图像传感器及成像方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种图像传感器，包括：像素点传感器阵列、位于像素点传感器阵列前端的F‑P腔反射型滤光结构；其中，所述F‑P腔反射型滤光结构包括底层反射镜、F‑P腔体、顶层反射镜；所述图像传感器的结构从下至上依次为像素点传感器阵列、底层反射镜、F‑P腔体、顶层反射镜；其中，F‑P腔反射型滤光结构的结构属性及参数可以调节。此外，本发明专利技术实施例还公开了一种高动态范围图像成像方法。采用本发明专利技术中的图像传感器及成像方法，解决了在成像过程中各个波段欠曝或过曝的问题，提高了像素利用率和拍摄图像的动态范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像传感器及成像方法
本专利技术涉及图像传感
，特别涉及一种图像传感器及成像方法。
技术介绍
现有技术中，基于对光电器件的丰富研究成果，工程师已经制造出各种各样适用于工业、农业、矿业以及监控领域的图像传感器及相应的信号处理系统。而区别于传统的黑白或RGB传感器，多光谱传感器可利用不同波段的光线来探测物体以获得更多信息。通过在常规传感器前加装不同的滤波结构，可以获得多个不同波段的窄带光信号，例如基于染料滤色镜的滤波轮、基于Lyot滤镜组的液晶可调滤镜(LiquidCrystalTunableFilter，简称LCTF)和基于弹光效应的声光可调滤镜(Acousto-opticalTunableFilter，简称AOTF)。然而，专利技术人经研究发现，上述现有技术中的多光谱传感器均存在体积庞大、整体捕获时间长、滤光带宽较宽的问题。目前，在传统的Bayer式RGB传感器基础上，将原来像素阵列前的三色染料型滤波片更换为法布里-佩罗(Fabry-Pérot，简称F-P)腔构成的反射型滤光结构，通过改变反射腔的长度可以获得不同波段的窄带滤波效果。但是，专利技术人经研究发现，在现有技术中，由于硅基互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，简称CMOS)图像传感器的量子效率在不同波长条件下存在明显起伏的情况，为了保证图像传感器对所有的波段具有接近的响应以避免像素大面积饱和或低于噪声水平，有必要对现有技术中滤波结构的透过率进行优化而使得各波段的能量达到平衡。专利技术内容基于此，为解决现有技术中的技术问题，特提出了一种图像传感器，包括：像素点传感器阵列、位于像素点传感器阵列前端的F-P腔反射型滤光结构；其中，所述F-P腔反射型滤光结构包括底层反射镜、F-P腔体、顶层反射镜；所述图像传感器的结构从下至上依次设置为像素点传感器阵列、底层反射镜、F-P腔体、顶层反射镜；其中，所述F-P腔反射型滤光结构的结构属性及参数可以调节。在一个实施例中，可以调节的所述结构属性及参数包括所述F-P腔体的腔长、F-P腔体的腔体介质、所述底层反射镜及所述顶层反射镜的厚度、所述底层反射镜及所述顶层反射镜的材质。在一个实施例中，所述像素点传感器阵列及其前端对应的所述F-P腔反射型滤光结构按照马赛克排布，其中，每一个像素点具有唯一的波段和曝光强度组合。在一个实施例中，利用平衡二叉树模型对所述每一个像素点的所述波段和所述曝光强度进行分割处理。在一个实施例中，所述底层反射镜及所述顶层反射镜的材质为铝或者银。在一个实施例中，所述像素点传感器阵列为CMOS传感器阵列。此外，为解决现有技术中的技术问题，特提出了一种高动态范围图像的成像方法：第一步，利用图像传感器获取的单帧图像获得多个波段、多个曝光强度下的多个低空间分辨率图像；第二步，对每个波段的多个曝光图像进行高动态范围合成处理，并利用相机响应函数将不同曝光强度下的像素值进行归一化处理；对每个波段重复相同的操作，得到每个波段的高动态范围像素值；第三步，对于因为像素饱和或因为低于噪声水平而丢失的像素，利用邻域内的像素进行插值处理来恢复，生成分辨率恢复后的高动态范围图像。在一个实施例中，扩大待插值像素点的邻域，并且通过计算像素值的梯度变化以确定邻域内不同像素点在拟合处理中的权重。实施本专利技术实施例，将具有如下有益效果：F-P腔反射型滤光片可以实时、密集、连续覆盖大范围的波段，并且具有窄带高透过率的特性，不同介质、厚度的F-P腔体配合不同材质、厚度的反射镜，可以解决各个波段中欠曝或过曝问题，提高像素的利用率和拍摄图像的动态范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：图1为本专利技术中的图像传感器结构示意图；图2为本专利技术中可见光波段内能量平衡的滤光片设计示意图；图3为本专利技术中利用平衡二叉树模型分别对波段和曝光强度进行分割的示意图；图4为本专利技术中像素点传感器阵列及其前端对应的F-P腔反射型滤光结构的排布示意图；图5为本专利技术中高动态范围图像成像方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的实施例公开了一种图像传感器，特别涉及了一种芯片集成式的实时高光谱高动态范围图像传感器。