径上布置用来控制假色的产生的光学低通滤色器。即使应用了光学低通滤色器，也可以应用对消减高频分量效果较差的滤色器来防止假色的产生，并且可以防止分辨率的损失。{持征(3)}对应于亮度像素的G滤色器被布置为包括在滤色器阵列P的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多G滤色器彼此相邻的部分。图2示出了图I所示的基本阵列图案P被分成四组3X3像素的状态。如图2中所示，可以将基本阵列图案P看作这样的图案，该图案包括由实线框所包围的3 X 3像素的A阵列以及由虚线框所包围的3 X 3像素的B阵列，其中A阵列和B阵列在水平和垂直方向上交替布置。A阵列包括布置在中心处的R滤色器、布置在四角的B滤色器、以及越过中心处的R滤色器而水平和垂直布置的G滤色器。同吋，B阵列包括布置在中心处的B滤色器、布置在四角的R滤色器、以及越过中心处B滤色器而水平和垂直布置的G滤色器。尽管在A和B阵列中R和B滤色器之间的位置关系是相反的，但是其余布置是相同的。如图3A所示，可以将第一实施例的彩色成像元件的滤色器阵列看作这样的阵列，该阵列包括在水平和垂直方向上交替布置的A阵列和B阵列。作为亮度像素的G滤色器越过A或B阵列的3X3像素中心处的滤色器而水平和垂直地布置，该3X3像素在水平和垂直方向上交替布置。形成在水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多G滤色器彼此相邻的部分，G滤色器被布置为如图3B所示的十字形状。该阵列满足特征(I)和(3)，G滤色器满足特征(2)。如图3A所示，如果从第一实施例的彩色成像元件所输出的镶嵌图像中在A阵列周围提取5X5像素的局部区域(由粗线框所指示的区域)，则该局部区域中的8个G像素被布置为图3B所示的十字形状。从左到右将各G像素定义为G1、G2、G3、和G4，并且从上到下将各G像素定义为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邻。像素G5和G6以及像素G7和G8在垂直方向上彼此相邻。像素G6和G3以及像素G2和G7在左上倾斜方向上彼此相邻。像素G6和G2以及像素G3和G7在右上倾斜方向上彼此相邻。
从而，相邻像素的像素值的差分绝对值的计算可以以最小像素间隔确定水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向中亮度改变最小的方向(具有最高相关性的相关方向)。更具体地，水平方向上差分绝对值之和为|G1-G2| + |G3_G4|。垂直方向上差分绝对值之和为IG5-G6 I +1G7-G8 I。右上倾斜方向上差分绝对值之和为|G6-G2 | +1G3-G7 |。左上倾斜方向上差分绝对值之和为IG6-G3 I +1G2-G7 |。可以确定存在这样的相关性，其为具有四个相关绝对值中的最小差分绝对值的方向上的相关性(相关方向)。可以在去马赛克(内插)处理等中使用所确定的相关方向。尽管在该实施例中根据相邻G像素的像素值的差值来确定亮度改变最小的方向(具有高相关性的相关方向)，但是安排不限于此。也可以根据相邻G像素的像素值的比值来确定亮度改变最小的方向。当根据相邻G像素的像素值的比值来确定亮度改变吋，比值约为I的方向为亮度改变小的方向。〈使用相关方向的内插方法〉以下将描述使用如上所述确定的相关方向的内插方法。如图4所示，如果确定了相关方向为垂直方向，则使用相关方向上相同颜色的相邻像素的像素值来进行内插，并且计算图4所示粗线框中3 X 3像素(A阵列)的像素位置处其他颜色的像素值。为了对G的像素值进行内插，将G23的像素值用于B22和B24像素位置处G的像素值G22’和G24’，并且将G43的像素值用于B42和B44像素位置处G的像素值G42’和G44’。同时，将G32和G34的像素值的平均值用于R33像素位置处G的像素值G33’。为了对R和B的像素值进行内插，将R21的像素值用于B22像素位置处R的像素值R22’。