TW200822763A - Method and apparatus for producing bayer color mosaic interpolation for imagers - Google Patents
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Description
200822763 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於固態影像感_器之純濾光器 【先前技術】 影像感測器（亦稱為成像器）係在1960年代晚期及197〇年 代早期開發的’主要用於電視影像獲取、發送及顯示… 成像吸& if寺疋波長之入射輻射(例如光子、X射線或類
似等），然後產生對應於該吸收輻射之一電氣信號。存在 許多不同類型的以半導體為主的成像器，包括電荷轉合器 件（CCD)、光二極體陣列、電荷注入器件（CID)、混合焦平 面陣列及CMOS成像器。 該些成像器-般由包含光感測器之_像素單元陣列所組 成，其中各像素產生-信號，在將一影像聚焦在該陣列上 日守，该信號對應於人射在該元件上之光的強度。然後儲存 該些信號，（例如）用於在—監視器上顯示—對應影像或另 外用於提供關於光學影像之資訊。該等光感測器一般係光 電晶體、光導體或光二極體。因Λ，各像素所產生之信號 之大小係與入射在光感測器上之光量成比例。 為了使該等光感測器捕捉到—彩色影像，該等光感測哭 必須能夠分離地❹j(例如當使用—貝爾圖案時）紅色（戦 子、綠色（G)光子及藍务『只、 ^ 色（）先子。因此，各像素必須僅對
一彩色或光譜帶敏感。為此，〜A ★ I 馬此，一衫色濾光器陣列（CFA)一 般係放置於該等像素前面，彳 乂便各像素測置其相關聯減 器之彩色之光。因而，_私g βt。 夂九 々色衫像感測器之各像素係依據 117771.doc 200822763 -特定圖案而覆蓋一紅色、綠色或藍色濾光器。 對於大多數低成本CMOS或CDD影像感測器而言’該等 :色濾光器係與該等感測器單元整合在一起。一彩色濾光 D。圖木之一常見乾例係美國專利案第WO。號(其揭示 内容以引用方式併入本文)所述之平鋪式彩色淚光器：二 般稱之為「貝爾圖案」彩色濾光器。
+如圖1所示，貝爾圖案1〇〇係一重複紅色（R)、綠色（G)及 藍色（B)濾光器之陣列。在貝爾圖案100中，紅色、綠色及 藍色像素係配置成使得交替的紅色及綠色係在—陣列之一 第一列105上，而交替的藍色及綠色像素係在下一列 上。該些交替列係遍及整個像素重複。因而，當逐行讀取 該影像感測器時，針對第一行之像素序列讀出grgrgr 等’然後該交替行序列讀出BGBGBG等。此輸出係稱為連 續 RGB或 sRGB。 在貝爾圖案100中，用於所有三原色之取樣速率係依據 _ 人類視覺系統之敏銳度來調整。即，人眼對最敏减並最具 反應性之綠色係使用一更大數目的感測器來感測，而人眼 對具有較低解析度之藍色及紅色係使用一更少數目的感測 器來感測。此點即是在貝爾圖案中感綠元件每隔一陣列位 置出現，而感紅元件及感藍元件每隔四個陣列位置出現之 原因。 如圖2所示，在一固態影像感測器中，貝爾圖案化濾光 器可形成於像素感測器單元205之一陣列2〇〇上。明確而 吕’像素感測器單元2 0 5之一陣列2 0 0係形成於一半導體美 1】777】.doc 200822763 板210上各像素感測器單元205具有一感光元件215，其 可以係任何光子至電荷轉換器件，例如一光閘極、光導體 或光一極體。彩色濾光益陣列22〇 一般係形成於在陣列2⑽ 内的一金屬層2Z5上面，藉由各種金屬化層及絕緣層（例如 含絕緣體金屬化圖案之一層間介電層（ILD)235與一鈍化層 230)與光感測器215隔開。金屬層225可以不透明並用於遮 蔽不感光之像素區域。凸透鏡24〇係形成於彩色濾光器22〇 上面。操作時，入射光係藉由透鏡24〇透過濾光器22〇聚焦 至感光元件2 1 5。 對於一貝爾圖案攄光器，各像素均需要用於紅色、綠色 及藍色之值。由於各像素感測器單元僅感測一彩色，因此 用於剩餘二彩色之值係藉由内插從感測該等遺漏彩色之相 鄰像素單元來計算。此彩色平面内插係稱為去馬賽克。例 如，參考圖1，像素感測器單元⑴與-綠色遽光器相關 聯，從而引起像素感測器單& 115感測綠光並產生僅代表 ，光之一信號。為了獲得用於像素感測器單元115之紅光 里孤光里之近似值，可分別從相鄰紅色像素感測器單 兀120及125與相鄰藍色像素感測器單元13〇及插入一 值。若未正確地執行去馬赛克’則所產生影像可能受到高 度可見彩色假影内含物之影響。 在 Bahadir K. Gunturk、Yucel Altunbasai^Russeii μ
