专利名称：滤色阵列及其获取方法
技术领域：
本发明涉及彩色照相机技术领域，尤其涉及一种滤色阵列及其获取方法。
背景技术：
为了减少成本、体积和颜色之间的配准误差，静止彩色图像采集设备(如CCD静止图像数码相机)中通常带有颜色过滤单元镶嵌在一起的滤色阵列(CFA，Color Filter Array)的单片传感器，具体见图1所示。在图像的每一个象素点处，传感器只采集到一种颜色的亮度，作为彩色图像必须的三种颜色分量的其他分量则必须通过插值得到，这种图像的插值过程为解镶嵌(demosaicking)；CFA由一个小矩形的滤色阵列在横纵方向经周期重复得到，这个小阵列为CFA模式；CFA模式和解镶嵌方法的设计和选择对于彩色图像的成像至关重要。
经CFA滤色后，传感器所采集到的图像为灰度图像(称为CFA图像)，对应于CFA在各点的滤色性质，每个象素的灰度值只是基础颜色(如红、绿、蓝)中某一个分量的大小。重构图像必须对缺失的信息进行估计恢复，即解镶嵌，而CFA的选择对于图像重构的质量和计算复杂度都有很大的影响。
现有技术对CFA的获取方法都不是系统的设计，而只是依靠经验或图像、光线、人眼的特征去提高CFA某一方面的性能。例如，最常用的Bayer CFA就是考虑了人类视觉系统对于亮度信息更加敏感，且亮度的大部分信息来自于绿色分量，因此设计了绿色采样点数占总数1/2的Bayer CFA。
由于现有技术在CFA获取方法方面存在的缺陷，使得经现有CFA滤色后，经现有解镶嵌方法解镶嵌得到的重构图像，存在重构误差较大的区域。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种滤色阵列及其获取方法，以便能够得到高质量的重构图像。
相应的，本发明还提出了一种解镶嵌方法。
本发明实施例提出了一种滤色阵列，对经该滤色阵列滤色得到的图像做离散傅立叶变换，得到所述图像对应的二维频谱，该频谱在二维空间上周期重复，将所述二维频谱的周期归一化为(T，T)；在该频谱的任意一个周期，包含一个亮度谱和至少两个色差谱，将所述二维频谱的一个周期中亮度谱中心的坐标定义为(x，y)，在所述二维频谱的一个周期中包括亮度谱中心到每个色差谱中心的距离都不小于T/2；若所有色差谱的中心在一条直线上，则亮度谱中心到该直线的距离不等于T/2；至少有一个色差谱中心的坐标为非(x±T/2，y)或(x，y±T/2)或(x±T/2，y±T/2)。
本发明实施例提出了一种滤色阵列的获取方法，包括步骤选定频谱结构，得到该频谱结构中包含三基色符号与系数参数的各非零复用分量的参数形式表示；求解所述系数参数的值，得到该频谱结构中包含三基色符号的各非零复用分量的非参数形式表示；对所述得到的各非零复用分量的非参数形式表示，做傅立叶反变换，得到包含三基色符号的滤色阵列模式的表示；选定所述滤色阵列模式的表示中三基色符号所代表的三基色，得到滤色阵列模式；将所述得到的滤色阵列模式周期延拓，得到滤色阵列。
本发明实施例提出了一种滤色阵列的获取装置，包括频谱结构选定单元，用于选定频谱结构，得到该频谱结构中包含三基色符号与系数参数的各非零复用分量的参数形式表示；参数求解单元，用于求解所述系数参数的值，得到该频谱结构中包含三基色符号的各非零复用分量的非参数形式表示；傅立叶反变换单元，用于对所述得到的各非零复用分量的非参数形式表示，做傅立叶反变换，得到包含三基色符号的滤色阵列模式的表示；基色选定单元，用于选定所述滤色阵列模式的表示中三基色符号所代表的三基色，得到滤色阵列模式；周期延拓单元，用于将所述得到的滤色阵列模式周期延拓，得到滤色阵列。
