CN113950826B - 色彩滤波阵列装置 - Google Patents

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Abstract

一种色彩滤波装置包括光敏元件的N×M阵列的二维阵列。其中，所述N×M阵列包括多个I×J像素组。2×2像素组包括第一颜色的第一色彩滤光片和第二颜色的第二色彩滤光片，其中，所述第一颜色为基色，所述第二颜色由绿色分量和另一种颜色组成。当所述第一颜色为绿色时，所述第二颜色包括另一种基色，但不包括第三种基色。当所述第一颜色不为绿色时，所述第二颜色包括所述第一颜色。

Description

色彩滤波阵列装置
技术领域
本发明的各方面一般涉及一种色彩滤波装置，更具体地，涉及一种用于图像传感器的色彩滤波阵列的颜色图案和排列方式。
背景技术
在数字成像和摄影中，色彩滤波阵列(color filter array，CFA)或色彩滤波马赛克(color filter mosaic，CFM)是放置在图像传感器的像素传感器上方的微小色彩滤光片的马赛克，用于捕获色彩信息。典型的图像传感器检测光线强度时，很少甚至检测不到波长的差异，因此无法区分色彩信息，需要通过色彩滤光片来进行区分。
更常见的CFA阵列包括拜耳滤波阵列和四拜耳滤波阵列。拜耳滤波阵列以其相对较高的锐度以及一些取决于去马赛克算法的伪影而被人熟知。然而，对于小的重复阵列，拜耳滤波阵列可能会出现可见混叠。采用四拜耳滤波阵列，可能难以设计传统的去马赛克算法(该算法将原始图像直接转换为红绿蓝(Red Green Blue，RGB)图像)。这是因为在全分辨率模式下，四拜耳滤波阵列的2×2像素组与下一个类似组相距较远。这降低了可实现的锐度，并可能导致带有小的色彩对象的伪影。
因此，希望能够提供一种色彩滤波装置和图案阵列，至少解决上述问题中的一些问题。
发明内容
所公开的实施例的各方面旨在提供一种用于色彩滤波装置的色彩滤光片。
根据第一方面，通过一种色彩滤波装置实现上述以及其它目的和优点。在一个实施例中，所述色彩滤波装置包括光敏元件的N×M阵列的二维阵列。所述N×M阵列包括多个I×J像素组，I×J像素组为2×2像素组。所述多个2×2像素组中的一个2×2像素组包括第一颜色的第一色彩滤光片和第二颜色的第二色彩滤光片。所述第一颜色为基色，所述第二颜色由绿色分量和另一种颜色组成。当所述第一颜色为绿色时，所述另一种颜色为另一种基色。当所述第一颜色不为绿色时，所述另一种颜色与所述第一颜色相同。所公开的实施例的各方面提供了一种新的色彩滤波阵列图案，可以在全分辨率模式下提高质量，并且还与融合模式下的拜耳阵列兼容。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的两个对角对齐的像素为所述基色，所述至少一个2×2像素组中的另外两个对角对齐的像素为所述第二颜色。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了所公开的实施例中的所述色彩滤波装置的锐度。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的一个2×2像素组中的非绿基色和所述至少一个2×2像素组中的另一个2×2像素组中的非绿基色在相同的方向上对齐，或彼此垂直对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了所公开的实施例中的所述色彩滤波装置的锐度。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的一个2×2像素组中的绿基色和所述至少一个2×2像素组中的另一个2×2像素组中的绿基色在相同的方向上对齐，或彼此垂直对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了所公开的实施例中的所述色彩滤波装置的锐度。特定的阵列提高了图像质量。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的一个2×2像素组中的非绿基色与所述至少一个2×2像素组中的另一个2×2像素组中的非绿基色垂直对齐，并与所述至少一个2×2像素组中的又一个2×2像素组中的绿基色在相同的方向上对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了所公开的实施例中的所述色彩滤波装置的锐度。特定的阵列提高了图像质量。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的一个2×2像素组中的非绿基色与所述至少一个2×2像素组中的另一个2×2像素组中的非绿基色垂直对齐，且所述至少一个2×2像素组中的所述一个2×2像素组中的绿基色与所述至少一个2×2像素组中又一个2×2像素组中的绿基色垂直对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了所公开的实施例中的所述色彩滤波装置的锐度。特定的阵列提高了图像质量。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的一个像素是基色，所述至少一个2×2像素组中的另外三个像素是另一种颜色。所公开的实施例中的颜色阵列提高了锐度和图像质量。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述N×M阵列中的行和列均仅包括一个基色。所述N×M阵列中的绿色像素之间存在至少一行和至少一列。第一非绿色像素与绿色像素相邻设置并与所述绿色像素对角对齐，另一个非绿色像素不与所述绿色像素相邻设置或不与所述绿色像素对角对齐。所公开的实施例中的颜色阵列提高了锐度和图像质量。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的所述第一色彩滤光片的两个像素的排列和所述至少一个2×2像素组中的所述第二色彩滤光片的两个像素的排列在融合过程中合并成一个像素。将2×2像素组中的不同颜色的第一像素和第二像素融合与其它融合方法(例如，拜耳阵列融合和四拜耳阵列融合)不同。