CN101150735B - 图像拍摄设备、方法和介质 - Google Patents

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Abstract

一种能够增强颜色再现性和灵敏度的图像拍摄设备、方法和介质，所述图像拍摄设备包括：滤波器单元，具有第一滤波器区，使与第一颜色的补色相应的入射光信号的至少一个波段通过，和第二滤波器区，使入射光信号的所有波段通过，其中，在两个邻近像素的一个中形成第一滤波器区和第二滤波器区中的每一个；以及图像传感器单元，从通过滤波器单元的光信号感测图像，所述图像传感器单元包括多个光电转换层，每个光电转换层都具有不同的频谱灵敏度。

Description

图像拍摄设备、方法和介质
本申请要求于2006年9月19日在韩国知识产权局提交的第10-2006-0090888号韩国专利申请的优先权，该申请全部公开于此以资参考。
技术领域
本发明的一个或多个实施例涉及一种图像拍摄设备、方法和介质，更具体地说，涉及一种能够增强颜色再现性和灵敏度的图像拍摄设备、方法和介质。
背景技术
当前广泛使用内置相机的装置，诸如数字相机和相机电话。
通常，相机包括透镜和图像传感器。透镜收集从物体反射的光，图像传感器检测透镜收集的光，并且将检测的光转换为电图像信号。图像传感器大致分类为影像管和固态图像传感器。固态图像传感器的主要示例包括电荷耦合器件(CCD)和互补型金属氧化硅(CMOS)。
为了增加这种相机获得的图像的分辨率，已经使用的传统技术为：在保持感测区的总面积的同时，减小感测区中每个像素的单位面积。换句话说，如果减小了每个像素的单位面积，则由于减小的单位面积而增加了像素的数量，形成高分辨率图像。然而，在能够使用传统技术获得高分辨率图像的同时，很难获得高灵敏度图像。这是因为减小的单位面积减少了到达每个像素的光量。
日本第2004-304706号专利公布描述了固态拍摄设备和该固态拍摄设备使用的信号处理方法，所述设备在绿色、蓝色、红色和白色滤波器段中在绿色滤波器的各个方向上布置白色滤波器。这种现有技术涉及一种保证信号电荷量和分辨率，并且即使当像素被缩小时也能增强颜色再现性的技术。然而，没有提出防止由于缩小像素而造成的灵敏度降低的方法。
另外，第5,965,875号美国专利公开了堆叠类型(stack-type)图像传感器，所述堆叠类型图像传感器能够从像素提取所有红(R)、绿(G)和蓝(B)信号。这种现有技术利用不同波长光在硅层中吸收深度的差别，并且在硅层中的不同深度检测R、G和B信号。在这种情况下，由于能够从像素获得所有R、G和B信号，因此能够增强图像的分辨率。然而，从硅层精确地分离R、G和B信号不容易。因此，颜色再现性恶化，这样使得难以获得高质量图像。
韩国第2005-0098958号专利公布通过在邻近像素中放置G分量来补充G的特性。然而，由于G分量可仍然被包括在提取的信号中的R分量和B分量之间，因此出现颜色的串扰(crosstalk)。为了解决这个问题，在2006年1月举办的电子图像会议中公布了“ImageRecoveryforaDirectColorImagingApproachUsingaColorFilterArray”。这种现有技术是Kanagawa大学TakahiroSaito教授的研究结果。在这种现有技术中，在第5,965,875号美国专利中公开的堆叠类型图像传感器中同时使用在例如Bayer模式中的洋红-绿色滤波器。因此，可以通过使用洋红色滤波器提取窄带B和R来补偿由于光子引起的串扰而造成的颜色特性的恶化。此时，在阻止B带和R带的同时，可使用G滤波器来获得G。然而，由于对于G来说它的光接收灵敏度被减小到它的原始灵敏度的1/3，因此这种技术的灵敏度损失是明显的。
发明内容
本发明的一个或多个实施例涉及一种能够增强颜色再现性和灵敏度的图像拍摄设备、方法和介质。
将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。
为了实现至少上述和/或其它方面和优点，本发明的实施例包括一种图像拍摄设备，所述图像拍摄设备包括：滤波器单元，包括第一滤波器区、第二滤波器区和第三滤波器区中的至少两个的组合，所述第一滤波器区使与第一颜色的补色相应的入射光信号的波段通过，所述第二滤波器区使与第二颜色的补色相应的入射光信号的波段通过，所述第三滤波器区使入射光信号的所有波段通过；以及图像传感器单元，从通过滤波器单元的光信号感测图像，其中，图像传感器单元包括多个光电转换层，所述每个光电转换层具有不同的频谱灵敏度。
