CN104980667B - 图像传感器和监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种图像传感器、监控系统和图像传感器的设计方法，图像传感器包括：彩色膜，对于红外波段的光，彩色膜仅允许特定波长的红外光通过，彩色膜包括多个n种颜色的滤片，用于将入射光进行区分为n种颜色的光；感光芯片，包含信号处理电路和多个感光单元，感光单元分别感应透过n种颜色的滤片的光的光强并生成电信号，信号处理电路对电信号处理以进行成像，信号处理电路对透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比为A1：A2：…：An，多个n种颜色的滤片对特定波长的红外光的光强通过比为M1:M2（A1/A2）：…：Mn（A1/An）。本发明的图像传感器，通过调整彩色膜的光学特性实现用户想要的偏色，增加了图像传感器的应用范围。

Description

图像传感器和监控系统
技术领域
本发明涉及图像成像技术领域，特别涉及一种图像传感器、监控系统和图像传感器的设计方法。
背景技术
作为一种典型的固体成像传感器，CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体）图像传感器可以应用在多种领域。由于CMOS 图像传感器具有成本低廉、便于集成的优点，因此目前已在数码相机、数码摄像机等数码产品中获得了广泛的应用。然而对于外界产生的偏色，目前的CMOS图像传感器主要通过增加外部截止滤片来进行过滤，这样不仅增加了CMOS图像传感器的成本，降低了CMOS图像传感器的可靠性。例如当CMOS图像传感器的应用环境中存在红外光时，红外光会对CMOS图像传感器的成像颜色偏色产生影响，并且该偏色比较单一。因此当用户希望，当入射光同时具有可见光和红外光时，用户希望CMOS图像传感器产生用户想要的偏色或偏色程度时，目前的CMOS图像传感器也无法实现，从而导致图像传感器的应用范围较窄，用户体验差。
发明内容
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术缺陷之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种图像传感器。该图像传感器，通过调整彩色膜的光学特性，实现用户想要的偏色或偏色程度，从而大大增加了图像传感器的应用范围，提升用户体验。
本发明的第二个目的在于提出一种监控系统。
本发明的第三个目的在于提出另一种图像传感器。
本发明的第四个目的在于提出另一种监控系统。
本发明的第五个目的在于提出一种图像传感器的设计方法。
本发明的第六个目的在于提出一种图像传感器。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例的图像传感器，包括：彩色膜，其中，对于红外波段的光，所述彩色膜仅允许特定波长的红外光通过，且所述彩色膜包括多个n种颜色的滤片，所述多个n种颜色的滤片用于将入射光进行区分为n种颜色的光，其中n为正整数；以及位于所述彩色膜之下的感光芯片，所述感光芯片包含信号处理电路和与所述多个n种颜色的滤片一一对应的多个感光单元，所述感光单元分别用于感应透过所述n种颜色的滤片的光的光强并生成电信号，所述信号处理电路用于对所述电信号处理以进行成像，所述信号处理电路对于所述透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比为A1：A2：…：An，其中，所述彩色膜的所述多个n种颜色的滤片对所述特定波长的红外光的光强通过比为M1:M2（A1/A2）：…：Mn（A1/An），所述M1，M2，…，Mn的值根据所述图像传感器所需要的颜色偏色要求确定。
根据本发明实施例的图像传感器，通过调整彩色膜的光学特性，实现用户想要的偏色或偏色程度，从而大大增加了图像传感器的应用范围，提升用户体验。
为达到上述的目的，本发明第二方面实施例的监控系统，包括电子设备，所述电子设备具有本发明第一方面实施例的图像传感器；以及补光灯，其中，所述补光灯发射所述特定波长的红外光。
根据本发明实施例的监控系统，可实现用户想要的偏色或偏色程度，从而大大增加了图像传感器的应用范围，提升用户体验。
为达到上述的目的，本发明第三方面实施例的图像传感器，包括：至少一个滤光片，用于滤除除特定波长的红外光之外的红外光，其中，所述至少一个滤光片允许可见光和所述特定波长的红外光透过；位于所述至少一个滤光片之下的彩色膜，其中，所述彩色膜包括多个n种颜色的滤片，所述多个n种颜色的滤片用于将入射光进行区分为n种颜色的光，其中n为正整数；以及位于所述彩色膜之下的感光芯片，所述感光芯片包含信号处理电路和与所述多个n种颜色的滤片一一对应的多个感光单元，所述感光单元分别用于感应透过所述n种颜色的滤片的光的光强并生成电信号，所述信号处理电路用于对所述电信号处理以进行成像，所述信号处理电路对于所述透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比为A1：A2：…：An，其中，所述彩色膜的所述多个n种颜色的滤片对所述特定波长的红外光的光强通过比为M1:M2（A1/A2）：…： Mn（A1/An），所述M1，M2，…，Mn的值根据所述图像传感器所需要的颜色偏色要求确定。