在这种现有融合技术中，将相同颜色的像素进行合并。这些像素之间相隔尽可能近的距离。在拜耳阵列融合中，不在2×2像素组内部融合像素。而是在相邻的2×2像素组中在相同颜色之间进行融合。在四拜耳阵列融合中，在2×2像素组内部在相同颜色之间进行融合。通过在本文中公开的2×2像素组内部融合不同颜色的第一像素和第二像素，使用依赖于相同颜色融合的融合技术，提高了所述色彩滤波装置的灵敏度。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，2×2像素组中的四个像素在融合过程中合并成一个像素。将2×2像素组中的不同颜色的第一像素和第二像素融合为一个像素，与其它融合方法如拜耳阵列融合和四拜耳阵列融合(在此类其它融合方法中，将相同颜色的像素进行合并)不同。这些像素之间相隔尽可能近的距离。在拜耳阵列融合中，不在2×2像素组内部融合像素。而是在相邻的2×2像素组中在相同颜色之间进行融合。在四拜耳阵列中，在2×2像素组内部在相同颜色之间进行融合。通过在本文中公开的2×2像素组内部融合不同颜色的第一像素和第二像素，使用依赖于相同颜色融合的融合技术，提高了所述色彩滤波装置的灵敏度。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述第一色彩滤光片为基色滤光片，所述2×2像素组中的所述第一色彩滤光片的两个像素的排列在融合过程中合并成一个像素。通过将如本文所公开的2×2像素组内部的像素进行融合，在保持第一色彩滤光片的颜色的同时，提高了所述色彩滤波装置的灵敏度。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为黄色；或所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为青色；或所述第一颜色为红色，所述第二颜色为黄色；或所述第一颜色为蓝色，所述第二颜色为青色。所公开的实施例中的颜色阵列提高了所述色彩滤波装置的锐度和图像质量。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，I和J相等且等于2。所公开的实施例中的阵列提高了锐度和图像质量。
在所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，N和M相等且等于4。所公开的实施例中的阵列提高了锐度和图像质量。
根据第二方面，通过一种色彩滤波装置实现上述以及其它目的和优点。在一个实施例中，所述色彩滤波装置包括光敏元件的N×M阵列的二维阵列。每个N×M阵列包括多个I×J像素组，I×J像素组为2×2像素组，以形成多个2×2像素组。至少一个2×2像素组包括在所述至少一个2×2像素组的第一对角线(D1)上对齐的第一颜色的至少一个像素和在所述至少一个2×2像素组的第二对角线(D2)上对齐的第二颜色的至少一个像素。所述第一颜色为基色，所述第二颜色为非基色。所述第二对角线(D2)垂直于所述第一对角线(D1)。一个2×2像素组中的第一颜色的至少一个像素的排列与另一个2×2像素组中的第一颜色的至少一个像素的排列平行设置。所公开的实施例中的所述色彩滤波装置的颜色阵列提高了锐度和图像质量。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述第二颜色的至少一个像素包括一个2×2像素组中的两个像素，其中，所述两个像素在第二对角线(D2)上与另一个2×2像素组中的至少一种其它第二颜色的两个像素对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了敏感度和锐度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，2×2像素组中的至少一种其它第二颜色的两个像素垂直于第二对角线(D2)对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了敏感度和锐度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，多个2×2像素组包括至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组和至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组。所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组的非绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的非绿色像素平行对齐。所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的一个2×2像素组的绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的绿色像素平行对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了敏感度和锐度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述多个2×2像素组的排列包括：第一颜色为绿色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为绿色的另一个2×2像素组的两个第一颜色像素平行对齐；第一颜色为红色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为蓝色的2×2像素组的第一颜色的两个像素平行对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了敏感度和锐度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述多个2×2像素组包括至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组和至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组。