Mersereau所著並在江邱影像處理學報（第叫，第9號， 漏年9月）發佈的標題為「使用交替投影之彩色平面内 插」之論文(其揭示内容以引用形式併入本文)中比較數種 I17771.doc 200822763 去馬赛克技術。如所述，該些去馬赛克技術之各去 技術具有其個別優點與缺點。 兄 /如所述’對於各像素感測器單元，用於—第—彩色之值 係基於-感測彩色而用於剩餘兩個彩色之值係基於 目鄰像素之感測值的—内插值。該等感測值之各感職 4 、在像素中心之彩色值。該等内插彩色值之各内插彩色 2也代表在像素中心之值。内插信號比原始感測信號在品 質上固有地更低。例如，在一像素中心處一内插紅色彩^ =不同^於相同像素中心的—感測紅色彩色。該些品 貝、/、可月b由於一般併入婁文位相機系、统内的銳化級或其他 後捕捉影像調整程式而放大。因此，感測彩色值與内插彩 色值之混合引起橫跨圖像的不一致品質。在下列段落中說 明該等假影之若干特定範例。 僅重建遺漏彩色成分之去馬賽克方法可能會導致假影， 例如所謂的拉鏈效應及隨機色點。拉鏈效應可能由於内插 變更所引起並可能以規則間隔沿水平或垂直線產生—行 點例如每兩個像素一點。此點可能由於該等紅色及藍色 值之分離^插變更所導致，#而在最終影像中引起拉鏈效 ·' 儿區域得到凴點而更暗區域得到暗點時，隨機色 點大多數沿影像内的邊緣及在行端點處而出現。此效應極 可能由於在内插期間試圖產生銳緣並使用其他附近像素來 ^定耗值而引起。除了拉鍵效應與隨機色點之外，當在 特疋貝爾馬賽克（基本4單元方塊）内的兩個綠色樣本係由 不同像素處理通道加以數位化時，會產生額外的不平衡問 117771.doc 200822763 * ’期望並需要減輕習知去馬賽克技術之缺點 平面内插。 【發明内容】 種用於彩色平面内插之方法及裝置，其對於存在於一 如色圖案内的各彩色，在一像素影像内選擇一彩色内插點 用於=面衫色平面内插。—旦選定該彩色内插點，便對於 。亥等杉色内插點之各彩色内插點，内插用於該彩色圖案内 之各彩色之-值。該等彩色内插點並插入存在於該彩色圖 案内的該等彩色之各彩色的使用有助於減小或排除習知去 馬赛克技術之該等缺點之某些缺點。 【實施方式】 在下列詳細說明中，將參考構成其—部分的附圖，盆中 以圖解方式顯示可實施本發明之特定具體實施例。該:呈 體實施例係充分詳細地加以說明以使習知此項技術者能夠 貫施本發明，且應明白可利用其他具體實施例並可進行結 構、邏輯或電氣變化而不脫離本發明之精神及範嘴。 術語「基板」應理解為一以半導體為主的材料，包括 石夕、絕緣物上石夕（8〇1)或藍寶石上石夕（sos)技術、掺雜及不 摻雜半導體、-基底半導體基礎支撐的蟲晶石夕層及其他半 導體結構。此外’當在下列說明中參考一「基板」時，可 能已利用先前製程步驟以在基底半導體結構或基礎内部或 上面形成區域或接面。此外，料導體不—定係以石夕為 主，而可以係以矽鍺、鍺或砷化鎵為主。
Ii7771.doc 200822763 術呑吾「像素 ^ ，、」係拍一圖像元件單位單元，其包含用以將 光幸§射轉換成一雷备 乳^號之一光感測器及電晶體。出於說 明目的，在該耸P! - Ή , 、 ^ 寺圖不及本文說明中說明一代表性像素，一 "製、Α像☆ ^的所有像素-般將以-類似方式同時進 行。因此下面詳細說明並非出於限制意思，且本發明之範 缚僅由隨附申請專利範圍來定義。
I明白，引用依據本發明iCM〇s成像器係出於僅說明 本务明之-範例之唯_目的。應容易地清冑，本發明不偈 限= CM〇S成像器’還適用於CCD及在像素上採用彩色遽 光态之其他成像器。此外，本發明係使用—標準三色貝爾 圖案來說明。應明自，本發明不限於標準三色貝爾圖案， 而可適用於使用不同彩色或使用比三色更多或更少的彩色 圖3係依據本發明之一第一具體實施例三色内插點之一 俯視圖。在圖3中该等二色内插點係由χ來識別。一代表性 「X」係標記為300。各像素感測器單元提供用於其個別過 濾彩色的一感測值。各綠色（G)像素感測器單元提供用於 綠色的一感測值。同樣地，各藍色（Β)像素感測器單元提 供用於藍色的一感測值，而各紅色（R)像素感測器單元提 供用於紅色的一感測值。對於該等三色内插點X之各二色 内插點，使用許多感測像素信號值來内插用於該點的一 值。一旦計算出該些内插值，便將該等内插值用於重建彩 色影像。在該等三色内插點X之各三色内插點處計算用 綠色、紅色及藍色之值，導致該等值從該等像素感測器單 117771.doc -10- 200822763
:之中心至該等像素感測器單元之角落(在此 中)的-相移。内插用於紅色、綠色及藍色之該等值：： 值排除在先前技術系統中由使用於該等彩色' 測值與用於剩餘二彩色之内插值所引起的不平衡:羽:勺, 項技術者應瞭解，彡色内插點不必位於像素㈣處:而D = :於不同點處。例如’藉由適當選擇包括在内插 素，及適當選擇係數，該三色内插點可沿二 該等像素之頂部及底部邊界之心間點（如3G5所示 對應於像素中心之其他位置處而定位。 一 圖4係依據本發明之一具體實施例用於點「&」、「b C、」及d」之二色内插點之一俯視圖。在圖4中，各傻 素感測器單元係由其彩色(G、尺㈣與表示法”來表示， 其中X表示列而y表示像素感測器單元駐留於陣列内位I之 订例如，像素感測器單元405表示為G"。其中G"識別 像素感測器單元4〇5與一綠色濾光器相關聯並位於列^行 1内。同樣地，像素感測器單元410係表示為Be，指:: ^素感測器單元與—藍色據光器相關聯並位於列4與行$ 對於各三色内插點（a、b、d)，綠色彩色值、紅色彩 色值與監色彩色值可按如下進行内插： 用於二色内插點「a」之内插值 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「a」的用於綠 色值之内插係使用用於像素感測器單元、Ο”、、 G42、及之綠色感測值來計算。在三色内插點厂 117771.doc 200822763 處的綠色内插值可使用下列等式來計算：
Temp 1 — G33 * coef_g3 + G53 * coef_g 1 ;
Temp2=G44*coef—g3 + G24*coef gi ;
Temp3 = G33*coef—g3 + G35*coef—gi ;
