專利名稱：一種像素陣列、攝像頭及基于該陣列的色彩處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種像素陣列、攝像頭及基于該陣列的色彩處理方法。
背景技術(shù)：
為了實現(xiàn)在暗環(huán)境下，提高圖像的成像效果，大部分攝像頭都會考慮非可見光(主要為紅外光)的應(yīng)用?，F(xiàn)在已知的 應(yīng)用主要分為兩種方式
I、單鏡頭，一個攝像頭應(yīng)用一個可通過紅外光的雙通或者全通鏡頭；
這種方式可以提高攝像頭在夜晚的時候圖像的質(zhì)量，但是在白天普通場景下，由于紅外光能量的攝入，會導(dǎo)致顏色出現(xiàn)失真的情況。比如黑色的布會變得偏紅。2、雙鏡頭，一個攝像頭配備兩種鏡頭，在光線強的時候(比如白天)應(yīng)用普通的只通過可見光的鏡頭，在光線弱的時候(比如夜晚)將普通鏡頭切換為可通過紅外線的雙通或者全通鏡頭。這種方式能實現(xiàn)普通場景下圖像色彩正常再現(xiàn)，同時實現(xiàn)夜晚圖像的質(zhì)量提升。但是其需要兩個鏡頭，便需要在不同場景下進行兩個鏡頭之間的切換，使得鏡頭的使用很麻煩，成本過高且使用不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中圖像的成像質(zhì)量不高且使用復(fù)雜的問題，提供一種像素陣列、攝像頭及基于該陣列的色彩處理方法，能提高圖像的成像質(zhì)量且使用方便。本發(fā)明提供一種像素陣列，其特征在于包括二維排列的多個4*4的拜耳矩陣單元，所述矩陣單元包括感光像素，以及在每個感光像素中配置任意一個的可透過綠色、紅色、藍色的濾色器，其中在每個矩陣單元中，將全光濾色器替代部分的綠色濾色器。本發(fā)明還提供一種種攝像頭，包括在基板上二維排列的多個4*4的矩陣單元構(gòu)成的鏡頭，所述矩陣單元包括感光像素，以及每個感光像素中配置任意一個的可透過綠色、紅色、藍色的濾色器，其中在所述矩陣單元中，將全光濾色器替代部分的綠色濾色器。本發(fā)明還提供一種基于拜耳像素陣列的色彩處理方法，所述像素陣列為上述的像素陣列，所述方法包括以下步驟
當(dāng)帶有紅外成分的光線經(jīng)過濾色器時，得到每個感光像素帶有紅外線分量的像素值；對所述每個感光像素的像素值進行插值運算，得到每個感光像素的各種顏色像素值；根據(jù)所述插值之后每個感光像素的各種顏色分量值，計算得到每個感光像素的紅外線分量值；
根據(jù)所述插值之后每個感光像素的各種顏色分量值和紅外線分量值，計算得到每個感光像素不被紅外分量影響的各種顏色分量值。從上述方案可以看出，通過在每個矩陣單元中，將全光濾色器替代部分的綠色濾色器，由于全光濾色器的靈敏度高于紅、綠、藍濾色器，使得鏡頭的圖像質(zhì)量提高，而且能提供帶有紅外份量的像素值，使得紅外線成分單獨再現(xiàn)，那么在白天的普通場景下將紅、綠、藍濾色器所對應(yīng)的感光像素的像素值中的紅外份量去除，不會紅外線成分的影響，從而實現(xiàn)普通場景下的圖像色彩真實再現(xiàn)，因此只需要一個鏡頭就可以實現(xiàn)在夜晚的時候鏡頭的圖像質(zhì)量提高，且實現(xiàn)在白天的普通場景圖像色彩的真實再現(xiàn)，方便使用且降低成本。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的拜耳像素陣列。圖2為本發(fā)明第一種實施例的像素陣列示意圖。
圖3為本發(fā)明第二種實施例的像素陣列示意圖。圖4為本發(fā)明第三種實施例的像素陣列示意圖。圖5為本發(fā)明色彩處理方法一種實施例的流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提供一種實施例的像素陣列，包括二維排列的多個4*4的矩陣單元，所述矩陣單元包括感光像素1、2、3、4，以及在每個感光像素中配置可透過綠色、紅色、藍色之一濾色器，其中在每個矩陣單元中，可選擇性地將全光濾色器替代部分的綠色濾色器。從上述方案可以看出，通過在每個矩陣單元中，選擇性地將全光濾色器替代部分的綠色濾色器，由于全光濾色器的靈敏度高于紅、綠、藍濾色器，使得鏡頭的圖像質(zhì)量提高，而且能提供帶有紅外份量的像素值，使得紅外線成分單獨再現(xiàn)。