根据本发明实施例的图像传感器，通过调整彩色膜的光学特性以及使用具有特定光学特性的滤光片，实现用户想要的偏色或偏色程度，从而大大增加了图像传感器的应用范围，提升用户体验。
为达到上述的目的，本发明第四方面实施例的监控系统，包括电子设备，所述电子设备具有本发明第三方面实施例的图像传感器；以及补光灯，其中，所述补光灯发射所述特定波长的红外光。
根据本发明实施例的监控系统，可实现用户想要的偏色或偏色程度，从而大大增加了图像传感器的应用范围，提升用户体验。
为达到上述的目的，本发明第五方面实施例的图像传感器的设计方法，包括以下步骤：获取图像传感器中信号处理电路的增益比；获取图像传感器的颜色偏色要求；以及根据所述图像传感器中信号处理电路的增益比和所述颜色偏色要求确定所述图像传感器的彩色膜中n种颜色的滤片对于红外光的光强通过比。
根据本发明实施例的图像传感器的设计方法，可以根据实际应用的需要控制红外光对成像颜色的影响，从而大大增加了图像传感器的应用范围。
为达到上述的目的，本发明第六方面实施例的图像传感器，该图像传感器为通过本发明第五方面实施例的图像传感器的设计方法所形成的图像传感器。
根据本发明实施例的图像传感器，可以根据实际应用的需要设计红外光对成像颜色的影响，从而大大增加了图像传感器的应用范围。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的图像传感器的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的图像传感器的示意图；
图3为根据本发明一个实施例的红、绿和蓝感光单元进行感光的示意图；
图4（1）为根据本发明一个实施例的调整前红滤片的光学特性示意图；
图4（2）为根据本发明一个实施例的调整前绿滤片的光学特性示意图；
图4（3）为根据本发明一个实施例的调整前蓝滤片的光学特性示意图；
图5（1）为根据本发明一个实施例的调整后红滤片的光学特性示意图；
图5（2）为根据本发明一个实施例的调整后绿滤片的光学特性示意图；
图5（3）为根据本发明一个实施例的调整后蓝滤片的光学特性示意图；
图6（1）为根据本发明另一个实施例的图像传感器的结构示意图；
图6（2）为根据本发明又一个实施例的图像传感器的结构示意图；
图6（3）为根据本发明又一个实施例的图像传感器的结构示意图；
图7为根据本发明一个实施例的监控系统的结构示意图；
图8为根据本发明另一个实施例的图像传感器的结构示意图；
图9为根据本发明一个实施例的滤光片500的光学特性示意图；
图10（1）为根据本发明一个实施例的红滤片的光学特性示意图；
图10（2）为根据本发明一个实施例的绿滤片的光学特性示意图；
图10（3）为根据本发明一个实施例的蓝滤片的光学特性示意图；
图11为根据本发明又一个实施例的图像传感器的结构示意图；
图12为根据本发明另一个实施例的监控系统的结构示意图；
图13为根据本发明一个实施例的图像传感器的设计方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面参照附图来描述根据本发明实施例的图像传感器和监控系统。
图1为根据本发明一个实施例的图像传感器的结构示意图。本发明实施例的图像传感器为CMOS图像传感器。如图1所示，图像传感器10包括：彩色膜100、感光芯片 200。
其中，对于可见光，彩色膜100允许部分可见光透过；对于红外波段的光，彩色膜100仅允许特定波长的红外光通过，且彩色膜100对特定波长的红外光的光强通过比可调节，且彩色膜100包括多个n种颜色的滤片，多个n种颜色的滤片用于将入射光进行区分为n种颜色的光，其中n为正整数。其中，对于可见光，彩色膜100允许部分可见光透过，是指彩色膜100包括多个颜色的滤片，如当彩色膜100包括红、绿和蓝滤片时，红滤片只允许可见光中的红光透过，绿滤片只允许可见光中的绿光透过，蓝滤片只允许可见光中的蓝光透过。
感光芯片200位于彩色膜100之下，感光芯片200包含信号处理电路和与多个n 种颜色的滤片一一对应的多个感光单元，感光单元分别用于感应透过所述n种颜色的滤片的光的光强并生成电信号，信号处理电路用于对电信号处理以进行成像，信号处理电路对于透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比为A1：A2：…：An，其中，彩色膜的多个n种颜色的滤片对特定波长的红外光的光强通过比为M1:M2 （A1/A2）：…：Mn（A1/An），M1，M2，…，Mn的值根据图像传感器所需要的颜色偏色要求确定。
在本发明的一个实施例中，颜色偏色要求包括颜色偏色种类。例如，使所拍摄的图片的颜色偏红、偏绿或偏蓝等。
在本发明的一个实施例中，颜色偏色要求还包括颜色偏色程度。
在本发明的一个实施例中，目标颜色偏色种类对应滤片具有的Mi值大于其他滤片具有的Mj值，其中，i和j大于等于1，且小于等于n。
下面为了方便，对本发明提出的图像传感器进行举例说明。具体地，以n=3，且彩色膜100包括红、绿和蓝滤片为例进行描述。此处需要说明的是，彩色膜100包括红、绿和蓝滤片只是为了方便说明而做的举例，彩色膜100还可以包括其它颜色的滤片，例如，彩色膜100可以包括青、洋红（或品红）和黄滤片，又如，彩色膜100可以包括红、绿、蓝和白滤片。