为了实现至少上述和/或其它方面和优点，本发明的实施例包括一种操作图像拍摄设备的方法，所述方法包括：使用第一滤波器区、第二滤波器区和第三滤波器区中的至少两个的组合对入射光信号滤波，所述第一滤波器区使与第一颜色的补色相应的入射光信号的波段通过，所述第二滤波器区使与第二颜色的补色相应的入射光信号的波段通过，所述第三滤波器区使入射光信号的所有波段通过；接收通过具有不同的频谱灵敏度的多个光电转换层的被滤波的光信号；以及从接收的光信号感测图像。
为了实现至少上述和/或其它方面和优点，本发明的实施例包括一种图像拍摄设备，所述图像拍摄设备包括：滤波器单元，包括第一滤波器区，使与第一颜色的补色相应的入射光信号的至少一个波段通过，和第二滤波器区，使入射光信号的所有波段通过，其中，在两个邻近像素的一个中形成第一滤波器区和第二滤波器区；以及图像传感器单元，从通过滤波器单元的光信号感测图像，图像传感器单元包括多个光电转换层，所述每个光电转换层具有不同的频谱灵敏度。
为了实现至少上述和/或其它方面和优点，本发明的实施例包括一种操作图像拍摄设备的方法，所述方法包括：使用使与第一颜色的补色相应的入射光信号的至少一个波段通过的第一滤波器区，使用使入射光信号的所有波段通过的第二滤波器区，并且使用阻止红外频带的第三滤波器区，来对入射光信号滤波；接收通过具有不同的频谱灵敏度的多个光电转换层的被滤波的光信号；以及从接收的光信号感测图像。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述和/或其它方面和优点将会变得清楚并更加容易理解，其中：
图1示出根据本发明的示例性的图像拍摄设备；
图2示出通过图1的滤波器单元的第一滤波器区的光信号频谱；
图3示出通过图1的滤波器单元的第二滤波器区的光信号频谱；
图4A至图4D示出根据本发明的实施例的图1的滤波器单元；
图5是形成图1的图像传感器的单位像素的横截面示图；
图6示出操作图1的图像拍摄设备的方法；
图7示出根据本发明的实施例的图1的滤波器单元；
图8示出根据本发明的实施例的图1的滤波器单元；
图9示出根据本发明的实施例的图像拍摄设备；
图10A至图10C示出根据本发明的实施例的图9的滤波器单元；
图11示出操作图9的图像拍摄设备的方法；以及
图12A和图12B示出根据本发明的实施例的图9的滤波器单元。
具体实施方式
现将对实施例进行详细参照，在附图中示出实施例的示例，其中，相同的标号始终是指相同的部件。以下通过参考附图描述实施例以解释本发明。
在本发明的实施例中，图像拍摄设备可指能够使用诸如电荷耦合器件(CCD)或互补型金属氧化硅(CMOS)的固态图像传感器存储物体的图像的设备。图像拍摄设备的示例包括：例如，数字相机、数字摄像机、相机电话和个人数字助理(PDA)。现将参照图更加详细地描述根据本发明的实施例的图像拍摄设备。
图1示出根据本发明的示例性的图像拍摄设备100。参照图1，图像拍摄设备100可包括：例如，透镜单元110、滤波器单元120和图像传感器单元130。
透镜单元110可包括：例如，收集入射光的一个或多个透镜。透镜的数量可根据目的和需要而改变。另外，可在同一平面上以各种形式布置透镜。例如，可以按行、按列或按具有行×列的矩阵来布置透镜。
滤波器单元120可对透镜单元110收集的光滤波。换句话说，滤波器单元120可使来自透镜单元110收集的光的具有预定波段的光通过。具体地说，根据本发明的实施例的滤波器单元120可包括第一滤波器区121和第二滤波器区122。
第一滤波器区121可使透镜单元110收集并且与预定补色相应的光的波段通过。为此，第一滤波器区121可被形成为预定颜色的补充滤波器。具体地说，第一滤波器区121可被形成为作为红色的补色滤波器的青色滤波器，作为绿色的补色滤波器的洋红色滤波器和作为蓝色的补色滤波器的黄色滤波器中的任何一个。例如，如果使用青色滤波器形成第一滤波器区121，则第一滤波器区121可使透镜单元110收集的光的绿色波段和蓝色波段通过。如果第一滤波器区121被形成为洋红色滤波器，则第一滤波器区121可使透镜单元110收集的光的红色波段和蓝色波段通过。如果第一滤波器区121被形成为黄色滤波器，则第一滤波器区121可使透镜单元110收集的光的红色波段和绿色波段通过。以下，将作为示例描述第一滤波器区121被形成为洋红色滤波器的情况。图2示出当第一滤波器区121被形成为洋红色滤波器时通过第一滤波器区121的光信号频谱。参照图2，通过第一滤波器区121的光信号包括除了绿光信号之外的蓝光信号和红光信号。
接下来，第二滤波器区122可使透镜单元110收集的光的所有波长通过。为此，在第二滤波器区122中不形成任何滤波器。在本发明的另一实施例中，第二滤波器区122被形成为白色滤波器，即，无色滤波器。以下，将作为示例描述第二滤波器区122被形成为白色滤波器的情况。