如圖I所示，為現(xiàn)有的拜耳陣列4*4的矩陣單元，感光像素1、2、3、4組成像素塊a，而G、B、R，分別表示綠色濾色器、藍色濾色器、紅色濾色器、全色濾色器，其中感光像素I中配置B，感光像素2、3中配置G，感光像素4中配置R。如圖2所示，本發(fā)明第一種實施例的像素陣列示意圖，4*4的矩陣單元包括像素塊a，感光像素1、2、3、4組成像素塊a，而G、B、R、W，分別表示綠色濾色器、藍色濾色器、紅色濾色器、全色濾色器，感光像素3中配置全光濾色器，即將像素塊a的其中一綠色濾色器替換為全光濾色器，使得在每個矩陣單元中，所述全光濾色器的密度與綠色、紅色、藍色之一濾色器的密度一致。其中，所述全光濾色器為幾乎能通過所有光頻譜光線的濾色器。另外，對于像素塊a中，感光像素I中可以配置R，感光像素4中可以配置B，即感光像素I和感光像素4之間中配置的濾色器可以互換，感光像素3中可以配置G，感光像素2中可以配置W，即感光像素2和感光像素3之間中配置的濾色器可以互換，不會對像素陣列產(chǎn)生的靈敏度產(chǎn)生影響，同樣可以使得鏡頭的圖像質(zhì)量提高。在具體實施中，可以間隔的將拜耳矩陣單元中部分的綠色濾色器替換為將全光濾色器，使得所述全光濾色器的密度小于藍色、紅色之一濾色器的密度。如圖3所示，本發(fā)明第二種實施例的像素陣列示意圖，4*4的矩陣單元包括像素塊a和像素塊b，感光像素1、2、
3、4組成像素塊a，其中感光像素I中配置B，感光像素2中配置G，感光像素3中配置W，感光像素4中配置R。而感光像素5、6、7、8組成像素塊b，其中感光像素5中配置B，感光像素6、7中配置G，感光像素8中配置R，使得4*4的矩陣單元中W與RGB的比例為I :2，由于在本實施例中，4*4=16的感應(yīng)像素中，只有2個為非RGB濾色器，使得本實施例中每個感光像素帶有紅外線分量的像素值的插值結(jié)果更加準確和容易。在具體實施中，對于4*4的矩陣單元中，RGBW的排列還可以如圖4所示，本發(fā)明第三種實施例的像素陣列示意圖，與第二種實施例的像素陣列不同點在于感光像素1、2、3、4組成像素塊a，其中感光像素I中配置B，感光像素2、3中均配置G，感光像素4中配置R。而感光像素5、6、7、8組成像素塊b，其中感光像素5中配置B，感光像素6中配置G，感光像素7中配置W，感光像素8中配置R。當(dāng)然還可以將像素塊a中感光像素1、4中配置的濾色器互換,感光像素2、3中配置的濾色器互換，像素塊b中也是可以如此，從而改變在4*4的矩陣單元中，RGBff的排列，此處就不在一一贅述。在具體實施中，為了實現(xiàn)上述的像素陣列進行成像，本發(fā)明還提供一種實施例的攝像頭，包括在基板上二維排列的多個4*4的拜耳矩陣單元構(gòu)成的鏡頭，所述矩陣單元包括感光像素，以及在每個感光像素中配置可透過綠色、紅色、藍色之一濾色器，其中在每個 矩陣單元中，可選擇性地將全光濾色器替代部分的綠色濾色器。從上述方案可以看出，通過在每個矩陣單元中，選擇性地將全光濾色器替代部分的綠色濾色器，由于全光濾色器的靈敏度高于紅、綠、藍濾色器，使得鏡頭的圖像質(zhì)量提高，而且能提供帶有紅外份量的像素值，使得紅外線成分單獨再現(xiàn)，那么在白天的普通場景下將紅、綠、藍濾色器所對應(yīng)的感光像素的像素值中的紅外份量去除，不會紅外線成分的影響，從而實現(xiàn)普通場景下的圖像色彩真實再現(xiàn)，因此只需要一個鏡頭就可以實現(xiàn)在夜晚的時候鏡頭的圖像質(zhì)量提高，且實現(xiàn)在白天的普通場景圖像色彩的真實再現(xiàn)，方便使用且降低成本。在具體實施中，本發(fā)明還提供一種實施例的基于像素陣列的色彩處理方法，如圖5所示，包括以下步驟
步驟S01，當(dāng)帶有紅外成分的光線經(jīng)過濾色器時，得到每個感光像素帶有紅外線分量的像素值；
步驟S02，對所述每個感光像素的像素值進行插值運算，得到每個感光像素的各種顏色分量值；
步驟S03，根據(jù)所述插值之后每個感光像素的各種顏色分量值，計算得到每個感光像素的紅外線分量值；