本发明实施例提出了一种解镶嵌方法，包括步骤分析滤色阵列的频谱结构，得到经所述滤色阵列滤色后图像的各非零复用分量的系数及该各非零复用分量分别所处的调制频率点；以及基于所述得到的各非零复用分量的系数，得到解镶嵌变换；对经所述滤色阵列滤色得到的图像，在所述得到的各非零复用分量分别所处的调制频率点进行滤波，得到所述的各非零复用分量；将所述得到的复用分量通过所述得到的解镶嵌变换，进行解镶嵌变换得到所述图像中的三基色频谱；对所述得到的三基色频谱，做傅立叶反变换，得到估计的原始图像。
本发明实施例提出了一种解镶嵌装置，包括频谱结构分析单元，用于分析滤色阵列的频谱结构，得到经所述滤色阵列滤色后图像的各非零复用分量的系数及该各非零复用分量分别所处的调制频率点；解镶嵌变换获取单元，基于所述得到的各非零复用分量的系数，得到解镶嵌变换；滤波单元，用于对经所述滤色阵列滤色得到的图像，在所述得到的各非零复用分量分别所处的调制频率点进行滤波，得到所述的各非零复用分量；解镶嵌变换单元，用于将所述得到的复用分量通过所述得到的解镶嵌变换，进行解镶嵌变换得到所述图像中的三基色频谱；傅立叶反变换单元，用于对所述得到的三基色频谱，做傅立叶反变换，得到估计的原始图像。
本发明实施例提出的滤色阵列，经其滤色得到的CFA图像所对应的二维频谱中，包含一个亮度谱和至少两个色差谱，该频谱在二维空间上周期重复，将所述二维频谱的周期归一化为(T，T)。则在所述二维频谱的一个周期中，亮度谱中心到所有色差谱中心的距离不小于T/2；且如果所有色差谱中心在一条直线上，那么亮度谱中心到所述直线的距离不等于T/2；且有，将所述二维频谱的一个周期中的亮度谱中心的坐标定义为(x，y)，则至少有一个色差谱的坐标为非(x±T/2，y)或(x，y±T/2)或(x±T/2，y±T/2)。CFA图像对应的二维频谱，在一个周期中亮度谱和色差谱间符合这种规则的分布，减少了频谱间的混叠，从而使得能够得到高质量的重构图像。
本发明实施例提出的滤色阵列获取方法，从频域的角度出发获取CFA，CFA的获取方法系统化，使用该方法设计得到的CFA，能够得到高质量的重构图像。
本发明实施例提出的解镶嵌方法，基于研究得到的CFA图像的频谱结构，从频域的角度出发，能够对所有的CFA进行频域重构方式的解镶嵌，从而能够得到高质量的重构图像。
图1为CCD静止图像数码相机的成像过程示意图； 图2为本发明实施例提出的CFA图像对应的二维频谱中有两个色差谱时的频谱结构示意图； 图3为本发明实施例提出的CFA图像对应的二维频谱中有三个色差谱时的频谱结构示意图； 图4为本发明实施例提出的CFA图像对应的二维频谱中有四个色差谱时的频谱结构示意图； 图5为本发明实施例提出的CFA图像对应的二维频谱中有五个色差谱时的频谱结构示意图； 图6为Bayer CFA图像对应的二维频谱结构示意图； 图7为本发明实施例提出的解镶嵌方法的流程示意图； 图8为本发明实施例提出的由CFA图像对应的二维频谱结构得到对应CFA的CFA获取方法流程图； 图9为一个中心化频谱周期中亮度谱与各色差谱的坐标表示示意图； 图10a为本发明实施例中由频谱结构获取的一个4×4的CFA模式结构图； 图10b为本发明实施例中由频谱结构获取的另一个4×4的CFA模式结构图； 图11a为基于本发明实施例提出的CFA获取方法获取的一个6×6的CFA模式的结构图； 图11b为与图10a中CFA模式等价的CFA模式的结构图； 图12为本发明实施例提出的获取CFA的装置结构示意图； 图13为本发明实施例提出的解镶嵌装置的结构示意图。
