CN102202222A - 固体摄像装置、其滤色器配置方法及图像记录装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在照度较低的区域中、能够得到不依存于色温的良好的颜色再现性和高灵敏度的图像的固体摄像装置、其滤色器配置方法、以及图像记录装置。根据实施方式，在具有对各像素配置了滤色器而成的颜色像素的固体摄像装置中，在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了X1色的像素而成的块；在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了X2色及X3色中的一个颜色的像素而成的块、和将另一颜色的两个像素与X4色的两个像素配设在对角上而成的块；波长的大小是X3色＜X1色＜X4色＜X2色。

Description

固体摄像装置、其滤色器配置方法及图像记录装置
本申请享受2010年3月25日提出申请的日本专利申请号2010-069934的优先权的利益，在本申请中引用该日本专利申请的全部内容。
技术领域
本实施方式通常涉及固体摄像装置、其滤色器配置方法、以及图像记录装置。
背景技术
固体摄像装置作为进行图像输入处理的基本元件而在各种领域中被广泛使用。目前通常使用的固体摄像装置大体分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器。CMOS图像传感器的原理是，按照各个像素设置作为受光元件发挥功能的发光二极管，将该发光二极管的输出用MOS晶体管放大后取出。此外，CMOS图像传感器被认为有望作为以低消耗功率驱动的小型的固体摄像元件。在该固体摄像装置中，像素的微细化和多像素化不断发展。
在固体摄像装置中，对应于各像素而设有特定的滤色器、例如R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的滤色器。一般而言，固体摄像装置采用称作拜耳排列(例如美国专利3,971,065)的滤色器排列。
但是，在拜耳排列中，在照度较低而通过一个像素不能得到足够的灵敏度的状况下，如果为了提高灵敏度而进行像素合并(binning)处理(像素相加)，则有分辨率下降、或在色温较低的环境下颜色再现性变差的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种在照度较低的区域中、能够得到不依存于色温的良好的颜色再现性和高灵敏度的图像的固体摄像装置、其滤色器配置方法、以及图像记录装置。
实施方式的固体摄像装置具有对各像素配置了滤色器而成的颜色像素，其特征在于，
在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了X1色的像素而成的块；
在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了X2色及X3色中的一个颜色的像素而成的块、和将另一颜色的两个像素与X4色的两个像素配设在对角上而成的块；
波长的大小是X3色＜X1色＜X4色＜X2色。
另一实施方式的固体摄像装置的滤色器配置方法，是具有对各像素配置了滤色器而成的颜色像素的固体摄像装置的滤色器配置方法，其特征在于，
在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了X1色的像素而成的块；
在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了X2色及X3色中的一个颜色的像素而成的块、和将另一颜色的两个像素与X4色的两个像素配设在对角上而成的块；
波长的大小是X3色＜X1色＜X4色＜X2色。
此外，另一实施方式的图像记录装置具备固体摄像装置和图像处理装置，上述固体摄像装置具有对各像素配置了滤色器而成的颜色像素，其特征在于，
在上述固体摄像装置中，
在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了X1色的像素而成的块；
在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了X2色及X3色中的一个颜色的像素而成的块、和将另一颜色的两个像素与X4色的两个像素配设在对角上而成的块；
波长的大小是X3色＜X1色＜X4色＜X2色；
上述图像处理装置具备处理部，该处理部针对从上述固体摄像装置输出的图像信号，将相邻的同色4像素相加。
根据上述结构的固体摄像装置、其滤色器配置方法、以及图像记录装置，在照度较低的区域中，能够得到不依存于色温的良好的颜色再现性和高灵敏度的图像。
附图说明
图1是表示拜耳排列的图。
图2是表示本实施方式的滤色器排列的图。
图3A、图3B是表示滤色器的透射率的图。
图4是用来说明通过本实施方式的过滤器排列进行像素合并处理的情况的图。
图5是表示搭载有本实施方式的固体摄像装置的图像记录装置的结构的一例的块图。
图6是表示图像处理装置的信号处理的流程的图。
图7A～图7E是用来说明本实施方式的滤色器排列的变形例的图。
具体实施方式
根据实施方式，在具有对各像素配置了滤色器而成的颜色像素的固体摄像装置中，在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了X1色的像素而成的块；在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了X2色及X3色中的一个颜色的像素而成的块、和将另一颜色的两个像素与X4色的两个像素配设在对角上而成的块；波长的大小是X3色＜X1色＜X4色＜X2色。
