CN1221488A - 亮度优先彩色检测器 - Google Patents

Abstract

在亮度优先多层彩色胶片中,其中有一层是和人眼的亮度灵敏度基本上匹配的。这个亮度层和现有技术的具有蓝、绿、红感光层的那种彩色胶片不同。此亮度层有在其他层对光进行散射和衰减之前最优先感光的位置,和现有技术的蓝光优先的彩色胶片相比能得到更高的亮度记录速度和明晰度。在另一个实施例中,一种分层的CCD检测器有一个对所有颜色都灵敏的顶部的硅层(1012),下面接着是一个黄色滤光层(1010)、一个由于黄色滤光层而只对绿光和红光有响应的第二个硅层(1008)、一个青色滤光层(1006)、和一个只接收绿光的底部硅层(1004)。图像从亮度优先的彩色检测器输入到彩色空间转换装置以恢复完全彩色。在较好的实施例中,顶部的亮度层转换出亮度“Y”值,而下面的彩色感光层则和亮度一起被用于得出YUV彩色空间的色度矢量“U”和“V”。

Description

亮度优先彩色检测器

全彩色胶片必需能按三维彩色进行检测。此三维彩色是由三个单色的、或黑白的乳剂感光的。每一种的作用有如一个有不同光谱灵敏度或色彩的检测器。在数字成像的术语中，这些乳剂中的每一种产生一个单独的色彩通道或全彩色图像的成分。在历史上，曾经有过这样的检测器的一些结构设计。第一种彩色胶片Duffycolor使用彩色米粒在黑白胶片上建立了像现代的CCD行列一样的红、绿和蓝色的行列。偏振片造成了一种瞬间透明的胶片。这种胶片是把红、绿和蓝的条纹放在黑白胶片上，类似彩色CRT中的荫罩板那样。最早的Technicolor工艺在黑白胶片上对三个空间上分离的彩色图像进行曝光，从每个图像建立一个单独的着色剂转移行列，并从三个行列以三种着色剂使接收胶片的单层着色而制作出戏剧印刷品。只是在依斯特曼的多层柯达彩色胶片出现之后，一种适合于大规模供应市场的彩色胶片才得以切实可行。

今天实际上所有的彩色胶片都包含有相互重叠的许多层。照射到胶片上的光穿透所有的层。各层有不同的光谱灵敏度，这样随着光的颜色的不同将会使特定的层曝光。在大多数胶片中在制造时对每一层也给予了一种特有的色彩成色剂或着色剂颗粒体。它们将和显影的副产品相作用而形成和该层的彩色灵敏度相适应的完全着色剂。在显影后，银图像被漂白去掉，剩下由各层中着色剂构成的彩色图像。如果磨去一个彩色胶片，当黄色层去掉，黑色区首先变蓝，然后当品红层去掉即变成青色，最后当所有层都去掉后即变为白色。

柯达彩色胶片有许多层，但使用一种仅限于反转透明度胶片的独特技术，不要求将成色剂存放在未显影的胶片中。在将银消耗于曝光的卤化银的第一次显影后，未曝光的卤化物被闪光曝光并在含有它自己的色彩成色剂的显影液中进行处理。在柯达彩色胶片中闪光曝光是每次一个颜色地进行，以每次对一个颜色层进行曝光，同时每次闪光后跟着使用带有该层的彩色灵敏度所特有的成色剂的显影液。柯达彩色胶片的显影很困难，因而世界上只有少数几个实验室处理柯达彩色胶片。但是，在曝光期间通过从胶片中去除色彩成色剂，乳剂中的光散射减小，使柯达彩色胶片有了一种特别高程度的明晰度。负胶片比反转胶片有宽得多的曝光范围，但在现有技术中柯达彩色胶片的处理仅限于反转胶片，并且无法得到负胶片在曝光范围方面的优点以及没有成色剂的胶片在清晰度方面的优点。

现有技术的彩色胶片只限于工作在RGB彩色空间，因为每层必须映射到特有的着色剂上由其显现出图像来，或者映射到彩色通道上，不用经彩色空间转换便能直接观察或印出来。因此，要求红光感光层能产生青色着色剂以对穿过被显影胶片的红光的量进行调节，而绿光感光层产生品红色着色剂，蓝光感光层产生黄色着色剂。对化学显影图像的可直接观察性的这一传统要求限制了现有技术的彩色胶片在RGB彩色空间中的感光。另外，对于不经彩色空间转换而进行记录和观察的纯彩色来说，这些感光层必须探测较纯的红光、绿光和蓝光、不能有色彩的交叉污染。例如，如果品红色形成层对绿光之外还对蓝光感光，而红光感光层除红光之外还对蓝光感光，那么一朵蓝色花朵将不仅使蓝光层曝光，也会使绿光和红光感光层曝光。这在以传统方式显影并作为彩色图像直接观察时会形成一个灰色的阴影。

另外，传统的彩色胶片各感光层的深度次序受到卤化银对蓝光的通用灵敏度的限制。卤化银总是对蓝光灵敏的。除此蓝光灵敏度之外，可以加入着色剂捕获其他色彩的光的光子并将它们耦合到卤化物晶体中。这样一来一个绿光感光层实际上会对蓝光和绿光都灵敏，而红光感光层则对蓝光和红光两者都灵敏。只对绿光和只对红光灵敏的感光层是为直接控制品红和青着色剂所必需，它们只能通过用黄色滤光片滤去蓝光才能实现。在彩色胶片中这是通过加一个黄色滤光层而做到的。此黄色滤光层当然必须放在红光和绿光感光层的上面，以由这些滤光层滤去蓝光，并必须在蓝光感光层下面，因而不会阻挡蓝光到达蓝光感光层。于是在现有技术中，蓝光感光层必须在顶部，在黄色滤光层和红光和绿光感光层之上。

未显影的卤化银因其乳状粘度而使光散射。当将其对着光时，未显影的胶片的作用便像一个散射器和衰减器。这可以在把胶片装入照像机时观察到。彩色胶片中的每个感光层使更低层次的图像受到衰减，使光散开并变得模糊，同时使用、反射和吸收一些光，因而使去到更低层次的光变暗，并要求这些层次更灵敏，因而也更呈颗粒状。只有顶层才接收到完全的未衰减的未变模糊的光。

由于人眼感知细节几乎完全从亮度方面，在该顶层中应能理想地检测到完全的亮度。遗憾的是，在顶部的只能有一层。下面一个选择将是使此一层成为绿光检测器，因为绿光引起一半以上的亮度。但是正如我们已指明的，蓝光层必须在顶部，接着是在绿光层前面的黄色滤光层。蓝光只产生亮度的大约10％，因此硬要求蓝光在顶部意味着几乎全部亮度都是在图像变得暗淡和模糊的较低的层次处被检测的。胶片技术方面的大多数进展都是在彩色胶片方面，而今天一种技术精巧的黑白印像的明晰度和活泼愉快仍然是现有技术的彩色胶片无法相比的。

