JP2000050294A - 輝度及びクロミナンス値を得るために用いられる画素のパタ―ンを有するカラ―フィルタ配列 - Google Patents
輝度及びクロミナンス値を得るために用いられる画素のパタ―ンを有するカラ―フィルタ配列Info
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
- H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
- H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
- H04N25/135—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements
- H04N25/136—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements using complementary colours
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- H04N2209/00—Details of colour television systems
- H04N2209/04—Picture signal generators
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 カラーフィルタ配列が2x2の繰り返しパタ
ーンを用いる場合に効果的に処理される信号を提供し、
クロミナンス値のそれぞれに対して2つの方法を有し、
同様に輝度補間に対する少なくとも2つの方法を有する
CFAパターンを有し、輝度及びクロミナンスの両方に
対して改善された補間を提供する。 【解決手段】 それは、以下のパターンで配列された複
数の画素をそれぞれ有する複数のカラー画素カーネル 【表1】 (ここでA,Bはコンパニオンカラーであり、C,Dは
コンパニオンカラーである)からなる複数の画素を有す
る画像センサ用のカラーフィルタ配列。
ーンを用いる場合に効果的に処理される信号を提供し、
クロミナンス値のそれぞれに対して2つの方法を有し、
同様に輝度補間に対する少なくとも2つの方法を有する
CFAパターンを有し、輝度及びクロミナンスの両方に
対して改善された補間を提供する。 【解決手段】 それは、以下のパターンで配列された複
数の画素をそれぞれ有する複数のカラー画素カーネル 【表1】 (ここでA,Bはコンパニオンカラーであり、C,Dは
コンパニオンカラーである)からなる複数の画素を有す
る画像センサ用のカラーフィルタ配列。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は画像センサ用のカラ
ーフィルタ配列に関する。
ーフィルタ配列に関する。
【0002】
【従来の技術】電子カラー画像化に於いて、通常赤、
緑、青色である3つのカラー面で画像データを同時に捕
捉することが必要とされる。3つのカラー面が結合され
ているときには高品質のカラー画像を形成することが可
能である。これらの画像データの3つの組を捕捉するこ
とは多くの方法でなされうる。電子写真ではこれはある
場合には赤、緑、青色フィルタのパターンにより覆われ
たセンサの一の二次元配列を用いることにより達成され
る。センサのこの型はカラーフィルタ配列又はCFAと
して知られている。以下にCFAセンサ上に通常配列さ
れる赤(R)、緑(G)、青(B)色画素が示される。
緑、青色である3つのカラー面で画像データを同時に捕
捉することが必要とされる。3つのカラー面が結合され
ているときには高品質のカラー画像を形成することが可
能である。これらの画像データの3つの組を捕捉するこ
とは多くの方法でなされうる。電子写真ではこれはある
場合には赤、緑、青色フィルタのパターンにより覆われ
たセンサの一の二次元配列を用いることにより達成され
る。センサのこの型はカラーフィルタ配列又はCFAと
して知られている。以下にCFAセンサ上に通常配列さ
れる赤(R)、緑(G)、青(B)色画素が示される。
【0003】カラー画像がCFAを用いて得られたとき
に各センサ位置に対する3つのカラー値の全ての推定が
存在するように赤、緑、青色の値を補間することが必要
である。一旦補間がなされると各画像要素又は画素は3
つのカラー値を有し、システムのニーズに依存して種々
の知られた画像処理技術により処理されうる。処理に対
する理由の幾つかの例は画像鮮明化、カラー補正、又は
ハーフトーン化をなすためである。
に各センサ位置に対する3つのカラー値の全ての推定が
存在するように赤、緑、青色の値を補間することが必要
である。一旦補間がなされると各画像要素又は画素は3
つのカラー値を有し、システムのニーズに依存して種々
の知られた画像処理技術により処理されうる。処理に対
する理由の幾つかの例は画像鮮明化、カラー補正、又は
ハーフトーン化をなすためである。
【0004】以下のダイアグラムは赤、緑、青色画素が
ここではBayerカラーフィルタ配列と称される特定
