CN101467444B - 固态图像传感器 - Google Patents
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Abstract
一种固态图像传感器,具有多个像素、读出电路和信号处理部分。所述多个像素包括多个第一像素、多个第二像素、多个第三像素和多个第四像素。所述信号处理部分包括色彩获取部分;第一判断部分,其用于判断所述目标像素块中的所述白色数据值W是否小于预定的第一设定值;以及白色校正部分,其用于当所述第一判断部分的判断结果为否时,基于如下表达式(1)对所述目标像素块中的所述白色数据值W进行校正处理,并且当所述第一判断部分的判断结果为是时,输出所述白色数据值W自身而不基于所述表达式(1)进行校正处理;W’=S1C1+S2C2+S3C3...(1)其中S1、S2和S3中的每一个都是基于色彩平衡确定的系数。
Description
相关申请的交叉引用
本申请基于2006年6月14日提交的在先日本专利申请No.2006-165053以及2007年1月26日提交的日本专利申请No.2007-16971并要求享有其优先权,通过引用将其全部内容引入本文。
技术领域
本发明涉及一种固态图像传感器,其中,以矩阵形式布置均具有光电转换元件的多个像素。
背景技术
近年来,MOS(CMOS)图像传感器得到了积极的开发。具体而言,随着半导体工艺的微型化(设计规则减小),每个均具有5百万或更多像素、像素间距例如为2.5μm的单板色彩图像传感器已经被商品化。
这种MOS图像传感器一般包括有着Bayer布局的滤色器,其中,在由两行两列形成的像素块中提供一个红色(R)像素、一个蓝色(B)像素和两个对角设置的绿色(G)像素。在像素块中提供两个像素G的原因是光电转换元件对绿色具有高灵敏度。因此,将绿色像素用作获取辉度(亮度)信息的像素。
由于半导体器件设计规则的减小涉及到像素增多和像素微型化的趋势,因此对实现宽动态范围(WDR)的需求已经增强。近年来,已经提出来各种技术来(尤其)避免高照度一侧的饱和。然而,向低照度一侧扩展动态范围,即减小最小对象照度需要改善每个像素上的SNR且实现起来很困难。从像素尺寸来说,像素的微型化趋势进展到了1.7μm的水平,或者从孔径面积来说到了1μm或以下的水平。当采用这种像素尺寸时,入射光的波动变得突出起来,由于图像模糊(衍射极限)的原因,入射光的量迅速减小到像素面积的缩小比之上。因此,需要采取措施向低照度一侧扩展动态范围,即改善SNR。
已经提出了各种技术以在即使像素尺寸减小的时候也能够抑制色彩再现的劣化(例如,参见JP-A 2004-304706(特开)和JP-A 9358/1996(特开))。
JP-A 2004-304706(特开)公开了一项技术,将绿色设置在中心,在右、左、上、下方向设置白色作为辉度信号,由此确保辉度信号的信号电荷量。对于JP-A 2004-304706(特开)而言,将四行四列形成的像素块视为一个单元,这样有一个问题,即信号处理需要花很多时间,因为像素块单元很大。此外,对低辉度的像素不进行特殊信号处理,因此低辉度的像素可能会淹没在噪声中。
此外,JP-A 9358/1996公开了一项技术,进行信号处理来排列滤色器,使得所有像素的光谱敏感度总额变为R:G:B=2:3:1。然而,即使对于JP-A9358/1996来说,也没有考虑到低照度的像素。因此,低辉度的像素的SNR可能会劣化。
发明内容
鉴于以上问题做出了本发明,本发明的目的是提供一种能够输出色彩再现性优越的图像信号的固态图像传感器。
根据本发明的一个实施例,一种固态图像传感器包括:
以矩阵形式形成于半导体衬底上的多个像素,每个像素具有光电转换元件,所述光电转换元件输出通过光电转换获得的电信号;
读出电路,其用于读出从所述多个像素输出的电信号;以及
信号处理部分,其用于对从所述读出电路读出的电信号进行信号处理,
其中所述多个像素包括:
多个第一像素,其经由透明层将具有可见光波长的入射光引导到对应的光电转换元件;
多个第二像素,每个所述第二像素具有第一滤色器,所述第一滤色器对于可见光波段中的第一可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率;
多个第三像素,每个所述第三像素具有第二滤色器,所述第二滤色器对于可见光波段中的不同于所述第一可见光波段的第二可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率;以及
多个第四像素,每个所述第四像素具有第三滤色器,所述第三滤色器对于可见光波段中的不同于所述第一和第二可见光波段的第三可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率,
其中所述信号处理部分包括:
色彩获取部分,其用于获取包括多个像素的目标像素块中的第一色彩数据值C1、第二色彩数据值C2、第三色彩数据值C3和白色数据值W,以进行信号处理;
第一判断部分,其用于判断所述目标像素块中的所述白色数据值W是否小于预定的第一设定值;以及
白色校正部分,其用于在所述第一判断部分的判断结果为否时,基于如下表达式(1)对所述目标像素块中的所述白色数据值W进行校正处理,并且在所述第一判断部分的判断结果为是时,输出所述白色数据值W自身,而不基于所述表达式(1)进行校正处理;
W’=S1C1+S2C2+S3C3 ...(1)
其中S1、S2和S3中的每一个都是基于色彩平衡确定的系数。
此外,根据本发明的一个实施例,一种固态图像传感器包括:
以矩阵形式形成于半导体衬底上的多个像素,每个像素具有光电转换元件,所述光电转换元件输出通过光电转换获得的电信号;
读出电路,其用于读出从所述多个像素输出的电信号;以及
信号处理部分,其用于对从所述读出电路读出的电信号进行信号处理,
其中所述多个像素包括:
多个第一像素,其经由透明层将具有可见光波长的入射光引导到对应的光电转换元件;
多个第二像素,每个所述第二像素具有第一滤色器,所述第一滤色器对于可见光波段中的第一可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率;
多个第三像素,每个所述第三像素具有第二滤色器,所述第二滤色器对于可见光波段中的不同于所述第一可见光波段的第二可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率;