图3示出当用白色滤波器形成第二滤波器区122时通过第二滤波器区122的光信号频谱。参照图3，通过第二滤波器区122的光信号通常包括所有波长的光信号。换句话说，到达位于与第二滤波器区122相应的位置的像素的光量可能大于到达位于与第一滤波器区121相应的位置的像素的光量。因此，可能增加包括在有限尺寸的互补型金属氧化物半导体图像传感器(CIS)中的有效像素的数量。因此，即使减小每个像素的单位面积，也可以防止到达每个像素的光量的减少。
根据本发明的实施例，可用像素作为单位形成包括在滤波器单元120中的每个滤波器。换句话说，参照图4A，在包括两个邻近像素的基本结构中，可用两个邻近像素中的一个形成补色滤波器，并且可用另一像素形成白色滤波器。在这种情况下，可按各种形式布置补色滤波器和白色滤波器。也就是说，可使用图4A所示的两个邻近颜色滤波器作为基本结构扩展并修改补色滤波器和白色滤波器的布置。图4B至图4D示出补色滤波器和白色滤波器的布置的示例。
参照图4B，在与以矩阵形式布置的多个像素中的奇数行像素相应的位置上形成补色滤波器(例如，洋红色滤波器)，在与偶数行像素相应的位置上形成白色滤波器。参照图4C，可在与奇数列像素相应的位置上形成补色滤波器，可在与偶数列像素相应的位置上形成白色滤波器。参照图4D，可沿对角线彼此相对地形成补色滤波器和白色滤波器。
除了补色滤波器和白色滤波器，滤波器单元120可选择地包括从透镜单元110收集的光过滤出预定波段的光(例如，红外光)的红外滤波器。可使用红外滤波器以防止红外光损害在可见光区中的图像信息。具体地说，固态图像传感器通常对红外光以及可见光具有高灵敏度。到达固态图像传感器的红外光可能引起图像模糊、变色和雾化。因此，如果使用红外滤波器阻止红外光，可以防止红外光引起的对可见光区中的图像信息的破坏。红外滤波器可被形成为穿过整个滤波层，所述整个滤波层可包括第一滤波器区121的补色滤波器和第二滤波器区122的白色滤波器。这里，红外滤波器可离开滤波器层预定的距离或者可紧贴滤波器层。如果红外滤波器可被形成为穿过整个滤波层，则通过第一滤波器区121的光信号可具有从图2所示的频谱去除红外波段的频谱。另外，通过第二滤波器区122的光信号可具有从图3所示的频谱去除红外波段的频谱。
参照图1，图像传感器单元130可感测通过滤波器单元120的光信号，并且可产生图像。图像传感器单元130可包括例如多个像素。现将参照图5更加详细地描述图像传感器单元130。
图5是形成图像传感器单元130的单位像素的横截面示图。参照图5，图像传感器单元130可包括：例如，第一光电转换层和第二光电转换层。
第一光电转换层可将通过第一滤波器区121的光信号中具有长波长和长传输距离的光(例如，红光信号)转换为电信号。第一光电转换层可包括按顺序堆放的掺有第一传导类型的杂质的非晶硅层510和掺有第二传导类型的杂质的非晶硅层520。具体地说，第一光电转换层可包括按顺序堆放的掺有n类型杂质的非晶硅层510和掺有p类型杂质的非晶硅层520。这里，p-n结可位于深度d1，d1是从基底的上表面向下大约2μm。该p-n结可形成红色光电二极管。
第二光电转换层可将通过第一滤波器区121的光信号中具有短波长和短传输距离的光(例如，蓝光信号)转换为电信号。第二光电转换层可包括按顺序堆放的掺有第二传导类型的杂质的非晶硅层520和掺有第一传导类型的杂质的非晶硅层530。具体地说，第二光电转换层可包括按顺序堆放的掺有p类型杂质的非晶硅层520和掺有n类型杂质的非晶硅层530。这里，p-n结可位于深度d2，d2是从基底的上表面向下大约0.2μm。该p-n结可形成蓝色光电二极管。
图像传感器单元130还可包括：例如，测量单元540，测量由红光引起的光电流；另一测量单元550，测量由蓝光引起的光电流；以及传导结构(未显示)，分别输出从第一光电转换层和第二光电转换层检测的信号。此外，可在与像素区相应的位置在图5所示的像素上形成补色滤波器。
图像传感器单元130可从通过第二滤波器区122的光信号获得白光信号IW。另外，图像传感器单元130可从通过第一滤波器区121的光信号获得红光信号IR和蓝光信号IB。具体地说，图像传感器单元130可从第一光电转换层获得红光信号IR，并从第二光电转换层获得蓝光信号IB。
一旦获得了白光信号IW、红光信号IR和蓝光信号IB，图像传感器单元130可基于获得的白光信号IW对红光信号IR和蓝光信号IB执行白平衡。然后，图像传感器单元130可对经过白平衡的红光信号IR’和经过白平衡的蓝光信号IB’执行去马赛克。去马赛克表示使用在像素及其邻近像素中找到的颜色信息来恢复像素缺少的颜色信息。图像传感器单元130可在去马赛克操作之后产生去马赛克的红光信号IR”和去马赛克的蓝光信号IB”。
图像传感器单元130可简化基于如上所述获得的红光信号IR、蓝光信号IB和白光信号IW从作为原色信号的红(R)、绿(G)和蓝(B)信号到作为色差信号的YCrCb信号的转换。通常，可由下面的等式1定义原色信号和色差信号之间的关系。
等式1：
Y＝aR+bG+cB
Cr＝R-Y