以下，参照附图详细地说明有关本实施方式的固体摄像装置、其滤色器配置方法、以及图像记录装置。另外，并不通过这些实施方式限定本发明。
参照图1～图4，对有关本实施方式的固体摄像装置的滤色器排列(CFA)进行说明。有关本实施方式的固体摄像装置是CMOS型摄像装置或CCD型摄像装置。图1是表示拜耳排列的图。图2是表示本实施方式的滤色器排列的图。图3是表示滤色器的透射率的图，图3A表示拜耳排列的情况，图3B表示本实施方式的滤色器排列的情况。在图3中，横轴表示波长[nm]，纵轴表示透射率[％]。
拜耳排列如图1所示，将列方向(水平方向)2像素×行方向(垂直方向)2像素作为基本块而周期地配置，在该基本块中，是将两个G(绿色)像素配置在一个对角线上、并且将R(红色)像素和B(蓝色)像素配置在另一个对角上而成的滤色器排列。
在拜耳排列中，如果在通过一个像素不能得到足够的灵敏度的状况下进行像素合并处理(像素相加)，则有分辨率下降、或在色温较低的环境下颜色再现性变差的问题。在拜耳排列中使用的R、G、B的过滤器具有图3A所示那样的波长-透射率特性。这里，例如在色温较低的情况下(3200K)，G与R间的取样点不足，此外灵敏度下降。
相对于此，本实施方式的滤色器排列如图2所示，将列方向4像素×行方向4像素作为基本块而周期地配置。该基本块为，在一个对角上配置两个G的列方向2像素×行方向2像素的块，此外，在另一个对角上，配置有R的列方向2像素×行方向2像素的块、和将两个B像素和两个Or(橙色)像素分别配置在对角上而成的块。
本实施方式的R、G、B、Or的过滤器具有图3B所示那样的波长-透射率特性。Or过滤器在550nm～610nm的范围中具有峰值透射率，通过追加Or像素，在长波长区域中追加一个取样点，由此能够提高颜色再现性，在低照度时能够得到足够的灵敏度。
图4是用来说明通过本实施方式的过滤器排列进行像素合并处理的情况的图。这里，对列方向2像素×行方向2像素相加的情况进行说明。例如，在通过1个像素不能得到足够的灵敏度那样的照度较低的区域中，进行像素合并处理。
在本实施方式的滤色器排列中，在将R、G的同色4像素相加的情况下(B与Or进行2像素相加)，如图4所示，重心不移动，所以不需要插值处理等，能够将相加后的值原样使用。由此，避免分辨率的下降，4像素相加后的排列也大致与拜耳排列等同，所以可知不需要复杂的信号处理。
另一方面，即使追加Or像素，对视感灵敏度影响较大的G及R的像素数与拜耳排列相比也是等同的，所以能够避免分辨率的下降。
如以上说明，根据本实施方式的固体摄像装置，由于在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了G像素而成的块，在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了R像素而成的块、和将两个B像素和两个Or像素分别配设在对角上而成的块，所以在照度较低的区域中，能够得到不依存于色温的良好的颜色再现性和高灵敏度的图像。
图5是表示搭载有本实施方式的固体摄像装置的图像记录装置的结构的一例的块图。图像记录装置例如是带有照相机的便携电话或数码相机等。图像记录装置如图5所示，具备摄像透镜1、IR截止过滤器2、适用了本实施方式的固体摄像装置的图像传感器部3、图像处理装置4、记录部5、输出部6、显示部7、以及外部端子8。另外，这里将图像传感器部3和图像处理装置4单独设置，但也可以是图像传感器部3具备图像处理装置4的结构。
在图5中，摄像透镜1构成用来取入来自被摄体的光的光学系统，将被摄体像成像在图像传感器部3中。IR截止过滤器2从由摄像透镜1取入的光中除去红外光。图像传感器部3通过将由摄像透镜1取入的光变换为信号电荷，来摄像被摄体像，并作为图像信号输出给图像处理装置4。
更具体地讲，图像传感器部3通过将R、G、B、Or的像素值以对应于上述滤色器排列的顺序取入而生成模拟图像信号，以对应于摄像条件的增益依次放大。进而，图像传感器部3将得到的图像信号从模拟方式变换为数字方式。
图像处理装置4对从图像传感器部3输入的数字图像信号实施各种处理并输出给记录部5。记录部5将从图像处理装置4输入的图像信号记录到存储器或记录介质中。输出部6将记录在记录部5中的图像信号输出给显示部7或外部端子8。显示部7例如是LCD、有机EL显示器、LED显示器。
图6是表示图像处理装置4的信号处理的流程的一例的图。图像处理装置4具备进行像素合并处理(将相邻的同色4像素相加)的处理部。在图6中，首先，在步骤S1中，为了防止在图像传感器制造时发生的像素缺陷造成的画质变差，在像素缺失后进行修正以使其不醒目(损伤修正处理)。
在步骤S2中，修正起因于摄像透镜1的、中央部与周边部的光量差造成的亮度不匀(阴影修正处理)。在步骤S3中，使用基于图像传感器部3的摄像条件及各像素的位置计算出的修正系数，实施轮廓强调处理。
在步骤S4中，除去固定图案噪声、暗电流噪声、散粒噪声等噪声(降噪处理)。在步骤S5中，实施将相邻的4个同色像素相加的像素合并处理。在输出图像的尺寸是规定尺寸的情况下，例如在相对于有效像素数以1/4尺寸(纵·横1/2)输出的情况下，执行该像素合并处理。此外，基于各种条件判断是否应执行像素合并处理，在需要的情况下执行像素合并处理。例如，如果照度较低，则模拟增益变大，所以在增益值超过规定值的情况下执行像素合并处理。
在步骤S6中，对以上述滤色器排列的顺序传递来的数字图像信号实施像素插值处理(去马赛克处理)。在去马赛克处理中，通过由被摄体像的摄影得到的图像信号的插值处理，生成不足颜色成分的灵敏度水平值。
在步骤S7中，自动调节图像的白平衡(Automatic White Balance control，AWB)。在步骤S8中，实施用来得到下式(1)所示那样的颜色再现性的线性彩色矩阵处理。