Temp4 = G44*coef—g3 + G42*coef—gi 丨以及
Ga=(Temp l+Temp2+Temp3+Temp4)/4 , 其中係數「coef—g3」與「coef—gl」構成一四分之一像 _ 素相移濾光器且「coef一g3」與「coef—gl」總和為1。在一 範例性具體實施例中，coef—g1==928/1〇24且c〇ef—g3 = i-(928/1024)或coef一g3 = 96/1024。習知此項技術者應瞭解， 其他濾光器係數亦不脫離本發明之範疇。Tenip 1至Temp4 係用於計算在點「a」處綠色值的中間值並可在Ga等式内 藉由其個別等式取代Temp值來消除。 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「a」之紅色值 之内插係使用用於像素感測器單元r32、r34、r52、r54之 φ 紅色感測值與用於像素感測器單元G22、G24、G31、G33、 g35、g42、g44、g51、Θ53、G55、G62及 g64.之綠色感測值 來計算。在三色内插點「a」處的紅色内插值可使用下列 等式來計算：
Templ=R34-(G33+G35+G24+G44)/4 ;
Temp2=R54-(G53 + G55 + G44+G64)/4 ;
Temp3=R32-(G31 + G33 + G22+G42)/4 ;
Temp4=R52-(G51+G53+G42+G62)/4 ;
Temp5=Temp 1 *coef—r3+Temp2*coef—r 1 ; H7771.doc -12- 200822763
TempG^TempS * coef一r3+Temp4* coef—r 1 ;
Temp7-Temp5*coef一r3 + Temp6*coef rl ;以及 Ra=Temp7+Ga， 其中該等濾光器係數「c〇ef—r3」與「c0ef一rl」構成一 四分之一像素相移濾光器且「coef—」與「c〇ef—n」總 和為1。在一範例性具體實施例中，c0ef—rl==768/i〇24且 coef—r3 = l-(768/1024)或 coef-r3 = 256/1024。習知此項技術 者應瞭解，其他濾光器係數亦不脫離本發明之範疇。 Tempi至TemP7係用於計算點「a」處紅色值的中間值並可 在Ra專式内藉由其個別等式取代Temp值來消除。 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「a」之藍色值 之内插係使用用於像素感測器單元By、b25、b43、b45之 藍色感測值與用於像素感測器單元G13、G15、G22、G24、 G26、c33、g35、G42、G44、G46、g53及 g55之綠色感測值來 計算。在三色内插點「a」處的藍色内插值可使用下列等 式來計算：
Tetnpl=B43-(G42+G44+G33 + G53)/4 ;
Temp2=B23-(G22+G24 + G13 + G33)/4 ;
Temp3=B45-(G44+G46+G35 + G55)/4 ; Temp4=B25-(G24+G26+Gi5+G35)/4 ；
Temp5=Templ *coef_b3 + Temp2*coef_bl ；
Temp6=丁emp3*coef_b3 + Temp4*coef bl ; Temp7=Temp5*coef—b3+Temp6*coef—bl ;以及 Ba=Temp7 + Ga， 117771.doc -13- 200822763 其中該等濾光器係數Γ coef—b3」與「c〇ef—bl」構成一 四分之一像素相移濾光器且r c〇ef—b3」與「⑶ef—bl」總 和為1。在一範例性具體實施例中，cOefLbl=768/1024且 coef 一 b3 = l-(768/l〇24)或 Coef一 b3=256/1024。習知此項技術 者應瞭解’其他濾光器係數亦不脫離本發明之範疇。 Tempi至Temp7係用於計算點ra」處藍色值的中間值並可 在Ba等式内藉由其個別等式取代Teinp值來消除。 用於三色内插點「b」之内插值 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「b」之綠色值 之内插係使用用於像素感測器單元G24、、G35、g44、 G46及Gw之綠色感測值來計算。在三色内插點「b」處的 綠色内插值可使用下列等式來計算：
Templ = G44*coef—g3 + G24*c〇ef—gl ;
Temp2 = G35*coef—g3 + G55*coef—gl ;
Temp3-G44*coef一g3 + G46*coef gl ;
Temp4 = G35*coef一g3 + G33*coef—gl ;以及 Gb = (Templ+Temp2+Temp3+Temp4)/4， 其中该·#濾光器係數「coef-g3」與「c〇ef y」構成一 四分之一像素相移濾光器且r coef—g3」與「c〇ef—gl」總 和為1。在一範例性具體實施例中，c〇ef—gl=928/1〇24且 coef一 g3 = l-(928/1024)或 c〇ef—g3 = 96/1024。習知此項技術 者應瞭解，其他濾光器係數亦不脫離本發明之範疇。 Tempi至Temp4係用於計算點「b」處綠色值的中間值並可 在Gb專式内藉由其個別等式取代Tenip值來消除。 117771.doc •14· 200822763 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「b j之紅色值 之内插係使用用於像素感測器單元R34、R36、R54、R56之 紅色感測值與用於像素感測器單元G24、g26、G33、G35、 G37、g44、g46、g53、g55、g57、g64及 g66之綠色感測值來 計算。在三色内插點「b」處的紅色内插值可使用下列等 式來計算：
