CN111684794A - 一种色彩滤镜阵列、图像传感器和拍摄装置 - Google Patents

一种色彩滤镜阵列、图像传感器和拍摄装置 Download PDF

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Abstract

一种色彩滤镜阵列、图像传感器及拍摄装置。其中，色彩滤镜阵列，包括至少两个组元列，每个所述组元列由多个组元排列组成，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含的至少一个组元为窄带色彩滤镜组元；所述窄带色彩滤镜组元允许指定波长的信号通过，阻止除指定波长之外其他波长的信号。如此，可以提高图像色彩的分辨率。

Description

一种色彩滤镜阵列、图像传感器和拍摄装置
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，具体而言，涉及一种色彩滤镜阵列、图像传感器和拍摄装置。
背景技术
由于数码相机等图像采集设备中的感光元件本身不具备分辨色彩的能力。为了使数码相机能够记录色彩信息，并接近人眼对色彩的响应，需要在相机的图像传感器表面添加色彩滤镜阵列。
现有技术中，使用最广泛的色彩滤镜阵列为Bayer滤镜阵列，该Bayer滤镜阵列中交替排列红色滤镜组元(R)、绿色滤镜组元(G)和蓝色滤镜组元(B)，使光子可透过滤镜组元到达图像传感器，由图像传感器将光信号转换成电信号，由此记录图像色彩信息。应用Bayer滤镜阵列采集的光信号在经过处理得到彩色图像的过程中，存在着难以获得高色彩分辨率的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种色彩滤镜阵列、图像传感器及拍摄装置，以提色彩分辨率。
第一方面，本发明实施例提供了一种色彩滤镜阵列，包括至少两个组元列，每个所述组元列由多个组元排列组成，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含的至少一个组元为窄带色彩滤镜组元；
所述窄带色彩滤镜组元允许指定波长的信号通过，阻止除指定波长之外其他波长的信号。第二方面，本发明实施例提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：由第一方面所述的色彩滤镜阵列作为最小重复单元周期性排列组成的像素阵列。
第三方面，本发明实施例提供了一种拍摄装置，包括：机身以及设置于所述机身的图像传感器，所述机身内部元件可对所述图像传感器成像的图像进行处理；
所述图像传感器包括由色彩滤镜阵列作为最小重复单元周期性排列所组成的像素阵列；
所述色彩滤镜阵列，包括至少两个组元列，每个所述组元列由多个组元排列组成，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含的至少一个组元为窄带色彩滤镜组元；
所述窄带色彩滤镜组元允许指定波长的信号通过，阻止除指定波长之外其他波长的信号。
本发明实施例中所提供的一种色彩滤镜阵列、图像传感器和拍摄装置，通过设置使色彩滤镜阵列中包含有窄带彩色滤镜组元，窄带彩色滤镜组元只允许指定波长的信号通过，达到提高图像色彩分辨率的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的一种色彩滤镜阵列的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种2x2结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图；
图3是白色滤镜组元、窄带滤镜组元和非窄带滤镜组元的透光率示意图；
图4是本发明一实施例提供的另一种2x2结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图；
图5是本发明一实施例提供的另一种2x2结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图；
图6是本发明一实施例提供的再一种2x2结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图；
图7是本发明一实施例提供的一种3x3结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图
图8是本发明一实施例提供的另一种3x3结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图；
图9是本发明一实施例提供的另一种3x3结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图；
图10是本发明一实施例提供的一种4x4结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图；
图11是本发明一实施例提供的另一种4x4结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图；