R G B = a 11 a 12 a 13 a 14 a 21 a 22 a 23 a 24 a 31 a 32 a 33 a 34 R 0 G 0 B 0 Or 0 · · · ( 1 )
这里，提高颜色再现性，并且从RGBOr4色向RGB3色实施颜色信号的变换处理。
在步骤S9中，通过伽马修正处理修正显示在显示器等上的图像的色彩度及明亮度。另外，在本实施方式中说明的处理的顺序是一例，也可以适当进行其他处理的追加、可省略处理的省略、顺序的变更等。
本实施方式的滤色器排列并不限定于图2的结构，也可以为以下这样的形态。图7A～图7D是用来说明本实施方式的滤色器排列的变形例的图。例如，如图7A所示，也可以将Or像素和B像素替换。此外，如图7B所示，也可以在对角上的上方配置由Or像素和B像素构成的块，在对角上的下方配置R像素。此外，如图7C所示，也可以将B像素和R像素替换。此外，如图7D所示，也可以将两组G像素的块、与R像素的块及Or像素和B像素的块替换。
进而，如图7E所示，也可以代替Or而配置波长透射率峰值与R、G、B不同的X色＝例如C(青绿色)、M(洋红色)、Y(黄色)。由此，通过在X色的波长区域中追加取样点，能够提高颜色再现性，在低照度时能够得到足够的灵敏度。
即，在本实施方式中，通过使结构成为：在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了G像素而成的块，在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了R及B中的一个颜色的像素而成的块、以及将另一颜色的两个像素和波长透射率峰值与R、G、B不同的颜色的两个像素配设在对角上而成的块，能够得到本实施方式的效果。
如果将本实施方式加以一般化，则在具有对各像素配置了滤色器而成的颜色像素的固体摄像装置中，在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了X1色的像素而成的块，在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了X2色及X3色中的一个颜色的像素而成的块、和将另一颜色的两个像素与X4色的两个像素配设在对角上而成的块，波长的大小是X3色＜X1色＜X4色＜X2色。在上述例子中，X1色为绿色，X2色为红色，X3色为蓝色，X4色为橙色。
说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不意味着限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种实施方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替代、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书中记载的发明和其等同的范围中。

Claims (7)

1.一种固体摄像装置，具有对各像素配置了滤色器而成的颜色像素，其特征在于，
在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了X1色的像素而成的块；
在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了X2色及X3色中的一个颜色的像素而成的块、和将另一颜色的两个像素与X4色的两个像素配设在对角上而成的块；
波长的大小是X3色＜X1色＜X4色＜X2色。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，上述X1色是绿色，上述X2色是红色，上述X3色是蓝色，上述X4色是橙色。
3.一种固体摄像装置的滤色器配置方法，上述固体摄像装置具有对各像素配置了滤色器而成的颜色像素，上述滤色器配置方法的特征在于，
在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了X1色的像素而成的块；
在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了X2色及X3色中的一个颜色的像素而成的块、和将另一颜色的两个像素与X4色的两个像素配设在对角上而成的块；
波长的大小是X3色＜X1色＜X4色＜X2色。
4.如权利要求3所述的固体摄像装置的滤色器配置方法，其特征在于，上述X1色是绿色，上述X2色是红色，上述X3色是蓝色，上述X4色是橙色。
5.一种图像记录装置，具备固体摄像装置和图像处理装置，上述固体摄像装置具有对各像素配置了滤色器而成的颜色像素，其特征在于，
在上述固体摄像装置中，
在一个对角上配置两组以列方向2像素×行方向2像素配设了X1色的像素而成的块；
在另一个对角上配置以列方向2像素×行方向2像素配设了X2色及X3色中的一个颜色的像素而成的块、和将另一颜色的两个像素与X4色的两个像素配设在对角上而成的块；
波长的大小是X3色＜X1色＜X4色＜X2色；
上述图像处理装置具备处理部，该处理部针对从上述固体摄像装置输出的图像信号，将相邻的同色4像素相加。
6.如权利要求5所述的图像记录装置，其特征在于，上述X1色是绿色，上述X2色是红色，上述X3色是蓝色，上述X4色是橙色。
7.如权利要求5所述的图像记录装置，其特征在于，还具备：
记录部，记录由上述图像处理装置处理后的图像信号；以及
输出部，将由上述记录部记录的图像信号输出给显示部及外部端子中的至少一个。
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