步驟S04，根據(jù)所述插值之后每個感光像素的各種顏色像素值和紅外線分量值，計算得到每個感光像素不被紅外分量影響的各種顏色分量值。對于步驟S01，當(dāng)帶有紅外成分的光線經(jīng)過濾色器時，每個感光像素根據(jù)其配置的濾色器吸收相應(yīng)光頻譜的光線，得到每個感光像素帶有紅外線分量的像素值的公式如下
R’ =R+a*IR ；(2-1)
G’ =G+b*IR ；(2-2)
B’ =B+c*IR ；(2-3)
W，=(R/a+G/b+B/c+IR)*d ;(2-4)
其中a，b，c分別是R，G，B三通道的增益值，d為W的增益值，IR為紅外線分量值，R為配置有紅色濾色器的感光像素值，R’為配置有紅色濾色器且?guī)в屑t外線分量的的感光像素值，G為配置有綠色濾色器的感光像素值，G’為配置有綠色濾色器且?guī)в屑t外線分量的的感光像素值，B為配置有藍色濾色器的感光像素值，B’為配置有藍色濾色器且?guī)в屑t外線分量的的感光像素值，W為配置有全光濾色器的感光像素值，r為配置有全光濾色器且?guī)в屑t外線分量的的感光像素值。對于步驟S02中，通過對每個感應(yīng)像素進行插值之后，可以補齊每個感應(yīng)像素缺失的RGB顏色分量值以及W分量值，而所述插值算法具體可以為臨近點插值，雙線性插值，邊緣為導(dǎo)向的插值，色調(diào)局部單一假定的插值，以及邊緣和色調(diào)結(jié)合的插值等等。在本實施例中，所述對每個感應(yīng)像素的插值算法為每個感應(yīng)像素缺失的RGB顏色分量值以及W分量值由周圍相同的顏色分量平均值代替，根據(jù)圖2所示的像素陣列，插值算法具體為
當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為R’(i，j)時，該像素點的其他顏色分量值為
G，(i，j)=l/2*(G，(i，j-l)+G’(i，j+1))；
B， (i， j)=l/4*(B， (i-1, j-1)+Bj (i-1, j+1)+Bj (i+1, j-1)+Bj (i+1, j+1))；
r a, j)=i/2*(w’ a-i，j)+r (i+i, j))；
其中i為像素陣列的行號，j為像素陣列的列號。比如當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為R’ (2,2)時，即i=2，j=2，那么該像素點的其他顏色 分量值為
G，(2，2) =1/2* (G，(2，1)+G，(2,3))；
B，(2，2)=1/4*(B’ (1，1)+B，(1，3)+B，(3，1)+B，(3,3))；
r (2，2=1/2*or (i，2)+r (3,2)) 當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為G’(i,j)時,該像素點的其他顏色份量值為 R，(i，j)=l/2*(R，(i，j-1)+ R，(i，j+1))；
B’(i，j)=l/2*(B’(i-1，j)+B’ (i+1, j))；
W，(i，j)=l/4*(W，(i-1, j-1)+Wj (i-1, j+1)+ W，(i+1, j-1)+Wj (i+1, j+1))；
比如當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為G’(2，3)時，S卩i=2，j=3，那么該像素點的其他顏色分量值為
R’ (2，3) =1/2* (R，(2,2)+ R’ (2,4))；
B’ (2，3=1/2*(B，(1，3)+B，(2,3))；
W，(2，3) =1/4*CT (1，2)+W，(1,4)+ W，(3，2)+W，(3,4)) 當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為B’(i, j)時，該像素點的其他顏色分量值為
R， (i， j)=l/4*(R’ (i-1, j-1)+Rj (i-1, j+1)+Rj (i+1, j-1)+Rj (i+1, j+1))；
G，(i，j)=l/2*(G，(i-1，j)+G’ (i+1, j))；
W，(i，j)=l/2*(W’ (i，j-1)+W(i，j+1))；
比如當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為B’(3，3)時，S卩i=3，j=3，那么該像素點的其他顏色分量值為