具体实施例方式 本发明实施例提出的滤色阵列是对经所述CFA滤色得到的CFA图像做傅立叶变换，得到对应的二维频谱，该频谱中包含一个亮度谱和至少两个色差谱，且该频谱在二维空间上周期重复，将所述二维频谱的周期归一化为(1，1)；则在所述二维频谱的一个周期中 亮度谱中心到每个色差谱中心的距离大于1/2；若所有色差谱的中心在一条直线上，则亮度谱中心到该直线的距离不等于1/2；且有，将亮度谱中心的坐标定义为(0，0)，则至少有一个色差谱的坐标为非(±1/2，0)或(0，±1/2)或(±1/2，±1/2)。
下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式
。
参阅图2所示，将CFA图像对应二维频谱的周期归一化为(1，1)，在此二维频谱的一个周期中有且只有两个色差谱，并将此二维频谱的一个周期中亮度谱中心的坐标定义为(0，0)，在所述一个周期中，需要满足亮度谱中心到每一个色差谱中心的距离d1，d2都不小于1/2；两个色差谱中心可以连接成一条直线，亮度谱中心到此直线的距离d必须不等于1/2；且需要至少有一个色差谱中心的坐标为非(±1/2，0)或(0，±1/2)或(±1/2，±1/2)。
参阅图3所示，将CFA图像对应二维频谱的周期归一化为(1，1)，在此二维频谱的一个周期中有且只有三个色差谱，并将此二维频谱的一个周期中亮度谱中心的坐标定义为(0，0)，在所述一个周期中，需要满足亮度谱中心到每一个色差谱中心的距离d1，d2，d3都不小于1/2；三个色差谱中心可以连接成一条直线，亮度谱中心到此直线的距离d必须不等于1/2；且需要至少有一个色差谱中心的坐标为非(±1/2，0)或(0，±1/2)或(±1/2，±1/2)。
参阅图4所示，将CFA图像对应二维频谱的周期归一化为(1，1)，在此二维频谱的一个周期中有且只有四个色差谱，并将此二维频谱的一个周期中亮度谱中心的坐标定义为(0，0)，在所述一个周期中，需要满足亮度谱到每一个色差谱的距离d1，d2，d3，d4都不小于1/2；四个色差谱中心如果可以连接成一条直线，也需要满足亮度谱中心到此直线的距离不等于1/2；且需要至少有一个色差谱中心的坐标为非(±1/2，0)或(0，±1/2)或(±1/2，±1/2)。
参阅图5所示，将CFA图像对应二维频谱的周期归一化为(1，1)，在此二维频谱的一个周期中有且只有五个色差谱，并将此二维频谱的一个周期中亮度谱中心的坐标定义为(0，0)，在所述一个周期中，需要满足亮度谱到每一个色差谱的距离d1，d2，d3，d4，d5都不小于1/2；五个色差谱中心如果可以连接成一条直线，也需要满足亮度谱中心到此直线的距离不等于1/2；且需要至少有一个色差谱中心的坐标为非(±1/2，0)或(0，±1/2)或(±1/2，±1/2)。
依次类推，将CFA图像对应二维频谱的周期归一化为(1，1)，若在此二维频谱的一个周期中色差谱的个数大于五个时，将此二维频谱的一个周期中亮度谱中心的坐标定义为(0，0)，那么，在所述一个周期中，也需要满足亮度谱到每一个色差谱的距离都要大于或等于1/2，且所有色差谱中心如果可以连接成一条直线，也需要满足亮度谱中心到此直线的距离不等于1/2；且需要有至少有一个色差谱中心的坐标为非(±1/2，0)或(0，±1/2)或(±1/2，±1/2)。