のカラーフィルタパターンで配列される。より詳細な説
明は1976年7月20日に発行されたBayerの米
国特許第3971065号に開示されている。
ここではBayerカラーフィルタ配列と称される特定
のカラーフィルタパターンで配列される。より詳細な説
明は1976年7月20日に発行されたBayerの米
国特許第3971065号に開示されている。
【0005】
【表4】
【0006】ここに参考として引用する1997年1月
21日に発行された米国特許第5596367号には緑
が直接測定されない画素で緑の画素値を計算する適応方
法が記載される。これらの方法は失われた緑の値を計算
するために一又は二の方法をアルゴリズム的に選択する
ことによる。失われた緑の値を決定した後に、赤引く緑
のカラーの差の値が赤の画素サイトで計算され、青引く
緑のカラーの差の値が青の画素サイトで計算される。各
カラーの差に対する失われた値は単純な線形補間により
計算される。赤、緑、青色CFAフィルタは入射光の三
分の二を吸収する故にそのようなCFAセンサは測光的
に遅くなる傾向にある。特に低照度状況ではシアン、マ
ゼンタ、黄色、緑色のような差分的CFAフィルタを用
いることがよりよい。輝度値の適応的な補間をし(緑色
と類似の)、両方のカラーの差の値の適応的な補間を許
容するCFAパターンを有することが望ましい。
21日に発行された米国特許第5596367号には緑
が直接測定されない画素で緑の画素値を計算する適応方
法が記載される。これらの方法は失われた緑の値を計算
するために一又は二の方法をアルゴリズム的に選択する
ことによる。失われた緑の値を決定した後に、赤引く緑
のカラーの差の値が赤の画素サイトで計算され、青引く
緑のカラーの差の値が青の画素サイトで計算される。各
カラーの差に対する失われた値は単純な線形補間により
計算される。赤、緑、青色CFAフィルタは入射光の三
分の二を吸収する故にそのようなCFAセンサは測光的
に遅くなる傾向にある。特に低照度状況ではシアン、マ
ゼンタ、黄色、緑色のような差分的CFAフィルタを用
いることがよりよい。輝度値の適応的な補間をし(緑色
と類似の)、両方のカラーの差の値の適応的な補間を許
容するCFAパターンを有することが望ましい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はカラー
フィルタ配列が2x2の繰り返しパターンを用いる場合
に効果的に処理される信号を提供するカラーフィルタ配
列パターンを提供することにある。本発明の更なる目的
はクロミナンス値のそれぞれに対して2つの方法を有
し、同様に輝度補間に対する少なくとも2つの方法を有
するCFAパターンを有し、それにより輝度及びクロミ
ナンスの両方に対して改善された補間を提供することに
ある。
フィルタ配列が2x2の繰り返しパターンを用いる場合
に効果的に処理される信号を提供するカラーフィルタ配
列パターンを提供することにある。本発明の更なる目的
はクロミナンス値のそれぞれに対して2つの方法を有
し、同様に輝度補間に対する少なくとも2つの方法を有
するCFAパターンを有し、それにより輝度及びクロミ
ナンスの両方に対して改善された補間を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は(a) 以下
のパターンで配列された複数の画素をそれぞれ有する複
数のカラー画素カーネル
のパターンで配列された複数の画素をそれぞれ有する複
数のカラー画素カーネル
【0009】
【表5】
【0010】(ここでA,Bはコンパニオンカラー(c
ompanion color)であり、C,Dはコン
パニオンカラーである)からなる複数の画素を有する画
像センサ用のカラーフィルタ配列により達成される。
ompanion color)であり、C,Dはコン
パニオンカラーである)からなる複数の画素を有する画
像センサ用のカラーフィルタ配列により達成される。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は新たな4色CFAカーネル
の平面図である。色はV=(A+B)/2=(C+D)
/2になるように選択され、ここでVは輝度である。上
記の式を満たす各カーネルのカラー画素は以下に説明す
るようにA及びBはコンパニオンカラーであり、C及び
Dはコンパニオンカラーであるように配置される。「カ
ーネル」という用語の使用はカラーフィルタ配列の全体
にわたり二次元的に複製されたCFAフィルタのカラー
画素又は要素の最小繰り返しパターンを意味する。好ま
しい実施例では色の組はA=マゼンタ(M)、B=緑色
(G)、C=シアン(C),D=黄色(Y)である。こ
の色の組を赤(R)、緑(G)、青色(B)で表すと、
以下の式で決定される。 V=(R+2G+B)/4 この好ましい実施例は図2に示され、ここでパターンは
緑、マゼンタ、シアン、黄色の画素を有する。
の平面図である。色はV=(A+B)/2=(C+D)
/2になるように選択され、ここでVは輝度である。上
記の式を満たす各カーネルのカラー画素は以下に説明す
るようにA及びBはコンパニオンカラーであり、C及び