将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别用于G23像素位置处R和B的像素值R23’和B23’。将R21和R25的像素值分别用于B22和B24像素位置处R的像素值R22’和R24’。将R33和B30的像素值分别用于G32像素位置处R和B的像素值R32’和B32’。将B30和B36的像素值的平均值用于R33像素位置处B的像素值B33’。将R33和B36的像素值分别用于G34像素位置处R和B的像素值R34’和B34’。将R41的像素值用于B42像素位置处R的像素值R42’。将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别用于G43像素位置处R和B的像素值R43’和B43’。将R45的像素值用于B44像素位置处R的像素值R44’。在B阵列中，R和B交換以执行类似处理来对RGB的像素值进行内插。
对每个3X3像素重复该处理，以对RGB的像素值进行内插。同时，如图5所示，如果确定存在左上倾斜方向上的相关方向，并且在该相关方向上存在将要被内插的颜色的相邻像素，则使用该像素的像素值来进行内插，并且计算图5所示粗线框中3X3像素(A阵列)的各像素位置处其他顔色的像素值。如果在相关方向上不存在将要被内插的颜色的像素，则使用相邻内插像素的RGB像素值的差值或比值(色差或顔色比值)之间的关系来进行内插。首先对包括将要在内插方向上被内插的颜色的像素在内的像素进行内插。在图5中，将R23的像素值用于B22像素位置处R的像素值R22’。将R21的像素值用于G32像素位置处R的像素值R32’。将G31和G53的像素值的平均值用于B42像素位置处G的像素值G42’。随后，类似地，将在相关方向上将要被内插的颜色的像素的像素值用于R23’、B33’、R43’、G24’、R34’、和 R44，。以下将描述对不包含将要在相关方向上被内插的颜色的像素在内的像素的内插的处理方法。为了内插和计算图5的B22像素位置处G的像素值G22’，使用G13与内插像素值B13’之间以及G31与内插像素值B31’之间的色差来进行内插。具体地，根据如下公式的算法来计算该值。{表达式1}G22，=B22+(G13+G31)/2-(B13’ +B31’ )/2类似地，G32像素位置处B的像素值B32’以及B42像素位置处R的像素值R42’的内插方法如以下公式所示。{表达式2}B32， =G32+B31， -G31R42’ =B42+R33_B33’执行类似处理来对B32 ’、B33 ’、B43 ’、R24 ’、B34 ’、和G44 ’进行内插。对每个3X3像素重复该处理，以对RGB的像素值进行内插。由于A和B阵列中RGB滤色器的対称性，因此即使确定了相关方向为水平方向或者相关方向为右上倾斜方向，也可以如在确定了相关方向为垂直方向或者左上倾斜方向的情况中ー样，对RGB的像素值进行类似的内插以及计算。尽管在表达式I和2中都将色差用于内插，但是也可以使用顔色比值来进行内插。{持征(4)}形成图I所示滤色器阵列的基本阵列图案P关于基本阵列图案P的中心点対称。如图2中所示，基本阵列图案中的A和B阵列分别关于中心处R滤色器或G滤色器点对称，并且A和B阵列还垂直和水平对称(线对称)。对称可以减小或简化后续阶段的处理电路的电路尺寸。{持征(5)}在图I所示滤色器阵列的基本阵列图案中，对应于基本阵列图案中R、G、和B滤色器的R像素、G像素、和B像素的像素数量分别为10个像素、16个像素、和10个像素。因此，RGB像素的像素数量之比为5:8:5，并且对获得亮度信号贡献最大的G像素的数量比例大于其他顔色R或B像素的数量比例。G像素的数量比例与R或B像素的数量比例是不同的，特别地，对获得亮度信号贡献最大的G像素的数量比例大于R或B像素的数量比例。从而，可以抑制去马赛克处理中的混叠现象，并且可以改进高频再现性。尽管存在多个基本阵列图案，并且可以通过在水平和垂直方向上重复布置基本阵列图案来形成图I所示的滤色器阵列，但是，在第一实施例中，为了方便起见，将基本阵列图案为点対称的基本阵列图案P称作基本阵列图案。