具体地，光线经过微透镜300会聚加强后到达彩色膜100（Color Filter，可简写为CF），彩色膜100具有透光选择性（即只允许特定的光线通过）及光强衰减性（即通过的光线强度会下降）。彩色膜100包括多个红、绿和蓝滤片用于将入射光进行区分为红、绿、蓝三原色，且对于红外光波段，红、绿和蓝滤片均只允许特定波长的红外光（例如，波长为850nm+-50nm的红外光）通过。然后，感光单元分别用于感应透过n种颜色的滤片的光的光强并生成电信号，信号处理电路用于对电信号处理以进行成像。其中，感光单元可以为光敏二极管。
图2所示为图像传感器的示意图。图2中，light表示入射光，Micro Lens为微透镜300，Color Filter为彩色膜100，Photo Diode为光敏二极管，用于感光，并将光信号转化为电信号。其中，如图2所示，红、绿和蓝三种滤片按照一定次序的排列，构成阵列，例如，奇数行（如第1行、第3行、第5行）从左到右滤片的颜色依此为红、绿、红、绿、红、绿…，偶数行（如第2行、第4行）从左到右滤片的颜色依此为绿、蓝、绿、蓝、绿、蓝…。
更具体地，感光芯片200根据透过彩色膜100的红光、绿光、蓝光进行成像。信号处理电路依滤片排列的次序对对应的电信号进行处理，将真实颜色还原出来，构成图片。更具体地，红光、绿光、蓝光经过光敏二极管，光信号将转化为电信号，电信号由信号处理电路进行处理后，可生成图像。图3所示为红、绿和蓝感光单元进行感光的示意图。其中，红、绿和蓝感光单元与红、绿和蓝三种滤片一一对应。
此外，在本发明的实施例中，信号处理电路对于透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比A1：A2：…：An通过测试得到。
具体地，仍以红、绿和蓝滤片为例，在太阳光下，将红外光滤除，仅剩下可见光，此时红、绿、蓝三种感光单元感应到可见光光强，转变为电信号后会由信号处理电路进行处理，之后输出颜色纯正的图像，此时信号处理电路对红、绿、蓝三种光所对应产生的电信号的增益比为A1：A2：A3。
在本发明的一个实施例中，根据图像传感器的具体应用环境可选用补光灯给图像传感器补光，该补光灯发射特定波长的红外光。
在本发明的实施例中，特定波长与选用的补光灯发射的红外光的波长匹配。具体地，在红外波段范围内，彩色膜100只允许特定波长的红外光透过，其它波长的红外光则不能透过彩色膜100。
在本发明的实施例中，例如，在夜晚，补光灯发射的红外光的波长为λ（例如使用850nm+-50nm的补光灯）。通过调整CF的光学特性，仅使波长为λ（850nm+-50nm）的红外光可以通过，而其它波段的红外光截止。其中，该CF的光学特性为：可见光波段光学特性保持不变，在红外光波段，使夜晚补光灯采用的λ（850nm+-50nm）红外波长的红外光通过。同时，对于波长为λ（850nm+-50nm）的红外光，彩色膜100的多个红、绿和蓝滤片对于特定波长（λ）的红外光的光强通过比为M1：M2（A1/A2）：M3 （A1/A3）。图4（1）所示为调整前红滤片的光学特性示意图，图4（2）所示为调整前绿滤片的光学特性示意图，图4（3）所示为调整前蓝滤片的光学特性示意图，图5 （1）所示为调整后红滤片的光学特性示意图，图5（2）所示为调整后绿滤片的光学特性示意图，图5（3）所示为调整后蓝滤片的光学特性示意图。
具体地，感光芯片200在感知复杂的光谱信号时（可见光+红外光），信号处理电路对红、绿、蓝三种光所对应的电信号的放大增益比为A1：A2：A3，则可以将真实的可见光颜色还原出来。而对于红外光，因彩色膜100的多个红、绿和蓝滤片对于特定波长（λ）的红外光的光强通过比为M1：M2（A1/A2）：M3（A1/A3），经过信号处理电路处理时，信号处理电路对透过红、绿、蓝三种滤片的光所对应的电信号的增益比为A1：A2：A3，因此红外光在经过红、绿、蓝滤光片及感光芯片200的处理之后，得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3。所以，只要事先控制M1: M2:M3的值，就可以控制红外光成像的颜色偏色以及颜色偏色程度。
例如，当M1:M2:M3=1:1:1时，感光芯片200在感知复杂的光谱信号时（可见光 +红外光），信号处理电路对红、绿、蓝三种光所对应产生的电信号的放大增益比为A1： A2：A3，则可以将真实的可见光颜色还原出来。而对于红外光，因彩色膜100的多个红、绿和蓝滤片对于特定波长（λ）的红外光的光强通过比为1：（A1/A2）：（A1/A3），经过信号处理电路处理时，信号处理电路对透过红、绿、蓝三种滤片的光所对应的电信号的增益比为A1：A2：A3，因此红外光在经过红、绿、蓝滤光片及感光芯片200的处理之后，得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为1:1:1，此比值为亮度的灰度，因此红外光的入射不会影响可见光还原出来的颜色。而且还因为多了红外光的光强，图像的亮度更亮，清晰度也会更好。此外，感光芯片200在感知单一的由补光灯发射的红外光（波长为λ）时，因为CF是允许波长为λ的红外光透射的，因此在晚上仅有补光灯时，人眼无法看清物体，但是感光芯片200仍然可以感应波长为λ的红外光，红外光经过光强通过比为1：（A1/A2）：（A1/A3）的红、绿、蓝滤光片后，被红、绿、蓝滤光片对应的感光单元感应到的光强为1：（A1/A2）：（A1/A3），经过信号处理电路进行处理时，信号处理电路对透过红、绿、蓝三种滤片的光所对应的电信号的增益比为A1：A2：A3，从而生成的图像中红、绿、蓝的颜色分量比为1:1:1，此时的图像为正常的黑白图像。