Templ=R34-(G33 + G35+G24+G44)/4 ;
Temp2=R54-(G53 + G55 + G44 + G64)/4 ;
Temp3=R36-(G35 + G37+G26 + G46V4 ;
Temp4=R56-(G55 + G57+G46+G66)/4 ;
Temp5=Templ*coef—r3 + Temp2*coef—rl ;
Temp6 = Temp3*coef—r3+Temp4*coef—rl ;
TempT^TempSkoef—rS + TernpGkoef—rl ;以及
Rb=Temp7+Gb ， 其中該等濾光器係數「coef一r3」與r c〇ef-rl」構成一 ⑩ 四分之一像素相移濾光器且「coef—r3」與「coef rl」總 和為1。在一範例性具體實施例中，c〇ef—4=76^024且 C〇ef_r3 = l-(768/1024)或 coef—r3=256/1〇24。習知此項技術 者應瞭解，其他濾光器係數亦不脫離本發明之範疇。 Tempi至Temp7係用於計算點「b」處紅色值的中間值並可 在Rb等式内藉由其個別等式取代Temp值來消除。 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「b」之藍色值 之内插係使用用於像素感測器單元Bn、B25、b43、b45之 監色感測值與用於像素感測器單元、 I17771.doc -15· 200822763 G26、G33、G35、G42、G44、G46、g53及 g55之綠色感測值來 計算。在三色内插點「b」處的藍色内插值可使用下列等 式來計算：
Templ=B45_(G44+G46+G35 + G55)/4 ; Temp2=B25-(G24+G26+G15 + G35)/4 ; Temp3=B43-(G42+G44+G33+G53)/4 ; Temp4=B23-(G22+G24+G13 + G33)/4 ;
Temp5=Templ*coef—b3 + Temp2*coef—bl ; Temp6=Temp3*coef_b3+Temp4*coef_bl ；
Temp7=Temp5*coef一b3+Temp6*coef—b 1 ;以及 Bb=Temp7+Gb ， 其中該等滤光器係數「coef一b3」與「coef bl」構成一 四分之一像素相移濾光器且「coef_b3」與「coef M 她 和為1。在一範例性具體實施例中，coef—b 1=768/1024且 coef一b3 = l-(768/1024)或 coef—b3=256/1024。習知此項技術 者應瞭解，其他濾光器係數亦不脫離本發明之範嘴。 Tempi至Temp7係用於計算點「b」處藍色值的中間值並可 在Bb專式中藉由其個別等式取代Temp值來消除。 用於三色内插點「c」之内插值 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「c」之綠色值 之内插係使用用於像素感測器單元G33、g42、r HZ ^44 v VJ53 v
Gw及Gw之綠色感測值來計算。在三色内插點「〇」的綠色 内插值可使用下列等式來計算：
Temp l=G53*coef__g3 + G33*coef__gl ； 117771.doc -16- 200822763
Temp2 = G44*coef-g3 + G64*coef—gl ;
Temp3 = G53*coef一g3 + G55*coef—gi ;
Temp4 = G44*coef一g3 + G42*c〇ef—gl ;以及 Gc-(Templ+Temp2+Temp3+Temp4)/4， 其中該等濾光器係數「coef-g3」與「c〇ef—gl」構成一 四分之一像素相移濾光器且rcoef-g3」與「c〇ef—§1」總 和為1。在一範例性具體實施例中，c〇ef—gl==928/i〇24且 coef—g3 = l-(928/1024)或 coef一 g3 = 96/l〇24。習知此項技術 _ 者應瞭解，其他濾光器係數亦不脫離本發明之範嘴。
Tempi至TemP4係用於計算在點「c」處綠色值的中間值並 可在Gc等式中藉由其個別等式取代Ternp值來消除。 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「c」之紅色值 之内插係使用用於像素感測器單元尺32、KM、r52、R54之 紅色感測值與用於像素感測器單元〇22、G24、G31、Gn、 G35、G42、G44、G5】、G53、G55、G62及 G64之綠色感測值來 φ 計算。在三色内插點「c」處的紅色内插值可使用下列等 式來計算：
Templ=R54-(G53 + G55 + G44+G64)/4 ;
Temp2=R34-(G33 + G35 + G24+G44)/4 ;
Temp3=R52-(G51+G53 + G42+G62)/4 ;
Temp4=R32_(G3i + G33+G22+G42)/4 ;