尽管对于以下描述的其他实施例中的每个滤色器阵列来说都存在多个基本阵列图案，但是，仍然将作为代表的一个称作滤色器阵列的基本阵列图案。 {彩色成像元件的第二实施例}图6是示出根据本发明的单板彩色成像元件的第二实施例的示图。图6特别地示出了布置在彩色成像元件上的滤色器的滤色器阵列。第二实施例的彩色成像元件的滤色器阵列包括由对应于6X6像素的方阵图案形成的基本阵列图案P (粗线框所示图案)，并且基本阵列图案P在水平和垂直方向上重复布置。从而，滤色器阵列包括以预定循环布置的R、G、和B中每ー种顔色的滤色器(R滤色器、G滤色器、和B滤色器)。如在第一实施例中一祥，形成滤色器阵列的基本阵列图案P在基本阵列图案的水平和垂直方向上的每一行中都包括ー个或多个R、G、和B色的滤色器。对应于亮度像素的G滤色器被布置为包括在滤色器阵列P的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多G滤色器彼此相邻的部分。图7示出了图6所示基本阵列图案P被分成四组3X3像素的状态。如图7所示，可以将基本阵列图案P看作这样的图案，该图案包括由实线框所围绕的3X3像素的A阵列以及由虚线框所围绕的3X3像素的B阵列，其中A阵列和B阵列在水平和垂直方向上交替布置。A和B阵列中的每ー个都包括布置在四角和中心处的作为亮度像素的G滤色器，并且G滤色器被布置在两条对角线上。在A阵列中，R滤色器越过中心处G滤色器而布置在水平方向上，B滤色器越过中心处G滤色器而布置在垂直方向上。同时，在B阵列中，B滤色器越过中心处G滤色器而布置在水平方向上，R滤色器越过中心处G滤色器而布置在垂直方向上。从而，尽管在A和B阵列中R和B滤色器之间的位置关系是相反的，但是其余布置是相同的。如图8所示，A和B阵列在水平和垂直方向上交替布置，在A和B阵列四角处的G滤色器形成对应于2X2像素的方阵的G滤色器。在A或B阵列中，作为亮度像素的G滤色器被布置在3X3像素的四角和中心处，并且各3X3像素在水平和垂直方向上重复布置，从而形成对应于2X2像素的方阵的G滤色器。这些阵列满足特征(I)、(3)、和(5)，G滤色器满足特征(2)。更具体地，图6所示的滤色器阵列(基本阵列图案P)包括对应于G滤色器的2X2像素的方阵。
如图8中所示，当从第二实施例的彩色成像元件所输出的镶嵌图像中A阵列的周围提取5X5像素的局部区域(实线框所示区域)时，如图9所示来布置局部区域中四角处的2X2G像素。如图9所示，当从左上到右下将2X 2G像素的像素值定义为G1、G2、G3、和G4，则G像素的像素值的垂直方向上的差分绝对值为(IG1-G3 I +1G2-G4 |) /2，水平方向上的差分绝对值为(IG1-G2 I +1G3-G4 |) /2，右上倾斜方向上的差分绝对值为| G2-G3 |，以及左上倾斜方向上的差分绝对值为|G1-G4|。可以确定存在这样的相关性，其为具有四个相关性绝对值中的最小差分绝对值的方向上的相关性(相关方向)。当从镶嵌图像中提取5X5像素的局部区域以使得3X3像素的A阵列位于图8或图9所示的中心处时，各2X2G像素被布置在四角。因此，当局部区域中A阵列的3X3像素为去马赛克处理的目标像素时，计算四角处每个方向上的相关性绝对值之和(或平均值)， 并且将具有每个方向上的相关性绝对值之和(或平均值)中的最小值的方向确定为去马赛克处理的目标像素的亮度相关方向。形成图6所示滤色器阵列的基本阵列图案P关于基本阵列图案的中心(四个G滤色器的中心)点对称。如图7所示，基本阵列图案中的A和B阵列关于G滤色器的中心点对称，并且A和B阵列也在垂直和水平上对称(线对称)。在图6所示滤色器阵列的基本阵列图案中，对应于基本阵列图案中的R、G、和B滤色器的R像素、G像素、和B像素的像素数量分别为8个像素、20个像素、和8个像素。从而，RGB像素的像素数量之比为2:5:2，并且对获得亮度信号贡献最大的G像素的数量比例大于其他顔色R或B像素的数量比例。