CN101366288A - 产生用于成像器的贝尔色彩马赛克内插的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种用于色彩图案中的色彩平面内插的方法和系统，其在像素图像内选择针对其执行所述色彩平面内插的色彩内插点。一旦选定所述色彩内插点，便在每一色彩内插点处内插用于所述色彩图案中的每一色彩的值。

Description

产生用于成像器的贝尔色彩马赛克内插的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于固态图像传感器的彩色滤光器。
背景技术
图像传感器(也已知为成像器)是在20世纪60年代晚期和20世纪70年代早期开发的，其主要用于电视图像获取、传输和显示。成像器吸收特定波长的入射辐射(例如光子、X射线等)，且产生对应于所述吸收辐射的电信号。存在许多不同类型的基于半导体的成像器，包括电荷耦合装置(CCD)、光电二极管阵列、电荷注入装置(CID)、混合焦平面阵列和CMOS成像器。
这些成像器一般由包含光电传感器的像素单元阵列组成，其中每一像素产生在将图像聚焦在阵列上时对应于撞击在那个元件上的光的强度的信号。接着存储这些信号，(例如)用于在监视器上显示对应图像或另外用于提供关于光学图像的信息。所述光电传感器一般是光电晶体管、光电导体或光电二极管。因此，每一像素所产生的信号的量值与撞击在光电传感器上的光的量成比例。
为了使所述光电传感器捕捉到彩色图像，所述光电传感器必须能够单独检测(例如当使用贝尔图案时)红(R)光子、绿(G)光子和蓝(B)光子。因此，每一像素必须仅对一种色彩或光谱带敏感。为此，彩色滤光器阵列(CFA)通常放置于像素前方，以使得每一像素测量其相关联滤光器的色彩的光。因而，根据特定图案而使用红色、绿色或蓝色滤光器覆盖彩色图像传感器的每一像素。
对于大多数低成本CMOS或CDD图像传感器来说，所述彩色滤光器与所述传感器单元集成在一起。彩色滤光器图案的常见实例是第3，971,065号美国专利(其揭示内容以引用方式并入本文中)中所说明的瓦片式彩色滤光器阵列，且一般称为“贝尔图案”彩色滤光器。
如图1所示，贝尔图案100是重复红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤光器的阵列。在贝尔图案100中，红色、绿色和蓝色像素经布置以使得交替的红色和绿色像素在阵列的第一行105上，而交替的蓝色和绿色像素在下一行110上。这些交替行在整个阵列上重复。因而，当逐行读出图像传感器时，第一行的像素序列读取GRGRGR等，且接着交替行序列读取BGBGBG等。此输出被称为连续RGB或sRGB。
在贝尔图案100中，用于所有三基色的取样速率是根据人类视觉系统的敏锐度来调整。即，使用较大数目的传感器来感测人眼对其最敏感并最具响应性的绿色，而使用较少数目的传感器来感测人眼对其具有较低分辨率的蓝色和红色。这是在贝尔图案中为何绿色敏感元件每隔一阵列位置便出现，而红色敏感元件和蓝色敏感元件每隔四个阵列位置才出现的原因。
如图2所示，在固态图像传感器中，贝尔图案化滤光器可形成在像素传感器单元205的阵列200上。明确来说，像素传感器单元205的阵列200形成在半导体衬底210上。每一像素传感器单元205具有感光元件215，其可为任何光子到电荷转换装置，例如光电门、光电导体或光电二极管。彩色滤光器阵列220通常形成在阵列200中的金属层225上，通过各种金属化层和绝缘层(例如含绝缘体金属化图案的层间介电层(ILD)235和钝化层230)与光电传感器215分离。金属层225可不透明并用于遮蔽不感光的像素区域。凸透镜240形成在彩色滤光器220上。在操作时，入射光通过透镜240穿过滤光器220聚焦到感光元件215。
对于贝尔图案滤光器，每一像素均需要用于红色、绿色和蓝色的值。由于每一像素传感器单元仅感测一种色彩，因此通过从感测所述遗漏色彩的相邻像素单元进行内插来计算用于剩余两个色彩的值。此色彩平面内插被称为去马赛克。例如，参考图1，像素传感器单元115与绿色滤光器相关联，从而导致像素传感器单元115感测绿光并产生仅代表绿光的信号。为了获得用于像素传感器单元115的红光量和蓝光量的近似值，可分别从相邻红色像素传感器单元120和125以及相邻蓝色像素传感器单元130和135内插一值。如果未正确地执行去马赛克，则所得图像可能遭受高度可见色彩假影内含物的影响。
在巴哈迪耳(Bahadir)K.甘特克(Gunturk)、余塞耳沃尔唐巴萨克(YucelAltunbasak)和卢塞耳(Russell)M.牟瑟里(Mersereau)所著并在IEEE图像处理学报(Transactions on Image Processing)(第II卷，第9号，2002年9月)发布的题为“使用交替投影的色彩平面内插(Color Plane Interpolation Using Alternating Projections)”的论文(其揭示内容以引用形式并入本文中)中比较了若干种去马赛克技术。如所述，这些去马赛克技术的每一者具有其各自优点与缺点。
