图像传感器、操作和制造其的方法以及具有其的设备技术

本发明专利技术的实施例提供了一种包括图像传感器结构的图像传感器。图像传感器结构包括以网格状方式布置在第一方向和正交于第一方向的第二方向上的多个图像元件。多个图像元件中的图像元件包括空间上并排布置的多个滤波元件。多个滤波元件包括来自滤波器组的至少一个滤色器和至少一个附加滤波器。滤波器组包括具有第一光学带宽的第一吸收滤波器、具有不同于第一光学带宽的第二光学带宽的第二吸收滤波器、具有第一偏振特征的第一偏振滤波器、具有与第一偏振特征不同的第二偏振特征的第二偏振滤波器以及没有吸收效应或偏振效应的滤波元件。波器以及没有吸收效应或偏振效应的滤波元件。波器以及没有吸收效应或偏振效应的滤波元件。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器、操作和制造其的方法以及具有其的设备


[0001]本申请涉及具有以网格状方式布置的图像元件并且包括多个滤波元件的图像传感器。

技术介绍

[0002]检测道路状况对于安全驾驶是必要的。现代车辆借助于诸如光学传感器的传感器估计道路状况的一般风险。
[0003]例如，用相机记录车辆前方的情况。例如，在红
‑
绿
‑
蓝图像(RGB图像)上，难以区分路面上的潮湿点和污点，因为两者都只是暗的。尽管水是透明的，但由于改变光束路径的不同效果，水在RGB图像中是容易看见的。当前的对象检测方法使用RGB数据来检测诸如行人的对象。然而，具有简单形状和诸如反射或透明的复杂光学行为的物体难以检测，如水坑。环境变量，例如日光、背景和地下，显著地改变天气引起的累积或沉积的外观，这进一步使检测复杂化。
[0004]RGB相机或RGB图像传感器无法确定不同的效果，如吸收和/或偏振。因此，定位和分类方法的结果强烈地依赖于每种情况并且是不可靠的。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的在于提供一种能够更好地检测路面上的危险的紧凑型装置。
[0006]此目的通过以下实施例中描述的图像传感器、车辆、固定设备、无人机、用于操作图像传感器的方法，或用于制造图像传感器的方法来实现。
[0007]本专利技术的实施例提供了具有图像元件结构的图像传感器。图像元件结构包括在第一方向和与第一方向正交的第二方向上以网格状方式布置的多个图像元件。
[0008]多个图像元件的图像元件包括空间上并排布置的多个滤波元件。多个滤波元件包括来自滤波器组的至少一个滤色器和至少一个附加滤波器。
[0009]滤波器组包括具有第一光学带宽的第一吸收滤波器、具有不同于第一光学带宽的第二光学带宽的第二吸收滤波器、具有第一偏振特征的偏振滤波器、具有不同于第一偏振特征的第二偏振特征的第二偏振滤波器、以及没有吸收效应或偏振效应的滤波元件。
[0010]具有以网格状方式布置的图像元件的图像传感器(其中图像元件包括至少一个滤色器和至少一个附加滤波器)通过其他滤波器扩展了经典相机传感器。除了颜色信息之外，本专利技术的图像传感器还提供诸如吸收信息和/或偏振信息之类的附加信息，这些信息例如有助于区分水的出现。
[0011]滤色器被配置为以颜色特定的方式过滤光，并因此使图像传感器能够检测颜色信息。通常使用三个滤色器，因为所有颜色都可以由三种基本颜色，诸如红色、绿色和蓝色，混合而成。例如，可以用没有吸收效应或偏振效应的滤波元件替换这三种滤色器中的滤色器，以节省成本。
[0012]吸收信息使得可以更容易地在传感器记录中找到具有特定吸收特征的特定材料，
并且使用偏振滤波器的传感器记录使得可以分析在表面上反射的光束。
[0013]具有附加滤波元件的本专利技术的图像传感器保持与传统图像传感器一样紧凑，因为由附加滤波元件对图像传感器的滤波元件的扩展仅影响图像传感器的表面和/或分辨率。
[0014]通过附加的滤波元件，本专利技术的图像传感器提供了紧凑的解决方案，能够改进对路面上的危险的检测。
[0015]在实施例中，多个滤波元件包括RGB滤色器和若干不同的附加滤波器，包括具有第一光学带宽的第一吸收滤波器、具有不同于第一光学带宽的第二光学带宽的第二吸收滤波器、具有第一偏振特征的第一偏振滤波器，以及具有不同于第一偏振特征的第二偏振特征的第二偏振滤波器。
[0016]具有RGB滤色器和多个不同附加滤波器，诸如具有两个不同的吸收滤波器和两个不同的偏振滤波器的图像传感器提供比经典图像传感器或仅包括一个滤色器和一个附加滤波器的图像传感器更多的信息。
[0017]例如，使用具有不同光学带宽的两个吸收滤波器(其中水具有不同的吸收率)能够检测路面上的水。