有过一些历史上的和适当场所的尝试试图把绿光层或红光层放到顶部。最有趣的是将蓝光层放在底部而红光层在顶部的彩色印像纸。紧跟着的问题是如何使红光感光层和蓝光层屏蔽开来。实际上它没有被屏蔽，事实上红光感光层对蓝光和红光的灵敏度是接近的。印像纸的一些独特条件使这个切实可行。第一，由于高反差像纸能观察低反差底片，从白过渡到黑所需的曝光密度范围只为约10∶1，这和必定在1000∶1的范围以上响应的照像机胶片相反。另外在红色和蓝色之间一个100∶1的隔离因而能满足印像纸的要求。印像纸接收通常从一个橙色白炽灯发射的光，经一个橙色滤光组件滤光、通常从灯去除其蓝光的80％，然后聚焦通过一个有着成色剂屏蔽的基本橙色调的底片。最后得到的光的深橙色在用于底片印制的低反差图像的照像机胶片中取代黄色滤光片的水准，而且蓝光感光层被制成比红光层更灵敏约100倍，以抵消可能是由于印像纸比照像机胶片较低的基底灵敏度引起的橙色光。

在印像纸中用于将红光层放到顶部的方法不能用于照像机胶片，因为第一，照像机胶片必须在1000∶1的范围上有响应，而不是在10∶1的范围上，第二，通过透镜来的光不是深橙色的，第三，即使如果它是这样的，为了和一个ASA400红光灵敏度相匹配，一个灵敏100倍的蓝光层将必须是ASA40,000，它将是颗粒度很高的。但是曾经试图将绿光层放在顶部。尽管有早先提到的改进，交叉色彩污染引起的不可避免的色彩色调减弱使得这些尝试未能被市场接受。

虽然现有技术的彩色胶片用红绿蓝通道进行检测、直接摄录三维RGB彩色空间，但在图像处理和存储中可能有其他的彩色空间能更好地开发人的视觉的需要。通常的色彩空间包括亮度和色度。通常亮度值是红光、绿光和蓝光按照和人眼灵敏度之比例的混合值，按习惯称为“Y”。色度要求两个值，它们以此“Y”值规定三维色彩。色度的一般表达式中包括有亮度减去红光的“U”，和亮度减去蓝光后的“V”。“U”和“V”因而是在单色的“Y”记录上分层的色调。人眼在“Y”通道中对细节灵敏得多，因而“U”和“V”可以容许较少的细节和较多的粒度。

彩色空间转换是一种有关的技术。彩色空间转换将输入的一组色彩通道变换成一个不同的色彩空间的或带有不同的图像色彩的输出的一组色彩通道。按照一种正规的三维色彩空间转换算法，在每个像素处对应于三个被检测的色彩通道的每一个中的每个像素处的各数值的三个侧量值可以进入算法。该算法在数学上通过一个函数进行变换而从该算法给出三个测量值，或对应于该像素的三种色彩。例如，在对现有技术的常用彩色胶片的数字显影中，正如将在下面更详细地解释的，包含有蓝色和红色的“前端”和“后端”图像被从包含有红、绿和蓝色的“整体”图像中去掉，以便只产生绿色。这种绿色图像中的一小部分被从“前端”图像中去掉以产生蓝色图像，而“后端”图像被直接转换成红色。对于每个像素在这种色彩空间转换中，从前端、后端和整体通道进行的前端、后端和整体的测量得到通过，而红、绿和蓝色不能通过。色彩空间转换可以和任何通道组一起用于从一组色彩变换成另一组色彩，例如将灰色变换成蓝色。虽然某些色彩空间转换可以由方程式来定义，但在一般情况下可以使用一种查询表来给出任何一种转换。

再一个有关的技术是图像的直接数字显影。这是一种在显影时使彩色胶片数字化的方法。显影底片用红外线进行扫描，以使显影胶片不会发雾。在显影时通过利用未定影的卤化银的乳白不透明度将此3层从光学上分离开而从银图像得到色彩。显影时从顶部进行观察，顶层清晰可见，而下面各层基本上被顶层的乳白不透明度所遮挡。显影时从后面进行观察，背层可见，而其他各层大部被遮挡。最后通过透射光来进行观察，确实透过所有三层的那部分光被所有三层所调制，因而包含有所有三层。如果前端、后端和整体的曝光被直接转换成黄、青、和品红色着色剂，结果会得到一种淡色的彩色图像。然而在数字显影中这三次扫描：前端、后端和整体的，被使用上面所述的色彩空间转换进行数字处理而恢复完全彩色。

本发明也可以用不同于卤化银的其他分层检测器来实现。将对固态检测单元给出一个专用的实施例。事实上今天所有的电子成像都使用硅的固态检测器。当一个光子打上硅半导体，光子从原子中撞击出一个电子而产生一个电子-空穴对，使得一个单位电荷能够移动。通常此电荷被转移到一个代表一个图像元素或像素的小电容器处。而在一个CCD或电荷耦合器件的移位寄存器中，此被保持电荷和其他像素来的电荷一起依次移动进入放大器。因而“CCD”是一种通常用于从一个固态检测元件阵列中读出信息的专用装置。

硅固态检测元件本身就是对所有颜色的可见光敏感的。完全彩色图像可以通过用分光镜将光分裂成三个色彩的图像来进行检测，同时用空间分离的检测阵列检测每个图像。这样的三片摄像机价钱很贵又笨重，一般由于光损耗而对微光不灵敏，并且要求有昂贵的光学系统将透镜孔径的虚像深深地通过棱镜进行投射。

另一个而且更普遍的着色办法会因各个色彩的滤光片而减弱光，这时将每个单个的检测元件对至少被去掉了一种色彩的光进行曝光。某些为静止摄影设计的照像机使用摆放成行列如柯达照像机使用的Bayer行列那样的红、绿、和蓝色滤光片。这种柯达像机放置绿色滤光片在一个方形行列中的一半的检测器上方以建立一个绿光的方格盘，同时交织在一起的有处于红色滤光片下面的四分之一像素及处于蓝色滤光片下的四分之一像素。某些有视频设计的摄像机使用摆放成能够在从芯片依序读出信号时容易转换到YUV的行列的青色、品红色、黄色、和绿色滤光片。其他的色彩和结构也有采用。所有这样的单片摄像机都受到一些问题的困扰。首先，被滤光片去掉的光对检测器是一个损失。一种特殊的单片摄像机被定为ASA100等级，备有安装就位的各色滤光片。这同一种摄像机在黑白方式时去掉了滤光片，设计速度跃升4倍而成为ASA400。第二，色彩行列本身和图像细节相互作用而造成在单片数字摄像机中常见的彩色莫尔图形。这些莫尔图形包括一个红眼和一个蓝眼，或者一所远处的随机地有着红色和蓝色窗户的房屋。第三，色彩行列使检测器阵列的有效分辨率降低，而且通过使用一种光学防混淆滤光片的模糊作用以降低彩色莫尔图形的努力也降低有效分辨率。

现有技术一直相信，完全彩色要求检测器按互补色彩组进行工作。这些组可以包括红、绿、和蓝色或青、绿、品红、和黄色，但从每个色彩检测器至少需要去掉一个色彩，才能补足某个另外的检测器。这种看法妨碍了一个固态检测器的如下分层法，其中色彩响应和各减色法层间滤光片合在一起，而不是像在胶片中一样和各层本身的色彩灵敏度的变化合在一起，因为已经不可能对顶层去掉任何色彩，而是还要让它在下面的层处重新出现以进行检测。

