Функции распределения цвета многослойных мультиспектральных матричных фотоприемников при интерполировании

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Жбанова В.Л. Функции распределения цвета в многослойных мультиспектральных матричных фотоприемниках при интерполировании // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 11. С. 44–53. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-44-53

Zhbanova V.L. Color distribution functions of multilayer multispectral matrix photodetectors after interpolation [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 11. P. 44–53. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-44-53

Ссылка на англоязычную версию:

V. L. Zhbanova, "Color distribution functions of multilayer multispectral matrix photodetectors after interpolation," Journal of Optical Technology. 89(11), 670-676 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000670

Аннотация:

Предмет исследования. Разработанные шаблоны систем цветоделения на основе многослойных сенсоров для регистрации излучения видимого и инфракрасного диапазонов спектра. Представлены три системы, где лишь в половине сенсоров присутствует слой, чувствительный к инфракрасному излучению, и система, где в каждом сенсоре в наличии слой регистрации инфракрасного излучения. Шаблоны представляют различные комбинации из не более двух слоев R, G, B или IR в одной ячейке. Цель работы. Определение функции распределения цвета при интерполяции в разработанных шаблонах для различных комбинаций слоев. Метод. На основе алгоритма нахождения функций передачи модуляции предлагается определить функции распределения цвета по изображению методом интерполирования по «ближайшему соседу». В данном контексте необходимо сравнить полученные функции для стандартного шаблона Байера и разработанных многослойных шаблонов при одинаковых параметрах ячеек и их расположении в шахматном порядке. Основные результаты. Выявлено, что полученные функции закономерно имеют колебательный характер, наиболее стабильны системы, имеющие часто повторяющиеся слои одного участка спектра. Были получены функции распределения цвета лучше, чем у шаблонов Байера, при применении разработанных шаблонов в шахматном порядке для интерполяции цвета методом «ближайшего соседа». Применение другого порядка в шаблоне может привести к ухудшению функций распределения цвета. Практическая значимость. Функции распределения цвета удобно применять при выборе шаблона под конкретные цели, например, для лучшего цветового разрешения в области «зеленого» участка видимого диапазона спектра или инфракрасного. Создание мультиспектральных шаблонов на основе четырех сенсоров в рамках двуслойной системы неизбежно ведет к падению функций распределения некоторых цветов, что следует учитывать при производстве подобных систем цветоделения. Результаты исследования могут быть полезны специалистам в области цифровой техники, матричных фотоприемников и обработки изображений.

Ключевые слова:

мультиспектральный, инфракрасное излучение, матричный фотоприемник, многослойный сенсор, функция передачи модуляции, интерполяция, оптическая передаточная функция

Благодарность:

Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 21-79-00012, https://rscf.ru/project/21-79-00012/

Коды OCIS: 110.4234, 110.4850

Список источников:

1. Сорока Н.И., Кривинченко Г.А. Телемеханика. Минск: изд. Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, 2005. 126 с.
2. Соломатин В.А., Жбанова В.Л. Влияние шаблонов матричных фотоприёмников на пространственночастотные характеристики // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 12. С. 59–67. DOI: 10.17586/1023-5086-2021-88-12-59-67
3. Тихонычев В.В., Данилин А.А. Влияние интерполяции цвета на пространтвенно-частотные свойства матричного приемника оптического излучения [Электронный ресурс]. Режим доступа http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2009/101.pdf, свободный. Яз. Рус. (дата обращения 12.01.2022).
4. Franco A., Riesen Ya., Despeisse M., Wyrsch N. High spatial resolution of Thin-Film-on-ASIC particle detectors // IEEE Trans. Nuclear Science. 2012. V. 59(5). P. 2614–2621.
5. Hubel P.M., Liu J., Guttosch R.J. Spatial frequency response of color image sensors: Bayer color filters and Foveon X3 // Proc. SPIE — The Internat. Soc. Opt. Eng. 2004. V. 5301. https://doi.org/10.1117/12.561568
6. Merrill R.B. Color separation in an active pixel pit imaging array using a triple-well structure // Patent US № 5965875. 1999.
7. Rieve P., Walder M., Seibel K., et al. TFA image sensor with stability-optimized photodiode // Patent US № 7701023. 2010.
8. Жбанова В.Л. Разработка и исследование оптико-электронных систем цветоделения для матричных фотоприёмников // Дисс. канд. техн. наук. МИИГАиК, Москва. 2016. 124 с.

9. Stotko P., Weinmann M., Klein R. Albedo estimation for real-time 3D reconstruction using RGB-D and IR data // ISPRS J. Photogrammetry аnd Remote Sensing. 2019. V. 150. P. 213–225. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2019.01.018
10. Nonaka Y., Yoshida D., Kitamura S., Yokota T., Hasegawa M., Ootsu K. Monocular color-IR imaging system applicable for various light environments // 2018 IEEE Internat. Conf. Consumer Electronics (ICCE). 2018. https://doi.org/10.1109/ICCE.2018.8326238
11. Solomatin V.A., Parvulyusov Yu.B., Zhbanova V.L. Spatial-frequency characteristics of photo matrices for colour image // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1679. Р. 022038. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1679/2/022038
12. Zhbanova V.L., Parvulyusov Yu.B., Solomatin V.A. Multispectral matrix silicon photodetectors with the IR range registration // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1679. Р. 022039. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1679/2/022039
13. Adams Jr., Hamilton J.E., O'Brien M. Interpolation of panchromatic and color pixels // Patent US № 7830430. 2010.
14. Gashnikov M.V. Adaptive interpolation based on optimization of a decision rule in a multidimensional feature space // Computer Optics. 2020. V. 44. Iss. 1. P. 101–108. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-661
15. Zapryanov G., Nikolova I. Comparative study of demosaicing algorithms for Bayer and pseudo-random Bayer color filter arrays // Internat. Scientific Conf. Computer Science’2008. 2008. P. 133–139.
16. Li J. A solution method for image distortion correction model based on bilinear interpolation // Computer Optics. 2019. V. 43. Iss. 1. P. 99–104. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2019-43-1-99-104
17. Парвулюсов Ю.Б., Жбанова В.Л. Анализ влияния интерполяции цвета на пространственно-частотные свойства матричного фотоприемника // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2016. № 3. С. 135–140.