Temp5=Templ *coef—r3+Temp2*coef—rl ;
Temp6=Temp3 * coef一r3+Temp4 * coef—r 1 ; Temp7=Temp5*coef_r3 + Temp6*coef_r 1 ；以及 117771.doc •17· 200822763
Rc—Tempy + Gc ? 其中該等濾、光器係數「coef—r3」與「⑽―h」構成一 四分之一像素相移據光器且「c〇ef—r3」與「c〇ef—&總 和為1。在一範例性具體實施例中，c〇ef—心768/1〇24且 ⑶ew(768/1024)或c〇56/1〇24。f知此項技術 者應瞭解其他濾光裔係數亦不脫離本發明之範壽。 Tempi至丁 emp7係用於計算點％」處紅色值的中間值並可
在Rc等式中藉由其個別等式取代Temp值來消除。 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「^」之藍色值 之内插係使用用於像素感測器單元Bn、Be、之 &色感測值與用於像素感測器單元g33、g35、G42、G44、 G46、G53、G55、G62、G64、G66、G73及 G75之綠色感測值來 。十τττ 在一色内插點「C」處的藍色内插值可使用下列等 式來計算：
Templ=B43一(G42+G44+G33 + G53)/4 ; Temp2=B63-(G62+G64+G53 + G73)/4 ; Temp3=B45-(G44+G46+G35 + G55)/4 ; Temp4=B65-(G64+G66+G55+G75)/4 ;
Temp5 = Templ*coef_b3 + Temp2*coef__bl ； Temp6=Temp3*coef-b3 + Temp4*coef—bl ;
Temp7 = Temp5*coef—b3+Temp6*coef—bl ;以及 Bc=Temp7+Gc ， 其中該等濾光器係數「coef_b3」與「coef_bl」構成一 四分之一像素相移濾光器且「coef—b3」與「coef—bl」總 117771.doc -18- 200822763 和為1。在一範例性具體實施例中，c〇ef-bl=768/1024且 ⑽ f—b3 = l-(768/1024)或 coef—b3=256/1〇24。習知此項技術 者應瞭解，其他滤光器係數亦不脫離本發明之範脅。 Tempi至TemP7係用於計算在點「c」處綠色值的中間值並 可在Be專式中藉由其個別等式取代Temp值來消除。 用於三色内插點「d」之内插值 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點r d」之綠色值 之内插係使用用於像素感測器單元G35、G44、G46、Gn、 Gw及之綠色感測值來計算。在三色内插點「d」處的 綠色内插值可使用下列等式來計算：
Templ=G44*coef一g3 + G64*coef—gl ;
Temp2 = G55*coef—g3 + G53*coef—gl ;
Temp3 = G44*coef—g3 + G46*coef一gl ;
Temp4 = G55*coef—g3 + G35*coef—gl;以及 Gd=(Templ+Temp2+Temp3 + Temp4)/4， 其中該等濾光器係數「c〇ef一g3」與「coef—gl」構成一 四分之一像素相移濾光器且「coef—g3」與rc〇ef〜gl」總 和為1。在一範例性具體實施例中，c〇ef—g1==928/1〇24且 〇〇6183 = 1-(92 8/1024)或〇(^1§3 = 96/1024。習知此項技術 者應瞭解，其他濾光器係數亦不脫離本發明之範嘴。 Tempi至TemP4係用於計算在點「d」處綠色值的中間值並 可在Gd等式中藉由其個別等式取代Temp值來消除。 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點r d」之紅色值 之内插係使用用於像素感測器單元R34、尺36、Rs4、及冗之 117771.doc -19- 200822763 紅色感測值與用於像素感測器單元g24、G26、G33、g35、 G37、G44、G46、g53、G55、G57、G64及 G66之綠色感測值來 計算。在三色内插點「d」處的紅色内插值可使用下列等 式來計算：
Templ=R54-(G53 + G55 + G44+G64)/4 ;
Temp2=R34-(G33 + G35 + G24+G44)/4 ;
Temp3=R56-(G55 + G57 + G46 + G66)/4 ; Temp4=R36-(G35+G37+G26+G46)/4 ;
Temp5-Templ*coef一r3+Temp2*coef rl ·，
Temp6—Temp3 *coef_r3+Temp4* coef r 1 !
Temp7-Temp5*coef一r3+Temp6*coef一rl ;以及 R d=T e m p 7 + G d， 其中5亥專濾光裔係數「coef—r3」與「coef—rl」構成一 四分之一像素相移濾光器且「coef-r3」與「coef—rl」總 和為1。在一範例性具體實施例中，c〇ef-ri=768/l〇24且 參 °€^一1*3 = 1-(768/1〇24)或。(^]^3=256/1024。習知此項技術 者應瞭解，其他濾光器係數亦不脫離本發明之範轉。 Tempi至TemP7係用於計算在點rd」處紅色值的中間值並 可在Rd等式中藉由其個別等式取代Temp值來消除。 在一範例性具體實施例中，用於圖4之點「d」之藍色值 之内插係使用用於像素感測器單元Bn、b45、b63、B65之 藍色感測值與用於像素感測器單元g33、g35、Gu、、 46 53 〇55 、G“、G“、G73及G75之綠色感測值來 叶异。在二色内插點r d」處的藍色内插值可使用下列等 117771.doc -20- 200822763 式來計算：