对来自曝光光源的光敏感的彩色图像检测器包含有具有第一光谱灵敏度的第一感光层。该彩色图像检测器至少也包含有一个具有和第一光谱灵敏度不同的第二光谱灵敏度的第二感光层。该第二感光层在和第一感光层的平面垂直的方向上对第一感光层是有位移的。第一光谱灵敏度和人眼的光谱灵敏度基本上相匹配。

图1说明典型的现有技术的彩色胶片的结构；

图2表示现有技术的彩色胶片的量子探测灵敏度；

图3说明亮度优先彩色胶片的结构；

图4表示亮度优先彩色胶片的量子探测灵敏度；

图5表示一种用于实施色彩空间转换的系统；

图6描述色彩空间变换算法；

图7说明一个典型的现有技术的CCD检测器的结构；

图8画出一个用于一种单片彩色CCD检测器的现有技术的色彩行列；

图9表示一种现有技术的彩色CCD检测器的量子探测灵敏度；

图10说明一种亮度优先CCD检测器的结构；以及

图11表示一种亮度优先CCD检测器的量子探测灵敏度。

现在参考图1叙述现有技术的彩色胶片的结构。结构从结构基底102开始。包含有卤化银乳剂的各感光层被放置在此基底上方的薄胶片中。这些层包含有对蓝光具有天然敏感能力的卤化银。另外，某些这样的层还加上了增感着色剂以将灵敏度扩展到其他色彩。首先，一种红光和蓝光的感光层104被放入基底102上方的薄胶片中。一种绿和蓝的感光层106被置于此层之上。然后放上一个黄色滤光层108以吸收蓝光。最后在顶部放上一个蓝光感光层110。为清楚起见其他与此讨论无关的层均予以略去。例如，有时在基础102的对侧加上一层以降低光晕并便于修版。所有这些层有外皮加以保护。另外每个颜色的感光层通常被再细分为三个不同灵敏度的次级层。彩色胶片的结构细节在彩色胶片制造技术中是普遍知道的，也可以在如Michael Freeman,Film Making the Most ofFilms and Filters,Amphoto,1988和W.F.Berg,editor,PhotographicScience:symposium:Zurich 1961,The Focal Press,London,1963这样的参考资料中找到。

包括红光束112、绿光束114、和蓝光束116的光照射到胶片上。在光来的方向上首先是蓝光感光层110拦截蓝光子而在点118处该层的卤化物晶体中产生一个银的潜像。另外，所有颜色的光都被呈浅灰和乳白色的蓝光感光层110大致相同地吸收和散射。此吸收由光束112、114、和116的变淡和被散射束120得到说明。蓝光感光层110通常被制作得比其他各层更薄，以使在该费用开支或一个更具粒度的蓝色通道的情况下减少吸收和散射。

从光照射方向按次序的下一个为黄色滤光层108，它通过在点122处吸收蓝光束116而阻挡它到达较低各层。在到达黄色滤光层以下各层之前，绿光束114被蓝色感光层110衰减和散射。绿色感光层106拦截剩余的绿光光子在点124处产生一个银的潜像。最后，在被各个层散射和衰减之后，红色感光层104拦截一些剩余的红光光子在点126处产生一个银的潜像。

图2表示出图1的感光层104、106、和110的光谱响应。水平轴为波长，以毫微米表示。竖直轴为以任意单位表示的量子探测灵敏度，而不是灵敏度或速度。量子探测灵敏度在这里使用的意思是指对和一个理想光子计数器有关的低反差细节的灵敏度。量子探测灵敏度在检测更高百分比的光子(量子效率)、更相同地对每个光子进行计数(计数非均匀度)、使非光子噪声源或粒度(暗计数、像素非均匀度)降至最小、和降低散射(在一个事件如星的图像和背景之间更细微的空间差异)时会增高。高速和低速胶片的量子探测灵敏度大致相同。较高速度的胶片使用较大的晶体从较大的面积收集光。虽然使高速胶片曝光可能需要较少的光，但更大的颗粒会使测量的噪声更大，并在更宽的面积上散射光，使得使用高速胶片探测一个细节如一个聚焦良好的星图像的存在的能力不会比使用慢速胶片时更好，慢速胶片会将星图像保留在较小的面积并且测量其存在时粒度或不确定度更小。

令人感兴趣的是层的厚度怎样影响量子探测灵敏度。暂时假定卤化银对光完全透明。这时一个为另一个薄层两倍厚的厚层可以在数学上模拟为两个薄层在一起。每个薄层有一个特定的信号增益(反差)和噪声(粒度)。通过将两个薄层的信号(通道)相加到一起可以得到两倍的信号，但是噪声统计相加给出2的平方根的更大噪声，因而厚层的信噪比比一半厚度的薄层的要好2的平方根倍。如果一个理想光子计数器接收到两倍数目的光子，再次根据统计学理论，信噪比将改善2的平方根倍。因此厚层的量子探测灵敏度是一半厚度的薄层的量子探测灵敏度的两倍。这个意思是完全正确的，因为厚层将拦截的通过的光子数目恰为一半厚度的薄层拦截数的两倍。这里假定了卤化银是对光完全透明的。事实上卤化银吸收一些光，因而胶片的较低部分接收的光较少，并且回报减少，直至最后底层的额外颗粒将有大于抵消信号的任何增益的作用为止。基于这个，胶片的设计厚度是一个最佳化问题，这里乳剂太薄会使有价值的光子跑掉，太厚又会从接收很少光子的较低各层加入颗粒。此最佳化问题对于多层彩色胶片特别重要，因为通过控制各层的厚度和次序可以给予任何层对另一层的优先权。

现在继续看图2，曲线202表示蓝色层110的量子探测灵敏度。可以看到这个量的值很低，因为蓝色常常以做成薄层而为减少光的散射和衰减的努力作出牺牲。曲线204表示如果蓝色层在厚度上对其本身为最佳化时蓝光量子探测灵敏度可以达到的值。当然，如果这样作了，绿光层和红光层就会有很低的量子探测灵敏度。

曲线206表示绿色感光层106的量子探测灵敏度。曲线208表示如果该蓝色感光层对绿光没有衰减和散射时这一量子探测灵敏度的情况。这里损失是很大的，因为绿光是对亮度的主要贡献者、因而也是人眼感知的细节的主要成分。曲线210表示如果附加地绿光层也在厚度上对于其本身已最佳化的话绿光的探测灵敏度可以达到的情况。这里将不会有大的改进，因为由于绿光是亮度的主要成分而在光的拦截中通常是给予优先权的。

曲线212表示红色感光层104的量子探测灵敏度。曲线214表示如果前面的各层对红光没有衰减和散射时量子探测灵敏度的情况。曲线212和214之间的差别很大，因为厚的绿色层和蓝色层一起去掉和散射了许多红光。因为红色感光层是在底部，它在厚度上已经对于本身达到了最佳化，可以最大限度地利用到达底层的任何未被散射的红光光子。

最后，曲线216表示亮度为绿光层的大约50％、红光层的35％、和蓝光层的15％混合的总体灵敏度。分配比例随着色剂而变，且不同于电视荧光粉的众所周知的亮度值。由于一种很有意思的原因其探测灵敏度比任何一层的都低。如果绿光层也由于去掉黄色滤光层而变成对蓝光灵敏的，则在绿光照射时可以看见绿-蓝层的响应和绿-蓝层的粒度。但是绿-蓝层已滤去了蓝光。亮度所需的蓝光响应通过加入一个蓝光层的响应而被加回去。现在对于绿光也可以看见绿光层的同样的响应和该绿光层的有如是绿-蓝感光层时同样的粒度。然而现在蓝光层的粒度也被加上了，于是总粒度变坏而量子探测灵敏度下降。