R，(3，3) =1/4* (R’(2，2)+R，(2,4) +Rj (4，2)+R，(4,4))；
G，(3，3) =1/2* (G，(2，3)+G，(4,3))；r (3，3) =1/2* Cr (3, 2)+W(3,4))o當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為W’(i,j)時,該像素點的其他顏色分量值為
R，(i，j)=l/2*(R，(i-1，j)+R，(i+1, j))；G，(i，j)=l/4*(G，(i-1, j-1)+Gj (i-1, j+1)+ G，(i+1, j-1)+Gj (i+1, j+1))；
B，(i，j)=l/2*(B’ (i，j-l)+B，(i，j+1))；
比如當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為W’(3，2)時，S卩i=3，j=2，那么該像素點的其他顏色分量值為
R，(3，2) =1/2* (R，(2，2)+R，(4,2))；
G，(3，2) =1/4* (G’ (2，1)+G，(2,3)+ G，(4，1)+G，(4,3))；
B，(3，2) =1/2* (B，(3，1)+B，(3,3))；
當(dāng)然，當(dāng)感應(yīng)像素為邊界值時，該像素點的其他顏色分量值即與該感應(yīng)像素點相鄰的各種顏色分量值。比如當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為B’(1，1)，那么R’(l，l)= R’(2，2) ; G’(1，D= g，(2,1) ； r (i，i)= r (1,2)。對于步驟03中，根據(jù)所述插值之后每個感光像素的各種顏色分量值以及公式(2-1)至(2-4)，便可以得到所述每個感光像素的紅外線分量值，使得紅外線分量再現(xiàn)，那么R、G、B便可以恢復(fù)到不含紅外分量的情況。所述每個感光像素的紅外線分量值具體為
IR(i，j) = -(l/d*W(i，j) ’ -l/a*R(i，j) ’ -l/b*G(i，j) ’ _l/c*B(i，j)，)/2。對于步驟04中，將所述每個感光像素的紅外線分量值，代入到公式(2-1)至(2-3)中，那么便可以計算得到每個感光像素不被紅外分量影響的各種顏色分量值，具體如下
R(i，j) =(R(i，j)，+a/d*W(i，j)，-a/b*G(i，j)，_a/c*B(i，j)，)/2 ;
G(i，j) = (G(i, j)，+b/d*W(i，j)，-b/a*R(i，j)，-b/c*B0，)/2 ；
B(i，j) =(B(i, j)，+c/d*W(i，j)，-c/a*R(i，j)，-c/b*G(i，j)，)/2 ; 其中a、b、c分別是綠色、紅色、藍色濾色器的增益值，d為全光濾色器的增益值。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種像素陣列，其特征在于包括二維排列的多個4*4的拜耳矩陣單元，所述矩陣單元包括感光像素，以及在每個感光像素中配置任意一個的可透過綠色、紅色、藍色的濾色器，其中在所述矩陣單元中，將全光濾色器替代部分的綠色濾色器。
2.如權(quán)利要求I所述的像素陣列，其特征在于在每個矩陣單元中，所述全光濾色器的密度與綠色或紅色或藍色濾色器的密度一致。
3.如權(quán)利要求I所述的像素陣列，其特征在于在每個矩陣單元中，所述全光濾色器的密度小于藍色或紅色濾色器的密度。
4.一種攝像頭，其特征在于包括在基板上二維排列的多個4*4的拜耳矩陣單元構(gòu)成的鏡頭，所述矩陣單元包括感光像素，以及每個感光像素中配置任意一個的可透過綠色、紅色、藍色的濾色器，其中在所述矩陣單元中，將全光濾色器替代部分的綠色濾色器。
5.一種基于像素陣列的色彩處理方法，所述像素陣列為如權(quán)利要求1-3任意一項所述的像素陣列，其特征在于所述方法包括以下步驟 當(dāng)帶有紅外成分的光線經(jīng)過濾色器時，得到每個感光像素帶有紅外線分量的像素值；對所述每個感光像素的像素值進行插值運算，得到每個感光像素的各種顏色像素值；根據(jù)所述插值之后每個感光像素的各種顏色分量值，計算得到每個感光像素的紅外線分量值； 根據(jù)所述插值之后每個感光像素的各種顏色分量值和紅外線分量值，計算得到每個感光像素不被紅外分量影響的各種顏色分量值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述每種濾色器帶有紅外線分量的像素值，具體為R’ =R+a*IR ；G’ =G+b*IR ；B’ =B+c*IR ；Ψ =(R/a+G/b+B/c+IR)*d ; 其中a、b、c分別是綠色、紅色、藍色濾色器的增益值，d為全光濾色器的增益值，IR為紅外線分量值。