Temp 1 =B45-(G44 + G46 + G35 + G55)/4 ;
Temp2=B65-(G64+G66+G55 + G75)/4 ;
Temp3 = 643-(042 + 044 + 033 + 053)/4 i
Temp4=B63-(G62+G64 + G53 + G73)/4 ;
Temp5 = Temp 1 *coef_b3+Temp2*coef_b 1 ； Temp6 = Temp3 *coef_b3+Temp4*coef_b 1 ； Temp7=Temp5*c〇ef一b3+Temp6*coef—bl ;以及 Bd=Temp7+Gd ， 其中该等濾光器係數「coef—b3」與「coef bl」構成一 四分之一像素相移濾光器且「coef—b3」與「c〇e〔bi」總 和為1。在一範例性具體實施例中，c〇ef—bl=768/1〇24a 咖!^3 = 1-(768/1024)或（：〇(53=256/1024。習知此項技術 者應瞭解，其他濾光器係數亦不脫離本發明之範疇。 。〇131至1^111]37係用於計算在點「d」處藍色值的中間=並 可在Bd等式中藉由其個別等式取代Temp值來消除。 如上面針對點a、b、C及d所提供之等式所示範，在所呈 現具體實施例中，綠色内插值使用用於取樣綠色並有助於 形成三色内插點之部分的兩個像素單元(例如用於點3之 了广、g44)的感測值以及用於取樣綠色且係離三色内插點一 單一像素遠的四個額外德吝@ , 貝外像素早兀（例如用於點a之G53、 〜、G35及G42)之感測值。用於決定内插綠色值之六個像 素係稱為對應或相鄰像素單元。此外，如該等綠色内插等 式所示，在範例性具體實施例中，比較内插中使用的額外 117771.doc -21 - 200822763 四個像素單元（例如用於點&之〇53、G24、G35&G42)，將更 大的權重放置於有助於形成三色内插點之該等兩個像素單 元（例如用於點a之Gw、Gy之感測綠色值上。如該等等式 所不，用於Gy及Go之綠色彩色值之各綠色彩色值在對應 等式中出現兩次且該等濾光器係數還用於確保正確加權該 等感測綠色值。例如，在用於點a之綠色值之内插中，在 像素單元Gy及Gw處的該等感測值係透過使用c〇ef—g3比使 用濾光器係數coef-gl之像素單元Gw、Gw、及Gn處的 感測值更重地加權。 而且，如上述針對點a、b、〇及d所提供之等式所示範， 在範例性具體實施例中，該紅色内插值使用用於取樣紅色 之四個最接近像素單元（例如用於點&之Rw、Rw、R32及 R52)的感測值。該些紅色感測像素之各紅色感測像素距該 二色内插點一像素寬度或更靠近。此外，對於該等紅色感 測像素之各紅色感測像素，圍繞該紅色取樣像素（在用於 點a之内插中的像素u之四個綠色感測像素（例如、 ^35 G24及Go)係.用於内插該内插紅色值。例如，在用於 點a之紅色值之内插中，使用在R34、KM、尺32及以52處的感 測值。此外對於R34，用於其四個綠色相鄰像素單元（Ο”、 Gw、Gw及Gw)之感測綠色值係用於該内插。同樣地，除 了用於R54之感測紅色值之外，用於其四個綠色相鄰像素 單元（G”、G”、G“及Gw)之感測綠色值係用於點a處的紅 色值内插。用於該等二色内插點之該等藍色内插值係類似 於該等紅色值來計算，但除了使用取樣藍色值之四個最接 11777i.doc -22- 200822763 、素及且對於用於該等像素之各像素的感測、綠色值，使 用四個綠色相鄰像素單元。 如所述，本發明提供一種用於彩色平面内插之新型及創 新系、、先及方法’其中用於綠色、纟色及藍色之内插值係基 於所獲得的感測值來計算。在此發明中，藉由針對三色^ 插點内插用於該㈣色之各彩色之值來移除在感測值與内 ，值之間的不平衡。習知此項技術者應瞭解，#管本發明 况明二色内插點之位置位於兩個綠色像素、一個藍色像素 及一個紅色像素之角落4，但其他2色内插點亦可行且不 脫離本發明之範_。 圖5,兒明一（：]^08成像器積體電路（ic)5⑽之一方塊圖， 其具有包含以列及行配置之複數個像素的一像素陣列 5〇5，像素陣列505包含（例如）具有以一貝爾圖案配置之二 綠色像素（G)、一藍色像素（B)及一紅色像素（R)之一區域 5 1〇。在陣列505内的各列像素均由列選擇線515來同時開 啟，且各行像素係由個別行選擇線52〇來選擇性地輸出。 列線5 15係回應列位址解碼器53〇藉由一列驅動器525來 選擇性地啟動。該等行選擇線52〇係回應行位址解碼器54q =由一行選擇器535來選擇性地啟動。像素陣列5〇5係藉由 恰序及控制電路545來操作，該電路控制位址解碼器53〇、 540選擇適當列及行線用於像素信號讀出。 該等像素行信號（其一般包括一像素重置信號（Yd與一 像素影像信號（vsig))係藉由與行選擇器535相關聯之一取樣 及保持電路55G來讀取。-差動信號（Usig)係藉由差動 H7771.doc -23- 200822763 放大器555來產生用於各像素，該差動信號係藉由類比至 數位轉換器57〇(ADC)來放大並數位化。