多个第四像素,每个所述第四像素具有第三滤色器,所述第三滤色器对于可见光波段中的不同于所述第一和第二可见光波段的第三可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率,
其中所述信号处理部分包括:
色彩获取部分,其用于获取包括多个像素的目标像素块中的第一色彩数据值C1、第二色彩数据值C2、第三色彩数据值C3和白色数据值W,以进行信号处理;
色彩分离处理部分,其用于基于以下表达式(2)到(4)将所述白色数据值分成多种色彩,以生成第一色彩的第一色彩数据值C1w、第二色彩的第二色彩数据值C2w和第三色彩的第三色彩数据值C3w;
C1w←W·K1 …(2)
C2w←W·K2 …(3)
C3w←W·K3 …(4)
其中K1、K2和K3表示颜色比例,由所述色彩数据值C1、C2和C3确定。
此外,根据本发明的一个实施例,一种固态图像传感器包括:
以矩阵形式形成于半导体衬底上的多个像素,每个像素具有光电转换元件,所述光电转换元件输出通过光电转换获得的电信号;
读出电路,其用于读出从所述多个像素输出的电信号;以及
信号处理部分,其用于对从所述读出电路读出的电信号进行信号处理,
其中所述多个像素包括:
多个第一像素,其经由透明层将具有可见光波长的入射光引导到对应的光电转换元件;
多个第二像素,每个所述第二像素具有第一滤色器,所述第一滤色器对于可见光波段中的第一可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率;
多个第三像素,每个所述第三像素具有第二滤色器,所述第二滤色器对于可见光波段中的不同于所述第一可见光波段的第二可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率;以及
多个第四像素,每个所述第四像素具有第三滤色器,所述第三滤色器对于可见光波段中的不同于所述第一和第二可见光波段的第三可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率,
其中所述信号处理部分包括:
色彩获取部分,其用于获取包括多个像素的目标像素块中的第一色彩的第一色彩数据值C1、第二色彩的第二色彩数据值C2、第三色彩的第三色彩数据值C3和白色数据值W,以进行信号处理;
判断部分,其用于判断所述色彩数据值C1、C2和C3是否小于预定的设定值;以及
低照度校正部分,其用于在判定所述色彩数据值C1、C2和C3中两个较大值小于所述设定值时,基于所述白色数据值和大于所述设定值的所述色彩数据值来纠正(retrieve)被判定为小于所述设定值的所述色彩数据值。
此外,根据本发明的一个实施例,一种固态图像传感器包括:
以矩阵形式形成于半导体衬底上的多个像素,每个像素具有光电转换元件,所述光电转换元件输出通过光电转换获得的电信号;以及
读出电路,其用于读出从所述多个像素输出的电信号,
其中以两个或更多像素为单位将所述多个像素分成多个像素块;并且
所述多个像素具有相对于图像拾取表面的两轴倾斜45°的正方形形状,不间隔任何空间设置相邻的像素,沿彼此不同的行设置第一和第四像素。
附图说明
图1为示出了根据本发明实施例的固态图像传感器的示意性构造的方框图;
图2为示出了两行两列形成的像素块100的范例的视图;
图3为示出了滤色器的透射率的曲线图;
图4为示出了每个像素的灵敏度的曲线图,所述像素设有每种颜色的滤色器;
图5为示出了垂直和水平布置的图2所示的总共四个像素块的范例的图示;
图6A为示意性示出了对应于沿行方向彼此相邻的三个像素的截面构造的截面图,也是具有红外线截止滤波器的固态图像传感器的截面图,而图6B为示出了在图6A所示的每个滤色器上设置红外线截止滤波器17的范例的截面图;
图7为曲线图,示出了当为每个像素RGB提供红外线截止滤波器17而不为像素W提供红外线截止滤波器17时,每个像素的透射波段和透射率之间的关系;
图8为方框图,示出了根据第一实施例的图1所示的信号处理电路6的内部构造的范例;
图9为示出了辉度和像素输出之间的关系的图示;
图10为流程图,示出了根据第一实施例的信号处理电路6所执行的处理操作的范例;
图11为方框图,示出了根据第二实施例的信号处理电路6的内部构造的范例;
图12为流程图,示出了图11所示的信号处理电路6所执行的处理操作的范例;
图13为用于解释图12中的步骤S11处的处理操作的图示;
图14为用于解释图12中的步骤S11处的处理操作的图示;
图15为示出了由五行七列形成、中心具有像素W的像素块范例的图示;
图16为用于解释内插处理部分的处理操作的图示;
图17为方框图,示出了根据第三实施例的信号处理电路6的内部构造的范例;
图18为流程图,示出了图17所示的信号处理电路6所执行的处理操作的范例;
图19为流程图,示出了根据第四实施例的信号处理电路6所执行的处理操作的范例;
图20为示出了刚刚进行完色彩分离处理后的像素布局的图示;
图21A到图21C是用于解释内插处理部分的处理操作的图示;
图22为示出了处理信号矩阵以应对Bayer布局的图示;
图23为方框图,示出了根据第六实施例的信号处理电路6的内部构造的范例;
图24为流程图,示出了图23所示的信号处理电路6所执行的处理操作的范例;
图25为方框图,示出了根据第七实施例的信号处理电路6的内部构造的范例;
图26为流程图,示出了图25所示的信号处理电路6的处理操作;
图27A-C为用于解释像素阵列1中的目标像素40以及对目标像素40的内插处理的图示,其中将图2所示的两行两列形成的像素块判定为一个单元;
图28为示出了像素阵列1的范例的图示,其中每隔一行设置每条仅由像素W形成的线;
图29为示出了像素块10b的范例的图示,其中局部改变了图28所示的像素布局;
图30为示出了像素块10c的范例的图示,其中局部改变了图29所示的像素布局;
图31为示出了根据第十实施例的像素阵列1的图示;
图32为示出了像素阵列1的图示,其中局部改变了图31所示的像素布局;
图33为示出了像素阵列1的图示,其中互换了图32所示的像素W和像素G;
图34为示出了根据第十一实施例的像素阵列1的图示;
图35为示出了根据图34的变型的像素阵列1的图示;以及
图36为示出了像素阵列的图示,其中沿横向将彼此相邻的两行中的像素偏移对应于半个像素的量。
具体实施方式
现在将参考附图解释根据本发明的实施例。
(第一实施例)
