用于调整数字传感器的颜色过滤器的方法和关联的过滤器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于数字阵列传感器的包括彩色像素列和白色像素列的自适应颜色过滤器，以及参数化此类过滤器以便用于终点摄像机(photo finish camera)的方法。
【背景技术】
[0002]由像素马赛克形成的光敏传感器在数字摄影领域中久为所知；传感器最广泛地用于数字摄像机用途，例如CCD (电荷耦合器件)或CMOS (互补金属氧化物半导体)技术。为了产生彩色图像，将颜色过滤器应用于这些数字传感器；过滤器也采取具有不同颜色的阵列的形式，每个颜色专用于在其上叠加颜色的传感器像素。然后通过图像处理算法，获得必须与生成的图像的每个像素关联的颜色。
[0003]最广为人知的一种颜色过滤器是拜耳过滤器，其是最常见形式的RGB过滤器(R表示红色，G表示绿色，并且B表示蓝色，这三种颜色是基本颜色，可以通过加法合成组合，从它们获得任何其它颜色)。此类过滤器使用包括4个像素的基本模式，并且在传感器的整个表面上重复该模式，其中两个绿色像素在蓝色像素和红色像素形成的对角处。
[0004]这种类型的颜色过滤器的缺点是关联的数字传感器的灵敏度显著降低，这是由于到达传感器的光明显衰减所致。实际上，波长的相当一部分由不同过滤器吸收。由于这些原因，后来建议拜耳过滤器的不同变型，具体地说，使用白色像素替换两个绿色像素之一，以便提高传感器的灵敏度。在这种情况下，也在整个过滤器上重复修改后的基本模式。
[0005]在运动比赛领域中，基于图像识别的辅助计时设备(通常称为“终点”设备)也是已知的。此类系统允许操作者通过查看精确置于终点线中心的高清晰度摄像机拍摄的连续图像，区分跨过终点线的参赛者。通过分析在连续给定时刻拍摄的并且因此对应于不同测量时间的图像序列，可以在赛事之后，但仍在完成之后非常迅速地确定每个参赛者跨过终点线的确切时间，例如精确到千分之一秒，从而以可靠方式排出参赛者的名次。
[0006]这些终点设备使用的摄像机通常包括行扫描型CCD传感器(通常由首字母缩略词LS-CCD表示)，其图像捕获速率甚至高于标准CCD摄像机，从而允许时间分辨率高达万分之一秒。用于此类摄像机的最初传感器具有非常特定的条形阵列结构，即在终点线上非常精确对齐的单一像素列。当今，更可能使用标准二维阵列传感器，其中由软件执行在终点线上对齐的列的选择。
[0007]对于具备LS-CXD传感器的此类终点设备，当然可以使用如上所述的RGB过滤器获得彩色图像。然而，这些过滤器不适合于在所有比赛条件下提供足够的质量。实际上，例如取决于比赛时间或天气条件，环境光度可能变化显著，并且从而强烈降低获得的图像质量。这同样适用于有关比赛类型的考虑，这些考虑影响参赛者在不同赛事中的速度，并且因此影响拍摄参数，包括曝光时间。
[0008]因此，需要一种配备有用于数字传感器的颜色过滤器而没有已知限制的终点摄像机。
【发明内容】
[0009]本发明的一个目标是提供一种具有自适应光学属性的新型颜色过滤器，以及一种调整使用此类过滤器的终点摄像机的特别实用的新方法。
[0010]通过用于包括二维像素阵列的数字传感器的颜色过滤器实现这些目标，每个像素对应于给定颜色，通过交替第一彩色像素列和第二白色像素列形成所述像素阵列，其特征在于，每个第一彩色像素列包括在整个第一彩色像素列上重复的基本像素序列，所述基本像素序列包括具有三种不同颜色的至少三个像素。
[0011]这些目标还作为一种调整包括此类颜色过滤器的终点摄像机的方法的结果实现，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
[0012]-第一步骤:选择基本模式，所述基本模式具有包括灵敏度、颜色质量和分辨率的光学属性，根据比赛参数预定义所述光学属性；
[0013]-第二步骤:软件选择一组相邻列，所述相邻列的数量对应于所选择的基本模式的宽度；
[0014]-第三步骤:将所述一组相邻列置于所述终点线的中心。
[0015]在从属权利要求中定义本发明的特定实施例。
[0016]本发明的优点是它可以永久优化使用所建议的过滤器获得的彩色照片的光学属性，而不管使用条件为何。