Cb＝B-Y
在等式(1)中，亮度Y可认为等于白光信号IW。另外，R可认为等于去马赛克的红光信号IR”，B可认为等于去马赛克的蓝光信号IB”。因此，还可由下面的等式2定义原色信号和色差信号之间的关系。
等式2：
Y＝IW
Cr＝IR’-IW
Cb＝IB’-IW
当如等式2白光信号IW被认为等于亮度Y时，从原色信号到色差信号的转换可以比当使用如等式1的所有红光信号、绿光信号和蓝光信号执行转换时简单。另外，从等式2可以理解：可以在不使用绿色滤波器的情况下将原色信号转换为色差信号。
图6示出一种图像拍摄方法，例如，操作图1的图像拍摄设备100的方法，但是其它设备可被等同地使用。
当从物体反射的光信号入射到例如透镜单元110上时，在操作S610可例如通过透镜单元110收集入射的光信号。
然后，在操作S620，可例如通过滤波器单元120对收集的光信号滤波。操作S620可包括：例如，操作S621，滤波器单元120的红外滤波器可从透镜单元110收集的光信号过滤出具有红外波长的光信号；操作S622，滤波器单元120的第一滤波器区121可使具有与没有红外波段的光信号中的预定补色相应的光信号的波段通过；以及操作S623，第二滤波器区122可使没有红外波段的光信号的所有波段通过。这里，如果第一滤波器区121被形成为洋红色滤波器，则通过第一滤波器区的光信号可包括红光信号和蓝光信号，并且可排除绿光信号。另外，通过第二滤波器区122的光信号可包括排除红外波段的所有可见光波段信号。
上面已经描述了按顺序执行操作S621至操作S623的示例。然而，这仅是用于促进对本发明的实施例的理解的示例，并且本发明不限于此。换句话说，可按如上所述的顺序执行操作S621至操作S623，同时执行操作S621至操作S623或按任何其它顺序执行操作S621至操作S623。如果必要，则还可去除操作S621至操作S623中的一个或多个，这对于本领域的一个技术人员是明显的。
如果滤波器单元120对透镜单元110收集的光信号滤波，则图像传感器单元130感测通过滤波器单元120的光信号，并且产生图像。换句话说，在操作S650，图像传感器单元130可从通过第一滤波器区121的光信号获得红光信号IR和蓝光信号IB，并且可从通过第二滤波器区122的光信号获得白光信号IW。这里，可从第一光电转换层获得红光信号IR，并且可从第二光电转换层获得蓝光信号IB。
一旦获得了红光信号IR、蓝光信号IB和白光信号IW，在操作S660，图像传感器单元130就可以基于获得的白光信号IW对红光信号IR和蓝光信号IB执行白平衡。
接下来，在操作S670，例如，通过图像传感器单元130对经过白平衡的红光信号IR’和经过白平衡的蓝光信号IB’执行去马赛克。然后，图像传感器单元130基于去马赛克的红光信号IR”、去马赛克的蓝光信号IB”和白光信号IW以预定格式(例如，YCbCr格式)产生图像。
在操作S680，可以对图像传感器单元130产生的图像进行伽马校正，在操作S690，在预定显示模块(未显示)上显示经过伽马校正的图像。
在一个或多个实施例中，图像拍摄设备100可包括：第一滤波器区121，在其中形成补色滤波器；以及第二滤波器区122，在其中形成白色滤波器。然而，在本发明的实施例不限于此，并且可以各种形式进行修改。
例如，可在第一滤波器区121中形成第一补色滤波器，并且可在第二滤波器区122中形成第二补色滤波器来代替白色滤波器。具体地说，参照图7，在包括两个邻近像素的基本结构中，在两个邻近像素的一个像素中形成洋红色滤波器，而在另一像素中形成黄色滤波器。这里，可按各种形式布置洋红色滤波器和黄色滤波器。例如，可在与奇数行像素相应的位置形成洋红色滤波器，而在与偶数行像素相应的位置形成黄色滤波器。或者，可在与奇数列像素相应的位置形成洋红色滤波器，而在与偶数列像素相应的位置形成黄色滤波器。另外，可沿对角线彼此相对地形成洋红色滤波器和黄色滤波器。
在另一示例中，第一滤波器区121可包括第一子滤波区和第二子滤波区。这里，可在第一子滤波区中形成第一补色滤波器，可在第二子滤波区中形成第二补色滤波器。另外，可在第二滤波器区122中形成白色滤波器。具体地说，在如图8所示的包括三个邻近像素的基本结构中，可在三个像素的一个像素中形成洋红色滤波器，可在另一像素中形成黄色滤波器，并且可在剩余像素中形成白色滤波器。
在一个或多个实施例中，如上所述，图像拍摄设备100可形成穿过整个滤波层的红外滤波器，所述整个滤波层包括第一滤波器区121的补色滤波器和第二滤波器区122的白色滤波器。以下，将参照图9描述包括例如白色滤波器和另一白色滤波器的图像拍摄设备700，所述另一白色滤波器能够在第二滤波器区过滤出红外光。
由于图9所示的透镜单元710可以与图所示的透镜单元110相同，因此将省略其详细描述。因此，当前实施例将对滤波器单元720和图像传感器单元730进行重点描述。