图1为示出了根据本发明实施例的固态图像传感器的示意性构造的方框图。图1所示的固态图像传感器包括:像素阵列1,在像素阵列1中以矩阵形式设置了多个均具有光电转换元件的像素;垂直扫描器2,其向像素阵列1中的相应行依次提供驱动电压;噪声减除电路3,对在每个像素中经过光电转换的成像信号中包括的噪声进行消除处理;A/D转换电路4,对噪声减除电路3输出的成像信号进行A/D转换;水平扫描器5,根据每列依次选择和读取经A/D转换的成像数据;以及信号处理电路6,对成像数据进行下文所述的信号处理。
信号处理电路6依照像素阵列中的每行顺序地为每列接收成像数据。垂直扫描器2、噪声减除电路3、A/D转换电路4和水平扫描器5对应于读出电路。读出电路相对于多个像素同时读取一条水平线中的信号,或依照每个像素依次读取信号。
读出电路和像素阵列1形成于相同的半导体衬底上。信号处理电路也可以形成于相同的半导体衬底上。或者,信号处理电路6可以形成于与形成读出电路和像素阵列1的半导体衬底不同的半导体衬底上。在这种情况下,将读出电路的输出输入到另一半导体衬底上的信号处理电路6。
将像素阵列1中的多个像素分成多个像素块,将彼此相邻设置的一些像素判定为一个单元。例如,图2为示出了由两行两列形成的像素块的范例,该像素块包括沿对角设置的白色W像素(在下文中将称为像素W)和绿色G像素(在下文中将称为像素G)以及剩余的两个包括红色R和蓝色B的像素(在下文中将被称为像素R和像素B)。
像素W经由透明层将具有具有可见光波长(例如400nm到650nm)的入射光引导到对应的光电转换元件。透明层由对可见光透明的材料形成,且其在整个可见光区域内表现出高灵敏度。
另一方面,为像素G提供对于绿色可见光波段中的光具有高透射率的滤色器。为像素R提供对于红色可见光波段中的光具有高透射率的滤色器。为像素B提供对于蓝色可见光波段中的光具有高透射率的滤色器。
提供像素W是因为白色像素可让整个可见光波段中的光透过,因此像素W适于获取辉度信息。由于绿色像素也可以用于获取辉度信息,因此在图2中沿对角设置白色像素和绿色像素。结果,可以对所有行和列均匀地检测出辉度信息,从而改善辉度分辨率。
此外,图2所示的像素块除像素W之外还具有像素R、G和B,因为R、G和B为原色,在色彩再现时优于互补色的像素,并且不需要诸如色彩转换等处理,由此简化了信号处理的处理过程。
图3为示出了每种滤色器的透射率的曲线图,而图4为示出了具有每种颜色的滤色器的每个像素的灵敏度的曲线图。如图3所示,白色W的滤色器对于整个可见光波段(大约400到700nm)的光具有95%或更高的透射率。绿色G的滤色器对于大约为500到550nm的光具有高透射率。红色R的滤色器对于大约600到700nm的可见光波段中的光具有高透射率。蓝色B的滤色器对于大约450到490nm的可见光波段中的光具有高透射率。
如图4所示,对于这些透射率而言灵敏度具有相同的特征。白色W的像素对于整个可见光波段具有高灵敏度,白色W的灵敏度大致为R、G或B每种单个像素的灵敏度的两倍。
此外,当将滤色器设计为蓝色B和绿色G的交叉点(光谱彼此交叉的点处的透射率)以及绿色G和红色R的交叉点中的每一个变为大致50%时,在从白色W提取色彩信号时,从白色W提取的绿色G的光谱可以具有与仅仅绿色G光谱相同的形状,下文将对此进行解释。当交叉点落在40到60%的值范围内,可以获得优异的色彩再现性。即使交叉点落在30到70%的范围内,也可以获得实用水平的色彩再现性。
图5为示出了垂直和水平布置图2所示的总共四个像素块的范例的图示。此外,图6A为示意性示出了对应于沿行方向彼此相邻的三个像素的截面结构的截面图。如图6A所示,每个像素具有:形成于半导体衬底11上的光电转换元件12;隔着层间绝缘膜13形成于光电转换元件12上的滤色器14;以及形成于滤色器14上的微透镜15。在层间绝缘膜13中形成为相邻像素屏蔽光的光屏蔽膜16。
由于光电转换元件12在近红外波长区域具有灵敏度,除非截止近红外光线(例如650nm或以上),否则会降低色彩再现性。例如,在对发射(反射)纯绿光和近红外光线的对象成像时,在像素G中检测到绿色,在像素R中检测出近红外光。因此,无法将对象检测为纯绿色(R:G:B)=(0:1:0)。
于是,在固态图像传感器和对象之间或在固态图像传感器和透镜之间提供防止650nm或以上的光的透射的红外线截止滤波器,从而仅允许波长可见的光进入固态图像传感器。或者,如图6B的截面图所示,可以在滤色器上设置红外线截止滤波器17。对于图6B而言,未向白色像素提供红外线截止滤波器17。这是因为提供白色像素是为了获取辉度信息,并且在未提供红外线截止滤波器17时可以更确定地获得低辉度一侧上的辉度信息。
图7为曲线图,示出了当为每个像素R、G和B提供红外线截止滤波器17而不为像素W提供红外线截止滤波器17时,每个像素的透射波段和透射率之间的关系。如图所示,像素W可以吸收能够被光电转换元件的衬底材料硅光电转换的波长(大约1.1μm的近红外光线)的光线。在对辉度低的对象成像时像素W尤其有利,并可以将其用作近红外摄像机。
图8为方框图,示出了图1所示的信号处理电路6的内部构造的范例。图8所示的信号处理电路6包括W饱和判断校正处理部分21,其对白色像素进行饱和判断和校正处理。尽管图8示出了W饱和判断校正处理部分21单独构成图8中的信号处理电路6的范例,但在信号处理电路6中可以包括另一个执行信号处理的模块。
W饱和判断校正处理部分21具有:判断像素W的白色数据值W是否饱和的W饱和判断部分22;基于W饱和判断部分22的判断结果对像素W进行校正处理的W校正处理部分23;以及W校正处理部分23工作使用的线存储器24。
W饱和判断校正处理部分21将成像数据分成RGB三色数据C=(C1,C2,C3)和白色数据值W并进行信号处理。三色数据C和白色数据值W中的每个都可以采取(例如)256种色调的数据0到255中的值。在以下解释中,假设红色数据为C1,绿色数据为C2,蓝色数据为C3。例如,当判定C2=100且对色温为5500K(开尔文)的白光进行成像时,假设实现了W=200,C=(C1,C2,C3)=(80,100,70)。
在以下解释中,由三行三列形成、像素W置于中心的像素块是基本单元。像素R、G和B和像素W具有不同程度的辉度(亮度),允许使每个像素的色彩数据值饱和。
图9为示出了辉度和像素输出之间的关系的图示。如图9所示,与R、G和B像素相比,像素W在低照度一侧难以饱和,但在高照度一侧容易饱和。于是,图8中的W饱和判断校正处理部分21判断白色数据值W是否在高辉度一侧未饱和。
图10为流程图,示出了图8所示的信号处理电路6所执行的处理操作的范例。首先,W饱和判断部分22判断白色数据值W是否不低于设定值Ws(例如Ws=240),并检测白色数据值W是否落入未饱和的范围内(步骤S1,第一判断部分)。如果实现了W<Ws(图9中的区域B到C),则判定未发生饱和,并设置W’=W(步骤S2)。在这种情况下,将白色数据值W输出为W’,按照原样用于下一信号处理。
