一种摄像头芯片、摄像装置及其应用和光谱重构方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基摄像头芯片、摄像装置及其应用和光谱重构方法，属于成像设备技术领域。其中基摄像头芯片包括成像芯片和F

【技术实现步骤摘要】
一种摄像头芯片、摄像装置及其应用和光谱重构方法


[0001]本专利技术属于成像设备
，特别涉及一种摄摄像头芯片、摄像装置及其应用和光谱重构方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，光谱成像技术逐渐应用到了人们的生活中，例如将能光谱成像的摄像头集成在手机中，以方便人们在生活中随时监测水果蔬菜以及肉类的品质与安全，以及用来给皮肤拍照获取人体的健康信息等。基于F
‑
P滤光片的成像光谱仪结构简单，尺寸小，机械稳定性和热稳定性高，特别适合用于手机等手持设备。然而，F
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P渐变滤光片等结构由于收到自由光谱空间(Free Spectral Range，FSR)的限制，其应用光谱范围窄，光谱分辨率低；基于马赛克式的F
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P滤光片阵列光谱特性往往是固定的，要想实现多重光谱特性的成像技术，需要对整个成像画面进行裁剪分割，针对不同区域进行不同的光谱识别。这些缺陷大大降低了成像芯片的利用率，降低了最后光谱成像的空间分辨率和光谱分辨率，难以满足用户的需求。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的主要目的是提出一种摄摄像头芯片、摄像装置及其应用和光谱重构方法，能够克服传统F
‑
P滤光片所受到的自由光谱范围的限制，实现较高空间分辨率下、较高光谱分辨率的光谱成像。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种摄像头芯片，包括成像芯片和F
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P滤光片，所述F
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P滤光片贴合设置于所述成像芯片的表面，其特征在于，所述F
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P滤光片全部覆盖所述成像芯片的表面，所述F
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P滤光片包括底层、介质层和顶层，所述介质层设置于底层和顶层之间用于调节所述F
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P滤光片的厚度，所述介质层采用压电材料或电磁材料。
[0005]可选地，所述F
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P滤光片的底层通过真空镀的方式成型于所述成像芯片的表面，所述介质层设置于所述底层远离成像芯片一侧的表面，所述F
‑
P滤光片的顶层通过在其他基底上真空镀的方式设置在所述介质层上。
[0006]可选地，所述F
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P滤光片顶层远离所述成像芯片一侧的表面真空镀有带通滤光片，所述带通滤光片用于过滤成像光谱以外部分的光。
[0007]可选地，所述F
‑
P滤光片包括布拉格反射镜或者金属膜反射镜，所述成像芯片为黑白成像芯片或者彩色成像芯片。
[0008]本专利技术第二方面还提供一种摄像装置，包括光学镜头、如上述任一项所述的摄像头芯片、A/D转换器和光谱图像处理器，所述光学镜头设置于所述摄像头芯片前端，所述摄像头芯片、A/D转换器和光谱图像处理器依次连接。
[0009]本专利技术第三方面还提供一种上述摄像装置在手持设备和无人机上的应用。
[0010]本专利技术第四方面还提供一种光谱重构方法，采用上述摄像头芯片获取图像信息，包括以下步骤：
[0011]步骤1，在上述的不同厚度的F
‑
P滤光片的基础上，获取成像芯片的灰度图像数据或RGB图像数据；
[0012]步骤2，将所述灰度图像数据或RGB图像数据根据规则进行归一化处理，转化为像素光谱强度值集合；
[0013]步骤3，对像素光谱强度值集合进行训练，得到每个像素对于不同波长光的响应函数模型，根据训练出的模型重构计算出入射光谱值。
[0014]可选地，所述步骤1包括：
[0015]步骤1
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1，在应用光谱范围内，使用光谱范围内的窄带单色光源作为入射光，选取不同的F
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P滤光片厚度，同时令光通过整个摄像头芯片；
[0016]步骤1
‑
2，在不同F
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P滤光片厚度、不同波长的窄带单色光源入射的同时，记录所述成像芯片上得到的灰度图像数据或RGB图像数据。
[0017]可选地，所述步骤2包括：
[0018]步骤2
‑
1：将所述灰度图像数据或RGB图像数据与入射的窄带单色光元的光总功率或光谱数据进行归一化处理，得到归一化后的图像数据；
[0019]步骤2
‑
2：对所述成像芯片的噪声数据进行训练，得到噪声数据模型后，对所述归一化后的图像数据进行降噪处理，得到像素光谱强度值集合。
[0020]可选地，所述步骤3包括：
[0021]步骤3
‑
1：根据光谱重构公式，训练出在不同F
‑
P滤光片厚度下，每个像素对于不同波长光的响应函数模型：
[0022]I＝∫P(λ)R(λ)dλ
[0023]I＝∫F(λ)R(λ)dλ
[0024]其中，I是降噪处理后每个像素的响应值；R(λ)是每个像素的响应函数模型；P(λ)是窄带单色光源的总功率值；F(λ)是窄带单色光源光谱函数；λ是窄带单色光源的波长；
[0025]步骤3
‑