由于人眼的感光光谱范围为380nm～780nm的可见光谱，对红外波段光谱则无法觉察，而图像传感器的感知光谱的范围比人眼要宽，硅基材料对940nm的红外线还可以有较好的感光。那么当环境中同时存在可见光与红外光时（如在阳光下），存在CMOS 图像传感器所拍摄出来的图像颜色与人眼观察所获得的图像颜色会不一致的情况。但在某些应用（如安防监控应用）中，一般会有如下要求：当人眼可以清晰观察时（如白天），CMOS图像传感器所拍摄的图像颜色要忠实于人眼；若人眼无法清晰地观察时（如晚上），CMOS图像传感器可提供真实的颜色或者是黑白图像。那么，M1:M2: M3=1:1:1就可以应用在这类应用中，特别是可以应用在安防监控上，在同时具有可见光和红外光的环境下，成像颜色不产生偏色，并且图像亮度及清晰度好，在夜晚也可拍摄出清晰的黑白图像，从而满足应用需求。
又例如，若M1:M2:M3=2:1:1，感光芯片200在感知复杂的光谱信号时（可见光+ 红外光），红色感光单元感应到的光强比其它两个要大，图像处理后画面会偏红，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3=2:1:1，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏红。而在感知单一的由补光灯发出的红外光时，图像传感器输出的图像也为偏红的图像。其中，M1的值越大，最终得到的图像颜色就越红。
又例如，若M1:M2:M3=1:2:1，感光芯片200在感知复杂的光谱信号时（可见光+ 红外光），绿色感光单元感应到的光强比其它两个要大，图像处理后画面会偏绿，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3=1:2:1，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏绿。而在感知单一的由补光灯发出的红外光时，图像传感器输出的图像也为偏绿的图像。其中，M2的值越大，最终得到的图像颜色就越绿。
再例如，若M1:M2:M3=1:1:2，感光芯片200在感知复杂的光谱信号时（可见光+ 红外光），蓝色感光单元感应到的光强比其它两个要大，图像处理后画面会偏蓝，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3=1:1:2，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏蓝。而在感知单一的由补光灯发出的红外光时，图像传感器输出的图像也为偏蓝的图像。其中，M3的值越大，最终得到的图像颜色就越蓝。
在以上实施例中，是对单一颜色偏色类型进行举例，然而在本发明的其他实施例中可以根据用户需要选择任意的颜色偏色类型，只要调整各个颜色对应M值的比例即可。
例如，若M1:M2:M3=1：1.5：2，感光芯片200在感知复杂的光谱信号时（可见光 +红外光），绿、蓝色感光单元感应到的光强比红色感光单元感应到的光强要大，由于绿色和蓝色的组合，图像处理后画面会偏浅蓝，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3=1：1.5：2，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏浅蓝。而在感知单一的由补光灯发出的红外时，图像传感器输出的图像也为偏浅蓝的图像。
又例如，若M1:M2:M3=2：1：1.5，感光芯片200在感知复杂的光谱信号时（可见光+红外光），红、蓝色感光单元感应到的光强比绿色感光单元感应到的光强要大，由于红色和蓝色的组合，图像处理后画面会偏浅紫，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3=2：1：1.5，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏浅紫。而在感知单一的由补光灯发出的红外光时，图像传感器输出的图像也为偏浅紫的图像。
需要说明的是，上述实施例仅是示意性描述，本领域技术人员可依据本发明的实施例，根据颜色的具体需求进行相应调整。
本发明实施例的图像传感器可以应用在许多领域，例如，在某个应用中需要拍摄复古风格的图片，那么就可以通过设定M1，M2，…，Mn的值，使所拍摄图片的颜色偏色为浅褐色来实现，那么通过该图像传感器可以直接拍摄出复古风格的图片，从而避免了使用图像处理技术将图像处理为复古风格所造成的图像失真等问题，提升了用户体验。
本发明实施例的图像传感器在加工成产品时，由于参数的不同可以有多种产品型号，一般来说，相同型号的图像传感器对应的所述信号处理电路对于透过n种颜色的滤片的光对应的电信号的增益比A1：A2：…：An是相同的。
本发明实施例的图像传感器，通过调整彩色膜的光学特性，实现用户想要的偏色或偏色程度，从而大大增加了图像传感器的应用范围，提升用户体验。
在本发明的另一个实施例中，如图6（1）所示，图像传感器10还包括：微透镜 300。微透镜300位于彩色膜100之上，微透镜300用于接收并汇聚所述入射光。具体地，光线经过微透镜300，微透镜300将光线会聚加强。
在本发明的一个实施例中，如图6（2）所示，图像传感器10还可以包括滤光片 400。滤光片400位于微透镜300之上，用于滤除除特定波长的红外光之外的红外光，如此，可使得过滤效果更好，从而使得拍摄出来的图像的效果也更好。