另一方面,如果实现了W≥Ws(图9中的区域D到E的情况),则判定发生了饱和并利用以下表达式(1)计算白色校正值W’(步骤S3)。
W’=S1C1+S2C2+S3C3 ...(1)
在该范例中,S1、S2和S3中的每一个都是基于色彩平衡判定的系数。例如,在调节色温为5500K的RGB信息来提供纯白色(1:1:1)时,(S1,S2,S3)=(1.02,0.82,1.16)的设置可以满足需要。当如上所述通过对色温为5500K的白光成像获得信号(R,G,B)=(80,100,70)时,以这样的方式导出系数S1,S2或S3的值,使得R:G:B的比例在总信号量(=250)被均衡的状态下变为1:1:1。可以基于计算整个成像平面的色彩平衡后获得的自动白色平衡获得系数S1、S2或S3。
W校正处理部分23执行步骤S2和S3处的处理。在步骤S3处相应的RGB数据项(piece)C1、C2、C3例如为对应于两个红色像素的平均信号值、对应于四个绿色像素的平均信号值以及对应于两个蓝色像素的平均信号值,这些像素分别位于该像素块中。由于通常是顺次读出来自像素阵列的输出信号,因此需要线路存储器24来临时存储先前读取的行的信号,以便利用对应于三行的信号来计算平均信号值。W校正处理部分23在参考线路存储器24的同时进行计算。
W饱和判断校正处理部分21按照每个像素块执行图10所示的处理。部分21输出对应于一个像素块的白色数据值W’和RGB数据值C(步骤S4)并随后对下一像素块进行图10所示的处理。
如上所述,根据第一实施例,由于通过实时校正白色数据值W使得具有高灵敏度的像素W在高辉度一侧不饱和,因此可以获得具有优异色彩再现性的成像数据而不会因为饱和而丢失辉度信息。
尽管图2所示的像素块是由WRGB四个像素形成的,也可以任意改变WRGB的布局,只要满足沿对角设置像素W和像素G的条件即可。
(第二实施例)
下文所述的第二实施例特征在于,将像素W的白色数据值W按色彩分成三项色彩数据R、G和B。
尽管根据第二实施例的固态图像传感器的构造类似于图1所示的实施例,但第二实施例在信号处理电路6的处理操作方面与第一实施例不同。在下文中将主要解释与第一实施例的不同。
即使在第二实施例中,为了清楚地解释色彩分离处理,也将由三行三列形成、像素W布置在中心的像素块判定为基本单元。像素块的实际基本单元不限于三行三列的构造。
图11为方框图,示出了根据第二实施例的信号处理电路6的内部构造的范例。根据第二实施例的信号处理电路6包括色彩分离内插处理部分25。该色彩分离内插处理部分25具有:对白色数据值W进行色彩分离过程以产生色彩数据RGB的色彩分离处理部分26;由色彩分离处理部分26用于进行工作的线路存储器27;以及由内插处理部分28用于操作以利用色彩分离的色彩数据值和原始色彩数据值计算每个像素位置处的RGB信号的线路存储器29。信号处理电路6可以包括除色彩分离内插处理部分25之外的处理部分。
图12为流程图,示出了图11所示的信号处理电路6所执行的处理操作的范例。首先,色彩分离处理部分26使用像素W周围的像素R、G和B,基于以下表达式(2)到(4)将像素W转换成像素R、G和B(步骤S11)。
Rw←W·K1 …(2)
Gw←W·K2 …(3)
Bw←W·K3 …(4)
这里,K1、K2和K3中的每一个都表示从目标像素W周围的每个像素R、G或B获得的色率,并例如用以下表达式(5)到(7)来表示。
这里,Raverage、Gaverage和Baverage中的每一个是目标像素W周围的多个像素的色彩数据值R、G和B的平均值。例如,Raverage、Gaverage和Baverage是对应于两个红色像素的平均色彩数据值、对应于四个绿色像素的平均色彩数据值和对应于两个蓝色像素的平均色彩数据值,这些像素分别位于该像素块中。
图13和图14为解释图12中的步骤S11处的处理操作的图示。如图13所示,色彩分离处理部分26获得三行三列像素块中围绕像素W的色率K1、K2和K3,并将这些色率乘以像素W自身的辉度值(白色数据值W)。结果,可以进行像素W的色彩分离而不劣化辉度分辨率。如图14所示,在像素W的位置处新产生RGB数据值Rw、Gw和Bw。
为了执行步骤S11处的处理,色彩分离处理部分26必需为多行执行算术运算。于是,在图11所示的线路存储器中临时存储对应于两行的色彩数据值,在读取像素块中最后一行的时刻读出线路存储器中存储的对应于两行的剩余色彩数据值,并执行表达式(2)到(4)所示的计算。
这里,例如,当像素块中的色彩数据值为W=200,(Raverage,Gaverage,Baverage)=(80,100,70)时,可以基于表达式(2)到(7)获得(Rw,Gw,Bw)=(64,80,56)。
在通过这种方式把白色数据值W转换成相应的色彩数据项Rw、Gw和Bw时,相对于平均色彩数据Raverage、Gaverage和Baverage获得了(64+80+56)/(80+100+70)=4/5倍。于是,将倒数5/4判定为常数,并可以将表达式(2)到(4)中的每一个的右侧乘以该常数而获得的值判定为最终的色彩数据值Rw、Gw或Bw。
利用实质上具有高SNR比的白色数据值W和具有经平均而得到改善的SNR比的色彩数据值、单独通过乘或除,来获得色彩转换数据Rw、Gw和Bw中的的每一个,而所产生的色彩数据值的SNR比变得高于R、G和B数据值中的每一个。
要指出的是,像素块不限于三行和三列。例如,图15为示出了由五行七列形成、像素W置于中心的像素块范例的图示。用于执行步骤S11处的处理的线路存储器的容量取决于像素块中的行数。当行数增加时,线路存储器的容量变大。因此,过分增加像素块中的行数是不希望出现的。
当色彩分离处理部分26完成图12中的步骤S11的处理时,内插处理部分28随后计算像素块中的所有像素R和像素Rw的平均值R’,例如,如图16所示。类似地,内插处理部分28计算像素块中的所有像素G和像素Gw的平均值G’以及所有像素B和像素Bw的平均值B’(步骤S12)。将每个计算出的像素平均值R’、G’和B’视为如图16所示的像素块中的中心像素(目标像素)的色彩数据值。
通过这种方式,通过对三种色彩数据值R、G和B以及周围三行三列形成的像素块中的色彩分离数据值Rw、Gw和Bw求平均,针对所有像素判定最终的色彩数据值R’、G’和B’。