图12是本发明一实施例提供的又一种4x4结构式的色彩滤镜阵列的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。现有技术中使用最广泛的色彩滤镜阵列的结构如图1所示，该滤镜阵列中包含两个组元列，每个组元列中分别包括两个非窄带彩色滤镜组元；其中，一个组元列中包括：一个红色滤镜组元(R)和一个绿色滤镜组元(G)，另一个组元列中包括：一个绿色滤镜组元(G)和一个蓝色滤镜组元(B)。该滤镜阵列在使用时会存在着难以获得高图像像素分辨率的问题；基于此，本发明实施例提供了一种色彩滤镜阵列。
本发明实施例所提供的一种色彩滤镜阵列，包括至少两个组元列，每个组元列由多个组元排列组成，其中至少一个组元列中包含的至少一个组元为窄带色彩滤镜组元。
上述的窄带色彩滤镜组元允许指定波长的信号通过，阻止除指定波长之外其他波长的信号。
本发明一实施例中，上述的述窄带色彩滤镜组元包括：窄带红色滤镜组元、窄带绿色滤镜组元和窄带蓝色滤镜组元。
通过在色彩滤镜阵列中采用窄带色彩滤镜组元替代原有的非窄带色彩滤镜组元(普通滤镜组元)，可以显著提升图像像素分辨率，提高色彩区分度。
图2示出了本发明一个实施例提供的一种色彩滤镜阵列的结构示意图，参照图2所示，本实施例中的色彩滤镜阵列包括两个组元列，一个组元列中包含一个窄带红色滤镜组元(nR)和窄带绿色滤镜组元(nG)，另一个组元列中包含一个窄带绿色滤镜组元(nG)和窄带蓝色滤镜组元(nB)。本实施例中色彩滤镜阵列中的窄带红色滤镜组元(nR)、窄带绿色滤镜组元(nG)和窄带蓝色滤镜组元(nB)所占的比率为1：2：1。
可选的，本实施例中所提供的色彩滤镜阵列中也可以包含有一个或多个非窄带色彩滤镜组元。
本发明一实施例中，色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含有白色滤镜组元。
白色滤镜组元可以透过可见光的全波段信号，通过增加白色滤镜组元，可以提升信号处理过程中的光电转化效率，进而本实施例中所提供的色彩滤镜阵列可以有利于提升弱光成像的信噪比。
图3为不同滤镜组元之间的透光率示意图。参照图3所示，白色滤镜组元(W)可以允许可见光全波段的信号透过；窄带蓝色滤镜组元(nB)、窄带绿色组元(nG)和窄带红色滤镜组元(nR)所允许通过的指定波长信号的波长分布分别比非窄带蓝色滤镜组元(B)、非窄带绿色组元(G)和非窄带红色滤镜组元(R)所允许通过的信号的波长分布更加集中。
本实施例中，色彩滤镜阵列中包含有窄带色彩滤镜组元和白色滤镜组元，可以提升光谱区分度和色彩分辨率，进而有利于改善高像素传感器的色彩细节表现的效果；同时增加了光电转化效率，提升了信噪比。
本发明一实施例中所提供的色彩滤镜阵列中，每一组元列中的组元除白色滤镜组元外均为窄带色彩组元。
示例性的，在一色彩滤镜阵列结构中，窄带红色滤镜组元(nR)、窄带绿色滤镜组元(nG)、白色滤镜组元(W)和窄带蓝色滤镜组元(nB)的数量比为1：1：1：1。
参照图4所示，本实施例中提供的一种色彩滤镜阵列，包括2个组元列，且该色彩滤镜阵列中的组元列的数量与每个组元列中所包含的组元的数量相同。其中，一组元列中包含一个窄带红色滤镜组元(nR)和一个窄带绿色滤镜组元(nG)，另一组元列中包含白色滤镜组元(W)和窄带蓝色滤镜组元(nB)。
本发明一可选的实施例中，色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包括非窄带色彩滤镜组元。该非窄带色彩滤镜组元包括：红色滤镜组元、绿色滤镜组元和蓝色滤镜组元。
再次参照图2所示，该非窄带滤镜组元除了允许窄带滤镜组元所允许通过的指定波长信号通过以外，还允许除该指定波长信号以外的其他波长的信号通过；例如，绿色滤镜组元除了允许窄带绿色滤镜组元所允许通过的指定波长信号通过以外，还允许除指定波长信号以外的其他波长的信号通过。
当色彩滤镜阵列中包含非窄带色彩滤镜组元时，该非窄带色彩滤镜组元的数量可以是一个或多个。
参照图5所示，本实施例中所示的一种色彩滤镜阵列包括2个组元列，色彩滤镜阵列中的组元列的数量与组元列中包含的组元的数量相同。其中，一组元列中的包含窄带红色滤镜组元(nR)和非窄带绿色滤镜组元(G)，第二个组元列中包含白色滤镜组元(W)和非窄带蓝色滤镜组元(B)。
再例如，参照图6所示，本实施例中所示的一种色彩滤镜阵列包括2个组元列，色彩滤镜阵列中的组元列的数量与组元列中包含的组元的数量相同。其中，一组元列中的包含窄带红色滤镜组元(nR)和窄带绿色滤镜组元(nG)，另一组元列中包含白色滤镜组元(W)和非窄带蓝色滤镜组元(B)。
本发明一实施例中，上述色彩滤镜阵列中，各组元在排列时，为增强最终得到的图像的色彩效果，每一组元和与其相邻的邻居组元不相同。
本发明一实施例，上述的色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量相同。进而，本发明实施例中所提供的一种色彩滤镜阵列的组元排列成正方形结构。
可选的，上述的色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量也可以是不相同。进而，本发明实施例所提供的一种色彩滤镜阵列也可以是除正方形以外的其它形状。
