[发明专利]用于实现来自彩色镶嵌成像器的全色响应的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及成像系统，特定来说涉及应用于机器视觉系统的成像系统。特定来说，本发明涉及彩色成像器在机器视觉系统中的使用。更特定来说，本发明涉及使用彩色成像器来形成供机器视觉处理的单色图像。

背景技术

传统上，此项技术中由其基础技术(即，用于电荷耦合装置的CCD或用于互补金属氧化物半导体的CMOS)指代的焦点平面阵列固态成像器的市场一直以来受以CCD或CMOS传感器作为主要组件的摄像机的市场的推动。通常，用于播音室广播、电子新闻采集(ENG)及消费者摄录机(其中摄像机及走带机构或磁盘驱动记录器集成到单个小型封装中)的摄像机全部提供彩色信号。此信号通常通过两种方法中的任一种产生。

第一种方法通常应用于专业级装备及较高级消费者装备中。对于此方法，传入图像穿过视频透镜，且接着穿过双色棱镜组。所述双色棱镜组是三个棱镜的组合件，其中的两个棱镜具有双色(色带选择)涂层。第一棱镜将具有将一个色带(通常是蓝色)反射到第一CCD或类似成像器且通过剩余色彩的表面。第二棱镜将具有将第二色带(通常是绿色)反射到第二CCD或类似成像器的表面。第三棱镜将接受信号的平衡(在此情况下是红色色带)，且将其透射到第三CCD或类似成像器。如果第三棱镜上存在涂层，那么所述涂层通常是用以拒绝CCD可能对其敏感且被认为是不合需要的带外光(举例来说，红外光)的涂层。用以拒绝红外(IR)光的此涂层可替代地放置于棱镜组的前部处，或并入到保护窗口中或并入到透镜中。注意，在此第一方法中，CCD或类似传感器中的每一者部署为其全色彩光谱响应完好，因为色彩分离是在双色棱镜组中完成。此外，所述传感器中的每一者以其全固有分辨率获取图像数据，从而产生表示来自所成像场景的三种色彩的三个全分辨率图像。

第二种方法通常用于较低级装备(例如，成本较低的ENG系统及/或极小型ENG系统)中及大多数消费者级摄录机系统中。此处，使用单个CCD或类似成像器。彩色镶嵌滤光器与固态成像器集成在一起，借此通过对应色带滤光器覆盖成像器阵列的每一图片元素(像素)。图1显示彩色镶嵌滤光器13的图示，其显示示范性红色12、绿色14及蓝色16滤色器元件。通常，一半的像素将与主要透射绿色图像分量的色带滤光器相关联，四分之一的像素将与主要透射蓝色图像分量的色带滤光器相关联，且四分之一的像素将与主要透射红色图像分量的色带滤光器相关联。此类型的滤光器有时称作拜耳(Bayer)滤光器。作为有意折中，此系统偏向绿色光谱以最好地满足人类观察者。人类对绿色光最为敏感但对蓝色光及红色光较不敏感。绿色分量携载最多人类对其尤其敏感的关于人脸的信息。注意，在此方法中，彩色镶嵌滤光器与固态成像器不可分离，因为所述滤光器在制造过程期间与传感器中的离散感光元件精确对准，且必须保持对准以适当地履行性能。图2显示附接有彩色镶嵌滤光器的现有技术固态视频传感器的示意图，其显示附接有彩色镶嵌滤光器22的传感器20、任选IR阻挡滤光器24、光学组合件26及通过电缆28附接到传感器的控制器30。

包含机器视觉的二级产业与广播、ENG及消费者摄录机产业相比是相对小的视频传感器及相机用户。因此，制造商通常不特定针对这些二级市场制造传感器且因此这些应用必须依赖针对其它用途所制造的传感器。机器视觉应用为获得良好结果而常常需要高速处理及高敏感度、高分辨率和低成本传感器。出于这些原因及其它原因，机器视觉应用通常使用单色传感器，其中来自所成像景象的图像数据以灰色阴影渲染。为实现单色成像，机器视觉应用有时使用经开发用于三通道双色棱镜组专业装备中的传感器。此因为不需要处理色彩信息而产生高速处理，因为整个传感器可用于感测宽带照射而产生高敏感度且因为使用所有图片元素或像素而产生高分辨率。然而，此并非是低成本解决方案，因为这些传感器成本通常比大量生产的彩色镶嵌传感器高得多。

彩色镶嵌传感器因其低成本而可期望用于机器视觉应用。作为永久附接到滤色器的结果，这些传感器不像单色传感器性能那么好，通常需要额外处理来消除色彩信息，由此形成单色图像。由于这些相机经设计以产生色彩信息，因此通常将来自这些传感器的图像数据作为三个单独(红色、绿色及蓝色)图像传输或以许多可用色彩格式中的一者对其进行编码。此处理的一个结果是降低分辨率，因为必须组合空间上分离的红色、绿色及蓝色像素以形成单个单色像素，由此降低空间分辨率。另外，滤色器降低每一像素敏感度，因此需要对场景施加更长的曝光时间及/或更多的光能，其中的任一者均是不期望的。