如所述，对于每一像素传感器单元，用于第一色彩的值是基于所感测色彩而用于剩余两个色彩的值是基于来自对应相邻像素的感测值的内插值。所述感测值的每一者代表在像素中心处的色彩值。所述内插色彩值的每一者也代表在像素中心处的值。内插信号比原始感测信号在质量上固有地更低。例如，在像素中心处的经内插红色色彩值会不同于用于相同像素中心的所感测红色色彩值。这些质量上的差异可能由于一般并入数字相机系统内的锐化级或其它后捕捉图像调整程式而放大。因此，所感测色彩值与所内插色彩值的混合引起图像上的不一致的质量。在以下段落中说明所述假影的一些特定实例。
仅重建遗漏色彩成分的去马赛克方法可能会导致假影，例如所谓的拉链效应和随机色彩点。拉链效应可能由于内插变化而引起并可能以规则间隔沿水平或垂直线产生一行点，例如每两个像素一个点。这可能是由于所述红色和蓝色值的单独内插变化所导致，从而在最终图像中引起拉链效应。在较亮区域得到亮点而较暗区域得到暗点时，随机色彩点大多数沿图像内的边缘和在行的端点处出现。此效应极可能是由于在内插期间试图产生锐边缘并使用其它附近像素来确定色彩值而引起。除了拉链效应与随机色彩点之外，当在特定贝尔马赛克(基本的4单元正方形)中的两个绿色样本是被不同的像素处理通道数字化时，会产生额外的不平衡问题。
因此，期望并需要减轻已知的去马赛克技术的缺点的色彩平面内插。
发明内容
一种用于色彩平面内插的方法和设备，其针对存在于色彩图案中的每一色彩，在像素图像内选择色彩内插点以用于表面色彩平面内插。一旦选定所述色彩内插点，便针对所述色彩内插点的每一者，内插用于所述色彩图案中的每一色彩的值。使用所述色彩内插点和存在于所述色彩图案中的每一色彩的内插有助于减小或排除已知的去马赛克技术的缺点中的某些缺点。
附图说明
通过下文参考附图所提供的示范性实施例的详细说明将更明白本发明的前述和其它优点与特征，其中：
图1为常规彩色滤光器阵列的俯视说明；
图2为具有彩色滤光器阵列的像素阵列的一部分的截面图；
图3为根据本发明的第一实施例的三色内插点的俯视说明；
图4为根据本发明的用于点“a”、“b”、“c”和“d”的三色内插点的俯视说明；
图5为根据本发明的示范性实施例所构造的具有像素阵列的CMOS成像器集成电路(IC)的框图；
图6说明根据本发明具有CMOS成像器的处理器系统；以及
图7为说明本发明的一个实施例的过程的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，将参考构成其一部分的附图，且其中以说明方式显示可实施本发明的特定实施例。这些实施例经充分详细描述以使所属领域的技术人员能够实施本发明，且应了解在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可利用其它实施例且可作出结构、逻辑和电气变化。
术语“衬底”应理解为基于半导体的材料，包括硅、绝缘物上硅(SOI)或蓝宝石上硅(SOS)技术、掺杂和不掺杂半导体、基础半导体底座所支撑的外延硅层和其它半导体结构。此外，当在以下描述中参考“衬底”时，可能已利用先前工艺步骤以在基础半导体结构或底座中或上形成区域或结。此外，所述半导体不需要是基于硅，而可基于硅锗、锗或砷化镓。
术语“像素”是指图片元素单位单元，其含有用以将光辐射转换成电信号的光电传感器和晶体管。出于说明目的，在所述图和本文描述中说明代表性像素，且制造成像器中的所有像素通常将以类似方式同时进行。因此以下详细描述并无限制意义，且本发明的范围仅由所附权利要求书来界定。
应了解，参考根据本发明的CMOS成像器仅是出于描述本发明的一实例的目的。应容易明白，本发明不限于CMOS成像器，还适用于CCD和在像素上采用彩色滤光器的其它成像器。此外，使用标准三色贝尔图案来描述本发明。应了解，本发明不限于标准三色贝尔图案，而可适用于使用不同色彩或使用比三色更多或更少的色彩空间。
图3为根据本发明的第一实施例的三色内插点的俯视说明。在图3中由x来识别所述三色内插点。代表性“x”经标记为300。每一像素传感器单元提供用于其各自过滤色彩的感测值。每一绿色(G)像素传感器单元提供用于绿色的感测值。类似地，每一蓝色(B)像素传感器单元提供用于蓝色的感测值，且每一红色(R)像素传感器单元提供用于红色的感测值。针对所述三色内插点x的每一者，使用许多所感测像素信号值来内插用于所述点的值。一旦计算出这些内插值，便将所述内插值用于重建彩色图像。在所述三色内插点x的每一者处计算用于绿色、红色和蓝色的值导致所述值从所述像素传感器单元的中心到所述像素传感器单元的角落(在此实施例中)的相移。内插用于红色、绿色和蓝色的值的每一者排除在现有技术系统中由于使用所述色彩中的一者的感测值和用于剩余两个色彩的内插值所引起的不平衡。所属领域的技术人员应了解，三色内插点不必位于像素角落处，而可位于不同点处。例如，通过适当选择内插中将要包括的像素，并适当选择系数，所述三色内插点可沿两个像素的边界、像素的顶部和底部边界之间中间点(如305处所指示)或在不对应于像素中心的其它位置处定位。
图4为根据本发明的一实施例的用于点“a”、“b”、“c”和“d”的三色内插点的俯视说明。在图4中，每一像素传感器单元由其色彩(G、R或B)和表示法xy来表示，其中x表示行且y表示像素传感器单元驻留在阵列中所处的列。例如，像素传感器单元405表示为G11。其中G11识别像素传感器单元405与绿色滤光器相关联并位于行1与列1中。类似地，像素传感器单元410表示为B45，其指示所述像素传感器单元与蓝色滤光器相关联并位于行4与列5中。
对于每一三色内插点(a、b、c和d)，绿色色彩值、红色色彩值和蓝色色彩值可如下进行内插：