所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组中的一个2×2像素组的非绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的非绿色像素垂直对齐。所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的一个2×2像素组的绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的绿色像素平行对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了敏感度和锐度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述多个2×2像素组的排列包括：第一颜色为绿色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为绿色的另一个2×2像素组的两个第一颜色像素平行对齐；第一颜色为红色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为蓝色的2×2像素组的第一颜色的两个像素垂直对齐。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了敏感度和锐度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述第一颜色为基色如红色、蓝色或绿色，所述第二颜色为副色如黄色或青色。通过在所述阵列中适当选择像素的颜色和排列，提高了敏感度和锐度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，I和J相等且等于2。所公开的实施例中的阵列提高了锐度和图像质量。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，N和M相等且等于4。所公开的实施例中的阵列提高了锐度和图像质量。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的所述第一色彩滤光片的两个像素的排列和所述至少一个2×2像素组中的所述第二色彩滤光片的两个像素的排列在融合过程中合并成一个像素。将2×2像素组中的不同颜色的第一像素和第二像素融合与其它融合方法(例如，拜耳阵列融合和四拜耳阵列融合)不同。在这种现有融合技术中，将相同颜色的像素进行合并。这些像素之间相隔尽可能近的距离。在拜耳阵列融合中，不在2×2像素组内部融合像素。而是在相邻的2×2像素组中在相同颜色之间进行融合。在四拜耳阵列融合中，在2×2像素组内部在相同颜色之间进行融合。通过在本文中公开的2×2像素组内部融合不同颜色的第一像素和第二像素，使用依赖于相同颜色融合的融合技术，提高了所述色彩滤波装置的灵敏度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的2×2像素组中的四个像素在融合过程中合并成一个像素。将2×2像素组中的不同颜色的第一像素和第二像素融合成一个像素与其它融合方法(例如，拜耳阵列融合和四拜耳阵列融合)不同。在现有融合技术中，将相同颜色的像素进行合并。这些像素之间相隔尽可能近的距离。在拜耳阵列融合中，不在2×2像素组内部融合像素。而是在相邻的2×2像素组中在相同颜色之间进行融合。在四拜耳阵列中，在2×2像素组内部在相同颜色之间进行融合。通过在本文中公开的2×2像素组内部融合不同颜色的像素，使用依赖于相同颜色融合的融合技术，提高了所述色彩滤波装置的灵敏度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，第一色彩滤光片为基色滤光片，所述2×2像素组中的所述第一色彩滤光片的两个像素的排列在融合过程中合并成一个像素。通过在本文中公开的2×2像素组内部融合像素，使用依赖于相同颜色融合的融合技术，提高了所述色彩滤波装置的灵敏度。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组包括：所述第一颜色的一个像素，其中，所述第一颜色为基色；以及所述第二颜色的三个像素，其中，所述第二颜色为非基色。所公开的实施例中的颜色阵列提高了所述色彩滤波装置的锐度和图像质量。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个2×2像素组中的4×4像素组的排列包括：所述4×4像素组的每一行中的一个基色像素；以及所述4×4像素组的每一列中的一个基色像素。所公开的实施例中的颜色阵列提高了所述色彩滤波装置的锐度和图像质量。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，具有绿色的4×4像素组中的像素之间间隔至少一行和一列。所公开的实施例中的颜色阵列提高了所述色彩滤波装置的锐度和图像质量。
在第二方面的所述色彩滤波装置的一种可能的实现方式中，非绿基色的一个像素与绿基色的一个像素对角对齐。所公开的实施例中的颜色阵列提高了所述色彩滤波装置的锐度和图像质量。
示例性实施例的这些和其它方面、实现方式和优点将从结合附图考虑的本文描述的实施例中变得显而易见。但应理解，此类描述和附图仅用于说明的目的，而不能作为对本发明的限制。对本发明的任何限制，应参考所附权利要求书。本发明的其它方面和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分在说明书中显而易见，或者可以通过实施本发明而获知。此外，本发明的各方面和优点可以通过所附权利要求书中特别指出的手段或结合方式实现和获得。
附图说明
在本发明的以下详述部分中，将参考附图中所示出的示例性实施例来更详细地解释本发明。
图1A和1B示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置的N×M阵列的排列。
图2和图3示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置的N×M阵列的2×2像素组的排列。