这样，第二实施例的彩色成像元件的滤色器阵列具有与第一实施例的彩色成像元件的滤色器阵列的特征(I)、(2)、(3)、(4)、和(5)相同的特征。第二实施例的彩色成像元件的滤色器阵列包括布置在滤色器阵列的倾斜(NE、NW)方向上的每一行中的G滤色器。该滤色器阵列具有这样的特征，其进一步提高了高频区域中去马赛克处理的再现精度，该特征在第一实施例的彩色成像元件的滤色器阵列中没有实现。{彩色成像元件的第三实施例}图10是示出应用于本发明的彩色成像元件的第三实施例的示图。图10特别地示出了布置在彩色成像元件上的滤色器的滤色器阵列。如图10中所示，彩色成像元件的滤色器阵列包括由对应于4X4像素的方阵图案形成的基本阵列图案(粗线框所示图案)，并且基本阵列图案在水平和垂直方向上重复布置。从而，滤色器阵列包括以预定循环布置的R、G、和B中每ー种顔色的滤色器(R滤色器、G滤色器、和B滤色器)。图10所示的滤色器阵列包括在基本阵列图案的水平和垂直方向上的每一行中的所有R、G、和B色的一个或多个滤色器。对应于亮度像素的G滤色器被布置为包括在基本阵列图案的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多G滤色器彼此相邻的部分。对应于相邻G滤色器的G像素的像素值允许以最小像素间隔确定水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上的亮度相关性。
形成滤色器阵列的基本阵列图案关于基本阵列图案的中心点対称。在图10所示滤色器阵列的基本阵列图案中，对应于基本阵列图案中的R、G JPB滤色器的R像素、G像素、和B像素的像素数量分别为4个像素、8个像素、和4个像素。从而，RGB像素的像素数量之比为1:2:1，并且对获得亮度信号贡献最大的G像素的数量比例大于其他顔色R或B像素的数量比例。第三实施例的彩色成像元件的滤色器阵列具有与第一实施例的彩色成像元件12的滤色器阵列的特征(I)、(2)、(3)、(4)、和(5)相同的特征。{彩色成像元件的第四实施例}图11是示出应用于本发明的彩色成像元件的第四实施例的示图。图11特别地示出了布置在彩色成像元件上的滤色器的滤色器阵列。
·
如图11所示，彩色成像元件的滤色器阵列包括由对应于5X5像素的方阵图案形成的基本阵列图案(粗线框所示图案)，并且基本阵列图案在水平和垂直方向上重复布置。从而，滤色器阵列包括以预定循环布置的R、G、和B中每ー种顔色的滤色器(R滤色器、G滤色器、和B滤色器)。图11所示的滤色器阵列包括在基本阵列图案的水平和垂直方向上的每一行中的所有R、G、和B色的一个或多个滤色器。对应于亮度像素的G滤色器被布置为包括在基本阵列图案的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多G滤色器彼此相邻的部分。对应于相邻G滤色器的G像素的像素值允许以最小像素间隔确定水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上的亮度相关性。在图11所示滤色器阵列的基本阵列图案中，对应于基本阵列图案中的R、G、和B滤色器的R像素、G像素、和B像素的像素数量分别为6个像素、13个像素、和6个像素。从而，RGB像素的像素数量之比为6:13: 6，并且对获得亮度信号贡献最大的G像素的数量比例大于其他顔色R或B像素的数量比例。第四实施例的彩色成像元件的滤色器阵列具有与第一实施例的彩色成像元件12的滤色器阵列的特征(I)、(2)、(3)、和(5)相同的特征。{彩色成像元件的第五实施例}图12是示出应用于本发明的彩色成像元件的第五实施例的示图。图12特别地示出了布置在彩色成像元件上的滤色器的滤色器阵列。如图12中所示，彩色成像元件的滤色器阵列包括由对应于7X7像素的方阵图案形成的基本阵列图案(粗线框所示图案)，并且基本阵列图案在水平和垂直方向上重复布置。从而，滤色器阵列包括以预定循环布置的R、G、和B中每ー种顔色的滤色器(R滤色器、G滤色器、和B滤色器)。