现在转到图3，这里描述的是亮度优先彩色胶片的较好的实施例的结构。和图1的现有技术中一样，结构首先是一个结构基底302、一个红色感光层304、一个绿色感光层306、和一个黄色滤光层308。顶层310使亮度优先胶片不同于现有技术。此顶层310处于和其他各检测层垂直的平面内，是一种增感着色剂，可以将灵敏度向光谱的绿色和红色部分扩展，以便一般地能和人眼的亮度灵敏度相匹配。另外，顶层310比现有技术的胶片的顶部的蓝色感光层210厚，可以使此层具有优先灵敏度。再有，胶片的制作在技术上是一般都熟知的，另外加入绿光和红光灵敏度所必需的增感着色剂也是普遍知道并且被用于大多数黑白胶片以赋予全彩色灵敏度。增感乳剂和着色剂的详细情况在技术上也是一般知道的。

一个红蓝色光束312穿透顶层在点314处产生银的潜像。绿光束316穿透胶片在点318和320处产生两个潜像中心。红光束322也穿透胶片在点324和326处产生两个潜像中心。

图4表示出图3的亮度优先胶片的感光层304、306和310的光谱量子探测灵敏度响应，以和图2给出的现有技术的胶片的各个响应相比较。轴为波长对量子探测灵敏度，单位和数量级如供比较的图2中所使用的。

在图4中，曲线402表示绿光层306的量子探测灵敏度，而曲线404表示红光层304的量子探测灵敏度。注意这两个都低于图2的相同曲线206和212，因为该顶层被给予了优先权厚度。绿光曲线402受影响最大，因为绿光已不再是亮度的首要载体，而只是人眼最不敏感的绿-品红色轴的载体。因此绿光层306可以比等价的106层更薄，以使更多的光到达红光层304。顶部全彩色层310的量子探测灵敏度以图4的曲线406表示。此层既是在顶部处于优先位置又被给予了优先厚度，因此曲线406表示出有很高的量子探测灵敏度。

对于亮度的总的量子探测灵敏度由曲线408表示。此曲线的高度和由图2的曲线216表示的现有技术的胶片的亮度探测灵敏度相比是本发明相对于现有技术的主要的具有特色的好处。因为大多数细节、因而对粒度的印象和清晰度都来自亮度，那么一个高亮度量子探测灵敏度便转化为较高量子探测灵敏度的总体印象了。这在比较亮度优先胶片和现有技术的胶片时可以转换成在同样的胶片速度时的更好的明晰度，或者在同样的明晰度时的更高的胶片速度。

由于一种有意思的原因曲线408看来在光谱的重要的黄色部分稍微超出曲线406。在上面所述的图2的情况，每一种颜色都是分别感光的，因此对任何单个颜色的总和的探测灵敏度比只是此种颜色专用的层的探测灵敏度要低。然而在图4的情况下，一种专用颜色如绿色实际上是由两个层、即亮度310层和绿色感光层306来检测的。在每层的增益被调节得使各层的总和与人眼的亮度相匹配以后，信号是每个增益调节层的总和，而噪声是每个增益调节层的噪声的平方和的平方根。

以上内容将使用例子进行解释。为了简单假设只有绿光层和亮度层，两层对绿光都有相同的灵敏度并且两层都被单位增益所调整。现在绿信号将因将两层的通道加到一起而加倍，但随机噪声则统计相加只得到2的平方根倍的更大的颗粒噪声，这样信噪比将会改善2的平方根倍，而量子探测灵敏度如前说明的随这个增大而达两倍。另外，这是合逻辑的，因为在上面的简化假设下这两层将是同样地检测绿光，这将和早先叙述的两倍厚的层的情况是一样的。这和一个单独的蓝光层和绿光层如前所述加到一起的情况不同，因为那里只有一层响应绿光，而第二个蓝色感光层加的没有信号而只有噪声。实际上对于这两层，为得到最好的信噪比的最佳折衷办法是给第二层一个和第一层的增益相比等于第二层对第一层的信噪比之比值的平方除以第二层对第一层的信号比值的增益比。进一步的详情可以在关于统计通讯理论的参考资料如Parker,Sybil,Communication SourceBook,McGraw Hill,New York,1987.(TK5101.C6588 1988)中找到。

现在给出上述讨论的实际效果。在亮度优先胶片的情况有三个层被加在一起。底部的两层的量子探测比顶部亮度层的低。定性地说，在亮度层下面的红色层和绿色层的较好实施例中，正如通常作为卤化银的过高的蓝光灵敏度的结果而自然地发生的，亮度层应该稍微缺乏红色和绿色，而且这种通过加入少量红色和绿色就可得到补偿的缺乏是在彩色空间转换期间从被扫描的胶片通道得到的。

继续该较好的实施例，制造胶片用于数字显影是很理想的。这样制造时将不在乳剂中放入色彩成色剂，经由减少由成色剂引起的光散射，和通常的胶片相比可以进一步增强胶片的清晰度。在数字显影中，胶片在显影期间被用红外线进行扫描。即使对于底片，由于银图像被扫描，不会需要形成彩色着色剂，也不需要色彩成色剂。扫描是用反射光从前面、分别用反射光从后面、以及分别用透射光透过胶片进行的。因为在定影之前显影液中卤化银的乳白色性质，前面扫描时主要看见顶层，背面扫描主要看见底层，而透射扫描时按照其厚度的比例看见所有各层。关于数字显影的详细情况可以在美国专利号5,465,155由Edgar所写的Duplex Film Scanning中看到。

另一方面，可以制作胶片用于由包括彩色成色剂进行常规处理。这些成色剂可以依照和带有专用于青色的红色感光层、专用于品红色的绿色感光层、以及专用于黄色的亮度感光层的通常胶片的相同的次序。如果按通常方式印制，这样的胶片将产生色调很弱但可以辨认的色彩。要得到高质量结果，如下面将要说明的，这样的胶片将要求扫描之后跟着进行彩色空间转换。蓝色是一种难于进行电子扫描的颜色，因为很多光源如白炽灯和发光二极管都缺少蓝色，底片有一种橙色调能滤过蓝色，蓝色滤光片会比其他颜色的效率低些，而硅检测器和平坦光谱相比相对地缺乏蓝色。因为蓝色灵敏度方面的困难，很多电子扫描仪在蓝色通道中产生过大的噪声。在现有技术中，蓝光对亮度的贡献很小，因而解决这些价格较低的扫描仪中的问题的动力不大。然而在亮度优先胶片中亮度通道是关键性的。而为了某些价格较低的扫描仪的特有的原因而把关键性的亮度层分配给蓝色调制黄色着色剂是一种不好的策略选择。

由于上面的原因，该较好的实施例将品红色专用成色剂放在亮度层中，将青色专用成色剂放在绿色感光层中，将黄色专用成色剂放在红色感光层中。除了改进胶片用于电子扫描，这种完全的彩色失调能避免作为通常的胶片错误印出。