滤波器单元720对光(例如，透镜单元710收集的光)滤波。具体地说，滤波器单元720可包括：例如，第一滤波器区721、第二滤波器区722和第三滤波器区723。
第一滤波器区721可使与预定补色滤波器相应的透镜单元710收集的光的波段通过。为此，第一滤波器区721可被形成为预定颜色的补色滤波器。例如，第一滤波器区721可被形成为例如青色滤波器、洋红色滤波器和黄色滤波器中的任何一个。以下，将作为示例描述第一滤波器区721被形成为洋红色滤波器的情况。洋红色滤波器阻止入射到第一滤波器区721上的绿色波段的光，并且使入射光的红色波段和蓝色波段通过。
第二滤波器区722可使透镜单元710收集的光的所有波段通过。为此，第二滤波器区722可被形成为白色滤波器。在另一示例中，在第二滤波器区722中可不形成附加滤波器。以下，将作为示例描述在第二滤波器区722中形成白色滤波器的情况。
第三滤波器区723可被形成为白色滤波器(以下称为红外滤波器)，所述白色滤波器阻止入射光的红外波段。
可用像素作为单位形成补色滤波器、白色滤波器和红外滤波器中的每一个。换句话说，补色滤波器、白色滤波器和红外滤波器中的任何一个都可被形成在像素上。在这种情况下，可按各种形式布置每个滤波器。图10A至图10C示出根据本发明的实施例的补色滤波器、白色滤波器和红外滤波器的布置。
参照图10A，可在奇数行形成补色滤波器，在偶数行彼此相邻地布置白色滤波器和红外滤波器。参照图10B，可在奇数列形成补色滤波器，在偶数列彼此相邻地布置白色滤波器和红外滤波器。参照图10C，可在对角线方向上布置白色滤波器和红外滤波器，还可在对角线方向上布置补色滤波器。
参照图9，图像传感器单元730可感测通过滤波器单元720的光，并且产生图像。图像传感器单元730可包括多个像素。由于每个像素的结构与上面参照图5描述的结构相同，因此将省略其详细描述。
图像传感器单元730可从通过第一滤波器区721的光获得红光信号IR和蓝光信号IB。在这种情况下，可从第一光电转换层获得红光信号IR，从第二光电转换层获得蓝光信号IB。另外，图像传感器单元730可从通过第二滤波器区722的光获得具有红外波段的白光信号IWIR，并且可从通过第三滤波器区723的光获得没有红外波段的白光信号IW。
然后，图像传感器单元730可使用下面的等式(3)从通过第二滤波器区722的白光信号IWIR减去通过第三滤波器区723的白光信号IW，并获得红外信号IIR。
等式3：
IIR＝IWIR-IW
一旦获得红外信号IIR，图像传感器单元730就可从红光信号IR减去红外信号IIR，并从蓝光信号IB减去红外信号IIR。以这种方式，图像传感器单元730可按照例如以下的等式(4)所示校正红光信号IR和蓝光信号IB。在等式(4)中，IR’表示校正的红光信号，IB’表示校正的蓝光信号。
等式4：
IR’＝IR-IIR
IB’＝IB-IIR
如果获得校正的红光信号和校正的蓝光信号，则图像传感器单元730可获得具有红外波段的白光信号IWIR和已经去除红外波段的白光信号IW的平均白光信号。这里，图像传感器单元730可根据亮度状态获得平均白光信号。例如，图像传感器单元730可将亮度状态分为高亮度状态和低亮度状态，并使用与高亮度状态或低亮度状态相应的等式获得平均白光信号。
在高亮度状态中，例如，图像传感器单元730可从具有红外波段的白光信号IWIR减去红外信号IIR。然后，图像传感器单元730可将没有红外波段的白光信号IW加到相减结果中，并将相加结果除以2。因此，如下面的等式(5)所示，图像传感器单元730可获得白光信号IW和白光信号IWIR的平均白光信号IW’。
等式5：
IW’＝(IWIR-IIR+IW)/2
另一方面，在低亮度状态中物体的轮廓可能没有高亮度状态中那样清晰。因此，不同于高亮度状态，在低亮度状态下，图像传感器单元730可获得没有去除红外信号IIR的平均白光信号IW’。具体地说，图像传感器单元730可将已经去除了红外波段的白光信号IW和红外信号IIR加到具有红外波段的白光信号IWIR，并且将相加结果除以2。因此，如下面的等式(6)所示，图像传感器单元730可获得白光信号IW和白光信号IWIR的平均白光信号IW’。
等式6：
IW’＝(IWIR+IW+IIR)/2
如果例如使用等式(5)或等式(6)获得平均白光信号IW’，则图像传感器单元730可基于平均白光信号IW’对校正的红光信号IR’和校正的蓝光信号IB’执行白平衡。
另外，图像传感器单元730可对经过白平衡的红光信号IR”和经过白平衡的蓝光信号IB”中的每一个执行去马赛克。
如果获得平均白光信号IW’、去马赛克的红光信号IR 和去马赛克的蓝光信号IB ，则如下面的等式(7)所示，图像传感器单元730可基于获得信号以作为色差信号的YCbCr格式产生图像。
等式7：
Y＝IW’