類比至數位轉換器 570將該等數位化像素信號供應給進行本發明方法之一影 像處理器575。 乂 在圖6中一般以600說明一典型處理器系統，其包括具有 像素陣列之一成像益器件6〇5，其中依據木發明來内插 "亥等像素仏號。成像益器件605從由該像素陣列所供應之 信號產生一輸出影像。一以處理器為主的系統係接收一 CMOS成像器器件之輸出之一系統之範例。不具任何限制 性，此類系統可包括一電腦系統、相機系統、掃描器、機 器視覺系統、醫學感測器系統(例如醫學藥片感測器)及汽 車診斷系統及其他成像系統，全部均可利用本發明。 以處理益為主的系統6〇〇(例如一電腦系統）—般包含 一中央處理單元（CPU)610(例如一微處理器），其通過—= 流排620與一輸入/輸出（1/〇)器件615進行通信。成像器哭 .件605還通過匯流排620或其他通信鏈路與該系統進行^ 信。電腦系統600還包括隨機存取記憶體（RAM)625，且在 一電腦系統之情況下可包括周邊器件，例如包括可移除吃 憶體㈣之-軟碟驅動器及/或具有可移除記憶體㈣之光 碟（CD)R〇M驅動器，其也通過匯流排620與CPU 61〇進> 通信。還可能需要在一單—IC晶片上整合處理器61〇、成丁 像器器件605及記憶體625。 圖7顯示-流程圖以說明本發明之—具體實施例之程序 。在步驟705’選擇一内插點。在本發明之—範例性具 117771.doc -24- 200822763 體實施例中，該内插點係位於四個像素單元之交又點處。 在步驟710，接收一感測值用於各像素感測器單元。在步 驟715、720及725，依據上述等式來決定用於第一彩色^ 第二彩色及第三彩色之該等内插值。明確而言，在步驟 715應用用於内插-綠色值之等式，在步驟㈣應用用^内 插一紅色值之等式而在步驟725應用用於内插一藍色值之 等式。在步驟730，使用在步驟715、72〇及725所決定之該 等内插值來重建該彩色影像。 ^ 應明白，在一或多個三色内插點處内插用於該等綠色、 紅色及藍色之值的其他方法均不脫離本發明之範疇，且本 發明不侷限於該等等式或上述係數之使用。如此，上述說 明及圖式係僅視為言兒明實現本發明之特徵及優點的一範例 性具體實施例。本發明之任何修改不脫離隨附申請專利範 圍之精神及範疇内，均應視為本發明之部分。因此，本發 明不應視為侷限於前述說明，而是其僅受隨附申請專利範 ⑩ 圍之範♦限制。 【圖式簡單說明】 參考附圖且根據上面提供的範例性具體實施例之詳細說 明已明白本發明之前述及其他優點與特徵，其中： 圖1係一傳統彩色濾光器陣列之一俯視圖； 圖2係具有一彩色濾光器陣列之一像素陣列之一部分之 一斷面圖； 圖3係依據本發明之一第一具體實施例之三色内插點之 一俯視圖； 117771.doc -25- 200822763 、「b Γ a 圖4係依據本發明之一具體實施例用於點 c」及「d」之三色内插點之一俯視圖； &•有 圖5係依據本發明之一範例性具體實施例所構造之/、 一像素陣列之一 CMOS成像器積體電路（1C)之〆方塊圖’ 圖6係依據本發明具有一 CMOS成像器之一處理器系統之 一圖式；以及 【主要元件符號說明】 100 貝爾圖案 105 第一列 110 115 下一列 像素感測器單元 120 相鄰紅色像素感測器單元 125 相鄰紅色像素感測器單元 130 相鄰藍色像素感測器單元 135 相鄰藍色像素感測器單元 200 陣列 205 像素感測器單元 21〇 半導體基板 215 220 225 230 感光元件 彩色濾光器陣列 金屬層 純化層 235 層間介電層（ILD) 117771.doc -26- 200822763 240 凸透鏡 300 三色内插點 305 中間點 405 像素感測器單元 410 像素感測器單元 500 CMOS成像器積體電路（1C) 505 像素陣列 510 區域 515 列選擇線 520 行選擇線 525 列驅動器 530 列位址解碼器 535 行選擇器 540 行位址解碼器 545 時序及控制電路 550 取樣及保持電路 555 差動放大器 570 類比至數位轉換器 575 影像處理器 600 處理器為主的系統/電腦系統 605 成像器器件 610 中央處理單元（CPU)/處理器 615 輸入/輸出（I/O)器件 620 匯流排 117771.doc -27- 200822763 625 隨機存取記憶體（RAM) 630 可移除記憶體
117771.doc 28-
Claims (1)
- 200822763 十、申請專利範圍： 1 · 一種一影像之彩色平面内插之方法，其包含以下步驟： 選擇用於彩色平面内插之複數個彩色内插點，其中該 專并> 色内插點之各彩色内插點對應於在一影像上的一位 置，且該等彩色内插點之各彩色内插點係偏離一影像像 素之一中心； 使用該影像之像素值在各内插點處内插用於一彩色圖 案之複數個彩色之各彩色的一值。3· 如請求们之方法’其中該彩色内插點係在該像素影像 内的一個三色内插點。 如請求項1之方法，其中該内插用於各彩色之一值之步 驟包括以下步驟·· 4. 在該彩色内插點處内插用於一第一彩色的一值 在該彩色内插點處内插用於一第二彩色的一值 在該彩色内插點處内插用於一第三彩色的一值 以及如請求項2之方法 驟包括以下步驟： 其中該内插用於各彩色之一值之步 在該二色内插點處内插用於一第—彩色的一值； 在該三色内插點處内插用於—第二彩色的一值;以及 5. 在該三色内插點處内插用於—第三彩色的一值。 