Dはコンパニオンカラーであるように配置される。「カ
ーネル」という用語の使用はカラーフィルタ配列の全体
にわたり二次元的に複製されたCFAフィルタのカラー
画素又は要素の最小繰り返しパターンを意味する。好ま
しい実施例では色の組はA=マゼンタ(M)、B=緑色
(G)、C=シアン(C),D=黄色(Y)である。こ
の色の組を赤(R)、緑(G)、青色(B)で表すと、
以下の式で決定される。 V=(R+2G+B)/4 この好ましい実施例は図2に示され、ここでパターンは
緑、マゼンタ、シアン、黄色の画素を有する。
【0012】M=(R+B)/2 G=G C=(G+B)/2 Y=(R+G)/2 図3の(A)は図2のライン3A−3Aに沿ったエリア
画像センサ10の断面である。示されるように、画像セ
ンサ10はシリコン基板12を含み、その中にドープさ
れた画素領域14が存在する。この特定の実施例ではシ
リコン基板12上にそれぞれ形成された2つの染料受容
層16、18が存在する。この配置で、図2に示された
染料パターンは例示された。
画像センサ10の断面である。示されるように、画像セ
ンサ10はシリコン基板12を含み、その中にドープさ
れた画素領域14が存在する。この特定の実施例ではシ
リコン基板12上にそれぞれ形成された2つの染料受容
層16、18が存在する。この配置で、図2に示された
染料パターンは例示された。
【0013】図3の(B)は(A)と類似であり黄色の
部分がシアン染料部分にわたり直接配置されることを除
いて同一の要素を含む。これらの部分は特定の画像セン
サ画素と整列される。黄色とシアンの結合は図2に示さ
れる緑色の画素を形成する。重畳されたシアンと黄色に
着色された部分は好ましくは染料受容層16に示された
同じシアンと黄色の染料であるが異なるシアンと黄色の
色素が緑色画素を形成するために用いられ得ることは当
業者には明らかである。異なる色の染料を用いたカラー
フィルタ配列の一例はWake等による1995年4月
30日発行の米国特許第5419990号に記載され、
ここにその開示を参考として引用する。
部分がシアン染料部分にわたり直接配置されることを除
いて同一の要素を含む。これらの部分は特定の画像セン
サ画素と整列される。黄色とシアンの結合は図2に示さ
れる緑色の画素を形成する。重畳されたシアンと黄色に
着色された部分は好ましくは染料受容層16に示された
同じシアンと黄色の染料であるが異なるシアンと黄色の
色素が緑色画素を形成するために用いられ得ることは当
業者には明らかである。異なる色の染料を用いたカラー
フィルタ配列の一例はWake等による1995年4月
30日発行の米国特許第5419990号に記載され、
ここにその開示を参考として引用する。
【0014】図2に示されるカラーフィルタ配列の配置
により、VはCFAの各配置で2つの対角方向のそれぞ
れで補間され、これは輝度値の付加的なACFA補間を
許容する。図4で図2に示されるのと同じカラー画素カ
ーネルが示されるが、図4では各画素が添字を付加され
ている。添字の第一の数字は行に対応し、第二の数字は
列に対応する。図をわかりやすくするために、図4は5
x5のみ示されるが、カーネルはなお2x2であること
は無論である。最も重要なことはパターン内の各位置で
Vは正の勾配及び負の勾配の対角線方向で推定されうる
ことである。値V33は以下のように計算される: V33=(M15+3G24+8M33+3G42−M51)/2 V33=(M11+3G22+8M33+3G44−M55)/2 2つのクロミナンスチャンネルはまたこのパターンに対
して決定される:C1=K1(D−C)及びC2=K2
(A−B)。値K1,K2はスケール定数である。図2
の好ましい実施例ではK1=1/2,K2=1/2であ
り、前と同様にA=M,B=G,C=C,D=Yとな
る。結果として、一旦輝度値が各画素位置に対して計算
されるとC1又はC2は直接計算されうる。C1,C2
の失われた値はC1又はC2の失われた各位置が決定さ
れた値を有する4つの配置により囲まれる故に適応的に
補間される。
により、VはCFAの各配置で2つの対角方向のそれぞ
れで補間され、これは輝度値の付加的なACFA補間を
許容する。図4で図2に示されるのと同じカラー画素カ
ーネルが示されるが、図4では各画素が添字を付加され
ている。添字の第一の数字は行に対応し、第二の数字は
列に対応する。図をわかりやすくするために、図4は5
x5のみ示されるが、カーネルはなお2x2であること
は無論である。最も重要なことはパターン内の各位置で
Vは正の勾配及び負の勾配の対角線方向で推定されうる
ことである。値V33は以下のように計算される: V33=(M15+3G24+8M33+3G42−M51)/2 V33=(M11+3G22+8M33+3G44−M55)/2 2つのクロミナンスチャンネルはまたこのパターンに対
して決定される:C1=K1(D−C)及びC2=K2
(A−B)。値K1,K2はスケール定数である。図2
の好ましい実施例ではK1=1/2,K2=1/2であ
り、前と同様にA=M,B=G,C=C,D=Yとな
る。結果として、一旦輝度値が各画素位置に対して計算