图12所示的滤色器阵列包括在基本阵列图案的水平和垂直方向上的每一行中布置的所有R、G、和B色的滤色器。对应于亮度像素的G滤色器被布置为包括在基本阵列图案的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多G滤色器彼此相邻的部分。更具体地，基本阵列图案中存在四组G像素，每组包括水平和垂直上相邻的2 X 2像素。对应于相邻G滤色器的G像素的像素值允许以最小像素间隔确定水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上的亮度相关性。形成滤色器阵列的基本阵列图案关于基本阵列图案的中心点対称。
在图12所示滤色器阵列的基本阵列图案中，对应于基本阵列图案中的R、G、和B滤色器的R像素、G像素、和B像素的像素数量分别为12个像素、25个像素、和12个像素。从而，RGB像素的像素数量之比为12:25:12，并且对获得亮度信号贡献最大的G像素的数量比例大于其他顔色R或B像素的数量比例。第五实施例的彩色成像元件的滤色器阵列具有与第一实施例的彩色成像元件12的滤色器阵列的特征(I)、(2)、(3)、(4)、和(5)相同的特征。{彩色成像元件的第六实施例}图13是示出应用于本发明的彩色成像元件的第六实施例的示图。图13特别地示出了布置在彩色成像元件上的滤色器的滤色器阵列。如图13中所示，彩色成像元件的滤色器阵列包括由对应于8X8像素的方阵图案形成的基本阵列图案(粗线框所示图案)，并且基本阵列图案在水平和垂直方向上重复布 置。从而，滤色器阵列包括以预定循环布置的R、G、和B中每ー种顔色的滤色器(R滤色器、G滤色器、和B滤色器)。图13所示的滤色器阵列包括在基本阵列图案的水平和垂直方向上的每一行中布置的所有R、G、和B色的滤色器。对应于亮度像素的G滤色器被布置为包括在基本阵列图案的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多G滤色器彼此相邻的部分。更具体地，基本阵列图案中存在四组G像素，每组包括水平和垂直上相邻的2 X 2像素。对应于相邻G滤色器的G像素的像素值允许以最小像素间隔确定水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上的亮度相关性。形成滤色器阵列的基本阵列图案关于基本阵列图案的中心点対称。在图13所示滤色器阵列的基本阵列图案中，对应于基本阵列图案中的R、G、和B滤色器的R像素、G像素、和B像素的像素数量分别为16个像素、32个像素、和16个像素。从而，RGB像素的像素数量之比为1:2:1，并且对获得亮度信号贡献最大的G像素的数量比例大于其他顔色R或B像素的数量比例。第六实施例的彩色成像元件的滤色器阵列具有与第一实施例的彩色成像元件12的滤色器阵列的特征(I)、(2)、(3)、(4)、和(5)相同的特征。{其他}尽管在上述实施例中描述了具有RGB三原色的滤色器的彩色成像元件，但是本发明不限于此。本发明还可以应用于具有四种滤色器的彩色成像元件，这四种顔色包括RGB三原色和另ー种颜色(例如,翠绿色(E))。本发明还可以应用于具有四种补色滤色器的彩色成像元件，这四种补色除了包括RGB三原色的补色C (青色)、M (品红色)、和Y (黄色)之外还包括G色。在第一至第六实施例的彩色成像元件的滤色器阵列中，对获得亮度信号贡献最大的G像素的数量比例大于R或B像素的数量比例。但是，如果G像素的数量比例太大，R或B像素的数量比例减小，则容易在高频部分产生假色。因此，优选地，G像素的数量是R和B像素中每ー种像素数量的I. 5至3倍。本发明不限于上述实施例，显然，可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改变。
权利要求