在本发明的一个实施例中，如图6（3）所示，滤光片400也可以直接放置于彩色膜100之上。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种监控系统。
图7为根据本发明一个实施例的监控系统的结构示意图。
如图7所示，监控系统包括电子设备1000和补光灯20。
其中，电子设备1000具有图像传感器10，补光灯20发射特定波长的红外光。
本发明实施例的监控系统，可实现用户想要的偏色或偏色程度，从而大大增加了图像传感器的应用范围，提升用户体验。
图8为根据本发明另一个实施例的图像传感器的结构示意图。
如图8所示，图像传感器30包括：至少一个滤光片500、彩色膜600和感光芯片 700。
其中，滤光片500用于滤除除特定波长的红外光之外的红外光，滤光片500允许可见光和特定波长的红外光透过。彩色膜600位于滤光片500之下，彩色膜600包括多个n种颜色的滤片，多个n种颜色的滤片用于将入射光进行区分为n种颜色的光，其中n为正整数。感光芯片700位于彩色膜600之下，感光芯片700包含信号处理电路和与多个n种颜色的滤片一一对应的多个感光单元，感光单元分别用于感应透过n 种颜色的滤片的光的光强并生成电信号，信号处理电路用于对电信号处理以进行成像，信号处理电路对于透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比为A1：A2：…： An，其中，彩色膜600的多个n种颜色的滤片对特定波长的红外光的光强通过比为M1: M2（A1/A2）：…：Mn（A1/An），M1，M2，…，Mn的值根据所述图像传感器所需要的颜色偏色要求确定。
具体地，滤光片500，滤光片500为IR Filter（红外滤光片），滤光片500用于滤除除特定波长的红外光之外的红外光。即，滤光片500允许可见光和特定波长的红外光透过。例如，滤光片500仅允许可见光和波长为λ（如850nm+-50nm）的红外光通过，其它波段的光都截止。如图9所示，为滤光片500的光学特性示意图。
在本发明的一个实施例中，颜色偏色要求包括颜色偏色种类。例如，使所拍摄的图片的颜色偏红、偏绿或偏蓝等。
在本发明的一个实施例中，颜色偏色要求还包括颜色偏色程度。
在本发明的一个实施例中，目标颜色偏色种类对应滤片具有的Mi值大于其他滤片具有的Mj值，其中，i和j大于等于1，且小于等于n。
下面为了方便，对本发明提出的图像传感器进行举例说明。具体地，以n=3，且彩色膜600包括红、绿和蓝滤片为例进行描述。此处需要说明的是，彩色膜600包括红、绿和蓝滤片只是为了方便说明而做的举例，彩色膜600还可以包括其它颜色的滤片，例如彩色膜600可以包括青、洋红（或品红）和黄滤片，彩色膜600可以包括红、绿、蓝和白滤片。
具体地，光线经过微透镜800会聚加强后到达彩色膜600（Color Filter，可简写为CF），彩色膜600具有透光选择性（即只允许特定的光线通过）及光强衰减性（即通过的光线强度会下降）。彩色膜600包括多个红、绿和蓝滤片用于将入射光进行区分为红、绿、蓝三原色的光。
进一步地，感光芯片700根据透过彩色膜600的红光、绿光、蓝光进行成像。具体地，红、绿和蓝三种滤片按照一定次序的排列，构成阵列，信号处理电路依滤片排列的次序对对应的电信号进行处理，将真实颜色还原出来，构成图片。更具体地，红光、绿光、蓝光到达底层的感光单元，光信号将转化为电信号，电信号由信号处理电路进行处理后，可生成图像，其中，感光单元可以为光敏二极管。更具体地，调整彩色膜600的光学特性，使得彩色膜600的多个红、绿和蓝滤片对于特定波长（如 850nm+-50nm）的红外光的光强通过比为M1：M2（A1/A2）：M3（A1/A3）。由于滤光片500可以将除特定波长的红外光之外的红外光滤除，所以其它波长范围的红外光的光强通过比不需要做特殊调整。图10（1）、图10（2）和图10（3）所示分别为红、绿、蓝滤片的光学特性的示意图，其中，图中的虚线表示取值可以为任意值。当然，为了方便，可以将所有红外光的光强通过比都调为M1：M2（A1/A2）：M3（A1/A3），实际上除特定波长的红外光之外的其它波长范围的红外光的光强通过比可随意调。
在本发明的实施例中，信号处理电路对于透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比A1：A2：…：An通过测试得到。
具体地，仍以红、绿和蓝滤片为例，在太阳光下，将红外光滤除，仅剩下可见光，此时红、绿、蓝三种感光单元感应到可见光光强，转变为电信号后会由信号处理电路进行处理，之后输出颜色纯正的图像，此时信号处理电路对红、绿、蓝三种光所对应产生的电信号的增益比为A1：A2：A3。
在本发明的一个实施例中，根据图像传感器的具体应用环境可选用补光灯给图像传感器补光，该补光灯发射特定波长的红外光。
在本发明的实施例中，特定波长与选用的补光灯发射的红外光的波长匹配。即滤光片500和所选用的补光灯是配合使用的。具体地，例如，补光灯发射的红外光波长为λ，至少一个滤光片500则允许波长为λ的红外光通过，而将其它波长的红外光滤除。