Cr＝IR -IW’
Cb＝IB -IW’
例如，可从等式(1)获得等式(7)。如上所述，通常可通过等式(1)定义作为原色信号的RGB信号和作为色差信号的YCbCr信号之间的关系。然而，由于使用等式(5)或等式(6)获得的平均白光信号IW’是亮度Y，在等式(1)中去马赛克的红光信号IR 是R，去马赛克的蓝光信号IB 是B，因此，可由例如等式(7)定义色差信号的格式。
图11示出操作图9的图像拍摄设备700的方法。
当在例如透镜单元710上入射从物体反射的光时，在操作S910，例如可通过透镜单元710收集入射光。
然后，在操作S920，例如可通过滤波器单元720对收集的光滤波。操作S920可包括：例如，操作S921，第一滤波器区721可使透镜单元710收集的光中具有与预定补色相应的光信号的波段通过；操作S922，第二滤波器区722使收集的光的所有波段通过；以及操作S923，使除了红外波段之外的收集的光的所有波段通过。可如上所述按顺序执行操作S921至操作S923、同时执行操作S921至操作S923或者按任何顺序执行操作S921至操作S923
图像传感器单元730可感测通过第一滤波器区721至第三滤波器区723中的每一个的光，并且在操作S930，获得具有红外波段的另一白光信号、已经去除红外波段的白光信号和原色信号。这里，原色信号可根据形成第一滤波器区721的补色滤波器的类型而不同。例如，如果补色滤波器是洋红色滤波器，则图像传感器单元730可从第一光电转换层获得红光信号并从第二光电转换层获得蓝光信号。
其后，在操作S940，例如可通过图像传感器单元730使用等式(3)获得红外信号。然后，在操作S950，例如可通过图像传感器单元730基于获得的红外信号校正原色信号。例如，如等式(4)，图像传感器单元730可通过从红光信号去除红外信号来校正红光信号。另外，图像传感器单元730可通过从蓝光信号去除红外信号来校正蓝光信号。
接下来，在操作S960，图像传感器单元730可基于通过白色滤波器的光信号和通过红外滤波器的光信号来计算平均白光信号。例如，如等式(5)所示，图像传感器单元730可从通过白色滤波器的光信号和通过红外滤波器的光信号减去红外信号，并且将相减结果除以2以计算平均白光信号。
在操作S970，图像传感器单元730可基于在操作S960计算的平均白光信号对校正的红光信号和校正的蓝光信号执行白平衡。然后，在操作S980，图像传感器单元730可对经过白平衡的红光信号和经过白平衡的蓝光信号的每一个都执行去马赛克。
在操作S990，可对去马赛克操作之后获得的图像进行伽马校正，并且在在操作S995，在预定显示模块上显示图像。
在上述实施例中，已经描述了图像拍摄设备700，所述图像拍摄设备700包括：第一滤波器区721，在其中形成补色滤波器；第二滤波器区722，在其中形成白色滤波器；以及第三滤波器区723，在其中形成红外滤波器。然而，本发明不限于此，并且可以各种形式进行修改。
例如，第一滤波器区721可包括第一子滤波器区和第二子滤波器区。可在第一子滤波器区中形成第一补色滤波器，在第二子滤波器区中形成第二补色滤波器。另外，可在第二滤波器区722中形成白色滤波器，可在第三滤波器区723中形成红外滤波器。这里，如图12A所示，可在相同方向彼此平行地布置第一补色滤波器和第二补色滤波器，在相同方向彼此平行地布置白色滤波器和红外滤波器。或者，如12B所示，可在第一对角线方向上彼此面对地布置第一补色滤波器和第二补色滤波器，可在第二对角线方向上彼此面对地布置白色滤波器和红外滤波器。
如上所述，根据本发明的实施例的图像拍摄设备、方法和介质具有下述优点中的至少一个。
第一，可使用补色滤波器阻止三原色中的任何一个。因此，可从图像传感器感测的信号准确地分离出另外两个原色，从而增强颜色再现性。
由于图像传感器可使用补色滤波器，因此该图像传感器可获得图像的分辨率高于通过使用Bayer模式颜色滤波器的图像传感器获得图像的分辨率。另外，可以简化制造工艺。
可使用白色滤波器增加到达像素的光量，这样使得灵敏度增加。
由于可使用从通过补色滤波器的光信号提取的原色信号和从通过白色滤波器的光信号提取的亮度信号来产生图像，因此可简化信号处理。
已经参照框图或流程图描述了根据本发明的实施例的图像拍摄设备、方法和介质。应该理解，流程图的每一个块以及流程图中的块的组合可由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或者其他可编程数据处理设备的处理器，从而经计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令实现在一个流程图块或多个流程图块中指定的处理。