图4示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置的N×M阵列的排列。
图5示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置的N×M阵列的排列。
图6示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置的N×M阵列的排列。
图7示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置的N×M阵列的2×2像素组的排列。
图8示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置的N×M阵列的排列。
图9示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置的N×M阵列的排列。
图10示出了将图9的示例性N×M阵列的像素进行融合的结果。
图11至图20示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置的阵列的排列。
具体实施方式
参考图1A和图1B，所公开的实施例的各方面涉及一种色彩滤波装置10，此处也称为色彩滤波阵列。所公开的实施例的各方面提供了一种用于图像传感器的色彩滤波阵列(color filter array，CFA)。如通常理解的，色彩滤波阵列(color filter array，CFA)将红色(Red，R)、绿色(Green，G)和蓝色(Blue，B)滤光片排列在图像传感器的方形网格上。如本文通常描述的，术语“红色”、“绿色”和“蓝色”以及本文中提到的其它颜色或颜色组合是指相应的波长区域。本文使用的术语“像素”、“颜色”或“色彩滤光片”通常指特定的颜色波长区域。例如，本文中使用的术语“红色”、“红色滤光片”或“红色像素”通常用于指“红色”波长区域。
图1A示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置10。在本示例中，色彩滤波装置10为光敏元件104的N×M阵列102的二维阵列。N×M阵列102包括多个I×J像素组100。在一个示例性实施例中，I×J像素组100为2×2像素组，N×M阵列102包括多个2×2像素组100。
在一个实施例中，色彩滤波装置10的示例性2×2像素组100包括第一颜色的第一色彩滤光片100A和第二颜色的第二色彩滤光片100B。在图1A的示例中，第一色彩滤光片100A包括两个相同颜色的像素112、114，也称为一对像素。两个像素112、114在对角线上对齐，并且通常在对角线上彼此相邻设置。单个像素112、114的颜色与第一色彩滤光片100A的颜色对应。
图1A中所示的第二色彩滤光片100B包括两个相同颜色的像素116、118，也可以称为一对像素。两个像素116、118在对角线上对齐，并且通常在对角线上彼此相邻设置。单个像素116、118的颜色与第二色彩滤光片100B的颜色对应。
在图1A的示例中，第一颜色为基色，如红色、蓝色或绿色。第二颜色仅由绿色分量和另一种颜色组成，并且不包括第三基色。当第一颜色为绿色时，第二颜色的另一种颜色为除绿色之外的另一种基色。当第一颜色不为绿色时，第二颜色的另一种颜色与第一颜色相同，如红色或蓝色。
例如：
当第一颜色为绿色时，第二颜色可以为黄色或青色。黄色为绿色和红色的组合，不包括蓝色。青色为绿色和蓝色的组合，不包括红色。
当第一颜色为蓝色时，第二颜色可以为青色。青色为绿色和蓝色的组合。青色不包括红色。
当第一颜色为红色时，第二颜色可以为黄色。黄色为绿色和红色的组合。黄色不包括蓝色。
图1B示例性地示出了四个2×2像素组100，即2×2像素组110、2×2像素组120、2×2像素组130和2×2像素组140。为了描述本文，特定像素组通常由关联的颜色或色彩滤光片定义。示例性地，2×2像素组通常被称为2×2像素组100。
如图1B所示，至少一个2×2像素组110包括具有窄光谱响应的第一颜色的至少一个像素112，第一颜色也称为基色(primary color，PC)。在一个实施例中，具有窄光谱响应的第一颜色为红色、绿色或蓝色。在图1B的示例中，2×2像素组110包括第一基色(primarycolor，PC)的两个像素112、114。
如图1A和1B的实施例所示，第一色彩滤光片100A的两个像素112、114在对角线D1上对齐。第二色彩滤光片100B的两个像素116、118在对角线D2上对齐。通过这种方式，2×2像素组100的第一颜色在一个对角线上对齐，而第二颜色在另一个对角线上对齐。在图1A的示例中，对角线D1和D2彼此垂直设置。对角线D1和D2仅用于说明，并且仅用于显示2×2像素组100中的像素相互对齐。
在一个实施例中，N×M阵列102的至少一个2×2像素组100还包括第二颜色的至少一个像素，其中，第二颜色具有宽光谱响应。具有宽光谱响应的色彩滤光片可以包括黄色、青色或白色等非基色(non-primary color，NPC)中的一种或多种。在图1B的示例中，在具有非基色的至少一个2×2像素组100中示出了两个像素116、118。
在图1B的示例中，在一个实施例中，基色(primary color，PC)的两个像素112、114与基色PC2的两个像素的排列垂直设置。在本示例中，像素PC2在N×M阵列102的对角线D3上对齐。对角线D3沿着与对角线D2相同的方向垂直于对角线D1设置或对齐。图1A和图1B中对角线D1、D2和D3的特定位置仅用于说明，并不用于限定N×M阵列102中的特定位置。
虽然所公开的实施例的各方面参考2×2像素组中的特定像素位置的特定颜色在本文中描述并在附图中示出，但所公开的实施例的各方面并不限于此。然而，根据所公开的实施例的各方面，2×2像素组100可以相对于图1B中所示的图示旋转90、180或270度。参见图2和图3所示的示例。
在一个实施例中，N×M阵列102为4×4阵列，4×4阵列包括四个2×2像素组，如图1B中所示的组110、120、130和140。具有窄光谱的第一颜色包括一个红色、两个绿色和一个蓝色，在N×M阵列102中的四个2×2像素组的每个组中具有一种颜色。