本发明的精神是在一个彩色胶片中包含有能够基本地和一般地和人眼的亮度响应相匹配的一层。这种匹配不需很准确，事实上小的偏差被证明是有利的。因此基本地一词不应被理解为匹配必须很准确。提供对亮度的基本匹配的目的和意图很明显和现有技术不同，那里的目的和意图是由每一层去直接代表红、绿、和蓝的特征色中的一种。

不同于该较好的实施例的其他的亮度优先布局将给出本发明的主要优点，尽管它们可能还少许不及该较好的实施例来得方便。现在提出几种这样的可采用办法。这个名单不应该被认为是完全的或能作出限制。当然有可能交换红色和绿色感光层的位置同时得到接近相同的结果。可以用红、绿这一对灵敏度来取代黄色和绿色或黄色和红色，其中的黄色是在一个黄色滤光层下的全彩色灵敏度。这些组合进一步在损失色度探测灵敏度的同时增强亮度探测灵敏度。另外，黄色滤光层可以进一步向下移动或去除。由于早先讨论过的原因，这通常将比该较好的实施例能降低探测灵敏度，然而本发明的优点将仍然能使这样的胶片优于传统的现有技术的胶片。

另外，亮度层可以使亮度同绿色和一个另外的色接近。这可以是绿色和蓝色，原因是通常称之为的正色灵敏度。正色一词意思是真正的颜色。一种特别有意思的组合是将一蓝色薄层放于顶部，跟着是一个黄色滤光层，接着是一个作为亮度层的对黄光有响应的全彩色层，再接着是一个对绿光有响应的正色层。也要注意，由于色彩空间转换，不像设计用于直接印出的现有技术的胶片那样要求不同各层的反差相匹配。

现在说明色彩空间转换。如上面提到的，亮度优先彩色胶片不能直接在具有彩色保真度的传统的印象纸上印制出来。来自亮度优先彩色胶片的彩色通道必须经由一个彩色空间转换来运作，以将胶片中的色彩重新转换成真正彩色。在理论上有可能由彩色分离进行转换和在一个全化学过程中进行色彩屏蔽来做到这点，然而这样一种方法在一个现代数字世界中不被认为是有竞争力的，因而该较好的实施例将披露一种电子方法。

图5描述两种将胶片上的亮度优先图像电子扫描成为数字数据文件的方法。在较好的实施例中，一个为数字显影制作的被曝光的亮度优先胶片502被输入数字显影机504。此机的详情可以在Edgar的5,465,155号美国专利中找到。此机在连接到如加里福尼亚克优伯替诺(Cupertino)的苹果计算机公司制造的计算机508的线506上输出一个数字数据文件。另一方面，一个被制造用于传统显影的被曝光的亮度优先彩色胶片510被输入一个如德国古默斯巴赫的JOBO公司制造的传统的胶片处理器512中。在处理之后，胶片被输入一个如日本东京尼康公司制造的传统胶片扫描仪514中。该扫描仪在连接到计算机508的线506上输出一个数字数据文件供进一步处理。

另外，如下面将要更详细地叙述的，使用一种亮度优先检测器的电子成像摄像机516可以用于直接摄录亮度和色度通道，并将这些通道作为数字数据文件经连接到计算机508的线506的内部常规控制和转换逻辑电路518输出供进一步处理。

计算机508附带有一个监视器520可供进行显示，有一个打印机522可进行打印，有一个键盘524可进行数据输入和控制，有一个光盘526可用作数据储存，和一个调制解调器528可供进行通讯。计算机508内部有总线530，可用于在模块间移送数据。总线530上附设有一个处理模块532、转移数据到该计算机附带的各个外围设备的输入输出模块534、和一个存储器模块536。存储器模块内部存放有一个输入图像538、一个输出图像540、和一个控制程序542，此控制程序可指导图像在外围设备之间的移动，也可指导处理模块532从输入图像538得出输出图像540。在得出输出图像540后，控制程序542可以指导处理模块532将输出图像540经总线530移送到外围设备如监视器520进行观察、到打印机522进行打印、到光盘存储器526进行存储、或到调制解调器528进行传输。关于计算机系统进行图像处理工作的进一步细节可以在参考资料、如L.Uhr,K.Preston Jr.,S.Leviabli,MJB Duff,Evalution of Muiticomputers for Image Processing,Academic Press Inc.1986.中找到。

在进行彩色空间转换中，通常有一个由三个通道组成的输入图像。这意味着该输入图像的每个像素有三个测量值，每个通道有一个测量值，和该像素有关。转换产生一个由三个通道组成的输出图像，意味着该输出图像的每个像素有三个值，每个通道一个，和此像素有关。要进行一次色彩空间转换，该算法必须扫描通过该图像的每个像素。这种扫描可以通过将两个“循环”“嵌套”起来而做到。这两个词是计算机编程中的普通术语。在每个像素处，三个输入测量值是取自输入图像的三个通道。这三个输入测量值由彩色空间转换算法处理以产生三个输出值。这三个输出值然后通过将它们放进输出图像的三个通道中而被放到输出图像的相应像素中。

输入测量值可以是一个数字显影器的前、后、和整体的测量值，或者是用一种传统的扫描仪对一个亮度优先胶片得到的亮度、绿光、和红光的测量值，或者是对一只亮度优先检测器得到的亮度、黄光、和绿光的测量值。如Edgar的5,266,805号美国专利System and Methodfor Image Recovery中那样可以有四个量来量度红、绿、蓝、和红外光。输出值可以是计算机监视器的红、绿、和蓝色值，可以是可见彩色空间的XYZ座标、数字视频的YUV或YIQ量、或甚至是送往打印机的4个值：青色、品红色、黄色、和黑色。

有许多彩色空间转换的方法将输入量处理成为输出值。例如，可以使用传统的线性矩阵方程进行转换，正如在NTSC电视中那样。问题是在多数情况下线性只是一种近似。通过向各单个的彩色通道加上一维的非线性，像在作者均为Edgar的5,265,200号美国专利Systemand Method for Automatic Image Saturation,Gamma,and ExposureCorrection in a Digitizing Video Capture System(在数字化视频摄录系统中用于自动图像饱和、灰度系数和曝光校正的系统和方法)和5,469,275号美国专利Method and Apparatus for Grayscale Adjustment(灰度调节的方法和装置)中那样，有时这种近似可以改善。在一个预期能作彩色空间转换而制造的亮度优先胶片中没有要求不同的感光层有相同的反差或甚至相同的曲线形状或对曝光的相同的光谱灵敏度。放松对胶片作这样的要求会向转换算法提出另外的要求。在数字显影器的情况下，每个颜色有不同速度的不同分层的相互作用，非线性是很复杂的。

一种查询表能够以一种简单的算法处理很复杂的彩色空间转换。假定该算法接收早先提到的三个输入测量值。再假定这些测量值中的每一个是一个8位数值。在其最简单的形式中，查询算法将这三个8位的串连在一起而形成一个24位串。此24位串然后作为一个地址被用到查询表中。此表对应于此三个8位的输入测量值的每种可能的组合都有一个元素。该查询表的每一个元素包含有三个8位的为此种输入测量值的组合所希望的输出数值。一个元素一旦被寻址，该三个输出值便可以读出并拷贝到输出图像中。