本发明又一实施例中的色彩滤镜阵列结构中，窄带红色滤镜组元(nR)、窄带绿色滤镜组元(nG)、窄带蓝色滤镜组元(nB)和白色滤镜组元(W)的数量比率为2：2：2：3。
示例性的，色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量均为3。
参照图7所示，本实施例中提供的一种色彩滤镜阵列包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量均为3。为便于区分将三个组元列分别称为：第一组元列10、第二组元列20和第三组元列30，其中，第一组元列10中包含白色滤镜组元(W)、窄带绿色滤镜组元(nG)和窄带红色滤镜组元(nR)，第二组元列20中包含窄带红色滤镜组元(nR)、白色滤镜组元(W)和窄带蓝色滤镜组元(nB)，第三组元列30中包含窄带绿色滤镜组元(nG)、窄带蓝色滤镜组元(nB)和白色滤镜组元(W)。
本实施例中，上述窄带色彩滤镜组元的排列顺序可以是多样的；参照图8所示的实施例，本实施例中第一组元列中包含白色滤镜组元(W)、窄带红色滤镜组元(nR)和窄带绿色滤镜组元(nG)，第二组元列中包含窄带红色滤镜组元(nR)、白色滤镜组元(W)和窄带蓝色滤镜组元(nB)。
本实施例中，上述的色彩滤镜阵列中可以是包含有非窄带色彩滤镜组元，并且该非窄带色彩滤镜组元的数量可以是一个或多个。
参照图9所示的实施例，本实施例中第二组元列中包含一个非窄带红色滤镜组元(R)，第三组元列中包含一个非窄带蓝色滤镜组元(B)。
本发明又一实施例中，色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量均为4。
参照图10所示的实施例，本实施例中提供的一种色彩滤镜阵列，包括4个组元列，每个组元列中包含4个组元，为便于区分，分别称为：第一组元列10、第二组元列20、第三组元列30和第四组元列40；其中，第一组元列10中包含白色滤镜组元(W)、窄带绿色滤镜组元(nG)、窄带红色滤镜组元(nR)和窄带蓝色滤镜组元(nB)；第二组元列20中包含窄带红色滤镜组元(nR)、白色滤镜组元(W)、窄带蓝色滤镜组元(nB)和窄带绿色滤镜组元(nG)；第三组元列30中包含窄带绿色滤镜组元(nG)、窄带蓝色滤镜组元(nB)、白色滤镜组元(W)和窄带红色滤镜组元(nR)；第四组元列40包含窄带蓝色滤镜组元(nB)、窄带红色滤镜组元(nR)、窄带绿色滤镜组元(nG)和白色滤镜组元(W)。
上述实施例中各组元列的排列顺序可以是调整的，参照图11所示的实施例，本实施例中的色彩滤镜阵列相对于图10中所示的色彩滤镜阵列，第一组元列10与第四组元列40的位置关系发生了互换。
上述实施例中的色彩滤镜阵列中也可以包含一个或多个非窄带色彩滤镜组元，参照图12所示的实施例，本实施例第二组元列中包含有一个非窄带红色滤镜组元(R)，第四组元列中包含有一个非窄带绿色滤镜组元(G)。
需要说明的，以上仅为本发明所提供的色彩滤镜阵列结构的举例，本发明提供的色彩滤镜阵列中窄带彩色滤镜组元的数量、非窄带彩色滤镜的数量、不同组元所占的比率以及各组元的排列方式等并不局限于此。
本发明又一实施例中还提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：上述任一实施例所述的色彩滤镜阵列作为最小重复单元周期性排列组成的像素阵列。
本实施例中的图像传感器采用由上述的色彩滤镜阵列所组成的像素阵列，在将光信号转换成电信号的过程中，具有光电转化效率高和信噪比高的积极效果。
本发明又一实施例中还提供了一种拍摄装置，包括：机身以及设置于所述机身的图像传感器，所述机身内部元件可对所述图像传感器成像的图像进行处理。
本实施例中，上述图像传感器包括由色彩滤镜阵列作为最小重复单元周期性排列所组成的像素阵列；该色彩滤镜阵列，包括至少两个组元列，每个所述组元列由多个组元排列组成，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含的至少一个组元为窄带色彩滤镜组元；
所述窄带色彩滤镜组元允许指定波长的信号通过，阻止除指定波长之外其他波长的信号。
本发明实施例所提供的拍摄装置，所生成的图像具有色彩分辨率高的优点。
可选的，上述拍摄装置还包括镜头，所述镜头设置于所述机身上并靠近所述图像传感器，所述镜头接收光线并传输给所述图像传感器以进行成像。
可选的，上述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含有白色滤镜组元。
可选的，述窄带色彩滤镜组元包括：窄带红色滤镜组元、窄带绿色滤镜组元和窄带蓝色滤镜组元。
可选的，上述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中还包括：非窄带色彩滤镜组元；
所述非窄带色彩滤镜组元除了允许所述指定波长的信号通过，还允许除所述指定波长以外的其他波长的信号通过。
可选的，上述非窄带色彩滤镜组元包括：红色滤镜组元、绿色滤镜组元和蓝色滤镜组元。
可选的，上述色彩滤镜阵列中每一组元和与其相邻的邻居组元不相同。