例如，参考图1B，像素组110的像素112、114的第一颜色可以为绿色、像素组130的像素132、134的第一颜色可以为红色、像素组120的像素122、124的第一颜色可以为绿色，像素组140的像素142、144的第一颜色可以为蓝色。在可替代的实施例中，如本文通常描述的，第一颜色的具体排列可以是任何合适的第一颜色排列。
参考图2，在一个实施例中，示例性2×2像素组100的排列200包括两种颜色，即基色(primary color，PC)和非基色(non-primary color，NPC)。例如，基色PC可以包括红色，而非基色NPC为黄色。黄色包括绿色分量，但不包括蓝色分量，蓝色分量为另一种基色。
图3示例性地示出了2×2像素组100的排列300的另一个实施例，其中，基色(primary color，PC)像素按照不同的顺序排列。在本示例中，2×2像素组100的像素排列300相对于图2所示的2×2像素组100的像素排列200旋转了90度。
在一个实施例中，一个2×2像素组100的非绿基色，例如蓝色和红色，可以与N×M阵列102中的另一个2×2像素组100中的非绿基色在相同的方向上对齐。图4示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置10的N×M阵列102中像素的排列400。在本示例中，N×M阵列102为4×4阵列，并且仅标识具有基色R、G、B之一的像素。在4×4阵列102中，像素的排列400包括非绿基色的像素，在本示例中，这些像素为R和B，并且在相同的方向上相互对齐。在图4的示例中，像素R和B沿着4×4阵列102中的对角线D402对齐。
非绿基色也可以彼此垂直对齐，如图5和图6所示。参考图5，在一个实施例中，N×M阵列102的排列500中的非绿基色的方向彼此垂直排列。在本示例中，2×2像素组540中表示红基色的两个像素R在对角线D408上排列或对齐。对角线D408基本上垂直于对角线D402设置，2×2像素组530中表示蓝基色的两个像素B沿着对角线D402对齐。
在一个实施例中，参考图4和图6，一个2×2像素组100的绿基色与N×M阵列102中的另一个2×2像素组中的绿基色在相同的方向上或垂直设置或对齐。参考图6，在N×M阵列102的排列600的一个实施例中，具有绿基色或窄光谱颜色的像素在相同的方向上对齐。在本示例中，像素G标识具有绿基色的像素。如图6所示，2×2像素组610中的像素G与2×2像素组620中的像素G在相同的方向上沿着对角线D404对齐。在本示例中，2×2像素组630中表示红基色像素的像素R沿着对角线D408与表示蓝基色像素的像素B(参照对角线D402)垂直对齐。
还如图4中所示，具有绿基色的像素在4×4阵列102中相互垂直排列。在本示例中，4×4阵列102的排列400中的2×2像素组420中表示绿基色的像素G在对角线D404上对齐。4×4阵列102中的2×2像素组420中的像素G在对角线D406上对齐。线D404和D406基本上彼此垂直。因此，组410中的像素G与组420中的像素G相互垂直对齐。
图5和图6示例性地示出了一个2×2像素组100中的非绿基色与另一个2×2像素组100中的非绿基色垂直对齐，并与又一个2×2像素组100中的绿基色在相同的方向上对齐。如图5所示，在一个实施例中，N×M阵列102的2×2像素组530、540中具有非绿色的像素R和B在相互垂直的方向上对齐。N×M阵列102的2×2像素组530中的具有其它非绿色的像素R沿着与2×2像素组510中的具有绿色的像素G的方向相同的方向对齐。N×M阵列102的2×2像素组540中的具有其它非绿色的像素B沿着与2×2像素组520中的具有绿色的像素G的方向相同的方向对齐。
参考图6的排列600，具有非绿基色的像素组包括2×2像素组630和640。像素组630包括两个红色像素，像素组640包括两个蓝色像素。2×2像素组630中的两个像素R与2×2像素组640中的两个像素B垂直对齐，如线D402和D408所示。此外，具有绿基色的像素组包括像素组610和620。2×2像素组610中的两个像素G与2×2像素组620中的两个像素G沿着同一条对角线D404对齐或设置。
在图6的示例中，两组630、640中的非绿色像素彼此垂直对齐。像素组630中的两个红色像素在与组610和620中的绿色像素相同的方向上对齐。像素组640中的两个蓝色像素与组610和620中的绿色像素垂直对齐。
还如图5的示例中所示，在一个实施例中，结合本文描述的其它实施例，N×M阵列102的排列500的不同2×2像素组中的非绿基色的像素相互垂直对齐，并且不同2×2像素组中的绿基色的像素相互垂直对齐。在图5的示例中，2×2像素组530包括两个非绿基色的像素，在本示例中，非绿基色为红色。2×2像素组540包括两个非绿基色的像素，在本示例中，非绿基色为蓝色。2×2像素组530中的像素R与2×2像素组540中的像素B垂直对齐。
此外，如上所述，2×2像素组510中的两个绿基色的像素与2×2像素组520中的两个像素G相互垂直对齐。如图5中的线D404和D406所示。
参考图7，在一个实施例中，2×2像素组100中的一个像素为基色，所述2×2像素组100中的另外三个像素为另一种颜色。在图7所示的示例中，在N×M阵列102的2×2像素组710中只有一个基色像素(PC1)。2×2像素组710的另外三个像素为非基色，在本示例中示为NPC1、NPC2和NPC3。在本示例中，像素PC1为一种基色，如红色、绿色或蓝色。像素NPC1、NPC2和NPC3为非基色。
参考图8，在N×M阵列102的一个实施例中，N和M相等且等于4，4×4阵列102中像素的排列800使得每行N和列M仅有一个基色(primary color，PC)。绿色像素在本示例中示为G，绿色像素之间间隔至少有一行N和一列M。具有第一非绿色但不是其它非绿色的像素，或具有其它非绿色但不是第一非绿色的像素，在本示例中示为R，与绿色对角对齐，并与绿色连接或相邻，如图8所示。
例如，如图8所示，4×4阵列802的第一行1第一列1包括具有绿基色的像素G。4×4阵列802的第二行第三列包括具有红基色的像素R。4×4阵列802的第三行第四列包括具有绿基色的像素G。4×4阵列的第四行第二列包括具有蓝基色的像素B。
