爱华网
随着像素尺寸已经从5.6μm缩小至今天的1.1μm大小，图像传感器公司通过采用新技术，在保持低照度（low-light）性能方面已经获得了显著成功。例如，在转向1.75μm和1.4μm像素尺寸时，引入了光导和背端照明（Back-SideIllumination，BSI）来优化像素光收集并因此改进低照度下的信噪比（Signal-to-NoiseRatio，SNR）。推动像素尺寸继续向1.1μm发展的新技术还有待市场证明，但我们确信Clarity+是实现更小像素的关键技术。
同时，摩尔定律一直继续适用于数字技术，这为移动平台增加了可用的节能、并且具有成本效益的信号处理硬件。例如，采用在应用处理器上运行、具有先进信号处理功能的智能手机，现在可以识别人脸或压缩4K视频流而无须定制的专用集成电路ASIC）。在追求更好的低照度性能方面，这种趋势已使采用先进的图像处理成为可能。由于用来改进低照度SNR的半导体技术变得越来越复杂，人们开始重新关注全色透明Clear（C）像素，因为相比传统红、绿和蓝色（RGB）像素，它们提供了大约两倍多的信号（见图1）。
Clarity+技术是图像获取技术的一次根本性飞跃。它将强大的图像处理和Clear像素结合在一起以改进下一代低照度性能。采用Clarity+的1.1μm像素可实现与1.4μmRGB像素同样或者高出传统RGB1.1μm像素两倍多的性能。超越传统RGB性能两倍的改进可以适用于所有的像素尺寸，包括目前正处于开发中的0.9μm像素。
波阵列（ColorFilterArray，CFA）格式
在单一传感器（single-sensor）彩色成像中，Bayer的RGB格式作为标准CFA排列已有将近40年了。它是一个非常简单的RG/GB格式（见表1最左边），并且利用了某些特有的人眼视觉特性。
一般来说，使用C像素的2×2或4×4单元的实施可分类为具有2×2RG/BC单元的25%C，以及在2×2或4×4单元中一半像素是透明的50%C。
25%RGBC格式并不会获得多大的SNR改进好处，因为它使用了相对较少的C像素。而且，它的缺点是缺少一个存在于每行和每列中的单一色彩通道，以配合人眼视觉灵敏度，因而牺牲了细节。
要获得两倍的信号改进和3dB的低照度SNR改进，需要50%的RGBC格式来。大多数格式通过交换它们一半的彩色像素来引入C像素，这些格式的根本缺点是相比Bayer降低了色彩分辨率。
Clarity+CFA格式（RC/CB）是一种独特的技术，是由于我们拥有和Bayer同样数量的B和R像素，而通过从C中减去R和B来确定G的。因为拥有和其他50%C方案相同数量的C像素，可以获取相同的SNR改进。然而，因为Aptina公司的传感器具有和Bayer传感器一样的相同结构，我们独特地保持着亮度信息的高保真度和低少量的行业惯有的彩色伪影。因为G是通过减法来确定的，在转换为标准RGB（sRGB）过程中存在着放大噪声的倾向。这可通过图像处理算法来解决，它们是Clarity+技术的一部分。
工作原理
在图2中描述的创新图像处理算法，提供了基本要素，使独特的RC/CB色谱能够实现出色的性能。
Clarity+使用先进的色度-亮度处理来减少红色和蓝色通道中的噪声，并将剩下的噪声与在透明通道中的噪声相关联。该处理防止噪声被色彩校正矩阵（colorcorrectionmatrix，CCM）放大，其将RCB转换为RGB。在CCM之后，在最终混合和过滤步骤中再次使用透明通道来进一步降低噪声并增强细节。类似先进的图像处理可用于Bayer传感器，在噪声上可获得大约1dB益处。然而，在Clarity+中，具有高保真度（high-fidelity）透明通道以及更好的SNR，可产生另外的3dB优势，超过了在Bayer传感器中所达到的性能。