可选的，上述色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量相同。
可选的，上述色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量均为2。
可选的，上述色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量均为3。
可选的，上述色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量均为4。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明实施例所提供的方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (17)

1.一种色彩滤镜阵列，包括至少两个组元列，每个所述组元列由多个组元排列组成，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含的至少一个组元为窄带色彩滤镜组元；
所述窄带色彩滤镜组元允许指定波长的信号通过，阻止除指定波长之外其他波长的信号。
2.根据权利要求1所述的色彩滤镜阵列，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含有白色滤镜组元。
3.根据权利要求1所述的色彩滤镜阵列，其特征在于，所述窄带色彩滤镜组元包括：窄带红色滤镜组元、窄带绿色滤镜组元和窄带蓝色滤镜组元。
4.根据权利要求1至3任一所述的色彩滤镜阵列，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中还包括：非窄带色彩滤镜组元；
所述非窄带色彩滤镜组元除了允许所述指定波长的信号通过，还允许除所述指定波长以外的其他波长的信号通过。
5.根据权利要求4所述的色彩滤镜阵列，其特征在于，所述非窄带色彩滤镜组元包括：红色滤镜组元、绿色滤镜组元和蓝色滤镜组元。
6.根据权利要求1所述的色彩滤镜阵列，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中每一组元和与其相邻的邻居组元不相同。
7.根据权利要求1所述的色彩滤镜阵列，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量相同。
8.根据权利要求7所述的色彩滤镜阵列，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量均为2。
9.根据权利要求7所述的色彩滤镜阵列，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量均为3。
10.根据权利要求7所述的色彩滤镜阵列，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中包含的组元列的数量与每一组元列中包含的组元的数量均为4。
11.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：由权利要求1-10任一所述的色彩滤镜阵列作为最小重复单元周期性排列组成的像素阵列。
12.一种拍摄装置，其特征在于，包括：机身以及设置于所述机身的图像传感器，所述机身内部元件可对所述图像传感器成像的图像进行处理；
所述图像传感器包括由色彩滤镜阵列作为最小重复单元周期性排列所组成的像素阵列；
所述色彩滤镜阵列，包括至少两个组元列，每个所述组元列由多个组元排列组成，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含的至少一个组元为窄带色彩滤镜组元；
所述窄带色彩滤镜组元允许指定波长的信号通过，阻止除指定波长之外其他波长的信号。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述拍摄装置还包括镜头，所述镜头设置于所述机身上并靠近所述图像传感器，所述镜头接收光线并传输给所述图像传感器以进行成像。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中包含有白色滤镜组元。
15.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述窄带色彩滤镜组元包括：窄带红色滤镜组元、窄带绿色滤镜组元和窄带蓝色滤镜组元。
16.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述色彩滤镜阵列中的至少一个组元列中还包括：非窄带色彩滤镜组元；
所述非窄带色彩滤镜组元除了允许所述指定波长的信号通过，还允许除所述指定波长以外的其他波长的信号通过。
17.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述非窄带色彩滤镜组元包括：红色滤镜组元、绿色滤镜组元和蓝色滤镜组元。
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