这样的表将有12兆位长。这在现代的计算机中不是没有道理的。这种简单的算法便这样被当作为较好的实施例。有很多方法可以大大降低存储器在耗费处理时间上的要求。作为例子，为将查询表的大小减小到只有256千位，每个输入测量值只有6位的有效位可以用在连接中。被去掉的位可以用来内插在这个小多了的查询表的元素之间并恢复大部分的精度。

查询表中的数值必须预先产生。继续来看大查询表的较好的实施例，某些点的数值将由经验得到，其他的则通过内插这些由经验得到的点而找到。实施这种方法时要用测试设备测量大量的色彩，以对每种色彩求出在希望的输出色彩空间内的已知色彩的数值。每个这样的色彩然后对向一个亮度优先检测器。然后从该检测器读出这三个测量值。来自检测器的各测量值如上所述被用于访问查询表的一个元素，而对于此色彩的已知色彩数值被拷贝到此元素中。无论何时该检测器再正好产生那三个测量值，查询将检索出已知产生了那些测量值的色彩。在大量的实验色彩完工后，在大查询表的已知元素之间仍然会有一些空白元素。它们是通过在表中的紧密元素之间内插已知值而塞进去的。

图6表示一个使用查询表的色彩空间转换算法的较好的实施例。这样一种算法将驻留在图5的存储器模块536中的控制程序542中，并将指导处理单元532处理输入图像538以产生一个输出图像540。现在回到图6，从一个亮度优先检测器得到的输入图像602包含有三个彩色通道604、606、和608。它们可以是来自处理亮度优先胶片的数字显影器的前、后扫描和整体扫描。像素610为选自输入图像，而此像素的来自三个色彩通道中的每一个的相应测量值612、614、和616是从该图像读出的。这三个量被连接成一个地址618。此地址指向查询表622中的元素620。从此元素读出给出被转换色彩的三个值624、626、和628。这三个值可以是驱动计算机监视器的红、绿、蓝分量。这三个值被拷贝到被输出图像636包含在对应于输入像素610的输出像素638处的三个色彩通道630、632、和634中。以上过程对于输入图像602中的每个单独像素都进行重复以填满输出图像636中的每个像素。当完成时，输出图像636和图5的输出图像540相同，可以驱动计算机的有着美丽彩色图像的监视器520。

亮度优先检测器的发明不只限于卤化银胶片。亮度优先可以应用于非银胶片。另外，它不限于以化学为基础的摄影技术。一种特别有用的应用是在直接摄取电子图像方面。电子图像检测器包括过去年代的视像管、硫化镉半导体阵列和其他技术。今天唯一实用的电子图像检测器在CCD阵列中使用硅，因而不作为限制、而作为一个例子使用此种可用技术，将给出该较好的实施例。

图7表示一个传统的硅基电荷耦合器件或CCD的检测器的基本单元。在一个形成平面阵列706的二维行列(matrix)中，在基底702上的诸单个的PN二极管结704被加上反向偏压。通常在反向偏压的二极管中没有电流流过，但一个光子708可以从半导体的一个原子中打出一个电子710而在后面留下一个空穴712。此电子空穴对使得一定量的电流能在二极管结中流动，对电子的再分布进行检测。这个小的电荷量在电荷移位寄存器714中被收集。依靠来自控制逻辑电路716的命令，该移位寄存器串行地将电荷从每个二极管移动到另一个移位寄存器718，而移位寄存器718将这些电荷串行地移到放大器720，并沿722线离开检测器作进一步处理。这样的布局技术叫做“平面阵列”，并用于摄录图像。

另一方面，单个一列的二极管可以向单个的移位寄存器输出，或者相间的二极管可以向两边的相间的移位寄存器输出。这样一种布局叫“线性”或“行”阵列，并且和垂直于二极管行方向的机械扫描运动一起使用以摄录完全的二维图像。其他布局中包括有一些平行的像素行，它们相向移动有如图像移动一般，称为时间延迟集成阵列或TDI阵列。关于电子图像检测器的结构的更详细情形可以在一些参考资料如M.J.Howes,D.V.Morgan,Charge-Coupled Devices and Systems,John Wiley&Sons,NewYork,1980和Roger Melen,Dennis Buss,Charge-Coupled Devices:Technology and Applications,IEEE Press,1977中找到。

CCD摄像机以三种方式中的一种检测颜色。第一种方式是对一个图像作三个单独的单色扫描。这时改变光的颜色或改变成像透镜上的滤光片便可以使一个扫描看起来是红光、一个是绿光、而另一个是蓝光。这种方法被用于早期的彩色电视中，被用于在早期的空间飞行中获得彩色，并仍然被用于许多的胶片扫描仪中。由于这些色彩是在不同的时间进行检测，对于移动目标质量会严重下降。第二种方式是用分光棱镜将光分裂成三个色束，并且按每束一个放入三个平面检测器。因为光程长度不同，这些检测器被放在不同平面内，并且彼此横向偏离，然而透过分光棱镜看到的三个检测器的“虚像”在寄存器中彼此重叠。在每个像素上准确地对准红色和蓝色感光的检测器在技术上称之为“同地对准”，是一样普通技术。但是对准在和红、蓝检测器相同平面内的一个方向上偏离相邻检测单元之间距离的一半的一个寄存器中的绿色检测器的情况不同。这个的后果是红色和蓝色检测器看到的莫尔图形(moire)在绿色检测器中被重复，只是相位相差180度。因为亮度大约一半是由绿光组成，在亮度通道中莫尔效应趋于消除。这样的所谓的“三片”摄像机能产生出美观的图像，因而普遍使用于专业摄影房的工作中。它们很贵，由于棱镜也很笨重，并且需要专门而昂贵的透镜投射虚孔径通过棱镜光程的通道，而且实际上对于暗淡光线比所谓的“单片”摄像机灵敏度要差得多。

现在参照图8，这里描述了用CCD检测器检测彩色图像的最普通的办法。在此方法中在寄存器中在CCD检测器804上安放有一个如图7所示的色彩行列802，结果每个二极管806在其上放置有滤光片808可以滤过来到此单元的光束810。一般使用的滤光片有几种结构。图8所表示的Bayer阵列在摄录静止图像的摄像机中是常用的。在这种阵列中，半数的滤光片元件是绿色的，如图8中用白色表示的滤光元件808。四分之一的滤光片为蓝色，用黑色表示，如滤光元件812。还有四分之一为红色，用交叉阴影线表示，如滤光元件814。

从这种行列的使用立即出现一个问题。这好比通过一个彩色屏来观察景色。一个光点可以作为一个红色或蓝色亮点而随机地出现。远处建筑物窗户周围的细白线可以随机地映射到绿色和蓝色检测器，并呈现浅蓝色，或者映射到绿色和红色检测器并呈现橙色。这个共同的问题通过使图像变模糊而减轻，这样一个光点至少在4个检测器上被散射，使所有色彩全被覆盖。这种模糊法使像素的计数分辨率降低4倍，除非此模糊法可以有一些“sinc”功能的负的明亮度点，否则不会完全消除外部彩色。这些外部彩色叫做彩色莫尔图形，继法国绸之后成了对于使用单片摄像机的现有技术的电子成像检测的严重问题。