在本发明的实施例中，感光芯片700在感知复杂的光谱信号时（可见光+红外光），信号处理电路对红、绿、蓝三种光所对应产生的电信号的增益比为A1：A2：A3，则可以将真实的可见光颜色还原出来。而对于红外光，因彩色膜600的多个红、绿和蓝滤片对于特定波长（λ）的红外光的光强通过比为M1：M2（A1/A2）：M3（A1/A3），经过信号处理电路处理时，信号处理电路对透过红、绿、蓝三种滤片的光所对应产生的电信号的增益比为A1：A2：A3，因此红外光在经过红、绿、蓝滤光片及感光芯片700 的处理之后，得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3。所以，只要事先控制M1:M2:M3的值，就可以控制红外光成像的颜色偏色以及颜色偏色程度。
例如，当M1:M2:M3=1:1:1时，感光芯片700在感知复杂的光谱信号时（可见光 +红外光），信号处理电路对红、绿、蓝三种光所对应的电信号的增益比为A1：A2：A3，则可以将真实的可见光颜色还原出来。而对于红外光，因彩色膜600的多个红、绿和蓝滤片对于特定波长（λ）的红外光的光强通过比为1：（A1/A2）：（A1/A3），经过信号处理电路处理时，信号处理电路对透过红、绿、蓝三种滤片的光所对应产生的电信号的增益比为A1：A2：A3，因此红外光在经过红、绿、蓝滤光片及感光芯片700 的处理之后，得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为1:1:1，此比值为亮度的灰度，因此红外光的入射不会影响可见光还原出来的颜色。而且还因为多了红外光的光强，图像的亮度更亮，清晰度也会更好。此外，感光芯片700在感知单一的由补光灯发射的红外光（波长为λ）时，因为滤光片500是允许波长为λ的红外光透射的，因此在晚上仅有补光灯时，人眼无法看清物体，但是感光芯片700仍然可以感应波长为λ的红外光，红外光经过光强通过比为1：（A1/A2）：（A1/A3）的红、绿、蓝滤光片后，被红、绿、蓝滤光片对应的感光单元感应到的光强为1：（A1/A2）：（A1/ A3），经过信号处理电路进行处理时，信号处理电路对透过红、绿、蓝三种滤片的光所对应产生的电信号的增益比为A1：A2：A3，从而生成的图像中红、绿、蓝的颜色分量比为1:1:1，此时的图像为正常的黑白图像。
由于人眼的感光光谱范围为380nm～780nm的可见光谱，对红外波段光谱则无法觉察，而图像传感器的感知光谱的范围比人眼要宽，硅基材料对940nm的红外线还可以有较好的感光。那么当环境中同时存在可见光与红外光时（如在阳光下），存在CMOS 图像传感器所拍摄出来的图像颜色与人眼观察所获得的图像颜色会不一致的情况。但在某些应用（如安防监控应用）中，一般会有如下要求：当人眼可以清晰观察时（如白天），CMOS图像传感器所拍摄的图像颜色要忠实于人眼；若人眼无法清晰地观察时（如晚上），CMOS图像传感器可提供真实的颜色或者是黑白图像。那么，M1:M2: M3=1:1:1就可以应用在这类应用中，特别是可以应用在安防监控上，在同时具有可见光和红外光的环境下，成像颜色不产生偏色，并且图像亮度及清晰度好，在夜晚也可拍摄出清晰的黑白图像，从而满足应用需求。
又例如，若M1:M2:M3=2:1:1，感光芯片700在感知复杂的光谱信号时（可见光+ 红外光），红色感光单元感应到的光强比其它两个要大，图像处理后画面会偏红，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3=2:1:1，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏红。而在感知单一的由补光灯发出的红外光时，图像传感器输出的图像也为偏红的图像。其中，M1的值越大，最终得到的图像颜色就越红。
又例如，若M1:M2:M3=1:2:1，感光芯片700在感知复杂的光谱信号时（可见光+ 补光灯发射的红外光），绿色感光单元感应到的光强比其它两个要大，图像处理后画面会偏绿，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2: M3=1:2:1，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏绿。而在感知单一的由补光灯发出的红外光时，图像传感器输出的图像也为偏绿的图像。其中，M2的值越大，最终得到的图像颜色就越绿。
再例如，若M1:M2:M3=1:1:2，感光芯片700在感知复杂的光谱信号时（可见光+ 红外光），蓝色感光单元感应到的光强比其它两个要大，图像处理后画面会偏蓝，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3=1:1:2，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏蓝。而在感知单一的由补光灯发出的红外光时，图像传感器输出的图像也为偏蓝的图像。其中，M3的值越大，最终得到的图像颜色就越蓝。
在以上实施例中，是对单一颜色偏色类型进行举例，然而在本发明的其他实施例中可以根据用户需要选择任意的颜色偏色类型，只要调整各个颜色对应M值的比例即可。
例如，若M1:M2:M3=1：1.5：2，感光芯片700在感知复杂的光谱信号时（可见光 +红外光），绿、蓝色感光单元感应到的光强比红色感光单元感应到的光强要大，由于绿色和蓝色的组合，图像处理后画面会偏浅蓝，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3=1：1.5：2，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏浅蓝。而在感知单一的由补光灯发出的红外光时，图像传感器输出的图像也为偏浅蓝的图像。