相应的本发明实施例还提出了获取CFA的技术方案即从频域的角度出发来获取CFA。
下面结合说明书附图来说明该技术方案的具体实施方式
。
为了用系统的方法来获取CFA，需要首先对CFA图像进行合理的表示。
本申请的发明人在研究过程中发现，可以证明，在频域上，经由大小为(nx，ny)的CFA模式周期延拓得到CFA后，经该CFA滤色得到的CFA图像包含nx×ny个由原始图像基色分量加权得到的频率分量(称为复用分量)，分别调制在频率(kx/nx，ky/ny)，kx＝0，1，...nx-1；ky＝0，1，...ny-1上，构成一种频分复用。且在基带(频率为(0，0))复用分量的系数之和为1；在除了基带的其他任何频率，其系数之和都为0。在基带的复用分量被称为亮度分量，位于高频的其他分量被称为色差分量。
以下给出证明 设原始彩色图像f(x，y)及其相应的CFA阵列hCFA(x，y)均为(Nx，Ny)的矩阵，其中hCFA(x，y)由大小为(nx，ny)的CFA模式hp(x，y)周期延拓而成。经CFA滤色后的图像(即CFA图像)fCFA(x，y)，由矩阵f(x，y)和hCFA(x，y)对应点的乘积得到。对应于三基色原理，可以将图像f(x，y)和CFA阵列hCFA(x，y)分解为三个基色分量，即其中，c＝三基色(如r，g，b)。
相应的，可以得到各基色的CFA模式hp(c)(x，y)，使得 首先，我们将推导出在频域上的表示，然后将三个基色分量求和就能够得到fCFA(x，y)的频域表示。
设hp(c)的离散傅里叶变换(DFT)为Hp(c)(ωx，ωy)，经推导不难得到
由卷积定理，时域的相乘对应于频域的圆周卷积(*)，可得 此式说明，在频域上，经CFA滤色后的图像Fh(c)(ωx，ωy)包含nxny个加权的原始图像，分别调制在频率
kx＝0，...nx-1；ky＝0，...ny-1.上。这构成一种频分复用。
然后，根据DFT的线性性质，可得到CFA图像的频域表示 此式表明CFA图像包含nxny个分别调制在频率
kx＝0，...nx-1；ky＝0，...ny-1上的由基色图像加权所构成的分量(称为复用分量) 此外，为了使得CFA图像的动态范围一致(如0～255)，hp(c)(x，y)的系数必须满足x，y. 在频域上，此式等价于即在基带(kx＝ky＝0)的复用分量的系数之和为1；在除了基带的其他任何频率，其系数之和都为0。因此在基带的复用分量被称为亮度分量，位于高频的其他分量被称为色差分量。
方便起见，我们可以引入一个矩阵SCFA(称为CFA的频谱结构)，以记录CFA图像各复用分量在频域上频分复用的所有信息。此矩阵的第(kx，ky)元素即为调制于(
)的复用分量，即 另一方面，包含三基色符号的CFA模式hp为 可以证明，若将原始图像f(c)和其DFTF(c)分别用参数化的变量符号c和C表示，则有SCFA＝DFT[hp]，即CFA的频谱结构即为符号化的CFA模式的DFT。
下面给出证明 对hp做DFT，可得 故DFT[hp]的第(kx，ky)个元素为考虑到此式中C代表经DFT变换的原图像的c分量，即C＝F(c)，可知DFT[hp]的第(kx，ky)个元素就是SCFA的第(kx，ky)个元素，也即SCFA＝DFT[hp]成立。
