[发明专利]用于获取双模态图像的设备

说明书

技术领域

本发明涉及图像获取设备领域，尤其涉及使用彩色阵列过滤器的设备。

背景技术

大多数的图像获取设备，例如数字静像和视频照相机，使用由初级光敏传感器的阵列组成的传感器(CCD或CMOS)，其中初级光敏传感器也被称为像素。通过放置在像素阵列上的初级彩色过滤器阵列(CFA)获得彩色信息，从而使每个像素被阵列中的一个初级过滤器覆盖，以仅允许可见光谱的一部分穿过。

已对彩色过滤器阵列和从不同像素接收的信号进行图像重建的技术进行了大量的研究。

文献US-A-3971065中公开了当前使用的大多数分布广泛的彩色过滤器阵列，并且示于图1中。

通过对由四个初级过滤器组成的模式的周期性重复获得此阵列，称为Bayer阵列，即：

其中，G为仅允许绿色通过的过滤器，R为仅允许红色通过的过滤器，而B为仅允许蓝色穿过的过滤器。位于初级G,R,B过滤器下方的像素分别被称为绿色、红色和蓝色过滤器。可见，Bayer阵列是由50％的绿色像素、25％的红色像素和25％的蓝色像素组成。

由从传感器中的不同像素接收的强度重建彩色图像构成的操作被称为去马赛克。文献中已对此去马赛克操作进行了激烈地研究，例如，在Proc.of IS&T/SPIE VCIP,San Jose,CA,Jan.2008中出版的D.Alleyson等人的题为“Frequency selection demosaicking:a review and a look-ahead”的论文中。

已公开了其它彩色过滤器阵列以提高传感器在低照度条件下的灵敏度。这些阵列中的大多数使用被称为白色像素的额外像素，其也被称为透明、中性或全色像素。除色度信号之外，其还能够被用于获得亮度信号。在申请WO-A-2007/089416中给出了此阵列的实例。

一种经常使用的用于在低照度条件下获得良好灵敏度的过滤器阵列是由以下基本模式生成的所谓的Kodak^TM阵列：

其中，元素R,G,B具有上述相同的含义，并且W表示白色像素，换言之，缺少色彩过滤。此过滤器阵列示于图2中。

用于进一步提高传感器在低照度条件下的灵敏度的第一简单方案为利用近红外区内的传感器响应。然而，大多数的图像获取设备在输入端处包含红外截止过滤器以减少来自CCD或CMOS传感器的输出噪声。首先，当前经常使用的初级传感器是由硅制成，因此对近红外线敏感；其次，放置在不同像素前方的初级彩色过滤器不能有效地阻断光谱的红外部分。

除彩色像素之外，文献JP-A-2010062604还公开了红外像素的使用，其中彩色像素用于日视觉而红外像素用于夜视觉。因此，在这种情况下，传感器不能受到红外输入过滤器的保护。结果导致传感器在日视觉下运行时的高噪声。

本发明的目的公开一种能够在日视觉和夜视觉中以良好的信噪比运行的图像获取系统。

发明内容

本发明定义了一种图像获取设备，其包含：由被称为像素的光敏元件的阵列组成的传感器；覆盖所述传感器的初级过滤器的阵列，其中每个初级过滤器与对应的像素相关联；以及，处理装置。此设备的特征在于：

所述初级过滤器阵列包含原色过滤器，其中，一个原色过滤器仅传输一种原色，传输整个可见光谱的过滤器被称为全色过滤器，红外过滤器传输近红外线，全色过滤器表示所述初级过滤器的至少50％；

所述处理装置被设计成：

计算一组全色像素的平均亮度，以确定至少一个传感器区域是处于低照度条件还是处于高照度条件；

若所述区域是处于低照度条件，则使用所述全色像素形成所述区域的单色图像；

若所述区域是处于高照度条件，则使用原色像素形成所述区域的彩色图像并从自红外像素获得的所述区域中减去红外图像。

有利地，所述区域的单色图像由形成此区域的一部分的全色像素的内插来获得。

类似地，所述区域的彩色图像由所述区域的原色图像的组合来获得，其中原色图像由所述区域的原色像素的内插来获得。

最终，可通过所述区域的红外像素的内插获得所述区域的红外图像。

有利地，全色过滤器代表所述初级过滤器的至少75％。

根据一个有利实施例，所述初级过滤器阵列是通过以下模式的二维周期性重复来生成：