如图8的示例所示，第一行第一列中的第一像素G中的第一绿色与第三行第四列中的像素G中的第二绿色之间间隔至少一行和至少一列。第二行第三列中红色像素R位于对角线D2上，并与第三行第四列中绿色像素G相邻或连接。
如图8所示，第一行第一列绿色像素G与第一行第四列绿色像素G垂直对齐，如对角线D1和D4所示。在第一行第四列中具有非绿基色的像素B在与第二行第三列中具有非绿基色的像素R相同的方向上对齐，如对角线D3所示。
图9和图10示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的N×M阵列102的像素的融合。所公开的实施例的N×M阵列102的像素融合是通过将每组2×2像素合并成一个像素来实现的。根据所公开的实施例的各方面，2×2像素组100内的像素进行融合。
在图9和图10的示例中，在一个实施例中，融合后的像素的颜色为基色如红色(red，R)、绿色(green，G)和蓝色(blue，B)。初始4×4阵列902如图9所示。融合后的阵列904如图10所示。在第一实施例中，当4×4阵列902的每组像素融合为一个像素时，图10中的2×2像素组904的像素排列如下：
1＝2×G+2×Y
2＝2×R+2×Y
3＝2×B+2×C
4＝2×G+2×Y
针对图10中的像素阵列904，在仅对基色进行融合后，产生以下像素阵列：
1＝2×G
2＝2×R
3＝2×B
4＝2×G
图11至图20进一步示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的N×M阵列102的排列。在这些示例中，N×M阵列102为4×4阵列，包括四个2×2像素组110、120、130和140。在图11至图18的示例中，排列1011至1020示出了由4×4阵列的排列11至20形成的8×8阵列。
在图11至图18的示例中，在第一2×2像素组110中，第一颜色为红色；在第二2×2像素组120中，第一颜色为蓝色；在第三2×2像素组130中，第一颜色为绿色；在第四2×2像素组140中，第一颜色为绿色。如图11至图14的示例中所示，4×4阵列中2×2像素组的排列使得像素组130中的绿色像素与像素组140中的绿色像素垂直对齐。像素组110中的红色像素在与像素组120中的蓝色像素相同的方向上对齐。
在图15至图18的示例中，像素组130中的绿色像素与像素组140中的绿色像素垂直对齐，像素组110中的红色像素与像素组120中的蓝色像素垂直对齐。
虽然图11至图18的示例示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波阵列100的基色排列的可替代的示例，但所公开的实施例的各方面并不限于此。在可替代的实施例中，考虑了其它合适的基色排列。下面列出了示例性4×4组的示例，其中，每个基色字母表示4×4组的一个2×2像素组：
R G
G B
G R
B G
G B
R G
B G
G R
图19和图20分别进一步示例性地示出了根据所公开的实施例的各方面的色彩滤波装置10的颜色阵列排列19和20。在图19和图20的示例中，N×M阵列的所示阵列19和20是由四个2×2像素组100组成的4×4阵列图案。阵列1019和1020示出了由相应的4×4阵列排列19和20形成的8×8阵列。
如图19的示例所示，像素组910的第一颜色的像素G设置在对角线D1上。在本示例中，2×2像素组910中存在两个第一颜色的像素G。两个像素G在同一条对角线上对齐，且彼此相邻。第一颜色为基色，如红色、绿色或蓝色。
像素组910的第二颜色的像素Y在对角线D2上对齐，对角线D2垂直于对角线D1设置。2×2像素组910中存在两个像素Y。第二种颜色为非基色，如黄色、青色或白色。此外，像素组910中的第一颜色的像素G与像素组920中的像素G平行设置。
在图19的示例中，像素组910包括第二颜色的两个像素Y，像素组920包括第二颜色的两个像素Y，像素组930包括第二颜色的两个像素Y。如图19所示，像素组910中的像素Y和像素组920中的像素Y沿着相同的对角线对齐，在本示例中，该对角线为对角线D2。
在一个实施例中，如图19所示，像素组930中的像素Y与像素组920的像素Y垂直对齐。
多个2×2像素组100包括至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组和至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组。在一个实施例中，一个2×2像素组100的非绿第一颜色与另一个2×2像素组100的非绿第一颜色平行对齐。其它2×2像素组100中的一个2×2像素组100的绿色像素与该2×2像素组100中的另一个2×2像素组100的绿色像素平行对齐。在图19的示例中，像素组930包括红色像素R，像素组940包括蓝色像素B。像素组930中的红色像素R与像素组940中的蓝色像素B平行对齐。
在一个实施例中，2×2像素组100中的一个2×2像素组100中第一颜色为非绿色的像素与该2×2像素组中的另一个2×2像素组中第一颜色为非绿色的像素垂直对齐。如图20中的示例所示。在本示例中，像素组950包括第一颜色为蓝色的像素B。像素组950中的像素B与像素组930中的像素R垂直设置。在本示例中，像素组910中第一颜色为绿色的像素G与像素组920中第一颜色为绿色的像素G平行对齐。
所公开的实施例的各方面涉及一种用于图像传感器(例如，图像传感器)的色彩滤波阵列。本文描述的色彩滤光片的具体排列可以在单芯片数字图像传感器(例如在数码相机、可携式摄像机和扫描仪中使用的传感器)中实现，例如用于创建彩色图像。所公开的实施例的色彩滤波阵列在全分辨率模式下提高了质量，并且还与融合模式下的拜耳阵列兼容。根据所公开的实施例的各方面，2×2像素组110内的像素融合在一起。这与其它融合技术不同，例如拜耳阵列或四拜耳阵列。在拜耳阵列中，像素在相邻的2×2像素组中的相同颜色之间融合，即相同颜色融合；在四拜耳阵列中，相同颜色的像素在2×2像素组内部融合，即4个相同颜色的像素融合为一个像素。
本文描述的N×M颜色阵列可以在全分辨率模式下提高质量。通过在本文中公开的N×M阵列中适当选择像素的颜色和排列，与拜耳和四拜耳相比，提高了锐度。虽然针对本文公开的实施例引用了某些颜色，但这些引用仅仅是示例性的，并且任何合适的窄光谱或宽光谱颜色都可以如本文所述实现。