2：根据训练出的响应函数模型，通过光谱计算重构公式，重构计算出待测入射光的光谱数据。
[0026]i＝fR
[0027]式中，i为待测入射光照射时，像素点的强度信息；f为光谱计算重构出的带测光的光谱信息。
[0028]与现有技术相比，本摄像头芯片具有以下优点：
[0029]1、利用F
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P滤光片的介质层中的压电材料或电磁材料对F
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P滤光片的厚度实现可控调节，实现不同厚度F
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P滤光片能够一一对应不同的中心透过波长，且随着厚度变大中心波长会往长波方向移动，从而厚度可调的F
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P滤光片能够在一定光谱范围内提供一系列的数个窄波段透过光，通过应用光谱重构算法，对成像芯片上接收到的透过F
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P滤光片的数据进行训练分析，通过光谱重构能够获得高分辨率的光谱成像。
[0030]2、F
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P滤光片一体设置在成像芯片的表面，使得F
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P滤光片与成像芯片之间不会存在间隙，从而是的F
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P滤光片与成像芯片之间几乎不存在光谱串扰现象，从而能够提高该摄像头芯片光谱成像的光谱分辨率。
[0031]3、F
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P滤光片全部覆盖成像芯片的表面，能够在整个呈现芯片范围内实现光谱成像，增大了成像芯片的空间利用率，增大了光谱成像的空间分辨率。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例中摄像头芯片的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例中摄像头芯片另一视角的结构示意图；
[0034]图3为本专利技术实施例中F
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P滤光片较薄(1.3μm)时的光谱图；
[0035]图4为本专利技术实施例中F
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P滤光片较厚(5.0μm)时的光谱图；
[0036]图5为本专利技术的实施例中摄像装置的结构示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摄像头芯片，包括成像芯片(1)和F
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P滤光片(2)，所述F
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P滤光片(2)贴合设置于所述成像芯片(1)的表面，其特征在于，所述F
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P滤光片(2)全部覆盖所述成像芯片(1)的表面，所述F
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P滤光片(2)包括底层(2a)、介质层(2b)和顶层(2c)，所述介质层(2b)设置于底层(2a)和顶层(2c)之间用于调节所述F
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P滤光片(2)的厚度，所述介质层(2b)采用压电材料或电磁材料。2.根据权利要求1所述的一种摄像头芯片，其特征在于，所述F
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P滤光片(2)的底层(2a)通过真空镀的方式成型于所述成像芯片(1)的表面，所述介质层(2b)设置于所述底层(2a)远离成像芯片(1)一侧的表面，所述F
‑
P滤光片(2)的顶层(2c)通过在其他基底上真空镀的方式设置在所述介质层(2b)上。3.根据权利要求2所述的一种摄像头芯片，其特征在于，所述F
‑
P滤光片(2)顶层(2c)远离所述成像芯片(1)一侧的表面真空镀有带通滤光片(3)，所述带通滤光片(3)用于过滤成像光谱以外部分的光。4.根据权利要求1或2或3所述的一种摄像头芯片，其特征在于，所述F
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P滤光片(2)包括布拉格反射镜或者金属膜反射镜，所述成像芯片(1)为黑白成像芯片(1)或者彩色成像芯片(1)。5.一种摄像装置，包括光学镜头(4)、如权利要求1
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4任意一项所述的摄像头芯片、A/D转换器(5)和光谱图像处理器(6)，所述光学镜头(4)设置于所述摄像头芯片前端，所述摄像头芯片、A/D转换器(5)和光谱图像处理器(6)依次连接。6.一种如权利要求5所述的摄像装置在手持设备和无人机上的应用。7.一种光谱重构方法，采用如权利要求1
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4任意一项所述的摄像头芯片获取图像信息，包括以下步骤：步骤1，在上述的可调节的不同厚度的F
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨宗银，张弓远，程雨，丁继峥，
申请(专利权)人：海宁市产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：