されるとC1又はC2は直接計算されうる。C1,C2
の失われた値はC1又はC2の失われた各位置が決定さ
れた値を有する4つの配置により囲まれる故に適応的に
補間される。
【0015】例えば図4で、一旦V33が計算されると、
(C2)33が次に(M33−V33)として計算される。M
33の画素で、シアンと黄色から得られた(C1)33の値
のみが失われる。しかしながら4つの隣接する画素で、
値(C1)23,(C1)32,(C1)34,(C1)43が
知られている。故に値(C1)33は以下の式の一つを用
いて適応的に計算されうる: (C1)33=((C1)23+(C1)43)/2 (C1)33=((C1)32+(C1)34)/2 一旦各画素位置でV,C1,C2の値が存在すると、
R,G,Bの対応する値が簡単な線形変換により得られ
る。
(C2)33が次に(M33−V33)として計算される。M
33の画素で、シアンと黄色から得られた(C1)33の値
のみが失われる。しかしながら4つの隣接する画素で、
値(C1)23,(C1)32,(C1)34,(C1)43が
知られている。故に値(C1)33は以下の式の一つを用
いて適応的に計算されうる: (C1)33=((C1)23+(C1)43)/2 (C1)33=((C1)32+(C1)34)/2 一旦各画素位置でV,C1,C2の値が存在すると、
R,G,Bの対応する値が簡単な線形変換により得られ
る。
【0016】上記により、A,Bは色の和が輝度に比例
し、色の差がクロミナンスに比例するコンパニオンカラ
ー(companion color)として決定され
る。同様にしてC,Dもまたコンパニオンカラーであ
る。図5は本発明の代替的な実施例である。図5のカー
ネルパターンはシアン画素が黄色画素により置き換えら
れ黄色画素がシアン画素により置き換えられていること
を除き、図2に示されるものと同一である。これらの色
が式1を用いて同様にして取り扱えることは明らかであ
る。
し、色の差がクロミナンスに比例するコンパニオンカラ
ー(companion color)として決定され
る。同様にしてC,Dもまたコンパニオンカラーであ
る。図5は本発明の代替的な実施例である。図5のカー
ネルパターンはシアン画素が黄色画素により置き換えら
れ黄色画素がシアン画素により置き換えられていること
を除き、図2に示されるものと同一である。これらの色
が式1を用いて同様にして取り扱えることは明らかであ
る。
【0017】本発明は好ましい実施例を特に参照して詳
細に記載されてきたが、変更及び改良は本発明の精神及
び範囲内でなされうる。
細に記載されてきたが、変更及び改良は本発明の精神及
び範囲内でなされうる。
【0018】
【発明の効果】本発明の利点はカラーフィルタ配列パタ
ーンは4つの画素のみのカーネルを用い、これは計算及
び補間を容易にする。本発明の特徴はCFAパターン内
の位置を無視してクロミナンス値と輝度値の両方の非線
形補間を許容することにある。
ーンは4つの画素のみのカーネルを用い、これは計算及
び補間を容易にする。本発明の特徴はCFAパターン内
の位置を無視してクロミナンス値と輝度値の両方の非線
形補間を許容することにある。
【0019】本発明の他の利点は同じ処理がCFA内の
画素の位置に関係なく使用されうることである。本発明
の他の利点は高品質な輝度推定を提供するために使用さ
れうるCFA画素の最小のカーネルの使用を容易にする
ことである。
画素の位置に関係なく使用されうることである。本発明
の他の利点は高品質な輝度推定を提供するために使用さ
れうるCFA画素の最小のカーネルの使用を容易にする
ことである。
【図1】本発明によるカラーフィルタ配列の一般化され
たカーネルの平面図である。
たカーネルの平面図である。
【図2】本発明によるカラーフィルタ配列のカーネルの
特定の実施例の平面図である。
特定の実施例の平面図である。
【図3】(A),(B)はそれぞれ図2のエリア画像セ
ンサの3A−3A及び3B−3Bに沿った断面図であ
る。
ンサの3A−3A及び3B−3Bに沿った断面図であ
る。
【図4】行及び列を示すために付加された添字を有する
図2に示された実施例の平面図である。
図2に示された実施例の平面図である。
【図5】本発明によるカラーフィルタ配列のカーネルの
他の実施例の平面図である。
他の実施例の平面図である。
10 画像センサ 12 シリコン基板 14 画素領域 16、18 染料受容層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ イー アダムズ アメリカ合衆国,ニューヨーク 14624, ロチェスター,ウエスト・フォレスト・ド ライヴ 16 (72)発明者 デイヴィッド エム オーリッキィ アメリカ合衆国,ニューヨーク 14616, ロチェスター,ピクチャレスク・ドライヴ 5
Claims (3)
- 【請求項1】(a) 以下のパターンで配列された複数
の画素をそれぞれ有する複数のカラー画素カーネル 【表1】 (ここでA,Bはコンパニオンカラーであり、C,Dは
コンパニオンカラーである)からなる複数の画素を有す
る画像センサ用のカラーフィルタ配列。 - 【請求項2】(a) 以下のパターンで配列された複数