当内插处理部分28输出最终的色彩数据值R’、G’和B’时(步骤S13),针对下一像素块执行上述步骤S11到S13。
对所有像素位置重复上述处理就能够产生三种色彩数据值R’、G’和B’。此外,还可以基于像素数均为Bayer布局中的像素数的两倍的R数据值和B数据值进行色彩内插来获得色彩数据值R’和B’,与常规范例相比,这些值中的每一个的SNR比都几乎加倍。
如上所述,根据第二实施例,由于将像素W色彩分离为三种色彩像素R、G和B,因此可以轻易而迅速地增加R、G和B的外在像素数量,并可以很大地改善SNR比,从而提高图像质量。此外,由于基于色彩内插处理对所有像素产生三种色彩数据值,因此增强了色分辨率,从而改善了图像质量。
要指出的是,可以在进行第二实施例的处理之前执行在第一实施例中介绍的W饱和判断校正处理。
(第三实施例)
第三实施例的特征在于,将白色数据用于低照度来进行色彩信号的恢复处理。
尽管根据第三实施例的固态图像传感器与图1所示的固态图像传感器具有相同的构造,但第三实施例在信号处理电路6的处理操作方面与第一和第二实施例不同。在下文中将主要解释与第一和第二实施例的不同。
在第三实施例中,类似地将三行三列形成、像素W置于中心的像素块判定为基本单元,以便理解色彩分离处理,像素块的实际基本单元不限于三行三列形成的结构。
图17为方框图,示出了根据第三实施例的信号处理电路6的内部构造的范例。图17所示的信号处理电路6具有低照度判断校正处理部分30。低照度判断校正处理部分30具有:判断像素R、G和B是否具有低照度的RGB低照度校正部分31;在判定有低照度时进行校正处理的低照度校正处理部分32;低照度校正处理部分32工作所使用的线路存储器33;以及以像素块为单位存储低照度校正处理部分32的处理结果的单块存储器(one-blockmemory)34。信号处理电路6可以包括除低照度判断校正处理部分30之外的处理部分。
图18为流程图,示出了信号处理电路6所执行的处理操作的范例。RGB低照度校正部分31针对像素块中的RGB数据值C=(C1、C2、C3)进行低照度判断,低照度校正处理部分32基于判断结果进行校正处理。现在将参考图18的流程图介绍具体的判断和校正处理。
首先,判断像素块中的RGB数据值Cm(m为1、2或3)中的每一个等于还是小于预定的下限设定值Cn(步骤S21)。当该判断的结果为否时,判定每个值都是SNR优良的有效数据,将白色数据值W和每个RGB数据值C分别判定为单块存储器34中存储的Wp和Cp(步骤S22)。
另一方面,当步骤S21处的判断结果为是时,对是否存在等于或小于设定值Cn的单色数据值Cm(m为1,2或3)做出判断(步骤S23)。当判断结果为是时,基于如下表达式(8)校正不大于设定值Cn的单色数据值Cm1(m1为1,2或3)(步骤S24,第一色彩校正部分)。
Cm1=W-(Sm2’Cm2+Sm3’Cm3) …(8)
这里,Cm2和Cm3是等于或大于设定值Cn的色彩数据值。
该表达式(8)将高照度时的W与(C1+C2+C3)之比,即(当W=200,C(C1+C2+C3)=(80,100,70)时,为200:500)乘以基于在整个像素区域中判断的白色平衡而判定的系数,以获得Sm2’和Sm3’,将Sm2’和Sm3’乘以SNR比优良的有效色彩数据值Cm2和Cm3以获得(Sm2’Cm2+Sm3’Cm3),并从同一块中获得的W减去(Sm2’Cm2+Sm3’Cm3)。结果,可以提取并恢复白色数据W中仍然包含的色彩数据Cm1的信息。
这里,假设高照度时W和(C1+C2+C3)之比为200:500,系数Sm2’和Sm3’例如为Sm2’=(200÷250)×0.82=0.65,Sm3’=(200÷250)×1.16=0.93。当W=10且C=(0,3,7)时,实现了Cm1=10-(3×0.65+7×0.93)=1.5。
当步骤S23处的判断结果为否时,对是否存在等于或小于设定值Cn的两色数据值Cm(m为1,2或3)做出判断(步骤S25)。当判断结果为是时,校正等于或小于设定值Cn的两色数据Cm1和Cm2(m1和m2为1,2,或3)(步骤S26)。将校正后的色彩数据Cm1和Cm2存储在单块存储器34中。
表达式(9)从目标像素块中的辉度数据W减去有效色彩数据值Cm3(m为1,2或3),并基于单块存储器34中存储的前一像素块中的色彩数据值Cp=(C1 p,C2 p,C3 p)中的无效(ineffective)色彩m1和m2(SNR较差)的色彩数据值Cm1 p和Cm2 p来分配通过该减法获得的值,由此恢复色彩m1和m2的色彩数据。
当步骤S25处的判断结果为否时,这意味着所有色彩数据值R、G和B都等于或低于设定值Cn。在这种情况下,基于如下表达式(10)恢复每一色彩数据值Cm1(m1为1,2或3)(步骤S27)。
在表达式(10)中,基于从单块存储器34中存储的前一像素块中的色彩数据值Cp=(C1 p,C2 p,C3 p)(例如C1 P=3,C2 p=3,C3 P=2)获得的无效色彩m1、m2和m3的色彩数据值Cm1 p和Cm2 p,来分配目标像素块中的辉度数据W,由此恢复相应的色彩数据Cm1、Cm2和Cm3。
在表达式(10)中,可以分配通过将色彩数据值Cm1 p、Cm2 p和Cm3 p乘以基于色彩平衡判定的系数S1、S2和S3所获得的值。
在上述计算过程中,当需要针对多行的算术运算时,实施算术运算并同时参考线路存储器中存储的前几行信号就可以满足需要。
将在步骤S27恢复的白色数据值W和每个色彩数据值Cm1存储在单块存储器中(步骤S22)并输出(步骤S28)。然后,对下一像素块执行步骤S21到S28的处理。
如上所述,在第三实施例中,当基于R、G和B的色彩数据值判断照度是否低且判定为低照度时,使用高灵敏度的像素W来执行色彩数据值校正处理。因此,可以实时地恢复因为低照度而损失的色彩信息,并且即使照度低也能够获得具有高图像质量的固态图像传感器。
可以在结合第二实施例描述的色彩分离处理之前,或者与第一实施例中介绍的W饱和判断校正处理同时执行上文所述的对低照度的判断以及对每种色彩数据值的校正处理。
(第四实施例)
通过在根据第二实施例的色彩分离处理中增加低照度判断处理获得下文所述的第四实施例。
图19为流程图,示出了根据第四实施例的信号处理电路6所执行的处理操作的范例。图19示出了通过向图12所示的处理增加步骤S14和S15获得的处理。
首先,将白色数据值W与预定的设定值Wn(例如在256种色调的情况下设定Wn=10)进行比较(步骤S14)。当白色数据值W等于或大于Wn时,利用表达式(2)到(4)执行色彩分离处理(步骤S11)。另一方面,当白色数据值W小于Wn时,基于如下表达式(11)进行色彩分离处理。