用于三色内插点“a”的内插值
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元G24、G33、G35、G42、G44和G53的绿色感测值来计算用于图4的点“a”的绿色值的内插。在三色内插点“a”处的绿色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝G33*coef_g3+G53*coef_g1；
Temp2＝G44*coef_g3+G24*coef_g1；
Temp3＝G33*coef_g3+G35*coef_g1；
Temp4＝G44*coef_g3+G42*coef_g1；以及
Ga＝(Temp1+Temp2+Temp3+Temp4)/4，
其中系数“coef_g3”与“coef_g1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_g3”与“coef_g1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_g1＝928/1024且coef_g3＝1-(928/1024)或coef_g3＝96/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp4是用于计算在点“a”处的绿色值的中间值并可在Ga等式内由其各自等式取代Temp值来消除。
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元R32、R34、R52、R54的红色感测值与用于像素传感器单元G22、G24、G31、G33、G35、G42、G44、G51、G53、G55、G62和G64的绿色感测值来计算用于图4的点“a”的红色值的内插。在三色内插点“a”处的红色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝R34-(G33+G35+G24+G44)/4；
Temp2＝R54-(G53+G55+G44+G64)/4；
Temp3＝R32-(G31+G33+G22+G42)/4；
Temp4＝R52-(G51+G53+G42+G62)/4；
Temp5＝Temp1*coef_r3+Temp2*coef_r1；
Temp6＝Temp3*coef_r3+Temp4*coef_r1；
Temp7＝Temp5*coef_r3+Temp6*coef_r1；以及
Ra＝Temp7+Ga，
其中所述滤光器系数“coef_r3”与“coef_r1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_r3”与“coef_r1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_r1＝768/1024且coef_r3＝1-(768/1024)或coef_r3＝256/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp7是用于计算点“a”处的红色值的中间值并可在Ra等式内由其各自等式取代Temp值来消除。
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元B23、B25、B43、B45的蓝色感测值与用于像素传感器单元G13、G15、G22、G24、G26、G33、G35、G42、G44、G46、G53和G55的绿色感测值来计算用于图4的点“a”的蓝色值的内插。在三色内插点“a”处的蓝色内插值可使用以下等式来计算：
Tetnp1＝B43-(G42+G44+G33+G53)/4；
Temp2＝B23-(G22+G24+G13+G33)/4；
Temp3＝B45-(G44+G46+G35+G55)/4；
Temp4＝B25-(G24+G26+G15+G35)/4；
Temp5＝Temp1*coef_b3+Temp2*coef_b1；
Temp6＝Temp3*coef_b3+Temp4*coef_b1；
Temp7＝Temp5*coef_b3+Temp6*coef_b1；以及
Ba＝Temp7+Ga，
其中所述滤光器系数“coef_b3”与“coef_b1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_b3”与“coef_b1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_b1＝768/1024且coef_b3＝1-(768/1024)或coef_b3＝256/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp7是用于计算点“a”处的蓝色值的中间值并可在Ba等式中由其各自等式取代Temp值来消除。
用于三色内插点“b”的内插值
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元G24、G33、G35、G44、G46和G55的绿色感测值来计算用于图4的点“b”的绿色值的内插。在三色内插点“b”处的绿色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝G44*coef_g3+G24*coef_g1；