例如对于Bayer CFA，若将三基色红、绿、蓝分别表示为r，g和b，三基色经DFT后的符号表示为R，G和B。则Bayer CFA的频谱结构为 频谱结构SBayer表明，Bayer CFA图像包含四个复用分量，若将频谱的周期归一化为(1，1)，并将亮度谱中心的坐标定义为(0，0)，则Bayer CFA图像包含的四个复用分量具体为基带的亮度分量(R+2G+B)/4，调制频率分别为(0.5，0)，(0，0.5)，(0.5，0.5)的色差分量-(R-B)/b，(R-B)/4，-(R-2G+B)/4。Bayer CFA的频谱结构示意图如图6所示。
基于CFA的频谱结构，能够对CFA的性质进行理论分析，即分析经CFA滤色后的图像的各复用分量在频域上的混叠情况。例如，对于Bayer CFA，由频谱结构SBayer(或图6)可以看出，从图中可以看到，在频率(0.5，0)，(0，0.5)，(0.5，0.5)附近，混叠比较严重。其中最为严重的混叠出现在频率(0.5，0)，(0，0.5)周围，这是因为此两处色差分量-(R-B)/4，(R-B)/4与基带的亮度分量(R+2G+B)/4的距离比较近，而且这些频谱的轴上存在着严重的混叠。基于频谱结构的CFA分析，能够指导我们进行CFA的获取，如尽量减少各复用分量之间的混叠。
基于CFA的频谱结构，还能够得到一种在频域上由CFA图像恢复原来的图像的解镶嵌方法。例如，由基于所述得到的Bayer CFA的频谱结构SBayer，可知恢复原来图像三基色信息的最直接方法，就是基于先通过频域滤波得到各频分复用分量(R+2G+B)/4，-(R-2G+B)/4，和-(R-B)/4(或者(R-B)/4)，然后借助解镶嵌变换(此处选用线性变换矩阵)即可 此线性变换为一种解镶嵌变换，通过对各复用分量进行解镶嵌变换将得到原图像的各基色分量。
基于上述，得到了CFA图像频谱结构的表示，并且可以利用此表示在频域上分析CFA图像的性质，频分复用分量之间的混叠程度直接影响到重构图像的性质和质量。
同时，基于得到的CFA图像频谱结构的表示，本发明实施例提出了一种解镶嵌的方法，此方法对任意矩形的CFA适用，其具体流程参见图7所示。
步骤71分析滤色阵列的频谱结构，得到经所述滤色阵列滤色后图像的各非零复用分量的系数及该各非零复用分量分别所处的调制频率点。
步骤72基于所述得到的各非零复用分量的系数，得到解镶嵌变换。
步骤73对经所述滤色阵列滤色得到的图像，在所述得到的各非零复用分量分别所处的调制频率点进行带通滤波，得到所述的各非零复用分量； 步骤74将所述得到的各复用分量通过所述得到的解镶嵌变换，进行解镶嵌变换得到所述图像中三基色的频谱； 步骤75对所述得到的三基色的频谱，做傅立叶反变换，即可得到估计的原始图像。
基于CFA的频谱结构，本发明实施例还提出了一种利用上述CFA图像频谱结构表示方法，进行系统的CFA获取的方法。
CFA获取的步骤如图8所示，首先选定频谱结构，频谱结构设计的任务是，确定频谱空间中恒为零的复用分量和各非零的复用分量所处的调制频率，以减少复用分量之间的干扰；然后优化参数，优化设计的任务是，在给定频谱结构的前提下，即给定非零复用分量的调制频率或者位置后，确定各分量的系数，使得解镶嵌变换矩阵T更稳定和鲁棒，具体实施时选取的优化目标函数可以为衡量矩阵T的稳定和鲁棒性的一个函数，例如可以采用T的各种范数，优化的限制条件是满足硬件可实现条件(例如颜色系数非负等)，使得CFA各采样点有相同的动态范围和能够满足所选的频谱结构；最后进行傅立叶反变换并选定三基色，可得到CFA模式的结构，CFA模式经周期延拓即可得到CFA的结构。