在表达式(11)中,向白色数据值W增加所有项的周围的色彩数据R、G和B作为辉度数据,以生成色彩数据值Cmw。因此,改善了色彩数据值Cmw的SNR比。不过,在这种情况下,由于增加周围像素数据作为辉度数据,因此辉度分辨率被劣化。因此,仅在目标像素W接收的光照度低时执行步骤S11的处理,以便牺牲辉度分辨率而改善SNR比。
如上所述,根据第四实施例,当白色数据值W的照度低时,将白色数据值W加周围色彩数据R、G和B得到的值乘以系数K1到K3,以实现白色数据值W的色彩分离。因此,可以改善低辉度白色数据值W的照度,从而避免发生黑色模糊。
(第五实施例)
第五实施例的特征在于,在对白色数据值W进行色彩分离之后进行色彩内插处理以提供相应的色彩数据R、G和B,并通过进行色彩内插处理使得输出数据与基于Bayer布局的数据具有相同布局。
根据第五实施例的信号处理电路6具有与图11所示相同的构造,并根据与图12所示相同的流程图执行处理操作。然而,由图11所示的内插处理部分28执行的图12所示的步骤S12的处理操作与第二实施例中的不同。
根据本实施例的内插处理部分28使用红色数据值R、蓝色数据值B和经色彩分离的色彩数据值Rw、Gw和Bw中的Rw和Bw来进行内插处理。
图20示出了刚刚实施色彩分离处理之后的像素布局。如图所示,将经过色彩分离的色彩数据值Rw、Gw和Bw分配给白色数据值W的像素位置。如图21A所示,内插处理部分28使用沿横向彼此相邻的红色数据值R和两色数据值Rw来内插最终的色彩数据值R’。因此,判定三个值的平均值为R’的方法是最简单的方法。类似地,如图21B所示,使用沿垂直方向彼此相邻的蓝色数据值B和两色值Bw内插最终的色彩数据值B’。另一方面,如图21C所示,不对绿色数据值Gw进行内插处理。不对绿色进行内插处理是因为在实施色彩分离处理时基于色彩数据值G和Gw完成了对应于Bayer布局的成像数据。
在执行这种处理时,可以获得如图22所示的对应于Bayer布局的这种数据布局。由于对固态图像传感器输出的成像数据进行处理的通用数字信号处理器常常与Bayer布局的成像数据兼容,因此,像本实施例这样从固态图像传感器输出被转换成Bayer布局的成像数据就能够利用通用数字信号处理器进行各种图像处理,从而降低了图像处理中的设计成本和部件成本。
如上所述,根据第五实施例,将白色数据值W颜色分离为相应的色彩数据R、G和B,然后将像素块中的数据布局转换成对应于Bayer布局的数据布局。因此,该固态图像传感器能够输出对应于Bayer布局的成像数据,并可以使用通用数字信号处理器执行后续的图像处理。
(第六实施例)
可以任意组合第一到第五实施例并加以执行。例如,下文所述的第六实施例的特征在于连续执行图10、18和12所示的处理。
图23为方框图,示出了根据第六实施例的信号处理电路6的内部构造的范例。图23所示的信号处理电路6具有:与图8所示构造相同的W饱和判断校正处理部分21;与图17所示构造相同的低照度判断校正处理部分30;与图11所示构造相同的色彩分离内插处理部分25;将色彩数据R、G和B转换成辉度数据Y和色差数据UV的YUV转换部分35;供这些相应部分工作使用的线路存储器36;以及存储处理结果的单块存储器37。
图23所示的信号处理电路6中的每个部分都可以由硬件或软件形成。总之基本上根据图10、18和12所示的相应流程图顺序执行处理,然后YUV转换部分35进行向辉度数据和色差数据的转换。
图24为流程图,示出了图23所示的信号处理电路6所执行的处理操作的范例。在下文中将介绍以图2所示的由两行两列形成的像素块为单位进行信号处理的范例。
首先,以两行两列形成的像素块为单位,获取每个像素块中的相应的RGB色彩数据值C=(C1,C2和C3)以及白色数据值W(步骤S31)。这些数据项从1H存储器获取。在下文中将把获取的一个像素块称为用于信号处理的目标像素。
与像素R、G和B相比,白色像素在低照度一侧难以饱和,但在高照度一侧容易饱和。于是,在图24中的步骤S32(第二判断部分),对白色数据值W是否大于下限设定值Cn(例如Cn=0)进行判断。图23所示的W饱和判断校正处理部分21执行该判断处理。如果W≤Cn(图9中的区域A),将用于信号处理的数据C’和W’变为单块存储器22中存储的前面的像素块中的数据Cp和Wp(步骤S33,前块色彩调节部分)。
当在步骤S32判定W>Cn时,W饱和判断校正处理部分21执行由如图10所示的相同处理过程形成的W饱和判断校正处理(步骤S34)。基于步骤S34的该处理,输出校正后的白色数据值W和色彩数据值。
然后,低照度判断校正处理部分30执行由如图18所示的相同处理过程形成的低照度判断处理(步骤S35)。基于步骤S35的该处理,改善了相应像素R、G和B中的低照度的像素的灵敏度。
随后,色彩分离内插处理部分25执行由与如图12所示的处理过程相同的处理过程形成的色彩分离处理(步骤S36)。在步骤S36通过该处理将像素W色彩分离成RGB色彩数据值之后,输出经过内插处理的色彩数据值。
在单块存储器中存储步骤S36和S33的处理结果,即白色数据值W’和色彩数据值C(步骤S37)。
然后,YUV转换部分35将色彩分离内插处理部分25输出的三种色彩数据值转换成辉度数据和色差数据(步骤S38)。
如上所述,根据第六实施例,连续执行W饱和判断校正处理、RGB低照度判断处理和色彩分离处理以产生最终色彩数据,由此获得在色彩信息再现性方面优越且图像质量高而没有白色间断或块色彩模糊的图像。
要指出的是,不必按照W饱和判断校正处理部分21、低照度判断校正处理部分30和色彩分离内插处理25的次序来执行每个处理。例如,可以以W饱和判断校正处理部分21、色彩分离内插处理25和低照度判断校正处理部分30的次序执行处理。此外,可以省略图24中所示的处理的一部分,例如步骤S32的判断处理。
(第七实施例)
尽管在图12中先执行色彩分离处理后执行内插处理,但也可以先执行内插处理后执行色彩分离处理。下面介绍的第七实施例特征在于先执行内插处理后实施色彩分离处理。
图25为方框图,示出了根据第七实施例的信号处理电路6的内部构造的范例,而图26为流程图,示出了图25所示的信号处理电路6的处理操作。
图25所示的信号处理电路6使用内插处理部分28进行内插处理,然后利用色彩分离内插处理部分25进行色彩分离处理。内插处理部分28获取目标像素的色彩数据C(C1、C2、C3)和白色数据值W。