Temp2＝G35*coef_g3+G55*coef_g1；
Temp3＝G44*coef_g3+G46*coef_g1；
Temp4＝G35*coef_g3+G33*coef_g1；以及
Gb＝(Temp1+Temp2+Temp3+Temp4)/4，
其中所述滤光器系数“coef_g3”与“coef_g1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_g3”与“coef_g1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_g1＝928/1024且coef_g3＝1-(928/1024)或coef_g3＝96/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp4是用于计算点“b”处的绿色值的中间值并可在Gb等式内由其各自等式取代Temp值来消除。
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元R34、R36、R54、R56的红色感测值与用于像素传感器单元G24、G26、G33、G35、G37、G44、G46、G53、G55、G57、G64和G66的绿色感测值来计算用于图4的点“b”的红色值的内插。在三色内插点“b”处的红色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝R34-(G33+G35+G24+G44)/4；
Temp2＝R54-(G53+G55+G44+G64)/4；
Temp3＝R36-(G35+G37+G26+G46)/4；
Temp4＝R56-(G55+G57+G46+G66)/4；
Temp5＝Temp1*coef_r3+Temp2*coef_r1；
Temp6＝Temp3*coef_r3+Temp4*coef_r1；
Temp7＝Temp5*coef_r3+Ternp6*coef_r1；以及
Rb＝Temp7+Gb，
其中所述滤光器系数“coef_r3”与“coef_r1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_r3”与“coef_r1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_r1＝768/1024且coef_r3＝1-(768/1024)或coef_r3＝256/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp7是用于计算点“b”处的红色值的中间值并可在Rb等式内由其各自等式取代Temp值来消除。
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元B23、B25、B43、B45的蓝色感测值与用于像素传感器单元G13、G15、G22、G24、G26、G33、G35、G42、G44、G46、G53和G55的绿色感测值来计算用于图4的点“b”的蓝色值的内插。在三色内插点“b”处的蓝色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝B45-(G44+G46+G35+G55)/4；
Temp2＝B25-(G24+G26+G15+G35)/4；
Temp3＝B43-(G42+G44+G33+G53)/4；
Temp4＝B23-(G22+G24+G13+G33)/4；
Temp5＝Temp1*coef_b3+Temp2*coef_b1；
Temp6＝Temp3*coef_b3+Temp4*coef_b1；
Temp7＝Temp5*coef_b3+Temp6*coef_b1；以及
Bb＝Temp7+Gb，
其中所述滤光器系数“coef_b3”与“coef_b1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_b3”与“coef_b1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_b1＝768/1024且coef_b3＝1-(768/1024)或coef_b3＝256/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp7是用于计算点“b”处的蓝色值的中间值并可在Bb等式中由其各自等式取代Temp值来消除。
用于三色内插点“c”的内插值
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元G33、G42、G44、G53、G55和G64的绿色感测值来计算用于图4的点“c”的绿色值的内插。在三色内插点“c”处的绿色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝G53*coef_g3+G33*coef_g1；
Temp2＝G44*coef_g3+G64*coef_g1；
Temp3＝G53*coef_g3+G55*coef_g1；
Temp4＝G44*coef_g3+G42*coef_g1；以及