这些计算机程序指令也可被存储在可指导计算机或者其他可编程数据处理设备以特定方式运行的计算机可用或计算机可读存储器中，从而存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令产生包括实现在一个流程图块或多个流程图块中指定的功能的指令的制造产品。
计算机程序指令也可被载入计算机或其他可编程数据处理设备，以使得一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上被执行以产生计算机执行的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在一个流程图块或多个流程图块中指定的处理的步骤。
流程图的每块可代表模块、程序段或代码的一部分，其包括一条或更多用于实现特定的逻辑功能的可执行指令。应注意的是，在一些可选择的实现中，在这些块中标注的功能可不按所示顺序发生。例如，连续显示的两个块事实上可基本同时地被执行，或者有时所述块可按相反的顺序被执行，这取决于涉及的功能。
这里使用的术语“单元”的意思是，但不限于，软件或硬件组件，诸如执行特定任务的现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。单元可以方便地被配置以驻留在可寻址的存储介质上，并且可被配置以在一个或多个处理器上执行。因此，举例来说，单元可以包括：诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件的组件、进程、函数、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动程序、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。在组件和单元中提供的功能可被组合为更少的组件和单元，或者可进一步被分离成另外的组件和单元。
除了上述的实施例，本发明的实施例还可通过介质(例如，计算机可读介质)中/上的计算机可读代码/指令来实现，以控制至少一个处理部件实现上述实施例的任何一个。所述介质可与允许计算机可读代码的存储和/或传输的任何介质/媒体相应。
可以各种方式在介质上记录/传送计算机可读代码，所述介质的示例包括：记录介质，诸如磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)、光记录介质(例如，CD-ROM或DVD)和诸如载波的传输介质，以及例如通过互联网。因此，根据本发明的实施例，所述介质还可以是诸如合成的信号或比特流的信号。所述介质还可以是分布的网络，从而所述计算机可读代码以分布方式被存储/传送和执行。此外，仅作为示例，处理部件可包括处理器或计算机处理器，并且处理部件被分布和/或包括在单个装置中。
尽管已经显示和描述了一些实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (21)

1.一种图像拍摄设备，包括：
滤波器单元，包括：
第一滤波器区，包括：
第一子滤波器区，使与第一颜色的补色相应的入射光信号的波段通过；
第二子滤波器区，使与第二颜色的补色相应的入射光信号的波段通过；
第二滤波器区，使入射光信号的所有波段通过；
第三滤波器区，包括选择性地阻止红外线的红外滤波器；以及
图像传感器单元，从通过滤波器单元的光信号感测图像，
其中，图像传感器单元包括多个光电转换层，每个所述光电转换层具有不同的频谱灵敏度，
其中，第一子滤波器区和第二子滤波器区中的每一个由青色滤波器、洋红色滤波器和黄色滤波器中的任何一个形成，第一子滤波器区的滤波器与第二子滤波器区的滤波器不同，
其中，第一滤波器区、第二滤波器区和第三滤波器区形成在同一平面上。
2.如权利要求1所述的设备，其中，第二滤波器区被形成为白色滤波器。
3.如权利要求1所述的设备，其中，在与第一滤波器区相应的位置形成光电转换层。
4.如权利要求1所述的设备，其中，光电转换层包括：
第一光电转换层，使已经通过第一滤波器区的光信号的第一颜色分量通过；以及
第二光电转换层，与第一光电转换层纵向交迭，并且使已经通过第一滤波器区的光信号的第二颜色分量通过，
其中，第一光电转换层比第二光电转换层距离基底的表面更近。
5.如权利要求4所述的设备，其中，第一光电转换层根据第一颜色分量产生电荷，第二光电转换层根据第二颜色分量产生电荷。
6.如权利要求4所述的设备，其中，第一光电转换层具有位于距离基底的表面第一深度的p-n结，第二光电转换层具有位于距离基底的表面第二深度的p-n结。
7.如权利要求4所述的设备，其中，图像传感器单元基于从通过第二滤波器区的第一光信号和通过第三滤波器区的第二光信号感测的亮度信号、从第一光电转换层感测的信号和从第二光电转换层感测的信号来计算色差信号。
8.一种操作图像拍摄设备的方法，所述方法包括：
