CN104410847B - 一种彩色滤光器和彩色图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种彩色滤光器和彩色图像传感器。彩色图像传感器包括透镜阵列、光电转换元件阵列和彩色滤光器。彩色滤光器包括由复数个滤光格组成的阵列，滤光格包括红色滤光格、绿色滤光格和蓝色滤光格；滤光格为正六边形，相邻行的滤光格相互错开形成蜂窝状的阵列；任何三个相邻的滤光格必定包括一个红色滤光格、一个绿色滤光格和一个蓝色滤光格。透镜阵列和光电转换元件阵列的排列方式与彩色滤光器滤光格阵列的排列方式相同；对应的透镜、滤光格和光电转换元件位于同一垂直于彩色滤光器的直线上。本发明彩色图像传感器中的R、G和B信号得到了合理的获取，最后生成的图像的解析度大大提高，且大大减少了在生成图像过程中对计算机硬件的消耗。

Description

一种彩色滤光器和彩色图像传感器
[ 技术领域 ]
本发明涉及图像传感器，尤其涉及一种彩色滤光器和彩色图像传感器。
背景技术 ]
彩色图像传感器主要适用于数码相机、数字摄影机等数码产品。诸如CCD彩色图像传感器和CMOS彩色图像传感器等单板式（Single-plate)彩色固态摄影装置具有由光电转换元件和彩色滤光器构成的摄影元件，彩色滤光器布置在光电转换元件上方并用于使红色、绿色或蓝色通过。为了获得彩色图像的信息，穿过彩色滤光器并被光电转换元件接受的可见光被光电元件作为信号输出。一般来说彩色图像传感器分为三层，第一层是微透镜阵列，第二层是分色滤光器，第三层是光电转换元件层。其中微透镜阵列可以使更多光线到达光电转换元件层，由此提高彩色图像传感器的感光效率。光电转换元件层则主要负责将接收到的光线信号转换成电子信号，并将电子信号传送给图像处理芯片，将影像还原。
单色彩色图像传感器也具有微透镜阵列和光电转换元件层。由于CCD和CMOS光电转换元件只能感受光的强度信息，不能感知光的颜色信息。因此CCD或者CMOS需要借助其他结构或器件才能实现彩色图像的获取，这些器件中使用最常见的是分色滤光器。
常见的CCD或者CMOS分色滤光器是拜耳分色滤光器（Bayer color filter array),使用红绿蓝（Red、Green和Blue)三原色作为分色标准。其结构见公开号为US3971065A的美国专利（Color imaging array）。拜耳阵列采用1红2绿1蓝的排列方式将灰度信息转换成彩色信息。采用这种技术的传感器实际每个像素仅有一种颜色信息，需要利用反马赛克算法进行插值计算，才能最终获得一张彩色图像。
Bayer结构的传感器应用广泛，几乎用于所有的摄影设备以及几乎所有的摄影场合。Bayer结构传感器在用原始信息(RAW)生成（Debayer)图像信息过程中,由于每个光电转换元件只得到经过滤光器的单色信息(R、G、B）中的一种，另外两种信号则需要采用线性插值或者其他算法进行计算，会使得到的信息不够真实(会有不存在的信息被计算出来），且由于每个像素都需要计算(一张一千万像素的图像需要计算几千万次），则计算机硬件直接制约着图像的空间分辨率（像素数量）和时间分辨率（帧/秒）。
发明内容 ]
本发明要解决的技术问题是提供一种RGB排列紧密的彩色滤光器。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种图像的解析度提高，且生成图像过程中占用计算机硬件少的彩色图像传感器。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种彩色滤光器，包括由复数个滤光格组成的阵列，所述的滤光格包括红色滤光格、绿色滤光格和蓝色滤光格；所述的滤光格为正六边形，相邻行的滤光格相互错开，所述的阵列为蜂窝状的阵列；任何三个相邻的滤光格必定包括一个红色滤光格、一个绿色滤光格和一个蓝色滤光格。
一种彩色图像传感器，包括透镜阵列、光电转换元件阵列和上述的彩色滤光器，透镜阵列的排列方式和光电转换元件阵列的排列方式与彩色滤光器滤光格阵列的排列方式相同；三者中，对应的透镜、滤光格和光电转换元件位于同一垂直于彩色滤光器的直线上。
以上所述的彩色图像传感器，每个光电转换元件输出6个数值相同的电信号，每个单色光的电信号都分别与相邻的另外两个不同光的电信号配对；配对方法是包括：所有的光电转换元件按对应滤光格的正六边形分成相同的6个轴对称的小四边形，正六边形的每个角对应一个小四边形；每个小四边形都与邻近的两个不同色的光电转换元件的小四边形配对组成一个正三角形，此正三角形为彩色图像传感器的最小处理单元，即正三角形像素；正三角形像素中的三个小四边形分别对应所在光电转换元件的一个电信号，正三角形像素的三个电信号即RGB的强度的信号。
本发明彩色图像传感器中的R、G和B信号得到了合理的排列，最后生成的图像的解析度大大提高，且大大减少了在生成图像过程中对计算机硬件的消耗。
附图说明 ]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例彩色图像传感器的立体分解图。
图2是本发明实施例彩色图像传感器垂直于传感器平面的剖面示意图。
图3是本发明实施例滤光器排列方式示意图。
图4是本发明实施例光电转换元件接受光的强度信号后的处理方式示意图。
具体实施方式 ]
本发明实施例彩色图像传感器的结构和原理如图1至图4所示。
如图3所示，彩色滤光器的滤光格3为正六边形，相邻行的滤光格相互错开半个滤光格的宽度，滤光格3组成的阵列为蜂窝状的阵列。任何三个相邻的滤光格必定包括一个红色滤光格R、一个绿色滤光格G和一个蓝色滤光格B。任取连接滤光格中心的一条直线上的相近的三个滤光格也必定包括一个红色滤光格R、一个绿色滤光格G和一个蓝色滤光格B。
本发明实施例彩色图像传感器的结构如图1和图2所示，包括透镜阵列2、光电转换元件阵列6和上述的彩色滤光器4，透镜阵列2的排列方式和光电转换元件阵列6的排列方式与彩色滤光器4的滤光格阵列的排列方式相同；三者中，对应的透镜1、滤光格3和光电转换元件5位于同一垂直于彩色滤光器4的直线上。
如图1所示，当光线通过镜头到达图像传感器8时，首先通过微透镜阵列2上的微透镜1，然后通过滤光器4上的滤光格3。当光线通过滤光格3时，经过绿色滤光格G的光线只能通过绿色光成分，经过红色滤光格R的光线只能通过红色光成分，经过蓝色滤光格B的光线只能通过蓝色光成分。这些光线最终会到达感光电路6的光电转换元件5。光的强度信号会被光电转换元件5记录并通过9传送到图像处理芯片。
如图2所示，滤光格3位于微透镜1和光电转换元件5中间。电路布线9将感光元件5得到的光的强度信息传输到图像处理芯片。
在本发明彩色图像传感器的实施例中，当光的强度被感光元件5记录下来之后，处理方法如下：
当光的强度被感光元件5记录下来之后，每个光电转换元件5输出6个数值相同的电信号，现以感光电路记录下来的绿色光成分为例进行说明。
因为光电转换元件阵列6的排列方式与彩色滤光器4滤光格阵列的排列方式相同，表征绿色的光电转换元件G的周边有三个表征红色的光电转换元件R和三个表征蓝色的光电转换元件B。其中，红色的光电转换元件R与表征蓝色的光电转换元件B相互隔开。
如图4的中图所示，当绿色光的强度被记录下来后，输出6个数值相同、与绿色光强度相关的绿色光的电信号G1。对于每一个记录下来的单色光的强度都是如此处理。
每个单色光的电信号都分别与相邻的另外两个不同光的电信号配对。例如，6个绿色光的电信号分别与相邻红色光的电信号R1、蓝色光的电信号B1配对。
如图4中的中图所示，所有的光电转换元件按对应滤光格3的正六边形分成相同的6个轴对称的小四边形G1，正六边形G的每个角对应一个小四边形。
其中，绿色光电转换元件的每个小四边形G1都与邻近的红色光电转换元件的小四边形R1、蓝色光电转换元件的小四边形B1配对组成一个正三角形。此正三角形为彩色图像传感器的最小处理单元，即正三角形像素。
正三角形像素中的每个小四边形对应所在光电转换元件的一个电信号R1、G1和B1，正三角形像素就可以拥有红、绿、蓝三个不同强度的信号，成为拥有RGB全部信号的正三角形处理单元。
将彩色图像传感器中的全部像素拼接起来即组成了一幅完整的图像。
最后，经过图像处理芯片简单处理便可以使图像以JPEG或者JPEG2000等图像格式储存下来。
本发明以上实施例由于彩色图像传感器中的R、G和B信号得到了合理的获取，最后生成的图像的解析度大大提高，且大大减少了在生成图像过程中对计算机硬件的消耗。