[0017]所建议的解决方案的另一优点是它允许快速和有效地调整针对拍摄选择的光学参数，并且具体地说，根据软件用于进行所有调整的优选实施例，不需要以任何自由度对终点摄像机进行任何移动。因此，可以一次针对所有参数进行微调以便相对于终点线对齐终点摄像机，其中通过软件处理唯一获得过滤器调整。永久锁定所有自由度以及没有终点摄像机的任何物理处理将明显简化调整操作，同时允许适应于最多可能类型的比赛条件。
【附图说明】
[0018]本发明的有利实例实现在说明书中给出并在附图中示出，这些附图是:
[0019]-图1分别示出在本发明的范围内使用、在终点线上对齐的终点摄像机的顶视图；
[0020]-图2示出根据本发明的一个优选实施例的过滤器以及可以使用的各种基本模式的图；
[0021]-图3示出根据本发明的一个优选实施例的调整终点摄像机的方法的各种步骤的图。
【具体实施方式】
[0022]图1示出根据本发明使用的终点摄像机的框图。优选地LS-⑶D终点摄像机3在跑道I的终点线2上对齐，跑道I优选地包括不同参赛者在其中移动的数个赛道10。应该注意，田径跑道I的实例仅是指示性和非限制性的，终点摄像机3还可以用于自行车比赛、汽车比赛，或者也用于赛马。
[0023]终点摄像机3优选地具有四个自由度:三个旋转自由度和一个平移自由度。在图1中仅示出横向自由度T和围绕垂直轴的第一旋转自由度R1。然而，摄像机优选地可围绕球窝接头8旋转安装，球窝接头8同时具有第二和第三其它旋转自由度R2、R3，以便管理摄像机3的光轴4在终点线2上的对齐。终点摄像机3包括具有像素阵列的数字传感器6，以及图像处理设备7，该设备提供对应于传感器检测的图像的数字输出信号9。为了形成彩色图像，终点摄像机3还包括特定颜色过滤器60，可以根据下面讨论的各种预定义参数调整颜色过滤器60的光学属性。根据一个优选实施例，该颜色过滤器60直接附接到数字传感器6的像素，以便术语“像素”还不准确地用于过滤器以便指覆盖数字传感器6的像素的不同颜色。
[0024]在图2中示出此类颜色过滤器60，其像素模式对应于本发明的一个优选实施例。过滤器的宽度61和总高度62以像素行和列计算，它们通常在1024和2048个像素之间。应该注意，通过交替第一彩色像素列611和第二白色像素W列612形成过滤器60，每个第一列611与第二列612并列。颜色过滤器60采用列的这种配置尤其适合于终点摄像机，其使用在终点线上对齐的不超过几个像素列，以便通过将这些列与给定时间关联，提供最精确的可能时间戳，同时最大化图像大小，图像高度由列中的像素数精确地确定。
[0025]每个第一像素列611包括包含至少三种不同颜色的基本序列A，以便保证图像的良好颜色质量，通过仅基于该图像的加法合成而不需要来自另一个列的任何其它像素获得该图像。根据示出的优选实施例，每个第一彩色像素列611因此包括至少一个蓝色像素B、一个绿色像素G和一个红色像素R。但是，通过替代，使用的颜色还可以是蓝绿色、洋红色和黄色。
[0026]在图2中，对于每个第一列611，基本序列A相同，g卩，仅三个像素的从上到下系列:第一红色R、第二绿色G和第三蓝色B。因此，这种红色-绿色-蓝色序列在整个的每个第一颜色列611上重复。每个序列仅使用三个像素的事实可以提高颜色质量Q，颜色质量在本发明的范围内建模，与获得彩色图像需要的像素行数成反比，如下面参考图3详细解释的那样。根据一个变型，可以使用对应于修改后的拜耳模式的另一个序列，其中在每个第一列611上重复的基本序列是四个像素而不是三个像素的系列，即:绿色G、蓝色B，然后是另一个绿色G，最后是红色R。基本序列的这种变型在灵敏度方面是有利的，因为绿色不如蓝色或红色那样能吸收。然而，这种改进对颜色质量造成损害，因为需要四个像素行而不是三个。另外，每个列的每个基本序列A具有相同序列的事实可以限制创建基本模式需要的列数，并且从而最大化图像的分辨率。
[0027]但是，如可以在图2中看到的，每个第一彩色像素列611的基本序列A的布置并不完全相同。实际上，应该注意，每个像素行具有由红色R、绿色G以及蓝色B形成的像素系列的相同序列，对于每个第一彩色像素列611，仅插入白色W像素。通过将每个基本序列A的高度从第一彩色像素列611向下一个列偏移一个像素，获得这些对称属性。换言之，如果对于给定像素行，第一彩色像素列611中的像素具有特定颜色(例如红色)，则例如在随后第一彩色像素列611的较高或较低一