在本专利技术的实施例中，利用半导体薄膜技术，直接在图像传感器的像素点传感器阵列上沉积F-P腔薄膜阵列，以替代传统的RGB染料滤光片。如图1所示为本专利技术中的图像传感器结构示意图，在所述图像传感器中，像素点传感器阵列3的上方设置有底层反射镜2，底层反射镜2的上方设置有F-P腔体4，F-P腔体4的上方设置有顶层反射镜1，即所述图像传感器的结构从下至上依次为像素点传感器阵列3、底层反射镜2、F-P腔体4、顶层反射镜1；其中，所述底层反射镜2、所述F-P腔体4、所述顶层反射镜1组成了F-P腔反射型滤光结构；其中，当所述底层反射镜2、所述顶层反射镜1由金属材料制作而成，则所述底层反射镜2、所述顶层反射镜1组成了F-P腔反射型滤光结构的金属反射层。在一种实施例中，图像传感器为CMOS图像传感器。如图1所示，通过改变像素点传感器阵列3前端的F-P腔反射型滤光结构的结构属性及参数可以控制透射光的波长及强度，使图像传感器在各个波段下获得均匀的响应。其中，可以改变的所述结构参数及属性包括但不仅限于F-P腔体4的腔长、F-P腔体4的腔体介质(不同的腔体介质具有不同的折射率)、底层反射镜2及顶层反射镜1的厚度、底层反射镜2及顶层反射镜1的材质等。通过改变像素点传感器阵列3中各个像素点前端F-P腔体4的腔体介质沉积时间来改变所述F-P腔体4的腔体介质沉积厚度，使得F-P腔体4的腔长能够满足目标波长的相长干涉条件，从而实现对特定波长的光进行选择。其中，改变F-P腔体4的光学长度，包括但不限于改变F-P腔体4的腔长、更换不同透射率的腔体介质、对折射率可变的腔体介质进行调制等，从而实现对透射波长的选择。其中，增加F-P腔体4的腔长，或利用具有更高折射率的腔体介质，可以将F-P腔的滤波波长拓展至近红外区域，进一步增强图像传感器的高光谱采集能力。其中，减少底层反射镜2或者顶层反射镜1的厚度可以降低反射镜的反射率。当利用金属材质制作底层反射镜2及顶层反射镜1时，则所述底层反射镜2、所述顶层反射镜1组成了F-P腔反射型滤光结构的金属反射层；减少金属反射层的厚度可以降低金属反射层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，其特征在于，包括：/n像素点传感器阵列、位于所述像素点传感器阵列前端的F-P腔反射型滤光结构；其中，所述F-P腔反射型滤光结构包括底层反射镜、F-P腔体、顶层反射镜；所述图像传感器的结构从下至上依次设置为像素点传感器阵列、底层反射镜、F-P腔体、顶层反射镜；其中，所述F-P腔反射型滤光结构的结构属性及参数可以调节。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种图像传感器，其特征在于，包括：
像素点传感器阵列、位于所述像素点传感器阵列前端的F-P腔反射型滤光结构；其中，所述F-P腔反射型滤光结构包括底层反射镜、F-P腔体、顶层反射镜；所述图像传感器的结构从下至上依次设置为像素点传感器阵列、底层反射镜、F-P腔体、顶层反射镜；其中，所述F-P腔反射型滤光结构的结构属性及参数可以调节。


根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，
可以调节的所述结构属性及参数包括所述F-P腔体的腔长、所述F-P腔体的腔体介质、所述底层反射镜及所述顶层反射镜的厚度、所述底层反射镜及所述顶层反射镜的材质。


根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，
所述像素点传感器阵列及其前端对应的所述F-P腔反射型滤光结构按照马赛克排布，其中，每一个像素点具有唯一的波段和曝光强度组合。


根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，
利用平衡二叉树模型对所述每一个像素点的所述波段和所述曝光强...

【专利技术属性】
技术研发人员：王星泽，赖嘉炜，舒远，
申请(专利权)人：合刃科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44