因此，尽管文中已示出、描述和指出应用于本发明的示例性实施例的本发明的基本新颖特征，但应理解，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对所示出的设备和方法的形式和细节以及在运行中进行各种省略、替代和改变。进一步，明确表示以大体相同的方式执行大体相同的功能以实现相同结果的那些元件的所有组合均在本发明的范围内。此外，应认识到，结合所公开的本发明的任何形式或实施例进行展示和/或描述的结构和/或元件可以作为设计选择的通用项而并入所公开或描述或建议的任何其它形式或实施例中。因此，本发明旨在仅如所附权利要求的范围所表明的那样加以限制。

Claims (25)

1.一种色彩滤波装置，其特征在于，包括：
光敏元件的N×M阵列的二维阵列，其中，所述N×M阵列包括多个I×J像素组，I×J像素组为2×2像素组，多个2×2像素组中的至少一个2×2像素组包括：
第一颜色的第一色彩滤光片，所述第一颜色为基色；
第二颜色的第二色彩滤光片，所述第二颜色由绿色分量和另一种颜色组成，其中：
当所述第一颜色为绿色时，所述另一种颜色为另一种基色；
当所述第一颜色不为绿色时，所述另一种颜色与所述第一颜色相同；
所述至少一个2×2像素组中的两个对角对齐的像素为所述基色，所述至少一个2×2像素组中的另外两个对角对齐的像素为所述第二颜色。
2.根据权利要求1所述的色彩滤波装置，其特征在于，所述至少一个2×2像素组中的一个2×2像素组中的非绿基色和所述至少一个2×2像素组中的另一个2×2像素组中的非绿基色在相同的方向上对齐，或彼此垂直对齐。
3.根据权利要求1或2项所述的色彩滤波装置，其特征在于，所述至少一个2×2像素组中的一个2×2像素组中的绿基色和所述至少一个2×2像素组中的另一个2×2像素组中的绿基色在相同的方向上对齐，或彼此垂直对齐。
4.根据权利要求1或2所述的色彩滤波装置，其特征在于，所述至少一个2×2像素组中的一个2×2像素组中的非绿基色与所述至少一个2×2像素组中的另一个2×2像素组中的非绿基色垂直对齐，并与所述至少一个2×2像素组中的又一个2×2像素组中的绿基色在相同的方向上对齐。
5.根据权利要求1或2所述的色彩滤波装置，其特征在于，所述至少一个2×2像素组中的一个2×2像素组中的非绿基色与所述至少一个2×2像素组中的另一个2×2像素组中的非绿基色垂直对齐，且所述至少一个2×2像素组中的所述一个2×2像素组中的绿基色与所述至少一个2×2像素组中又一个2×2像素组中的绿基色垂直对齐。
6.根据权利要求1或2所述的色彩滤波装置，其特征在于，2×2像素组中的第一颜色的两个像素和第二颜色的两个像素或2×2像素组的至少两个相同颜色的像素在融合过程中合并成一个像素。
7.根据权利要求3所述的色彩滤波装置，其特征在于，2×2像素组中的第一颜色的两个像素和第二颜色的两个像素或2×2像素组的至少两个相同颜色的像素在融合过程中合并成一个像素。
8.根据权利要求4所述的色彩滤波装置，其特征在于，2×2像素组中的第一颜色的两个像素和第二颜色的两个像素或2×2像素组的至少两个相同颜色的像素在融合过程中合并成一个像素。
9.根据权利要求5所述的色彩滤波装置，其特征在于，2×2像素组中的第一颜色的两个像素和第二颜色的两个像素或2×2像素组的至少两个相同颜色的像素在融合过程中合并成一个像素。
10. 根据权利要求1、2、7-9中任一项所述的色彩滤波装置，其特征在于，
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为青色；或
所述第一颜色为红色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为蓝色，所述第二颜色为青色。
11. 根据权利要求3所述的色彩滤波装置，其特征在于，
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为青色；或
所述第一颜色为红色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为蓝色，所述第二颜色为青色。
12. 根据权利要求4所述的色彩滤波装置，其特征在于，
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为青色；或
所述第一颜色为红色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为蓝色，所述第二颜色为青色。
13. 根据权利要求5所述的色彩滤波装置，其特征在于，
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为青色；或
所述第一颜色为红色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为蓝色，所述第二颜色为青色。
14. 根据权利要求6所述的色彩滤波装置，其特征在于，
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为绿色，所述第二颜色为青色；或
所述第一颜色为红色，所述第二颜色为黄色；或
所述第一颜色为蓝色，所述第二颜色为青色。
15.一种色彩滤波装置，其特征在于，包括：
光敏元件的N×M阵列的二维阵列，其中，每个N×M阵列包括多个I×J像素组，I×J像素组为2×2像素组，至少一个2×2像素组包括：
在所述至少一个2×2像素组的第一对角线上对齐的第一颜色的两个像素，其中，所述第一颜色为基色；
在所述至少一个2×2像素组的第二对角线上对齐的第二颜色的两个像素，其中，所述第二对角线与所述第一对角线垂直，所述第二颜色为非基色；
其中，一个2×2像素组中的第一颜色的两个像素的排列与另一个2×2像素组中的第一颜色的两个像素的排列平行设置；
其中，所述第二颜色由绿色分量和另一种颜色组成；当所述第一颜色为绿色时，所述另一种颜色为另一种基色；当所述第一颜色不为绿色时，所述另一种颜色与所述第一颜色相同。
16.根据权利要求15所述的色彩滤波装置，其特征在于，所述第二颜色的两个像素在所述第二对角线上与至少一种其它第二颜色的两个像素对齐。