使用第一滤波器区、第二滤波器区和第三滤波器区对入射光信号滤波，所述第一滤波器区包括使与第一颜色的补色相应的入射光信号的波段通过的第一子滤波器区以及使与第二颜色的补色相应的入射光信号的波段通过的第二子滤波器区，所述第二滤波器区使入射光信号的所有波段通过，所述第三滤波器区包括选择性地阻止红外线的红外滤波器；
接收通过具有不同的频谱灵敏度的多个光电转换层的被滤波的光信号；以及
从接收的光信号感测图像，
其中，第一子滤波器区和第二子滤波器区中的每一个由青色滤波器、洋红色滤波器和黄色滤波器中的任何一个形成，并且第一子滤波器区的滤波器与第二子滤波器区的滤波器不同，
其中，第一滤波器区、第二滤波器区和第三滤波器区形成在同一平面上。
9.如权利要求8所述的方法，其中，第二滤波器区被形成为白色滤波器。
10.如权利要求8所述的方法，其中，在与第一滤波器区相应的位置形成光电转换层。
11.如权利要求8所述的方法，其中，光电转换层包括：
第一光电转换层，使已经通过第一滤波器区的光信号的第一颜色分量通过；以及
第二光电转换层，与第一光电转换层纵向交迭，并且使已经通过第一滤波器区的光信号的第二颜色分量通过，
其中，第一光电转换层比第二光电转换层距离基底的表面更近。
12.如权利要求11所述的方法，其中，第一光电转换层根据第一颜色分量产生电荷，第二光电转换层根据第二颜色分量产生电荷。
13.如权利要求11所述的方法，其中，第一光电转换层具有位于距离基底的表面第一深度的p-n结，第二光电转换层具有位于距离基底的表面第二深度的p-n结。
14.如权利要求11所述的方法，其中，图像的感测包括步骤：基于从通过第二滤波器区的第一光信号和通过第三滤波器区的第二光信号感测的亮度信号、从第一光电转换层感测的信号和从第二光电转换层感测的信号来计算色差信号。
15.一种图像拍摄设备，包括：
滤波器单元，包括：
第一滤波器区，包括使与第一颜色的补色相应的入射光信号的第一波段通过的第一子滤波器区，和使与第二颜色的补色相应的入射光信号的第二波段通过的第二子滤波器区；
第二滤波器区，使入射光信号的所有波段通过；
第三滤波器区，包括阻止入射光信号的红外波段的白色滤波器，
其中，第一子滤波器区和第二子滤波器区被彼此平行排列为邻近像素，第一子滤波器区和第二子滤波器区中的每一个由青色滤波器、洋红色滤波器和黄色滤波器中的任何一个形成，第一子滤波器区的滤波器与第二子滤波器区的滤波器不同；以及
图像传感器单元，从通过滤波器单元的光信号感测图像，图像传感器单元包括多个光电转换层，所述多个光电转换层的每一个都具有不同的频谱灵敏度，
其中，第一滤波器区、第二滤波器区和第三滤波器区形成在同一平面上。
16.如权利要求15所述的设备，其中，在与第一滤波器区相应的位置形成光电转换层。
17.如权利要求15所述的设备，其中，光电转换层包括：
第一光电转换层，使已经通过第一滤波器区的光信号的第一颜色分量通过；以及
第二光电转换层，与第一光电转换层纵向交迭，并且使已经通过第一滤波器区的光信号的第二颜色分量通过，
其中，第一光电转换层比第二光电转换层距离基底的表面更近。
18.一种操作图像拍摄设备的方法，所述方法包括：
使用第一滤波器区、第二滤波器区和第三滤波器区对入射光信号滤波，其中，第一滤波器区包括使与第一颜色的补色相应的入射光信号的第一波段通过的第一子滤波器区，和使与第二颜色的补色相应的入射光信号的第二波段通过的第二子滤波器区，第二滤波器区使入射光信号的所有波段通过，第三滤波器区包括阻止入射光信号的红外波段的白色滤波器，其中，第一子滤波器区和第二子滤波器区被彼此平行排列为邻近像素，第一子滤波器区和第二子滤波器区中的每一个由青色滤波器、洋红色滤波器和黄色滤波器中的任何一个形成，第一子滤波器区的滤波器与第二子滤波器区的滤波器不同；
接收通过具有不同的频谱灵敏度的多个光电转换层的被滤波的入射光信号；以及
从接收的光信号感测图像，
其中，第一滤波器区、第二滤波器区和第三滤波器区形成在同一平面上。
19.如权利要求18所述的方法，其中，接收被滤波的入射光信号的步骤包括：
从通过第一滤波器区的入射光信号接收第一颜色分量和第二颜色分量，
其中，通过第一光电转换层获得第一颜色分量，通过第二光电转换层获得第二颜色分量，第一光电转换层比第二光电转换层距离基底的表面更近。
20.如权利要求19所述的方法，其中，接收被滤波的入射光信号的步骤还包括：从通过第二滤波器区的入射光信号获得白光信号。
21.如权利要求20所述的方法，还包括：
使用获得的白光信号对第一颜色分量和第二颜色分量执行白平衡；
对经过白平衡的第一颜色分量信号和经过白平衡的第二颜色分量信号执行去马赛克；
以预定信号格式产生图像，并且对产生的图像进行伽马校正；以及
将经过伽马校正的图像输出到预定显示模块。
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