Gc＝(Temp1+Temp2+Temp3+Temp4)/4，
其中所述滤光器系数“coef_g3”与“coef_g1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_g3”与“coef_g1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_g1＝928/1024且coef_g3＝1-(928/1024)或coef_g3＝96/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp4是用于计算在点“c”处的绿色值的中间值并可在Gc等式中由其各自等式取代Temp值来消除。
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元R32、R34、R52、R54的红色感测值与用于像素传感器单元G22、G24、G31、G33、G35、G42、G44、G51、G53、G55、G62和G64的绿色感测值来计算用于图4的点“c”的红色值的内插。在三色内插点“c”处的红色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝R54-(G53+G55+G44+G64)/4；
Temp2＝R34-(G33+G35+G24+G44)/4；
Temp3＝R52-(G51+G53+G42+G62)/4；
Temp4＝R32-(G31+G33+G22+G42)/4；
Temp5＝Temp1*coef_r3+Temp2*coef_r1；
Temp6＝Temp3*coef_r3+Temp4*coef_r1；
Temp7＝Temp5*coef_r3+Temp6*coef_r1；以及
Rc＝Temp7+Gc，
其中所述滤光器系数“coef_r3”与“coef_r1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_r3”与“coef_r1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_r1＝768/1024且coef_r3＝1-(768/1024)或coef_r3＝256/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp7是用于计算点“c”处的红色值的中间值并可在Rc等式中由其各自等式取代Temp值来消除。
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元B43、B45、B63、B65的蓝色感测值与用于像素传感器单元G33、G35、G42、G44、G46、G53、G55、G62、G64、G66、G73和G75的绿色感测值来计算用于图4的点“c”的蓝色值的内插。在三色内插点“c”处的蓝色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝B43-(G42+G44+G33+G53)/4；
Temp2＝B63-(G62+G64+G53+G73)/4；
Temp3＝B45-(G44+G46+G35+G55)/4；
Temp4＝B65-(G64+G66+G55+G75)/4；
Temp5＝Temp1*coef_b3+Temp2*coef_b1；
Temp6＝Temp3*coef_b3+Temp4*coef_b1；
Temp7＝Temp5*coef_b3+Temp6*coef_b1；以及
Bc＝Temp7+Gc，
其中所述滤光器系数“coef_b3”与“coef_b1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_b3”与“coef_b1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_b1＝768/1024且coef_b3＝1-(768/1024)或coef_b3＝256/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp7是用于计算在点“c”处的绿色值的中间值并可在Bc等式中由其各自等式取代Temp值来消除。
用于三色内插点“d”的内插值
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元G35、G44、G46、G53、G55和G64的绿色感测值来计算用于图4的点“d”的绿色值的内插。在三色内插点“d”处的绿色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝G44*coef_g3+G64*coef_g1；
Temp2＝G55*coef_g3+G53*coef_g1；
Temp3＝G44*coef_g3+G46*coef_g1；
Temp4＝G55*coef_g3+G35*coef_g1；以及
Gd＝(Temp1+Temp2+Temp3+Temp4)/4，