又例如，若M1:M2:M3=2：1：1.5，感光芯片700在感知复杂的光谱信号时（可见光+红外光），红、蓝色感光单元感应到的光强比绿色感光单元感应到的光强要大，由于红色和蓝色的组合，图像处理后画面会偏浅紫，叠加上可见光部分，则最终得到的图像中红外下红、绿、蓝的颜色分量比为M1:M2:M3=1：1.5：2，即最终得到的图像颜色与人眼观测的颜色存在偏差，为整体偏浅紫。而在感知单一的由补光灯发出的红外光时，图像传感器输出的图像也为偏浅紫的图像。
需要说明的是，上述实施例仅是示意性描述，本领域技术人员可依据本发明的实施例，根据颜色的具体需求进行相应调整。
本发明实施例的图像传感器可以应用在许多领域，例如，在某个应用中需要拍摄复古风格的图片，那么就可以通过设定M1，M2，…，Mn的值，使所拍摄图片的颜色偏色为浅褐色来实现，那么通过该图像传感器可以直接拍摄出复古风格的图片，从而避免了使用图像处理技术将图像处理为复古风格所造成的图像失真等问题，提升了用户体验。
本发明实施例的图像传感器在加工成产品时，由于参数的不同可以有多种产品型号，一般来说，相同型号的图像传感器对应的所述信号处理电路对于透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比A1：A2：…：An是相同的。
本发明实施例的图像传感器，通过调整彩色膜的光学特性以及使用具有特定光学特性的滤光片，实现用户想要的偏色或偏色程度，从而大大增加了图像传感器的应用范围，提升用户体验。
在本发明的另一个实施例中，如图11所示，图像传感器30还包括：微透镜800，微透镜800位于滤光片或滤光片组合500和彩色膜600之间，微透镜800用于接收并汇聚入射光。具体地，光线经过微透镜800，微透镜800将光线会聚加强。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种监控系统。
图12为根据本发明一个实施例的监控系统的结构示意图。
如图12所示，监控系统包括电子设备2000和补光灯40。
其中，电子设备2000具有图像传感器30，补光灯40发射特定波长的红外光。
本发明实施例的监控系统，可实现用户想要的偏色或偏色程度，从而大大增加了图像传感器的应用范围，提升用户体验。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种图像传感器的设计方法。
图13为根据本发明一个实施例的图像传感器的设计方法的流程图。如图13所示，图像传感器的设计方法包括以下步骤。
S101，获取图像传感器中信号处理电路的增益比。
具体地，图像传感器中的彩色膜包括多个n种颜色的滤片，多个n种颜色的滤片用于将入射光进行区分为n种颜色的光，图像传感器中的感光芯片位于彩色膜之下，感光芯片包含信号处理电路和与多个n种颜色的滤片一一对应的多个感光单元，感光单元分别用于感应透过n种颜色的滤片的光的光强并生成电信号，信号处理电路用于对电信号处理以进行成像。那么，首先需要获取信号处理电路的增益比，即信号处理电路对于透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比，记为A1：A2：…：An。
S102，获取图像传感器的颜色偏色要求。
在本发明的一个实施例中，颜色偏色要求包括颜色偏色种类。例如，使所拍摄的图片的颜色偏红、偏绿或偏蓝等。
在本发明的一个实施例中，颜色偏色要求还包括颜色偏色程度。
具体地，获取实际应用中所需要的图像传感器的颜色偏色要求。
S103，根据图像传感器中信号处理电路的增益比和颜色偏色要求确定图像传感器的彩色膜中n种颜色的滤片对于红外光的光强通过比。
具体地，根据图像传感器中信号处理电路的增益比和颜色偏色要求确定图像传感器的彩色膜中n种颜色的滤片对于红外光的光强通过比。
下面以n=3，且彩色膜包括红、绿和蓝滤片进行举例。
例如，获取到的信号处理电路对于透过红、绿和蓝三种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比为A1：A2：A3。且实际应用中所需要的图像传感器的颜色偏色要求为偏红。那么可以确定图像传感器的彩色膜中红、绿和蓝三种颜色的滤片对于红外光的光强通过比M1:M2（A1/A2）：M3（A1/A3），由于颜色偏色要求为偏红，所以在设定 M1：M2：M3的值时，使M1>M2=M3，例如，M1：M2：M3=2：1：1或M1：M2：M3=3：1： 1，其中，M1的值越大，图像传感器所拍摄的图像颜色偏色程度就越大，即越红。
又如，如果实际应用中所需要的图像传感器的颜色偏色要求为偏绿，则在设定M1：M2：M3的值时，使M2>M1=M3，例如，M1：M2：M3=1：2：1或M1：M2：M3=1：3：1，其中，M2的值越大，图像传感器所拍摄的图像颜色偏色程度就越大，即越绿。
再如，如果实际应用中所需要的图像传感器的颜色偏色要求为偏蓝，则在设定M1：M2：M3的值时，使M3>M1=M2，例如，M1：M2：M3=1：1：2或M1：M2：M3=1：1：3，其中，M3的值越大，图像传感器所拍摄的图像颜色偏色程度就越大，即越蓝。
在上述举例中，是对单一颜色偏色类型进行举例，然而在本发明的其他实施例中可以根据用户需要选择任意的颜色偏色类型，只要调整各个颜色对应M值的比例即可。