需要说明的是，交换三基色的位置或者选择任意其他的三基色，可以得到新的CFA模式。
下面给出一个4×4的CFA模式获取的例子。
步骤801选定频谱结构的形式； 选定频谱结构如图5所示，即CFA图像对应的二维频谱的周期为(1，1)，在该二维频谱的一个周期中包含一个亮度分量和五个色差分量，亮度谱中心的坐标为(0，0)，满足亮度谱中心到每一个色差谱中心的距离d1，d2，d3，d4，d5都不小于1/2；色差谱中心如果可以连接成一条直线，也满足亮度谱中心到此直线的距离不等于1/2；且有至少一个色差谱中心的坐标为非(±1/2，0)或(0，±1/2)或(±1/2，±1/2)。
基于上述条件，假设图中有分别调制于频率(1/2，1/4)，(1/2，-1/4)，(1/4，1/2)和(1/4，-1/2)上的四个色差分量，且这四个色差分量相同；另一个色差分量的频率为(1/2，1/2)，相应的坐标表示见图9所示，图中以左上角中心化的周期为例给出亮度谱与各色差谱中心的坐标。据此确定频谱空间中恒为零的复用分量和各非零的复用分量所处的调制频率，得到包含三基色符号及系数参数的复用分量的参数形式表示为 (式1) 其中α，β，γ为待定系数参数，c1，c2，c3为三基色的符号表示。
步骤802求解复用分量中的系数参数。采用通过求解约束条件下的最优化问题，来得到复用分量中的系数参数的方法。
(1)首先确定需要满足的约束条件。
对Hp(c)求傅立叶反变换(IDFT)，得到 其需要满足的条件为 其中表示它为非负矩阵，14×4表示一个元素全为1的4×4矩阵。
(2)确定最优化问题的目标函数。
由(式1)可知，非零复用分量有一个位于基带(0，0)的亮度分量FLα(c1)C1+α(c2)C2+α(c3)C3；一个调制于频率(1/2，1/2)的色差分量Fcaβ(c1)C1+β(c2)C2+β(c3)C3；和四个分别调制于频率(1/2，1/4)，(1/2，-1/4)，(1/4，1/2)和(1/4，-1/2)的色差分量Fcbγ(c1)C1+γ(c2)C2+γ(c2)C3。故从分量FL，Fca，Fcb中恢复基础颜色分量C1，C2，C3的解镶嵌变换矩阵为 为了减少因解镶嵌变换带来的误差，使得解镶嵌变换矩阵T更稳定和鲁棒，可以定义优化问题目标函数为Min‖T‖2 (3)最优化问题求解 即在(1)中所给的约束条件下求解(2)中选定的最优化问题Min‖T‖2，具体求解方法较多，例如可以采用全局搜索法，此处不再赘述，经最优化求解可以得到解镶嵌变换矩阵T中各参数的解 即得到包含三基色符号的各复用分量的非参数形式表示为 步骤803对频谱结构S求IDFT得到包含三基色的CFA模式的表示 步骤804选定三基色[C1，C2，C3]，即可得到所需CFA模式 若基色选择为[r，g，b]时，得到其CFA模式的结构如图10a所示； 若基色选择为时[b，g，r]，得到其CFA模式的结构如图10b所示； 若基色选择为时[c，m，y]，得到 其中，r，g，b，c，m，y分别代表红，绿，蓝，青，紫，黄。
步骤805将所述得到的滤色阵列模式周期延拓，即可获取滤色阵列。
使用以上的CFA获取方法，这里再给出获取的一个6×6的CFA模式，其CFA模式结构见图11a所示，其CFA频谱结构为 特别值得一提的是，基于本发明实施例提出的获取滤色阵列的方法，每获取一种CFA，如果将获取过程中所选用的三基色的位置交换，或者任意选用其他的三基色来代替，就可以保持在频谱结构形式不变的前提下，得到新的CFA，这些CFA有着不同的滤色特性，并对图像重构有不同的影响。