其中所述滤光器系数“coef_g3”与“coef_g1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_g3”与“coef_g1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_g1＝928/1024且coef_g3＝1-(928/1024)或coef_g3＝96/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp4是用于计算在点“d”处的绿色值的中间值并可在Gd等式中由其各自等式取代Temp值来消除。
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元R34、R36、R54、R56的红色感测值与用于像素传感器单元G24、G26、G33、G35、G37、G44、G46、G53、G55、G57、G64和G66的绿色感测值来计算用于图4的点“d”的红色值的内插。在三色内插点“d”处的红色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝R54-(G53+G55+G44+G64)/4；
Temp2＝R34-(G33+G35+G24+G44)/4；
Temp3＝R56-(G55+G57+G46+G66)/4；
Temp4＝R36-(G35+G37+G26+G46)/4；
Temp5＝Temp1*coef_r3+Temp2*coef_r1；
Temp6＝Temp3*coef_r3+Temp4*coef_r1；
Temp7＝Temp5*coef_r3+Temp6*coef_r1；以及
Rd＝Temp7+Gd，
其中所述滤光器系数“coef_r3”与“coef_r1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_r3”与“coef_r1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_r1＝768/1024且coef_r3＝1-(768/1024)或coef_r3＝256/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp7是用于计算在点“d”处的红色值的中间值并可在Rd等式中由其各自等式取代Temp值来消除。
在一示范性实施例中，使用用于像素传感器单元B43、B45、B63、B65的蓝色感测值与用于像素传感器单元G33、G35、G42、G44、G46、G53、G55、G62、G64、G66、G73和G75的绿色感测值来计算用于图4的点“d”的蓝色值的内插。在三色内插点“d”处的蓝色内插值可使用以下等式来计算：
Temp1＝B45-(G44+G46+G35+G55)/4；
Temp2＝B65-(G64+G66+G55+G75)/4；
Temp3＝B43-(G42+G44+G33+G53)/4；
Temp4＝B63-(G62+G64+G53+G73)/4；
Temp5＝Temp1*coef_b3+Temp2*coef_b1；
Temp6＝Temp3*coef_b3+Temp4*coef_b1；
Temp7＝Temp5*coef_b3+Temp6*coef_b1；以及
Bd＝Temp7+Gd，
其中所述滤光器系数“coef_b3”与“coef_b1”构成四分之一像素相移滤光器且“coef_b3”与“coef_b1”总和为1。在一示范性实施例中，coef_b1＝768/1024且coef_b3＝1-(768/1024)或coef_b3＝256/1024。所属领域的技术人员应了解，其它滤光器系数在本发明的范围内。Temp1到Temp7是在计算点“d”处的蓝色值时使用的中间值并可在Bd等式中由其各自等式取代Temp值来消除。
如上文针对点a、b、c和d给出的等式所示范，在所呈现的实施例中，绿色内插值使用用于取样绿色并有助于形成三色内插点的部分的两个像素单元(例如用于点a的G33、G44)的感测值以及用于取样绿色且是远离三色内插点的单一像素的四个额外像素单元(例如用于点a的G53、G24、G35和G42)的感测值。用于确定经内插绿色值的六个像素被称为对应或相邻像素单元。此外，如所述绿色内插等式中所示，在示范性实施例中，与内插中所使用的额外四个像素单元(例如用于点a的G53、G24、G35和G42)相比，将较大的权重放置在有助于形成三色内插点的所述两个像素单元(例如用于点a的G33、G44)的所感测绿色值上。如所述等式所示，用于G33和G44的绿色色彩值的每一者在对应等式中出现两次且所述滤光器系数也用于确保正确加权所述感测的绿色值。例如，在用于点a的绿色值的内插中，通过使用coef_g3比使用滤光器系数coef_g1的像素单元G53、G24、G35和G42处的感测值更重地对像素单元G33和G44处的所述感测值进行加权。
而且，如上述针对点a、b、c和d而给出的等式所示范，在示范性实施例中，所述红色内插值使用用于取样红色的四个最接近像素单元(例如用于点a的R34、R54、R32和R52)的感测值。这些红色感测像素的每一者与所述三色内插点相距一个像素宽度或更近。此外，对于所述红色感测像素的每一者，围绕所述红色取样像素(在用于点a的内插中的像素R34)的四个绿色感测像素(例如G33、G35、G24和G44)用于内插所述经内插红色值。例如，在用于点a的红色值的内插中，使用在R34、R54、R32和R52处的感测值。此外对于R34，用于其四个绿色相邻像素单元(G33、G35、G24和G44)的所感测绿色值用于所述内插。类似地，除了用于R54的所感测红色值之外，用于其四个绿色相邻像素单元(G53、G55、G44和G64)的所感测绿色值用于点a处的红色值的内插。类似于所述红色值来计算用于三色内插点的蓝色内插值，但除了使用取样蓝色值的四个最接近像素之外，且对于用于那些像素的每一者的所感测绿色值，使用四个绿色相邻像素单元。