如請求項4之方法，其中該三多 ^ 一邑内插點係位於該影像内 的四個像素之一交叉角落處。 6. 如請求項4之方法，其中用於該第一 用來自鄰接該三色内插點之兩個像素 彩色值之該内插使 的用於該第一彩色 117771.doc 200822763 之感測值與來自距該三色内插點不超過—像素寬度之四 個額外像素的用於該第—彩色之感測值。 又 7·如請求項6之方法’其中用於該第二彩色值之該内插使 用從距該三色内插點不超過一像素寬度之像素的用於該 第二彩色之四個感測值與詩相鄰該第二彩色像素之各 第二彩色像素的該等四個第一彩色像素之各第—彩色像 素的感測值。 ^ 8·如請求^之方法’其中用於該第三彩色值之該内插使 用來自距该三色内插點不超過—像素寬度之像素的用於 該=三彩色之四個感測值與用於相鄰該第三彩色像素之 各第三彩色像素的該等四個第—彩色像素之各第一彩色 像素之感測值。 9· 一種包括一影像像素感測器感測陣列的彩色成像器件， 其包含： W 第一複數個影像像素感測器，其係用於產生一第一彩 色之感測值； 第一複數個影像像素感測器，其係用於產生一第二彩 色之感測值； 内插構件，其使用該第一彩色之該等感測值與該等 弟一衫色之該等感測值來決定該第一彩色與該第二彩色 之内插值以用於—彩色内插點，其中該彩色内插點係偏 離一景> 像像素之中心；以及 使用該第一彩色與該第二彩色之内插值來產生一代表 性影像。 117771.doc 200822763 1 0 ·如请求項9之彩色成傻考杜，甘 风1豕為件其中該彩色内插點係一個 二色内插點，並進一步包括： 第三複數個影像像素感測器，其係用於產生一第三彩 色之感測值；7内插構件，其使㈣第—彩色之該等感測值、該第 一杉色之該等感測值及該第三彩色之該等感測值來決定 «亥第《色、该第二彩色及該第三彩色之内插值以用於 -彩色内插點’其中使用該第—彩色、該第二彩色及該 第三彩色之該等内插值來產生該代表性影像。 11· 12. 如請求項1〇之彩色成像器件，其中該三色内插點係位於 該感測陣列内的四個像素之一交叉角落處。 一種處理系統，其包含： 一成像益件’其包括一影像像素感測器陣列，該器件 包含： 第一複數個影像像素感測器，其係用於產生一第一 彩色之感測值； 第二複數個影像像素感測器，其係用於產生一第二 彩色之感測值； 第二複數個影像像素感測器，其係用於產生一第三 彩色之一感測值；以及 一處理器，其用於使用該第一彩色之該等感測值、 該第二彩色之該等感測值及該第三彩色之該等感測值執 行内插來決定該第一彩色、該第二彩色及該第三彩色之 一内插值以用於一個三色内插點，且其中該内插係針對 117771.doc 200822763 偏離任一像素感測器之中心的一位置而執行。 13.如請求項12之處理系統，其中該處理器在—個三色内插 點處執行該内插，其中該三色内插點係位於該陣列内的 四個像素感測器單元之一交叉角落處。 14. 如請求項12之處理系統，其中該處理器在一個三色内插 點處執行該内插，其中該三色内插點係位於該陣列内的 兩個像素感測器單元之一交叉側處。 15. 如請求項13之處理系統，其中歸該第_彩色值之該内 插使用來自鄰接該三色内插點之兩個像素的用於該第一 彩色之該感測值與來自㈣三色内插點不超過—像素寬 度的四個額外像素之用於該第一彩色之該感測值。 16. 如請求項15之處理系統，其中用於該第二彩色值之該内 吏用=自距°亥二色内插點不超過-像素寬度之像素的 用於該第二彩色之四個感測值與用於相鄰該等第二彩色 ::之各第二彩色像素的該等四個第—彩色像素之各第 一必色像素之感測值。 17·如請求項16之處理系統，其 插使用來自距兮二色… 弟二杉色值之該内 Λ—插不超過-像素寬度之像素的 像素：各：衫色之四個感測值舆用於相鄰該等第三彩色 各第一必色像素的用於該等四個第-彩色像素之 弟於色像素之感測值。 18.—f處數位彩色信號之方法，其包含以下動作： ::數個像素感測器之各像素感 该稷數個像素感測器對應於呈有為/ aj值 呢於具有在一紅色、藍色及綠色 117771.doc 200822763 光譜之一者内之波長的施加光；以及 使用來自對應於具有在紅色、获 巴血色及、、彔色頻譜内之波 長之知加光的該複數個像辛 “之感測值來内插-紅 19. 20."&色值及一綠色值以用於-個三色内插點。 如^求項18之處理-數位彩色信號之方法，#中該三色 内插點係偏離一影像像素之中心。 用以使一電 ’其包括以 種電月®可δ貝取媒體’其用於儲存電腦指令 細旎夠執行彩色平面内插以用於一彩色圖案 下步驟： ^ 彩色内插點，以對該彩色内插 以及 彩色圖案内内插用於各彩色之 在一像素影像内選擇一 點執行該彩色平面内插； 在各彩色内插點處在該 一值0 2 1 ·如請求項20之電腦可讀取媒俨 貝批綠骰，其中该衫色内插點係在 該像素影像内的-個三色内插點，且㈣㈣於各彩色 之一值之步驟包括以下步驟： φ 在该二色内插點内插用於一第一彩色之一值； 在。亥一色内插點内插用於一第二彩色之一值；以及 在該三色内插點内插用於一第三彩色之一值。 22. 一種處理—數位彩色信號之方法，其包含以下動作： 對於複數個像素感測器單元之各像素感測器單元，從 接收信號進行内插，以產生―内插綠色值、—内插紅^ 值及内插監色值以用於一個三色内插點，其中該等接 收信號對應於具有在用於藍光、紅光及綠光之範圍之— 者内之波長之一施加光量。 117771.doc
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