另外，由于上述6×6的CFA模式的列包含三个周期，所以此CFA模式等价于图11b所示的6×2的CFA模式，两者所构成的CFA完全相同，因为CFA是由其对应的CFA模式周期重复而成。
本发明实施例提出的滤色阵列获取方法，基于研究得到的CFA图像频谱结构的表示，从频域的角度出发设计CFA，使得CFA的设计方法系统化，并能得到满足所需特性的CFA阵列。
需要说明的是，本发明实施例提出的滤色阵列以及采用本发明实施例提出的滤色阵列获取方法获取的滤色阵列可以但不限于为矩形阵列，且不限于用在彩色照相机中，在视频摄像机中也可被广泛应用。
上述获取得到的CFA经试验证明，其性能都明显好于目前最广泛使用的Bayer CFA，经获取得到的CFA滤色后的重构图像质量较高。
根据本发明技术方案的实施例，本发明这里提供了实施该技术方案的一种由CFA图像对应的二维频谱来设计得到CFA的装置，如图12所示，该装置包括 频谱结构选定单元121，用于选定频谱结构，得到该频谱结构中包含三基色符号与系数参数的各非零频分复用分量的参数形式表示；参数求解单元122，用于求解频谱结构选定单元121得到的系数参数的值，得到该频谱结构中包含三基色符号的各非零频分复用分量的非参数形式表示；傅立叶反变换单元123，用于对参数求解单元122得到的各频分复用分量的非参数形式表示，做傅立叶反变换，得到包含三基色符号的滤色阵列模式的表示；基色选定单元124，用于选定傅立叶反变换单元123得到的滤色阵列模式的表示中三基色符号所代表的三基色，得到滤色阵列模式；周期延拓单元125，用于将基色选定单元124得到的滤色阵列模式周期延拓，得到滤色阵列。
根据本发明技术方案的实施例，本发明这里提供了实施该技术方案的一种解镶嵌的装置，如图13所示，该装置包括 频谱结构分析单元131，用于分析滤色阵列的频谱结构，得到经所述滤色阵列滤色后图像的各非零复用分量的系数及该各非零复用分量分别所处的调制频率点；解镶嵌变换获取单元132，基于频谱结构分析单元131分析得到的各非零复用分量的系数，得到解镶嵌变换；滤波单元133，用于对经所述滤色阵列滤色得到的图像，在频谱结构分析单元131得到的各非零复用分量分别所处的调制频率点处进行滤波，得到所述的各非零复用分量；解镶嵌变换单元134，用于将滤波单元133得到的复用分量通过解镶嵌变换获取单元132得到的解镶嵌变换，进行解镶嵌变换得到所述图像中的三基色频谱；傅立叶反变换单元135，用于对解镶嵌变换单元134得到的三基色频谱，做傅立叶反变换，得到估计的原始图像。
上述装置中所提到的各个功能单元可以基于软件编程来实现，也可以基于改造现有的硬件设备来实现。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种滤色阵列，对经该滤色阵列滤色得到的图像做离散傅立叶变换，得到所述图像对应的二维频谱，该频谱在二维空间上周期重复，将所述二维频谱的周期归一化为(T，T)；在该频谱的任意一个周期，包含一个亮度谱和至少两个色差谱，将所述二维频谱的一个周期中亮度谱中心的坐标定义为(x，y)，其特征在于，在所述二维频谱的一个周期中包括
亮度谱中心到每个色差谱中心的距离都不小于T/2；
若所有色差谱的中心在一条直线上，则亮度谱中心到该直线的距离不等于T/2；
至少有一个色差谱中心的坐标为非(x±T/2，y)或(x，y±T/2)或(x±T/2，y±T/2)。