“两片”摄像机是“三片”摄像机的一种变体。在这种技术中，单独一只非彩色专用分束器将光的所有色彩分成两个非彩色的束，并放置两个平面检测器使每个变小了的光束各有一个检测器。由于光束分开来了，检测器可以不是一个在前、一个在后，或者更准确地说，检测器在和其中任意一个检测器的平面垂直的方向上可以不彼此作位移。其中一个检测器没有滤光行列并用于对电视图像的亮度成分感光。另一个检测器有色彩行列，并用于对电视图像的色彩分量进行检测。到达色彩检测器的光被非彩色专用分束器和色彩行列所衰减。为了保持合理的色彩信噪比，色彩检测器需要光优先，而亮度检测器因为光被分开而不能得到优先。结果，灵敏度比起“三片”摄像机是一样的不好，甚至更糟糕，而比之单片摄像机则要差得多。另外，彩色片上的色彩行列带来“单片”摄像机的色彩莫尔图形，而棱镜则加上了“三片”摄像机的笨重和昂贵。“两片”技术未得到推广，因为它兼有两种现有技术的缺点。

图9表示出有色彩启动Bayer行列的CCD阵列的量子探测灵敏度。和图2和图4一样，纵座标表示量子探测灵敏度相对波长的关系。曲线902代表一个没有滤光片的阵列的探测灵敏度。由于CCD对所有的吸收光子都以一样的电流作出响应，而且它在可见光波段以几乎一样高的百分比吸收光子，当以每单位功率的标准进行测量时由于蓝光光子有较高能量，CCD对蓝光的灵敏度会较低。由于人眼也是在蓝光方面有欠缺，则人眼和硅比和卤化银胶片有更好的色彩匹配。曲线904加有彩色成像所必需的红外和紫外滤光片。红外滤光片也去掉一些远端的红光而和人眼的特性匹配。

曲线906、908、和910表示带有色彩行列滤光片时的彩色探测灵敏度。绿色曲线908最好时被减低到曲线904高度的一半，这是因为只有一半的检测器接收到绿光。灵敏度再降低是因为没有一种绿色滤光片能通过100％的绿光。同样曲线906和910表示的红光和蓝光也一样，最好时也降低到不过904高度的四分之一，因为只有四分之一的检测器截获来自这些色彩中的每一种的光子而这些色彩的光子的四分之三都被滤色片挡住吸收了。特别蓝光被降低更多，因为现有的蓝色滤光片通过远低于100％的蓝光。这些由于检测器数目减少而引起的降低是很实际的，但通常由于只比较灵敏度而被忽略。这说明如果用较少的检测器接收特定色彩的光，在测定任意给定面积的色彩的精确亮度时的统计不确定噪声会上升。不确定度上升的大小会引起此种色彩的量子探测灵敏度的降低，即使此种色彩的单个的检测器的灵敏度仍然相同。

继续图9，曲线912描述该检测器的总的亮度探测灵敏度。此探测灵敏度，如以前所述，稍微低于复合色彩的探测灵敏度906、908、和910中的每一个。柯达制造的一种特别的摄像机有带有和不带色彩启动行列的。不带行列用于黑白色的摄像机比带有彩色行列的设计灵敏度要高4倍。标定色彩是ASA100，它对于大多数现有的轻易操作是不适当的。当前使用如在天文学和军事上使用的夜视光电倍增器的解决办法，对于扩展到彩色是很困难的和费用昂贵的，并限制了图像分辨率和其它方面的特性。这对于电子图像摄录是一个严重的和限制性的问题，并必须在电子摄像机能和胶片竞争得到广泛接受之前解决。

图10表示应用于彩色CCD检测器的本亮度优先发明的一个较好的实施例的结构。结构是从一个基底1002上的如图9描述的那种通常的CCD检测器阵列1004开始。此检测器的上方放有一个吸收红光透过绿光的滤光层1006。这也被称之为寄存器中的位移。此滤光层将在一个黄色滤光层下面，如果这个滤光层是绿色或青色，那是没有实际差别的。在此滤光层上方放有另一个CCD检测器阵列1008。此检测器必须制做成使像素部位的二极管不挡光。这在某些布局中可以通过使用一个透明电极作底侧，同时将结做得较薄使之完全不拦截光子而做到。在检测器1008上方放有一个透过黄光的滤光层1010。在此黄色滤光层上方放有一个类似于检测器阵列1008的顶部检测器阵列1012。

顶部和中间感光层1012和1008的厚度都选择得能吸收到达光子的大约一半并透过其余部分。底部感光层通常做得厚以利用所有的光子。结果约有一半的光子被顶层吸收，约一半的一半或说四分之一的被第二层吸收，而剩下的四分之一被底层吸收。

透黄光的滤光层1010可以只吸收蓝光。在该较好的实施例中黄色滤光层1010是一个反射蓝光的多层的分光滤光层。这样的滤光层可以按照制造分光干涉滤光层的技术已知的办法淀积折射率交替变化的材料的薄层而制造出来。和一般技术的不同在于其最顶上的层没有空气接触面，因而需要一个另外的层有同样程度的色彩鉴别力。关于这样一个滤光层的结构的描述可以在参考资料如Melles Griot,1770 Kettering Street,lrvine,California 92714出的Product Reference Guide(产品参考指南)中找到。

继续图10，可以看到一束红光1014穿过并激励阵列1012和1008，然后被青色滤光层1006吸收。可以看到一束绿光1016穿过和激励所有三个检测器1012、1008、和1004。这将使绿光有最高的量子探测灵敏度。最后可以看到蓝光束1018只激励顶部检测器1012。另外从分光黄色滤光层1010反射的蓝光使顶部检测器第二次受到激励。这样，虽然蓝光只激励一个检测器阵列，实际上，它有着有如激励了两个检测器阵列的同样的探测灵敏度，因为蓝光两次激励顶层阵列。由于CCD本来就对红光比对蓝光更灵敏，对红光感光的两个阵列的总和和对蓝光感光两次的一个阵列相对于人眼处于平衡。同样，从红外或紫外滤色层无衰减地对绿光感光的三个阵列的总和也使绿光灵敏度和其他色彩相对于人眼灵敏度处于平衡。

因为图像中的每一个点对三个色彩平面中的每一个有着同样的到达机会。一个亮点或者一根细小的白线会作为同样的、与其以行列进行对准无关的色彩被检测。这样所有莫尔图形都会因本发明而被消除。

图11表示出一个亮度优先CCD检测器中的这三层的的量子探测灵敏度。曲线1102是图9曲线904的复制曲线，用于和一个除红外和紫外之外不带其他滤光片的单色阵列的探测灵敏度进行比较。

曲线1104表示顶部亮度层的探测灵敏度。蓝光的自然下降被检测器下面从分光滤光层的反射所抵消。亮度层的总的探测灵敏度低于一个粗糙的CCD成像器的曲线1102，因为顶层为使光能穿透到较下面的各层而被做得较薄，这样它拦截的光子较少且探测灵敏度也降低。曲线1106表示中间层的探测灵敏度，而曲线1108是底层的探测灵敏度。所有的曲线都假定顶层和中间层都是吸收一半光、透射一半光，底层吸收所有剩下的光，而透过黄光的滤光层反射蓝光。