17.根据权利要求15或16所述的色彩滤波装置，其特征在于，至少一种其它第二颜色的两个像素在所述第二对角线上垂直对齐。
18.根据权利要求15或16所述的色彩滤波装置，其特征在于，多个2×2像素组包括至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组和至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组，其中，所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组的非绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的非绿色像素平行对齐；所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的一个2×2像素组的绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的绿色像素平行对齐。
19.根据权利要求17所述的色彩滤波装置，其特征在于，多个2×2像素组包括至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组和至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组，其中，所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组的非绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的非绿色像素平行对齐；所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的一个2×2像素组的绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的绿色像素平行对齐。
20.根据权利要求18所述的色彩滤波装置，其特征在于，所述多个2×2像素组的第一排列包括：
第一颜色为绿色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为绿色的另一个2×2像素组的两个第一颜色像素平行对齐；
第一颜色为红色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为蓝色的2×2像素组的第一颜色的两个像素平行对齐。
21.根据权利要求19所述的色彩滤波装置，其特征在于，所述多个2×2像素组
第一颜色为绿色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为绿色的另一个2×2像素组的两个第一颜色像素平行对齐；
第一颜色为红色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为蓝色的2×2像素组的第一颜色的两个像素平行对齐。
22.根据权利要求15或16所述的色彩滤波装置，其特征在于，多个2×2像素组包括至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组和至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组，其中，所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组中的一个2×2像素组的非绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的非绿色像素垂直对齐；所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的一个2×2像素组的绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的绿色像素平行对齐。
23.根据权利要求17所述的色彩滤波装置，其特征在于，多个2×2像素组包括至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组和至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组，其中，所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组中的一个2×2像素组的非绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为非绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的非绿色像素垂直对齐；所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的一个2×2像素组的绿色像素与所述至少一个具有第一颜色为绿色的2×2像素组中的另一个2×2像素组的绿色像素平行对齐。
24.根据权利要求22所述的色彩滤波装置，其特征在于，所述多个2×2像素组的第二排列包括：
第一颜色为绿色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为绿色的另一个2×2像素组的两个第一颜色像素平行对齐；
第一颜色为红色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为蓝色的2×2像素组的第一颜色的两个像素垂直对齐。
25.根据权利要求23所述的色彩滤波装置，其特征在于，所述多个2×2像素组的第二排列包括：
第一颜色为绿色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为绿色的另一个2×2像素组的两个第一颜色像素平行对齐；
第一颜色为红色的2×2像素组的两个第一颜色像素与第一颜色为蓝色的2×2像素组的第一颜色的两个像素垂直对齐。
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