[0018]另一方面，使用具有不同光学带宽的两个吸收滤波器(其中叶绿素或氮具有不同的吸收率)能够检测植物和/或有机材料或物质。
[0019]例如，使用具有不同偏振角的偏振滤波器使得能够区分水、雪和黑冰。液态水的反射显示出以水平方向为主的光的高偏振比，而冰晶散射光束并引起波的旋转。冰晶导致更强烈散射的偏振，其方向略有偏移。
[0020]在实施例中，第一光学带宽包括选自400nm和900nm之间的光谱范围的带宽。同时，第二光学带宽包括选自900nm和1200nm之间的光谱范围的带宽。
[0021]上述第一光学带宽和第二光学带宽的选择使得在记录之间能够在有水的区域中实现最佳强度差。
[0022]在实施例中，第一光学带宽在半功率带宽处包括820nm和870nm之间的值，并且第二光学带宽在半功率带宽处包括920nm和970nm之间的值。
[0023]第一光学带宽和第二光学带宽的最佳选择使得在记录之间能够在有水的区域中实现最大可能的强度差。
[0024]在实施例中，第一偏振滤波器的偏振角和第二偏振滤波器的偏振角的尺寸被确定为相对于彼此偏移90
°
。
[0025]偏振滤波器的均匀分布的偏振特征或偏振角提供了关于在表面上反射的光束的最大信息量。两个偏振滤波器提供有关光束的偏振平面的足够信息。
[0026]在实施例中，图像传感器包括至少一个另外的附加吸收滤波器和/或偏振滤波器。
[0027]另一个附加的吸收滤波器使得可以检测其他材料，诸如有机材料或植物，和/或另一个附加的偏振滤波器使得能够更精确地确定在表面上反射的光束的偏振。
[0028]在实施例中，图像元件的至少一个滤色器和图像元件的至少一个附加滤波器在第一方向上并排布置。
[0029]朝向行驶方向的相机的图像传感器以扭曲和/或压缩的方式以平坦的角度记录或捕捉道路。由于垂直轴比水平轴压缩得更强烈，因此垂直方向的分辨率更有价值。沿第一方向并排布置的滤波元件提供最大垂直分辨率，其中每个图像元件仅具有一条线。
[0030]在实施例中，至少一个滤色器和至少一个附加滤波器在第一方向上排列成两行。
[0031]朝向行驶方向的相机的图像传感器以扭曲和/或压缩的方式以平坦的角度记录道路。由于垂直轴比水平轴压缩得更强烈，因此垂直方向的分辨率比水平方向的分辨率更有价值。例如，如果图像元件的滤波元件的数量高于预定数量，则图像元件的滤波元件可以在第一方向上排列成两行。因此，选择性地提供最大可能的垂直分辨率，其中图像元件的滤波元件仍然可以记录路面的相同部分。
[0032]在实施例中，至少一个滤色器属于第一堆叠，而至少一个附加滤波器属于第二堆叠。
[0033]因此，简化了信息处理。第一堆叠中的滤波元件检测颜色信息，类似于经典的相机传感器。因此，可以用已知方法处理颜色信息，并且只有第二堆叠的新的附加滤波元件需要新的图像处理方法。
[0034]在实施例中，第一堆叠和第二堆叠在第一方向上并排布置在两行上。
[0035]这种布置使得能够以最大可能的垂直分辨率简化信息处理。
[0036]在实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器(100、410、650、720)，包括：图像传感器结构(100)，包括以网格状方式布置在第一方向(113、213)和与第一方向(113、213)正交的第二方向(116)上的多个图像元件(120)，其中所述多个图像元件(120)中的图像元件(120)包括在空间上并排布置的多个滤波元件(130、133、136、242、244、246、253、256、263、266)，其中所述多个滤波元件(130、133、136、242、244、246、253、256、263、266)包括来自滤波器组的至少一个滤色器(133、242、244、246)和至少一个附加滤波器(136，253，256，263，266)，以及其中所述滤波器组包括具有第一光学带宽的第一吸收滤波器(136、253、256)、具有不同于所述第一光学带宽的第二光学带宽的第二吸收滤波器(136、253、256)、具有第一偏振特征的第一偏振滤波器(136、263、266)、具有与所述第一偏振特征不同的第二偏振特征的第二偏振滤波器(136、263、266)以及没有吸收效应或偏振效应的滤波元件(136)。2.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中所述多个滤波元件(130、133、136、242、244、246、253、256、263、266)包括红
‑
绿
‑