7.如權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述插值運算的步驟當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為R’(i，j)時，該像素點的其他顏色分量值為G，(i，j)=l/2*(G，(i，j-l)+G’ (i, j+1))；B，(i，j)=l/4*(B，(i-1，j-l)+B’(i-1，j+l)+B’(i+1，j_l)+B’ (i+1, j+1))；r a, j)=i/2*(w’ a-i，j)+r (i+i, j))； 當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為G’(i，j)時，該像素點的其他顏色份量值為 R’(i，j)=l/2*(R，(i，j-1)+ R’(i，j+1))；B’(i，j)=l/2*(B’(i-1，j)+B’ (i+1, j))；W，(i，j)=l/4*(W，(i-1, j-1)+Wj (i-1, j+1)+ W，(i+1, j-1)+Wj (i+1, j+1))； 當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為B’(i，j)時，該像素點的其他顏色分量值為R，(i，j)=l/4*(R，(i-1, j-1)+Rj (i-1, j+1)+Rj (i+l，j_l)+R，(i+1, j+1))；G，(i，j)=l/2*(G，(i-1，j)+G’ (i+1, j))；W，(i，j)=l/2*(W’ (i，j_l)+W(i，j+1))；當(dāng)當(dāng)前的待插值像素為r (i, j)時，該像素點的其他顏色分量值為 R，(i，j)=l/2*(R，(i-1，j)+R，(i+1, j))；G，(i，j)=l/4*(G，(i-1, j-1)+Gj (i-1, j+1)+ G，(i+1，j_l)+G’ (i+1, j+1))； B，(i，j)=l/2*(B’ (i，j-l)+B，(i，j+1))； 其中i為像素陣列的行號，j為像素陣列的列號。
8.如權(quán)利要求7的方法，其特征在于所述每個感光像素的紅外線分量值，具體為 IR(i，j) = -(l/d*W(i，j) ’ -l/a*R(i，j) ’ -l/b*G(i，j) ’ _l/c*B(i，j)，)/2。·
9.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述每個感光像素不被紅外分量影響的各種顏·色分量值的步驟，具體為 R(i，j) =(R(i，j)，+a/d*W(i，j)，-a/b*G(i，j)，_a/c*B(i，j)，)/2 ;G(i，j) = (G(i, j)，+b/d*W(i，j)，-b/a*R(i，j)，-b/c*BO，)/2 ； B(i，j) =(B(i, j)，+c/d*W(i，j)，-c/a*R(i，j)，-c/b*G(i，j)，)/2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種像素陣列、攝像頭及基于該陣列的色彩恢復(fù)方法，所述像素陣列包括二維排列的多個4*4的拜耳矩陣單元，所述矩陣單元包括感光像素，以及在每個感光像素中配置可透過綠色、紅色、藍色之一濾色器，其中在每個矩陣單元中，選擇性地將全光濾色器替代部分的綠色濾色器。該種像素陣列、攝像頭及基于該陣列的色彩處理方法，能提高圖像的成像質(zhì)量且使用方便。
文檔編號H04N9/04GK102957917SQ20111025256
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者彭茂, 傅璟軍, 胡文閣 申請人:比亞迪股份有限公司