这里,目标像素为信号处理的基本单位,每个目标像素具有相应的色彩数据R、G和B以及白色W数据。与像素阵列1中的实际像素不同,该目标像素为虚拟像素。详细地讲,目标像素的位置是像素阵列1中每个像素中存在的光电转换元件的位置或每个像素的重力点的位置。
例如,图27是用于解释像素阵列1中的目标像素40的图示,该像素阵列1以图2所示的两行两列形成的像素块为单位。将图27中从左侧开始第二行和第二列中设置的像素判定为目标像素40。该目标像素40的R数据值为图27A所示的上下R像素数据值的平均值。此外,B数据值是图27B所示的左右B像素数据值的平均值,G数据值是目标像素40位置处放置的像素G自身的数据值。W数据值是置于目标像素40的四角处的像素W的数据值的平均值。
在执行这种内插处理时,判断目标像素40的RGB数据值和W数据值。要指出的是,当信号处理电路6执行内插处理时,利用图25所示的线路存储器。因此,在该线路存储器中预先存储围绕该目标像素40的色彩数据值。
根据本实施例的信号处理电路6首先利用内插处理部分28基于如图26所示的上述处理顺序进行内插处理(步骤S41)。结果,按照每个目标像素40判定RGB数据值C’m和W数据值W’中的每一个。
然后,色彩分离内插处理部分25基于以下表达式(12)计算并输出目标像素40的三色数据值(步骤S42和S43)。
按照每个目标像素40对步骤S42计算出的目标像素40的三色数据值进行YUV转换。
如上所述,根据第七实施例,按照每个目标像素40执行内插处理以获取每一RGB数据C和白色数据值W,然后按照图26的流程图进行信号处理。因此,可以在以比像素块更精细的单位考虑辉度信息的同时执行信号处理,由此获取色彩再现性优越且空间分辨率高的图像。
(第八实施例)
第八实施例的特征在于RGB数据C=(C1、C2、C3)具有低照度时的处理操作与第三实施例中的不同。
尽管根据第八实施例的信号处理部分依照图18的流程图进行处理操作,但步骤S27的A处理或步骤S26和S27的B处理或步骤S24、S26和S27的(C)处理操作与第一和第二实施例中那些不同。
具体而言,在执行处理A、B或(C)时,基于以下表达式(13)恢复每一RGB数据值C。
Cm1=W/S1,Cm2=W/S2,Cm3=W/S3 ...(13)
这里,S1、S2和S3是基于白色平衡判定的系数,它们是按照整个像素区域判定的。亦即,在对低照度对象成像的情况下,在(D)RGB数据值中所有三种色彩数据值都具有低SNR且无效时,(E)在RGB数据值中两种色彩数据值无效时或(F)RGB数据值中仅一种色彩数据值无效时,执行表达式(13)表示的算术运算。结果,可以生成与辉度数据W成正比的黑色和白色信息。
如上所述,根据第八实施例,当各RGB数据值都具有低照度时,可以无需参考前一块而通过简单的技术检测出黑色和白色信息作为RG数据值。亦即,根据本实施例,在可以判定色彩信号为低照度一侧上的灰度级时,可以通过简单的信号处理而将低照度一侧的色彩信号再现为黑和白信息。
(第九实施例)
尽管已经参照第一实施例介绍了以两行两列形成的像素块为单位进行处理操作的范例,但具有像素W、像素R、像素G和像素B的像素块可以具有除由两行两列形成的构造之外的构造。
例如,图28为示出了像素阵列1的范例的图示,其中每隔一行设置仅包括像素W的每一行。对于图28而言,在包括像素W的行之间顺次反复设置像素R、G和B。因此,像素块50a的单位是两行三列的结构。要指出的是,像素RGB的排列顺序不限于特定顺序。
对于图28所示的像素阵列1,当图1所示的垂直扫描器2在像素R、G和B之前以高速扫略仅包括像素W的行时,可以在获取色彩信息之前单独获得辉度信息。
当以二倍于其他行的帧速率的帧速率读取像素W的行时,通过交替反复读出两行三列形成的像素块中由仅包括像素W的数据形成的帧(WWW)和由(WWWRGB)形成的帧,可以以双倍速度仅读出辉度数据。
图29为示出了像素块50b的范例的图示,其中局部改变了图28中的像素排列。对于图29的情况而言,四行四列构成一个像素块,每隔一条线设置一个仅包括像素W的各行,在仅包括像素W的行之间设置像素B、G、R和G形成的行。在像素B、G、R和G形成的行中,像素G的数量是其他颜色的像素数量的二倍。结果,与均匀设置像素R、G和B的范例相比,可以提高辉度分辨率。
在图29中,像素B、G、R和G形成的行中像素的排列可以是任意的。然而,当像素G不是彼此相邻时,可以均匀检测出辉度,因此这种排列是理想的。
图30为示出了像素块50c的范例的图示,其中局部改变了图29中的像素排列。在图30中,为了改善G信号的色彩再现性和绿色分辨率,使图29中的像素W和像素G的位置互换,并每隔一条线设置一个仅由像素G形成的行。在该范例中,当像像素W那样读出可用于获取辉度信息的仅由像素G形成的行时,可以像图29所示的范例那样改善辉度分辨率。
如上所述,根据第九实施例,由于提供了每隔一条线设置一个仅由像素W或像素G形成的行的像素块,因此可以在获取色彩信息之前以高速单独获取辉度信息。
(第十实施例)
第十实施例提供了一种在像素阵列1中按之字形图案设置像素W的结构。第十实施例也用于具有与图1所示的构造相同的构造的固态图像传感器,固态图像传感器中信号处理部分的内部构造与第二实施例的相同,因此省去对信号处理部分的详细介绍。
图31为示出了根据第十实施例的像素阵列1的图示。图31中的像素阵列1具有两行六列形成的像素块50d。每个像素块50d具有设置成之字形图案的六个像素W以及交替设置在像素W之间的总共六个像素R、G和B。
由于像素块50d中一半的像素为像素W,因此可以改善辉度分辨率。具体而言,当像素R、G和B具有低照度且像素W的SNR高于最小基准值时,可以在水平方向和垂直方向都维持高的辉度分辨率。
图32为示出了像素阵列1的图示,其中局部改变了图31中的像素排列。在图32中所示的像素阵列1中的像素块50e中,像素G的数量是像素R数量和像素B数量的两倍。结果,可以改善绿色的再现性,且与图31所示范例相比可以进一步提高辉度分辨率。
图33为示出了像素阵列1的图示,其中使图32中的像素W和像素G位置互换。由于图33所示的像素阵列1中的像素块50f中的像素W的数量小于图32所示的数量,因此降低了辉度分辨率,但可以改善绿色分辨率和色彩再现性。
如上所述,根据第十实施例,由于像素W或像素G设置成之字形图案,因此可以详细而均匀地掌握辉度信息,由此改善了辉度分辨率。
(第十一实施例)