如所述，本发明提供一种用于色彩平面内插的新型和新颖系统和方法，其中基于所获得的感测值来计算用于绿色、红色和蓝色的内插值。在本发明中，通过针对三色内插点内插用于所述色彩的每一者的值来移除在感测值与内插值之间的不平衡。所属领域的技术人员应了解，尽管本发明说明三色内插点的位置位于两个绿色像素、一个蓝色像素和一个红色像素的角落处，但其它三色内插点也是可能的且在本发明的范围内。
图5说明CMOS成像器集成电路(IC)500的框图，所述CMOS成像器集成电路(IC)500具有含有以行和列布置的多个像素的像素阵列505，像素阵列505包含(例如)具有以贝尔图案布置的两个绿色像素(G)、一个蓝色像素(B)和一个红色像素(R)的区域510。阵列505中的每一行的像素均由行选择线515同时开启，且每一列的像素由各自列选择线520选择性地输出。
通过行驱动器525响应于行地址解码器530来选择性地启动行线515。通过列选择器535响应于列地址解码器540来选择性地启动所述列选择线520。通过时序和控制电路545来操作像素阵列505，所述时序和控制电路545控制地址解码器530、540来选择适当行和列线以用于像素信号读出。
通过与列选择器535相关联的取样和保持电路550来读取所述像素列信号(其通常包括像素复位信号(Vrst)和像素图像信号(Vsig))。通过差动放大器555来产生差动信号(Vrst-Vsig)以用于每一像素，通过模拟到数字转换器570(ADC)来放大并数字化所述差动信号。模拟到数字转换器570将经数字化的像素信号供应给进行本发明方法的图像处理器575。
在图6中一般以600说明典型处理器系统，其包括具有像素阵列的成像器装置605，在所述像素阵列中根据本发明来内插所述像素信号。成像器装置605从由所述像素阵列供应的信号中产生输出图像。基于处理器的系统是接收CMOS成像器装置的输出的系统的示范。不具任何限制性，此类系统可包括计算机系统、相机系统、扫描仪、机器视觉系统、医学传感器系统(例如医学药片传感器)和汽车诊断系统以及其它成像系统，其全部均可利用本发明。
基于处理器的系统600(例如计算机系统)一般包含中央处理单元(CPU)610(例如微处理器)，其经由总线620与输入/输出(I/O)装置615进行通信。成像器装置605还经由总线620或其它通信链路与系统通信。计算机系统600还包括随机存取存储器(RAM)625，且在计算机系统的情况下可包括外围装置，例如包括可移除存储器630的软盘驱动器和/或具有可移除存储器630的光盘(CD)ROM驱动器，其也经由总线620与CPU 610通信。还可能需要在单一IC芯片上集成处理器610、成像器装置605和存储器625。
图7展示说明本发明的一个实施例的过程700的流程图。在步骤705中，选择内插点。在本发明的示范性实施例中，所述内插点位于四个像素单元的交叉点处。在步骤710中，接收用于每一像素传感器单元的感测值。在步骤715、720和725中，根据上文详细描述的等式分别确定用于第一色彩、第二色彩和第三色彩的内插值。具体来说，在步骤715中应用用于内插绿色值的等式，在步骤720中应用用于内插红色值的等式且在步骤725中应用用于内插蓝色值的等式。在步骤730中，使用在步骤715、720和725中所确定的内插值来重建所述彩色图像。
应明白，在一个或一个以上三色内插点处内插用于绿色、红色和蓝色的值的其它方法均在本发明的范围内，且本发明不限于所述等式或上述系数的使用。因此，上文描述和图式仅视为对实现本发明的特征和优点的示范性实施例的说明。在所附权利要求书的精神和范围内的本发明的任何修改均应视为本发明的部分。因此，本发明不应视为限于前文描述，而是其仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (22)

1.一种图像的色彩平面内插的方法，其包含以下步骤：
选择用于色彩平面内插的多个色彩内插点，其中所述色彩内插点的每一者对应于图像上的一位置，且所述色彩内插点的每一者偏离图像像素的中心点；
使用所述图像的像素值在每一内插点处内插用于色彩图案的多个色彩的每一者的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述色彩内插点是所述像素图像内的三色内插点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述内插用于每一色彩的值的步骤包括以下步骤：
在所述色彩内插点处内插用于第一色彩的值；
在所述色彩内插点处内插用于第二色彩的值；以及
在所述色彩内插点处内插用于第三色彩的值。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述内插用于每一色彩的值的步骤包括以下步骤：
在所述三色内插点处内插用于第一色彩的值；
在所述三色内插点处内插用于第二色彩的值；以及