1.一种单板彩色成像元件，包括以预定滤色器阵列布置在由水平和垂直方向上布置的光电转换元件形成的多个像素上的滤色器，其中 所述滤色器阵列包括预定基本阵列图案，所述预定基本阵列图案包括多个第一滤色器和多个第二滤色器，第一滤色器对应于对获得亮度信号贡献最大的第一顔色，第二滤色器对应于第一顔色之外的两种或更多第二顔色，所述基本阵列图案在水平和垂直方向上重复布置， 在基本阵列图案中的滤色器阵列的水平和垂直方向上的每一行中布置ー个或多个第ー滤色器以及ー个或多个第二滤色器，以及 所述多个第一滤色器被布置为进一歩包括如下部分在该部分中，在基本阵列图案的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向上有两个或更多第一滤色器彼此相邻。
2.根据权利要求I的彩色成像元件，其中 所述滤色器阵列包括越过第二滤色器顔色中的一种颜色的滤色器而在水平和垂直方向上连续布置的两个或更多第一滤色器。
3.根据权利要求I的彩色成像元件，其中 所述滤色器阵列包括由第一滤色器形成的对应于2X2像素的方阵。
4.根据权利要求I至3中任ー项的彩色成像元件，其中 所述预定基本阵列图案的滤色器阵列关于基本阵列图案的中心点対称。
5.根据权利要求I至4中任ー项的彩色成像元件，其中 所述预定基本阵列图案是对应于NXN (N为大于等于4并且小于等于8的整数)像素的方阵图案。
6.根据权利要求5的彩色成像元件，其中 预定基本阵列图案是对应于6X6像素的方阵图案。
7.根据权利要求I至6中任ー项的彩色成像元件，其中 在所述滤色器阵列中，所述第一滤色器越过3X3像素组中心处的滤色器而垂直和水平地布置，并且所述3X3像素组在水平和垂直方向上重复布置。
8.根据权利要求I至6中任ー项的彩色成像元件，其中 在所述滤色器阵列中，所述第一滤色器布置在3X3像素组的中心和四角处，并且所述3X3像素组在水平和垂直方向上重复布置。
9.根据权利要求I至8中任ー项的彩色成像元件，其中 所述第一顔色是绿色(G)，所述第二顔色是红色(R)和蓝色(B)。
10.根据权利要求9的彩色成像元件，其中 所述滤色器包括对应于红色(R)、緑色(G)、和蓝色(B)的R滤色器、G滤色器、和B滤色器，并且 所述滤色器阵列包括对应于3X3像素的第一阵列，所述第一阵列包括布置在中心处的R滤色器、布置在四角的B滤色器、以及越过中心处的R滤色器而垂直和水平布置的G滤色器；以及对应于3 X 3像素的第二阵列，所述第二阵列包括布置在中心处的B滤色器、布置在四角的R滤色器、以及越过中心处的B滤色器而垂直和水平布置的G滤色器，其中所述第ー阵列和所述第二阵列在水平和垂直方向上交替布置。
11.根据权利要求9的彩色成像元件，其中所述滤色器包括对应于红色(R)、緑色(G)、和蓝色(B)的R滤色器、G滤色器、和B滤色器，并且 所述滤色器阵列包括对应于3X3像素的第一阵列，所述第一阵列包括布置在中心和四角处的G滤色器、越过中心处G滤色器而垂直布置的B滤色器、以及越过中心处G滤色器而水平布置的R滤色器；以及对应于3X3像素的第二阵列，所述第二阵列包括布置在中心和四角处的G滤色器、越过中心处G滤色器而垂直布置的R滤色器、以及越过中心处G滤色器而水平布置的B滤色器，其中所述第一阵列和所述第二阵列在水平和垂直方向上交替布置。
全文摘要
本发明提供了一种单板彩色成像元件，其包括以预定滤色器阵列布置在由水平和垂直方向上布置的光电转换元件形成的多个像素上的滤色器。该彩色成像元件的滤色器阵列包括预定基本阵列图案P，预定基本阵列图案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色的滤色器，并且基本阵列图案P在水平和垂直方向上重复布置。特别地，G滤色器被布置为包括在基本阵列图案的水平、垂直、和倾斜(NE、NW)方向(四个方向)上有两个或更多G滤色器彼此相邻的部分，并且对应于相邻G滤色器的G像素的像素值允许以最小像素间隔确定四个方向上的亮度相关性。
文档编号H04N5/369GK102870405SQ20118002212
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年3月9日
发明者林健吉, 田中诚二 申请人:富士胶片株式会社