尽管在第一到第十实施例中介绍了平行于像素阵列1的成像平面上的垂直和水平轴设置相应像素的范例,但可以相对于成像平面的垂直和水平轴在0到90°角度范围内倾斜设置每一像素。现在将解释相对于垂直和水平轴以45°角倾斜设置每个像素的范例。要指出的是,第十一实施例适用于与图1所示具有相同结构的固态图像传感器。固态图像传感器中的信号处理部分的内部构造与第一或第二实施例相同,因此省略对信号处理部分的详细介绍。
图34为示出了根据第十一实施例的像素阵列1的图示。在图34所示的像素阵列1中,沿着相对于成像平面的垂直和水平轴倾斜45°的方向(页空间中的上、下、右和左方向)紧密设置相应像素。
每个像素具有正方形形状,由于其倾斜45°,因此其具有菱形形状。在这种情况下,提供一种所谓的蜂巢结构,其中将相应的像素设置成棋盘形图案。因此,在沿横向(水平方向)进行内插处理时,每个像素面积的像素表观数量是未倾斜像素数量的二倍,由此改善了表观分辨率。
图34中的像素阵列1具有沿水平方向每隔一行提供的仅由像素G形成的每一行,还具有在像素G的行之间重复像素W和像素R的每一行。在图34中,将倾斜45°的四行四列判定为像素块50g。图34中像素数量比W:R:G:B为2:1:4:1,像素W的数量和像素G的数量较大,由此获得了更多辉度信息。
图35为示出了根据图34的变型的像素阵列1的图示。图35中的像素阵列1具有沿水平方向每隔一行提供的仅由像素W形成的每一行,还具有在像素W的各行之间重复像素R、G和B的每一行。图35中像素块50h中的像素数量比W:R:G:B为4:1:2:1。像素W的比例高于图34中的像素W的比例,因此辉度灵敏度高。然而,像素G的比例高于图34中的像素G的比例。因此,色分辨率劣化了。
此外,在图35的情况下,在使用垂直扫描器2以高速选择并读取仅由像素W形成的每一行时,实现了灰阶图像的高速成像。或者,对仅由像素W形成的行进行稀疏化、选择和读取,可以用和常规Bayer布局相同的像素布局以高速进行成像。
如上所述,根据第十一实施例,由于每个像素都是相对于成像平面的垂直和水平轴成45°角倾斜设置的,因此可以使每单位面积的像素表观数量加倍,从而提高分辨率。此外,由于可以以高速选择和读取仅由像素G或像素W形成的行,因此可以用和常规Bayer布局相同的像素布局以高速进行成像。
图34和图35示出了相对于成像平面的垂直和水平轴以45°角倾斜设置每个像素的范例。然而,可以将彼此相邻的两行中的像素沿横向偏移对应于半个像素的量并对其进行如图36所示设置。在这种情况下,与像素未偏移对应于半个像素的量的范例相比,垂直方向上像素的密度加倍了,由此获得了两倍的分辨率。
此外,作为图36所示范例的替代,可以将彼此相邻的两列中的像素偏移对应于半个像素的量并对其进行设置。在这种情况下,与像素未偏移对应于半个像素的量的范例相比,横向上像素的密度加倍了,由此获得了两倍的分辨率。
如上所述,在沿垂直或水平方向使彼此相邻的两行中的相应像素偏移对应于半个像素的量时,可以获得与图34或图35所示的每个像素倾斜45°的范例中同样的效果。
本领域的技术人员将容易想到更多的优点和改进。因此,在其更宽的方面上,本发明不限于这里所示和所述的特定细节和代表性实施例。因此,在不脱离如所附权利要求及其等价物所定义的一般发明构思的精神或范围的情况下可以做出各种修改。
Claims (6)
1.一种固态图像传感器,包括:
以矩阵形式形成于半导体衬底上的多个像素,每个像素具有光电转换元件,所述光电转换元件输出通过光电转换获得的电信号;
读出电路,其用于读出从所述多个像素输出的电信号;以及
信号处理部分,其用于对从所述读出电路读出的电信号进行信号处理,
其中所述多个像素包括:
多个第一像素,其经由透明层将具有可见光波长的入射光引导到对应的光电转换元件;
多个第二像素,每个所述第二像素具有第一滤色器,所述第一滤色器对于可见光波段中的第一可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率;
多个第三像素,每个所述第三像素具有第二滤色器,所述第二滤色器对于可见光波段中的不同于所述第一可见光波段的第二可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率;
多个第四像素,每个所述第四像素具有第三滤色器,所述第三滤色器对于可见光波段中的不同于所述第一和第二可见光波段的第三可见光波段比对于其他可见光波段具有更高的透射率,
其中所述信号处理部分包括:
色彩获取部分,其用于获取包括多个像素的目标像素块中的第一色彩数据值C1、第二色彩数据值C2、第三色彩数据值C3和白色数据值W,以进行信号处理;
色彩分离处理部分,其用于基于以下表达式(2)到(4)将所述白色数据值分成多种色彩,以生成第一色彩的第一色彩数据值C1w、第二色彩的第二色彩数据值C2w和第三色彩的第三色彩数据值C3w;
C1w←W·K1…(2)
C2w←W·K2…(3)
C3w←W·K3…(4)
其中K1、K2和K3表示颜色比例,由所述色彩数据值C1、C2和C3确定。
2.根据权利要求1所述的传感器,
其中利用所述像素块中的所述色彩数据值C1、C2和C3通过如下表达式(5)表示所述颜色比例Km:
其中m=1、2和3。
4.根据权利要求1所述的传感器,还包括:
内插处理部分,其用于利用所述色彩分离处理部分生成的所述色彩数据值C1w、C2w和C3w以及白色像素周围的目标像素的色彩数据值,来校正所述目标像素的色彩数据值,其中所述白色数据值W是所述白色像素的值。
5.根据权利要求4所述的传感器,
其中所述内插处理部分利用所述色彩分离处理部分生成的所述色彩数据值C1w、C2w和C3w以及所述白色像素周围的目标像素的色彩数据值校正所述目标像素的色彩数据值,以便将所述像素块中的像素布局设置成Bayer 阵列。
6.根据权利要求1所述的传感器,
其中所述信号处理部分具有内插处理部分,所述内插处理部分用于基于所述色彩获取部分获取的所述色彩数据值C1、C2和C3以及所述白色数据值进行内插处理,以便为每个像素计算内插的色彩数据值和所述白色数据值;并且
所述色彩分离处理部分利用所述内插处理部分所内插的所述色彩数据值和所述白色数据值、通过所述表达式(2)到(4)执行色彩分离过程。
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Legal Events
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130227 Termination date: 20160614 |
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