在所述三色内插点处内插用于第三色彩的值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述三色内插点位于所述图像内的四个像素的交叉角落处。
6.根据权利要求4所述的方法，其中用于所述第一色彩值的所述内插使用来自邻接所述三色内插点的两个像素的用于所述第一色彩的感测值以及来自距所述三色内插点不超过一个像素宽度的四个额外像素的用于所述第一色彩的所述感测值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中用于所述第二色彩值的所述内插使用来自距所述三色内插点不超过一个像素宽度的像素的用于所述第二色彩的四个感测值以及用于接近所述第二色彩像素的每一者的所述四个第一色彩像素的每一者的所述感测值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中用于所述第三色彩值的所述内插使用来自距所述三色内插点不超过一个像素宽度的像素的用于所述第三色彩的四个感测值以及用于接近所述第三色彩像素的每一者的所述四个第一色彩像素的每一者的所述感测值。
9.一种包括图像像素传感器感测阵列的色彩成像装置，其包含：
第一多个图像像素传感器，其用于产生第一色彩的感测值；
第二多个图像像素传感器，其用于产生第二色彩的感测值；
内插构件，其使用所述第一色彩的所述感测值和所述第二色彩的所述感测值来确定用于色彩内插点的所述第一色彩和所述第二色彩的内插值，其中所述色彩内插点偏离图像像素的中心；以及
使用所述第一色彩和所述第二色彩的内插值来产生代表性图像。
10.根据权利要求9所述的色彩成像装置，其中所述色彩内插点是三色内插点，所述色彩成像装置进一步包括：
第三多个图像像素传感器，其用于产生第三色彩的感测值；
内插构件，其使用所述第一色彩的所述感测值、所述第二色彩的所述感测值和所述第三色彩的所述感测值来确定用于色彩内插点的所述第一色彩、所述第二色彩和所述第三的内插值，其中使用所述第一色彩、所述第二色彩和所述第三色彩的所述内插值来产生所述代表性图像。
11.根据权利要求10所述的色彩成像装置，其中所述三色内插点位于所述感测阵列内的四个像素的交叉角落处。
12.一种处理系统，其包含：
成像装置，其包括图像像素传感器阵列，所述成像装置包含：
第一多个图像像素传感器，其用于产生第一色彩的感测值；
第二多个图像像素传感器，其用于产生第二色彩的感测值；
第三多个图像像素传感器，其用于产生第三色彩的感测值；以及
处理器，其用于使用用于三色内插点的所述第一色彩的所述感测值、所述第二色彩的所述感测值和所述第三色彩的所述感测值来确定所述第一色彩、所述第二色彩和所述第三色彩的内插值执行内插，且其中针对偏离任一像素传感器的中心的位置执行所述内插。
13.根据权利要求12所述的处理系统，其中所述处理器在三色内插点处执行所述内插，其中所述三色内插点位于所述阵列内的四个像素传感器单元的交叉角落处。
14.根据权利要求12所述的处理系统，其中所述处理器在三色内插点处执行所述内插，其中所述三色内插点位于所述阵列内的两个像素传感器单元的交叉侧处。
15.根据权利要求13所述的处理系统，其中用于所述第一色彩值的所述内插使用来自邻接所述三色内插点的两个像素的用于所述第一色彩的所述感测值以及来自距所述三色内插点不超过一个像素宽度的四个额外像素的用于所述第一色彩的所述感测值。
16.根据权利要求15所述的处理系统，其中用于所述第二色彩值的所述内插使用来自距所述三色内插点不超过一个像素宽度的像素的用于所述第二色彩的四个感测值以及用于接近所述第二色彩像素的每一者的所述四个第一色彩像素的每一者的所述感测值。
17.根据权利要求16所述的处理系统，其中用于所述第三色彩值的所述内插使用来自距所述三色内插点不超过一个像素宽度的像素的用于所述第三色彩的四个感测值以及用于接近所述第三色彩像素的每一者的用于所述四个第一色彩像素的每一者的所述感测值。
18.一种处理数字色彩信号的方法，其包含以下动作：
从多个像素传感器的每一者获得感测值，所述多个像素传感器对应于具有在红色、蓝色和绿色光谱的一者中的波长的所施加光；以及
使用感测值来内插用于三色内插点的红色值、蓝色值和绿色值，其中所述感测值来自对应于具有在红色、蓝色和绿色光谱中的波长的所施加光的所述多个像素传感器。
19.根据权利要求18所述的处理数字色彩信号的方法，其中所述三色内插点偏离图像像素的中心。
20.一种计算机可读取媒体，其用于存储计算机指令以使得计算机能够针对色彩图案执行包括以下步骤的色彩平面内插：
在像素图像内选择针对其执行所述色彩平面内插的色彩内插点；以及
在每一色彩内插点处内插用于所述色彩图案中的每一色彩的值。
21.根据权利要求20所述的计算机可读取媒体，其中所述色彩内插点是所述像素图像内的三色内插点，且所述内插用于每一色彩的值的步骤包括以下步骤：
在所述三色内插点处内插用于第一色彩的值；
在所述三色内插点处内插用于第二色彩的值；以及
在所述三色内插点处内插用于第三色彩的值。
22.一种处理数字色彩信号的方法，其包含以下动作：
针对多个像素传感器单元的每一者，从所接收信号进行内插，以产生用于三色内插点的经内插绿色值、经内插红色值和经内插蓝色值，其中所述接收的信号对应于具有在用于蓝光、红光和绿光的范围的一者内的波长的所施加光量。
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