Claims (1)

1.一种彩色图像传感器，包括透镜阵列、彩色滤光器和光电转换元件阵列，其特征在于，彩色滤光器包括由复数个滤光格组成的阵列，所述的滤光格包括红色滤光格、绿色滤光格和蓝色滤光格；所述的红色滤光格、绿色滤光格和蓝色滤光格为正六边形，相邻行的滤光格相互错开，所述的复数个滤光格组成的阵列为蜂窝状的阵列；任何三个相邻的滤光格必定包括一个红色滤光格、一个绿色滤光格和一个蓝色滤光格；透镜阵列的排列方式和光电转换元件阵列的排列方式与彩色滤光器滤光格阵列的排列方式相同；三者中，对应的透镜、滤光格和光电转换元件位于同一垂直于彩色滤光器的直线上；每个光电转换元件输出6个数值相同的电信号，每个单色光的电信号都分别与相邻的另外两个不同光的电信号配对；配对方法是包括：所有的光电转换元件按对应滤光格的正六边形分成相同的6个轴对称的小四边形，正六边形的每个角对应一个小四边形；每个小四边形都与邻近的两个不同色的光电转换元件的小四边形配对组成一个正三角形，此正三角形为彩色图像传感器的最小处理单元，即正三角形像素；正三角形像素中的三个小四边形分别对应所在光电转换元件的一个电信号，正三角形像素的三个电信号即RGB的强度的信号。
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