蓝滤色器(133、242、244、246)，具有第一光学带宽的第一吸收滤波器(136、253、256)，具有不同于第一光学带宽的第二光学带宽的第二吸收滤波器(136、253、256)、具有第一偏振特征的第一偏振滤波器(136、263、266)和具有不同于第一偏振特征的第二偏振特征的第二偏振滤波器(136、263、266)。3.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中所述第一光学带宽包括选自400nm和900nm之间的光谱范围的带宽；并且其中所述第二光学带宽包括选自900nm和1200nm之间的光谱范围的带宽。4.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中所述第一光学带宽在半功率带宽处包括820nm和870nm之间的值，并且所述第二光学带宽在半功率带宽处包括920nm和970nm之间的值。5.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中，所述第一偏振滤波器(136、263、266)的偏振特征和所述第二偏振滤波器(136、263、266)的偏振特征被配置为相对于彼此偏移90
°
。6.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，包括至少一个另外的附加吸收滤波器(136、253、256)和/或偏振滤波器(136、263、266)。7.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中，所述至少一个滤色器(133、242、244、246)和所述至少一个附加滤波器(136、253、256、263、266)在第一方向(113、213)上并排布置。8.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中，所述至少一个滤色器(133、242、244、246)和所述至少一个附加滤波器(136、253、256、263、266)在第一方向(113、213)上布置成两行。9.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中，所述至少一个滤色器(133、242、244、246)属于第一堆叠(230)，并且所述至少一个附加滤波器(136、253、256、263、266)属于第二堆叠(220)。10.根据权利要求9所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中，所述第一堆叠(230)和所述第二堆叠(220)在所述第一方向(113、213)上并排布置在两行上。
11.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中能够针对每个图像元件(120)选择性地读取与图像元件(120)中的单独滤波元件(130、133、136、242、244、246、253、256、263、266)相关联的每个图像传感器部分。12.根据权利要求1所述的图像传感器(100、410、650、720)，其中，所述没有吸收效应或偏振效应的滤波元件(136)被配置为光学全通滤波器或开口或滤波层中的孔。13.一种车辆(600)，包括：车辆前侧，朝向车辆的行驶方向(670)上的路面(310、430、460)并且相对于所述路面(310、430、460)向上延伸；以及根据权利要求1至12中任一项所述的图像传感器(100、410、650、720)，在所述车辆前侧的上部区域中附接到所述车辆前侧并且朝向行驶方向(670)。14.根据权利要求13所述的车辆(600)，其中，所述图像传感器(100、410、650、720)被布置成使得所述图像元件结构(100)的第一方向(113、213)被布置为横向于所述行驶方向(670)，并且使得所述图像元件结构(100)的第二方向(116)被布置为纵向于所述行驶方向(670)，其中所述图像传感器(100、410、650、720)的图像元件(120)的至少一个滤色器(133、242、244、246)和所述图像元件(120)的至少一个附加滤波器(136、253、256、263、266)在第一方向(113、213)上并排布置。15.一种固定设备(750)，包括：前侧，朝向的车辆(600)的行驶方向(670)上的路面(310、430、460)并相对于所述路面(310、430、460)向上延伸；以及根据权利要求1至12中任一项所述的图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪特里希，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：