曲线1110表示总的亮度探测灵敏度。注意在光谱的临界绿光部分由于所有三层都能完全感光，因而所有光子都得到利用，该多层亮度优先CCD检测器1110的量子探测灵敏度和没有滤光片的单色检测器1102的探测灵敏度接近相同。和亮度校正的单色摄像机相比，在亮度通道中理论上不会有由于过渡到全彩色引起的探测灵敏度的损失。这是对图9的曲线912所表示的现有技术的惊人的改进，并使得已经显露出一个正在出现的全电子数字摄影的巨大市场的新世界即将实现。

在摆脱彩色图形和图像明晰度方面，本发明的亮度优先检测器等于现有技术的“三片”技术。在尺寸和最后价格方面，亮度优先等于现有技术的“单片”技术。而在量子探测灵敏度方面，亮度优先彩色检测器等于现有技术的单色技术，并因此而超过所有现有技术的彩色技术。

本发明的精神主旨是使在一个电子检测器中包含有基本上和一般地和人眼的亮度响应相匹配的一层。这种匹配不需要很精确。事实上在较好的实施例中该亮度层的红光和蓝光过于丰富。因此“基本”一词的意思不应被理解为匹配必须是精确的。通过使对所有色彩都有灵敏度而提供对亮度的匹配的意图和目的明显和现有技术不同。现有技术的意图和目的是由每层直接代表特定色彩轴中的一根。在黑白胶片那里可以找到一个有趣的类比，这里全色胶片对所有色彩都有灵敏度，如同通常所说“恰似人眼一般”。尽管全彩色胶片和人眼亮度的匹配非常接近，还是不难通过绿色或红色滤光片将它和“彩色”重现区分开来。在本发明中，“和亮度基本匹配”的说法是用于标榜对现有技术的“彩色”通道的不同的。

和该较好的实施例不同的其他各种亮度优先布局技术将给出本发明的主要优点，尽管它们可能稍有不如该较好的实施例优秀之处。现在就给出一些这样的可供选择的方案。这一清单不应被认为是完全包括的或作出限制的。

顶部的黄色滤光层和底部的青色滤光层可以交换，其结果是总的说质量接近相同。在这个补充的实施例中对蓝光比对红光稍有偏重。也可以使顶部滤光层为品红色、底部滤光层或为蓝、或为红，但这会降低临界绿光的重要性。在所有情况下顶部滤光层可以是分光的以突出被反射的色彩。较下面的滤光层也可以做成分光的。一种特别有趣的组合是使顶部滤光层为黄光分光的，而较低的滤光层为品红色分光的，这样绿光有第二次机会被反射回到顶部的两个感光层。

虽然本发明着重对某些较好的实施例进行了描述，但在较好的结构和方法方面的变动是可以使用的，并且这些实施例可以按照和这里明确规定的方式不同地实现。相应地，由以下的权利要求所规范的本发明可以包括包含于其精神主旨和范围内的所有改动。

Claims (28)

1．一种对来自一个曝光光源的光作出响应的彩色图像检测器，包含有一个具有第一光谱灵敏度的第一感光层和至少一个具有不同于第一光谱灵敏度的第二光谱灵敏度的并在垂直于第一感光层的平面的方向上对所述的第一感光层作位移的第二感光层，其中在第一感光层中所述的第一光谱灵敏度和人眼的光谱灵敏度基本上匹配。

2．如权利要求1中所述的一种检测器，其中所述的第一感光层位于第二感光层的上方，在朝向曝光光源的方向上作位移。

3．如权利要求2中所述的一种检测器，其中的第一感光层包含有许多固态感光单元。

4．如权利要求3中所述的一种检测器，其中固态感光单元的全彩色光谱响应是和人眼的光谱响应基本匹配的。

5．如权利要求3中所述的一种检测器，其中的检测单元被排列成直线式样。

6．如权利要求5中所述的一种检测器，其中的检测单元被排列成许多平行直线的式样。

7．如权利要求3中所述的一种检测器，其中的检测单元被排列成一个二维平面的式样。

8．如权利要求7中所述的一种检测器，其中的第二感光层包含有许多排列成两维的平面式样、并在寄存器中映射成第一种感光阵列的检测单元的两维平面式样的固态检测单元。

9．如权利要求7中所述的一种检测器，其中的第二感光层包含有许多排列成两维的平面式样并在寄存器中映射的固态检测单元，在和第一感光层的平面共面的某个方向上位移距离为相邻检测单元之间距离的一半。

10．如权利要求7中所述的一种检测器，其中作用为使第一种色彩的光通过的第一滤光层被插入在第一和第二感光层之间。

11．如权利要求10中所述的一种检测器，其中的第一滤光层吸收从该第一滤光层处通过的第一种色彩的补色的光。

12．如权利要求10中所述的一种检测器，其中的第一滤光层反射从该第一滤光层处通过的第一种色彩的补色的光。

13．如权利要求10中所述的一种检测器，包含有一个第三感光层，其位置在第二感光层下面在离开曝光光源的一个方向上作位移，还包含有一个用于使第二种色彩的光通过并被插入在第二和第三感光层之间的第二滤光层。

14．如权利要求13中所述的一种检测器，其中第一种色彩包括红色和绿色而不包括蓝色。

15．如权利要求14中所述的一种检测器，其中第二种色彩包括绿色而不包括红色。

16．如权利要求13中所述的一种检测器，其中第一种色彩包括蓝色和绿色而不包括红色。

17．如权利要求16中所述的一种检测器，其中第二种色彩包括绿色而不包括蓝色。

18．如权利要求2中所述的一种检测器，其中该第一感光层包含有一种光电敏感的化学物质。

19．如权利要求18中所述的一种检测器，其中该光电敏感的化学物质为卤化银。

20．如权利要求18中所述的一种检测器，其中第一感光层对人眼的光谱灵敏度的基本匹配是经增感而包括有绿色和至少一种另外的色彩的光电敏感材料的光谱灵敏度。

21．如权利要求20中所述的一种检测器，其中的光电敏感材料的光谱响应是正色的。

22．如权利要求20中所述的一种检测器，其中的光电敏感材料的光谱响应是全彩色的。

23．如权利要求20中所述的一种检测器，其中第二感光层的光谱灵敏度不包括第一感光层的光谱灵敏度超出人眼的确切光谱灵敏度最多的色彩。

24．如权利要求20中所述的一种检测器，其中作用为使第一种色彩的光通过的第一滤光层被插入在第一和第二感光层之间。

25．如权利要求24中所述的一种检测器，其中第一种色彩包括红色和绿色而不包括蓝色。

26．如权利要求25中所述的一种检测器，包含有一个第三感光层，其位置在第二感光层下面在离开曝光光源的一个方向上作位移，而且其中第二和第三感光层中的一个还包含有对红光的灵敏度，而第二和第三感光层之中的另一个则包含有对绿光的灵敏度。

27．对一个彩色图像进行检测的一种方法，包括有用多个具有不同光谱灵敏度、而其中至少一种和人眼的光谱灵敏度基本匹配的单色检测器进行检测以获得多个测量值，以及对这些测量值使用彩色空间转换进行操作的各步骤。

28．如权利要求27中的对一个彩色图像进行检测的一种方法，其中的彩色空间转换包括安装多个测量值进入一个地址，并使用该地址在一个查询表中为一个元素寻址的步骤。

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