[发明专利]双传感器成像系统

说明书

发明人：D·阿德勒和S·沃尔夫

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年5月28日提交的美国专利申请12/790,564的优先权，其在此为了全部目的通过引用并入，如同在此列出一样。

背景技术

此处公开的本发明的主题（在下文可以简称为“本公开”）涉及使用像素阵列的电子彩色成像系统。本公开具体涉及新颖的双芯片系统。成像系统可以用于广泛的静止和运动图像拍摄应用，包括内窥镜成像系统、紧凑彩色成像系统、望远镜成像系统、手持SLR成像系统以及运动图片成像系统。

传统的基于传感器的相机是用单个图像传感器（彩色传感器或者黑白传感器）设计和构建的。这种传感器使用像素阵列来感测光并且作为响应生成相应的电信号。黑白传感器提供高分辨率图像，因为每一个像素都提供图像数据（还称为“亮度”信息）。通过比较，具有相同像素数量的单阵列彩色图像传感器提供相对更低的分辨率，因为彩色传感器中的每一个像素仅仅可以处理单个颜色（还称为“色度”信息）因此，用传统的彩色传感器，要想提供具有彩色光谱的图像必须获得来自多个像素的信息。换句话说，像素被排列在图案中，每一个像素被配置为生成代表基本颜色（例如，红色、绿色和蓝色）的信号，该信号可以与相邻像素的信号（可能代表不同的基本颜色）混合以生成色光谱上的各种颜色，如以下更详细描述的。

因而，为了相对于用给定的黑白像素大小获得的单色图像提高彩色图像的分辨率，现有的单像素彩色传感器要求更多像素。现有的对单阵列彩色图像传感器的替代是图1例示的三阵列传感器。三传感器相机明显比单阵列传感器更大，并且不适用于不允许或者不期望大的物理尺寸的应用（诸如，例如，内窥镜的头端）。三阵列传感器的更大尺寸源于使用了三个单独的单阵列传感器，每一个单阵列传感器对电磁波谱的特定部分（例如原色或者其它基本颜色的光）响应，并且使用了配置为用于在三个单独传感器之间引导进入图像的复杂光学系统。相应的复杂度和部件的数量造成三阵列传感器比单阵列系统明显昂贵（例如，在部件成本和组装或者制造工作量方面）。此外，三阵列传感器通常要求复杂的算法来编译来自多个阵列的图像，以及相应更大的处理带宽来处理这种复杂的算法。

如图2所示，作为比较，单阵列彩色图像传感器210通常使用定义了像素阵列214的单个固态图像传感器212。可以通过对图像传感器应用多颜色滤色器216、对图像传感器212的每一个检测器元件（例如，像素）214应用特定滤色器来实现颜色选择性，通常的构造包括称为应用于图像传感器212的表面的“马赛克滤色器”的滤色器结构216。这种马赛克滤色器可以是微型滤色器元件218的掩模，其中每一个滤色器元件被定位（例如覆盖）在图像传感器212的每一个对应检测器元件214的前面。滤色器元件216的阵列通常包括原色（红绿蓝，有时还称为“RGB”）或者补色青色，品红色，绿色和黄色的混杂模式。电磁波谱的其它混杂片段也是可能的。可以使用这些颜色来重构全彩色信息（色度）。例如，在此通过引用并入的美国专利No.4697208描述了一种彩色图像拾取装置，其具有固态图像感测元件和补偿彩色类型马赛克滤色器。

数字视频应用中使用的一种滤色器构造称为“拜耳传感器”或者“拜耳马赛克”。通常的拜耳马赛克具有图2所示的构造。例如，马赛克滤色器或者掩模216中的每一个方块或者单元218代表与图像传感器212的单个检测器元件（像素）214相对应的滤色器元件。每一个单元218中的字母（R、G、B）指示电磁波谱的滤色器允许通过对应像素的不同区段，或者光的颜色（例如，R标记红色，G标记绿色并且B标记蓝色）。

拜耳马赛克还在美国专利No.3,971,065中描述，在此通过引用并入。处理拜耳马赛克生成的图像通常涉及通过从像素阵列提取三个颜色信号（红、绿和蓝）并且向每一个像素指派与针对各个像素丢失的两个颜色相对应的值来重构全彩色图像。可以使用在每一个单元检测到的每一个颜色的简单平均或者加权平均来实现这种重构和丢失颜色的指派。在其它情况下，可以使用各种更复杂的方法实现这种重构，诸如并入在相邻像素处检测到的颜色的加权平均。