CN107360405A - 图像传感器、成像方法和成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像传感器、成像方法和成像装置，图像传感器包括：双通滤波片，其只允许第一波长范围的红外光和第二波长范围的可见光通过；像素阵列，每个像素单元包括第一至第N个彩色像素(至少包括第一颜色、第二颜色和第三颜色像素)和一个与第一彩色像素对应的彩色‑红外像素，彩色‑红外像素感应可见光中的特定彩色光，N个彩色像素感应可见光中的特定彩色光和红外光。该图像传感器使得后续图像处理根据第一彩色像素的输出和对应的彩色‑红外像素的输出就能计算出该像素单元感应到的红外光强度，进而在光照充足时去除红外光对图像的影响以获得色彩艳丽的图像，无需增加可切换的红外滤光片，节约了成本，避免了红外滤光片切换时带来噪声。

Description

图像传感器、成像方法和成像装置

技术领域

本发明涉及成像技术领域，尤其涉及一种图像传感器、成像方法和成像装置。

背景技术

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体)图像传感器，其主要包括模拟信号处理部分和数字图像信号处理部分。CMOS图像传感器主要包括Pixel Array(像素阵列)、控制电路、模拟前端处理电路、A/D转换器、图像信号处理电路及相关存储单元等。目前，图像传感器最主要用在手机、监控及车载这三大领域，特别是在监控和车载方面，CMOS图像传感器要求在光线充足时能够获得艳丽的图像信息，在弱光或无光条件下能够采集近红外波段的信号以得到清晰的图像。

为了达到光线充足时获得艳丽的图像信息又能在低光或无光时可以采集近红外波段的图像信号，相关技术中的处理方法一般为：在图像传感器感光的光路前加入可以切换的IR-cut滤光片。在光线充足时控制IR-cut滤光片挡在CMOS图像传感器芯片之前，以滤除红外波段的信号，从而消除红外波段信号对可见光波段图像信息的影响，使图像信息更加艳丽；而在弱光或无光时，控制IR-cut滤光片从CMOS图像传感器芯片之前移开，并通过近红外补光，使近红外波段的信号能够被CMOS图像传感器采集，从而得到清晰的图像。然而，相关技术中的处理方法需要较频繁的对IR-cut滤光片进行切换，频繁的切换导致IR-cut滤光片容易损坏，进而影响整机的质量，再者，相关技术中通常采用机械或电磁的方式切换IR-cut滤光片，那么在IR-cut滤光片切换过程中不免会产生噪音。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种图像传感器，该图像传感器使得后续图像处理根据第一彩色像素的输出和对应的彩色-红外像素的输出就能计算出该像素单元感应到的红外光强度，进而在光照充足时去除红外光对图像的影响以获得色彩艳丽的图像，而无需增加可切换的红外滤光片，节约了成本，避免了红外滤光片切换时带来的噪声。

本发明的第二个目的在于提出一种图像传感器的成像方法。

本发明的第三个目的在于提出一种图像传感器的成像装置。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种图像传感器，包括：双通滤波片，其中，所述双通滤波片只允许第一波长范围的红外光和第二波长范围的可见光通过；设置在所述双通滤波片下方的像素阵列，所述像素阵列中包括多个像素单元，所述每个像素单元包括第一至第N个彩色像素和一个与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素，其中，所述第一至第N个彩色像素中至少包括一个第一颜色像素、一个第二颜色像素和一个第三颜色像素，所述彩色-红外像素感应所述可见光中的特定彩色光，所述N个彩色像素感应所述可见光中的特定彩色光和所述红外光，N为大于或等于3的整数。

根据本发明实施例的图像传感器，包括双通滤波片和像素阵列，双通滤波片只允许第一波长范围的红外光和第二波长范围的可见光通过，像素阵列中的像素单元包括第一至第N个彩色像素和一个与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素，其中，彩色像素感应可见光中的特定彩色光和红外光，而彩色-红外像素只感应可见光中的特定彩色光，该图像传感器使得后续的图像处理根据第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出就能计算出该像素单元感应到的红外光强度，进而可以在光照充足的条件下去除红外光对图像的影响以获得色彩艳丽的图像，而无需增加可切换的红外滤光片，既节约了成本，又避免了红外滤光片切换时带来的噪声。

为了实现上述目的，基于本发明第一方面实施例提出的图像传感器，本发明第二方面实施例提出了一种图像传感器的成像方法，包括以下步骤：读取所述像素阵列的输出；根据所述每个像素单元中所述第一彩色像素的输出和与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出获取所述每个像素单元感应到的红外光强度值；获取当前拍摄场景的亮度；当所述当前场景的亮度大于第一预设值时，根据所述每个像素单元感应到的红外光强度值对所述像素阵列的输出进行处理，以根据处理后的所述像素阵列的输出生成彩色图像。

根据本发明实施例的图像传感器的成像方法，读取像素阵列的输出，并根据第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出计算出该像素单元感应到的红外光强度，进而可以在光照充足的条件下去除红外光对图像的影响以获得色彩艳丽的图像，而无需在图像传感器前增加可切换的红外滤光片，既节约了成本，又避免了红外滤光片切换时带来的噪声。