2.一种滤色阵列的获取方法，其特征在于，包括步骤
选定频谱结构，得到该频谱结构中包含三基色符号与系数参数的各非零复用分量的参数形式表示；
求解所述系数参数的值，得到该频谱结构中包含三基色符号的各非零复用分量的非参数形式表示；
对所述得到的各非零复用分量的非参数形式表示，做傅立叶反变换，得到包含三基色符号的滤色阵列模式的表示；
选定所述滤色阵列模式的表示中三基色符号所代表的三基色，得到滤色阵列模式；
将所述得到的滤色阵列模式周期延拓，得到滤色阵列。
3.一种滤色阵列的获取装置，其特征在于，包括
频谱结构选定单元，用于选定频谱结构，得到该频谱结构中包含三基色符号与系数参数的各非零复用分量的参数形式表示；
参数求解单元，用于求解所述系数参数的值，得到该频谱结构中包含三基色符号的各非零复用分量的非参数形式表示；
傅立叶反变换单元，用于对所述得到的各非零复用分量的非参数形式表示，做傅立叶反变换，得到包含三基色符号的滤色阵列模式的表示；
基色选定单元，用于选定所述滤色阵列模式的表示中三基色符号所代表的三基色，得到滤色阵列模式；
周期延拓单元，用于将所述得到的滤色阵列模式周期延拓，得到滤色阵列。
4.一种解镶嵌方法，其特征在于，包括步骤
分析滤色阵列的频谱结构，得到经所述滤色阵列滤色后图像的各非零复用分量的系数及该各非零复用分量分别所处的调制频率点；以及
基于所述得到的各非零复用分量的系数，得到解镶嵌变换；
对经所述滤色阵列滤色得到的图像，在所述得到的各非零复用分量分别所处的调制频率点进行滤波，得到所述的各非零复用分量；
将所述得到的复用分量通过所述得到的解镶嵌变换，进行解镶嵌变换得到所述图像中的三基色频谱；
对所述得到的三基色频谱，做傅立叶反变换，得到估计的原始图像。
5.一种解镶嵌装置，其特征在于，包括
频谱结构分析单元，用于分析滤色阵列的频谱结构，得到经所述滤色阵列滤色后图像的各非零复用分量的系数及该各非零复用分量分别所处的调制频率点；
解镶嵌变换获取单元，基于所述得到的各非零复用分量的系数，得到解镶嵌变换；
滤波单元，用于对经所述滤色阵列滤色得到的图像，在所述得到的各非零复用分量分别所处的调制频率点进行滤波，得到所述的各非零复用分量；
解镶嵌变换单元，用于将所述得到的复用分量通过所述得到的解镶嵌变换，进行解镶嵌变换得到所述图像中的三基色频谱；
傅立叶反变换单元，用于对所述得到的三基色频谱，做傅立叶反变换，得到估计的原始图像。
全文摘要
本发明公开了一种滤色阵列，对经该滤色阵列CFA滤色得到的图像做DFT，得到其二维频谱，该频谱在二维空间上周期重复，将其周期归一化为(T，T)；在该频谱的任意一个周期，包含一个亮度谱和至少两个色差谱，其中亮度谱中心到每个色差谱中心的距离都不小于T/2；若所有色差谱的中心在一条直线上，则亮度谱中心到该直线的距离不等于T/2；若该周期中亮度谱中心的坐标为(x，y)，则在该周期中有至少一个色差谱中心的坐标为非(x±T/2，y)或(x，y±T/2)或(x±T/2，y±T/2)。相应的本发明公开了一种从频域角度出发获取CFA的方法，及一种对任何CFA适用的频域重构解镶嵌方法。采用本发明方案，能得到高质量的重构图像。
文档编号H04N9/04GK101227620SQ200710177358
公开日2008年7月23日 申请日期2007年11月14日 优先权日2007年11月14日
发明者郝鹏威, 焱 李 申请人:北京大学, 英国伦敦大学玛丽皇后学院