例如，若实际应用中所需要的图像传感器的颜色偏色要求为偏浅蓝，则可以设定M1:M2:M3=1：1.5：2。若实际应用中所需要的图像传感器的颜色偏色要求为偏浅紫，则可以设定M1:M2:M3=2：1：1.5。
需要说明的是，上述实施例仅是示意性描述，本领域技术人员可依据本发明的实施例，根据颜色的具体需求进行相应调整。
本发明实施例的图像传感器的设计方法，可以根据实际应用的需要控制红外光对成像颜色的影响，从而大大增加了图像传感器的应用范围。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种图像传感器。该图像传感器为通过本发明实施例的图像传感器的设计方法所形成的图像传感器。
本发明实施例的图像传感器，可以根据实际应用的需要设计红外光对成像颜色的影响，从而大大增加了图像传感器的应用范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
彩色膜，其中，对于红外波段的光，所述彩色膜仅允许特定波长的红外光通过，且所述彩色膜包括多个n种颜色的滤片，所述多个n种颜色的滤片用于将入射光进行区分为n种颜色的光，其中n为正整数；以及
位于所述彩色膜之下的感光芯片，所述感光芯片包含信号处理电路和与所述多个n种颜色的滤片一一对应的多个感光单元，所述感光单元分别用于感应透过所述n种颜色的滤片的光的光强并生成电信号，所述信号处理电路用于对所述电信号处理以进行成像，其中，所述信号处理电路对于所述透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比为A1：A2：…：An，
其中，所述彩色膜的所述多个n种颜色的滤片对所述特定波长的红外光的光强通过比为M1:M2(A1/A2)：…：Mn(A1/An)，所述M1，M2，…，Mn的值根据所述图像传感器所需要的颜色偏色要求确定,所述颜色偏色要求包括颜色偏色种类及颜色偏色程度。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
位于所述彩色膜之上的微透镜，所述微透镜用于接收并汇聚所述入射光。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，目标颜色偏色种类对应滤片具有的Mi值大于其他滤片具有的Mj值，其中，i和j大于等于1，且小于等于n。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述信号处理电路对于所述透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比A1：A2：…：An通过测试得到。
5.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
位于所述微透镜之上的滤光片，用于滤除除所述特定波长的红外光之外的红外光。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
位于所述彩色膜之上的滤光片，用于滤除除所述特定波长的红外光之外的红外光。
7.一种监控系统，其特征在于，包括：
电子设备，所述电子设备具有如权利要求1-6任一项所述图像传感器；以及
补光灯，所述补光灯发射所述特定波长的红外光。
8.一种图像传感器，其特征在于，包括：
至少一个滤光片，用于滤除除特定波长的红外光之外的红外光，其中，所述滤光片允许可见光和所述特定波长的红外光透过；
位于所述滤光片之下的彩色膜，其中，所述彩色膜包括多个n种颜色的滤片，所述多个n种颜色的滤片用于将入射光进行区分为n种颜色的光，其中n为正整数；以及
位于所述彩色膜之下的感光芯片，所述感光芯片包含信号处理电路和与所述多个n种颜色的滤片一一对应的多个感光单元，所述感光单元分别用于感应透过所述n种颜色的滤片的光的光强并生成电信号，所述信号处理电路用于对所述电信号处理以进行成像，所述信号处理电路对于所述透过n种颜色的滤片的光对应产生的电信号的增益比为A1：A2：…：An，
其中，所述彩色膜的所述多个n种颜色的滤片对所述特定波长的红外光的光强通过比为M1:M2(A1/A2)：…：Mn(A1/An)，所述M1，M2，…，Mn的值根据所述图像传感器所需要的颜色偏色要求确定,所述颜色偏色要求包括颜色偏色种类及颜色偏色程度。
9.如权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
位于所述滤光片和所述彩色膜之间的微透镜，用于接收并汇聚所述入射光。
10.如权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，目标颜色偏色种类对应滤片具有的Mi值大于其他滤片具有的Mj值，其中，i和j大于等于1，且小于等于n。
11.如权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述信号处理电路对于所述n种颜色的光对应产生的电信号的增益比A1：A2：…：An通过测试得到。
12.一种监控系统，其特征在于，包括：
电子设备,所述电子设备具有如权利要求8-11任一项所述图像传感器；以及
补光灯，所述补光灯发射所述特定波长的红外光。
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