の画素をそれぞれ有する複数のカラー画素カーネル 【表2】 (ここでMはマゼンタ、Gは緑色、Cはシアン、Yは黄
色である)からなる複数の画素を有する画像センサ用の
カラーフィルタ配列。 - 【請求項3】(a) 以下のパターンで配列された複数
の画素をそれぞれ有する複数のカラー画素カーネル 【表3】 (ここでMはマゼンタ、Gは緑色、Cはシアン、Yは黄
色である)からなる複数の画素を有する画像センサ用の
カラーフィルタ配列。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/042,814 US6330029B1 (en) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | Particular pattern of pixels for a color filter array which is used to derive luminance and chrominance values |
US042814 | 1998-03-17 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000050294A true JP2000050294A (ja) | 2000-02-18 |
Family
ID=21923888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11070776A Pending JP2000050294A (ja) | 1998-03-17 | 1999-03-16 | 輝度及びクロミナンス値を得るために用いられる画素のパタ―ンを有するカラ―フィルタ配列 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6330029B1 (ja) |
EP (1) | EP0944267B1 (ja) |
JP (1) | JP2000050294A (ja) |
DE (1) | DE69939609D1 (ja) |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4006075B2 (ja) * | 1998-01-30 | 2007-11-14 | キヤノン株式会社 | Cmosセンサ及び撮像システム |
US6466618B1 (en) * | 1999-11-19 | 2002-10-15 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Resolution improvement for multiple images |
US6970608B1 (en) * | 2001-12-30 | 2005-11-29 | Cognex Technology And Investment Corporation | Method for obtaining high-resolution performance from a single-chip color image sensor |
US7057654B2 (en) * | 2002-02-26 | 2006-06-06 | Eastman Kodak Company | Four color image sensing apparatus |
EP1522046B1 (en) * | 2002-07-04 | 2009-03-25 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and apparatus for signal processing, computer program product, computing system and camera |
US7477781B1 (en) | 2002-10-10 | 2009-01-13 | Dalsa Corporation | Method and apparatus for adaptive pixel correction of multi-color matrix |
US7639889B2 (en) | 2004-11-10 | 2009-12-29 | Fotonation Ireland Ltd. | Method of notifying users regarding motion artifacts based on image analysis |
US9160897B2 (en) | 2007-06-14 | 2015-10-13 | Fotonation Limited | Fast motion estimation method |
US8417055B2 (en) | 2007-03-05 | 2013-04-09 | DigitalOptics Corporation Europe Limited | Image processing method and apparatus |
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