对于缺乏绿色像素的格式，潜在的问题就是色彩再现是否符合要求。实际上传感器响应不需要红、绿和蓝色，它们也不必匹配人体反应。色彩再现的准确性依赖于传感器的这三种光谱响应如何更接近地符合三种人类视觉系统灵敏度的加权组合。Clarity+解决方案的红色、清晰透明和蓝色响应满足此标准，如同典型的Bayer红、绿和蓝色响应一样接近，因此Clarity+色彩再现的准确性可比得上Bayer传感器。换句话说，在Clarity+系统中，通过透明、红和蓝色响应的适当组合，有可能产生相当于Bayer绿色通道性能的信号。
优势和挑战
正如先前所提到的，与其他50%RGBC格式一样，Clarity+能够在低照度SNR上获得相同的3dB改进。因为相同的R和B像素排列，Clarity+具有和Bayer相似的色彩分辨率，优于其他的会遭受色彩混淆和由此导致的颜色伪影问题的50%RGBC格式。正如其他涉及C像素的格式，当在强光状态下和Bayer传感器比较时，会有极少量额外的视觉噪声权衡（十分之几分贝），但在那些状态中并不明显，因为SNR较高（通常为35dB或更大），且通常并不降低品质。这在强光状态下有益处，Clarity+灵敏度的增加将导致曝光时间只需Bayer传感器的一半，这对于捕获较少模糊和运动伪影的动作镜头是有用的。50%RGBC格式（包括Clarity+）对于闪光和其他杂散光问题也更敏感，但这可以通过适当的像素、镜头和组装设计来管理。
因为Clarity+格式和Bayer非常相似，它可以使用许多现有的Bayer图像处理算法，比如坏点校正、镜头阴影校正、像素合并（binning）和交错的高动态范围（highdynamicrange，HDR）捕获和渲染。此再使用提供了较大的优势，因为此类特性会涉及到重大的集成挑战，而Bayer算法和技术已发展了许多年并已高度优化。 性能/实际图像
采用BayerRG/GB和Clarity+（RC/CB）进行图像捕获比较，基于匹配的半导体器件，以及匹配的透镜，如图4～6所示。
图4a和4b中为完全没有进行任何噪声消减来处理Bayer和Clarity+的图像捕获。Clarity+有着比Bayer更高的噪声，因为它是一个部分消减的系统。在图4c和4d中，Bayer和Clarity+通过完全的Clarity+管线进行捕获处理。Bayer受益于色度去噪（chromadenoising），但Clarity+获益更多，其产生的优势最终达3dB。采用Clarity+图像处理，噪声有了显著的降低，同时仍然保留了色彩和分辨率。
通过图6中的图像，可进一步演示分辨率保持。
最后，对于D65光源中的40lx图像捕获，Bayer和Clarity+图像的特写镜头如图7所示。此外，对推进低照度性能几乎没有影响，Clarity+也获得了显著成功。
结语
利用在信号方面的两倍改进，透明像素已超越了红、绿或蓝色像素，Clarity+技术结合了RC/CB滤色器格式和先进的图像处理以及适当的像素优化。采用色度（色彩）和亮度（光强度）处理、过滤和混合，我们证明了低照度SNR获得了3dB改进，且无色彩混叠和其他技术的相关伪影。此进展是由于Clarity+中的Bayer类格式、高效色度去噪，以及色彩/亮度通道的混合/过滤。因为格式是Bayer类，它允许使用针对Bayer传感器而开发的坏点校正、镜头阴影校正、像素合并（binning）和HDR技术。正如其他的透明像素实施，Aptina的技术对杂散光敏感，但采用适当的光学器件和模块设计可以控制该影响。低照度SNR的改进适用于所有像素尺寸，并为现有的和未来的像素提供同等的下一代改进。由于其根本性的低照度优势，Clarity+为产品的工业设计提供了更多灵活性，可以采用更小的解决方案或增加分辨率而不牺牲低照度性能来达到相同的性能提升。
由于根本性的低照度优势，Clarity+为工业产品设计提供了更多的灵活性。采用更小的解决方案或增加分辨率而不牺牲低照度性能，可以实现相同的性能提升。总之，在图像捕获技术方面，Clarity+提供了根本性的改进。我们期待着Clarity+的广泛应用，从智能手机和平板电脑等移动设备开始，并一直延伸到监控、工业和汽车等应用。
百度搜索“爱华网”,专业资料、生活学习,尽在爱华网!