为了实现上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种成像装置，该成像装置包括本发明第一方面实施例提出的图像传感器和与所述图像传感器相连的图像处理模块。

根据本发明实施例的成像装置，图像处理模块读取像素阵列的输出，并根据第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出计算出该像素单元感应到的红外光强度，进而可以在光照充足的条件下去除红外光对图像的影响以获得色彩艳丽的图像，而无需在图像传感器前增加可切换的红外滤光片，既节约了成本，又避免了红外滤光片切换时带来的噪声。

附图说明

图1是相关技术中的拜耳像素阵列的示意图；

图2是蓝色、绿色和红色滤镜的光谱响应曲线；

图3是拜耳像素阵列及部分像素的横切面的示意图；

图4是相关技术中的IR-cut滤光片的光谱响应示意图；

图5是相关技术中的图像传感器的结构示意图；

图6A是根据本发明一个实施例的图像传感器的方框示意图；

图6B是根据本发明一个具体实施例的图像传感器的结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例的双通滤波片的光谱响应曲线；

图8是根据本发明一个实施例的IR-cut850材料的光谱响应曲线；

图9A是根据本发明一个实施例的绿色像素的绿色滤镜的光谱响应曲线；

图9B是根据本发明一个实施例的绿色-红外像素的滤镜的光谱响应曲线；

图10A是根据本发明一个实施例的绿色像素所能感应到的光谱响应信息的示意图；

图10B是根据本发明一个实施例的绿色-红外像素所能感应到的光谱响应信息的示意图；

图11A是根据本发明一个示例的像素阵列的示意图；

图11B是根据本发明一个示例的部分像素的横切面示意图；

图12A是根据本发明另一个示例的像素阵列的示意图；

图12B是根据本发明另一个示例的部分像素的横切面示意图；

图13-16分别是根据本发明不同实施例的像素阵列的示意图；

图17是根据本发明一个具体实施例的图像传感器的示意图；

图18是根据本发明一个实施例的图像传感器的成像方法的流程图；

图19是根据本发明一个实施例的成像装置的方框示意图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

首先，对相关技术中的图像传感器进行说明。图像传感器通过获取环境场景中RGB的分量来达到成像目的，一般情况下，图像传感器的像素阵列采用bayer(拜耳)结构，如图1所示，即不同像素上面通过覆盖不同颜色的彩色滤镜，使覆盖绿色滤镜的像素感应绿光，覆盖红色滤镜的像素感应红光，覆盖蓝色滤镜的像素感应蓝光。图2是R/G/B彩色滤镜的光谱响应曲线，可以看出，在可见光650nm之前的波段，彩色滤镜有选择的透过不同波长范围的光线，而在近红外波段，红色滤镜对近红外全部透过，波长大于800nm以后所有的彩色滤镜全通。图3是像素阵列及部分像素的横切面示意图，3.1为绿色像素，3.2为蓝色像素，3.3为红色像素，3.4为绿色滤镜，3.5为红色滤镜，3.6为微透镜，3.7为蓝色滤镜，3.8为光电二极管，3.9为绿色滤镜，光线透过彩色滤镜后被光电二极管吸收。由于人类视觉只能感知可见波段信号，在实际应用中，考虑到人类的视觉作用，相关技术中需要在图像传感器的像素阵列之前加IR-cut滤光片(用于将红外光滤掉)，其中，图4为IR-cut滤光片的光谱响应示意图，IR-cut滤光片在可见光波段全通，而在红外波段截止。图5是相关技术中图像传感器的一种常规结构，5.1为像素阵列，在光线充足的条件下希望得到较为艳丽的彩色图像信息时，需要在像素阵列之前加IR-cut滤光片5.2，5.3表示IR-cut滤光片和像素阵列的组合。而在弱光或无光的条件下，把IR-cut滤光片从像素阵列前移除，并通过补近红外光，使近红外信号可以被像素采集。

下面结合附图描述本发明实施例的图像传感器、图像传感器的成像方法和成像装置。

图6A是根据本发明一个实施例的图像传感器的方框示意图。如图6A所示，本发明实施例的图像传感器1000，包括双通滤波片100和像素阵列200。

其中，双通滤波片100只允许第一波长范围的红外光和第二波长范围的可见光通过。

在本发明的一个实施例中，第一波长范围为810nm～870nm，第二波长范围为400nm～650nm。

具体地，图6B为本发明一个具体实施例的图像传感器的结构示意图，如图6B所示，本发明实施例的图像传感器在像素阵列200前面加了双通滤波片100，光线在到达图像传感器的像素阵列200之前首先经过双通滤波片100的过滤，其中，双通滤波片100的光谱响应如图7所示。本发明实施例中的双通滤波片100对波长处于650nm～810nm的光线及波长大于870nm的光线截止，也就是说，处于第二波长范围内的光线和处于第一波长范围内的光线可以透过该双通滤波片100而达到图像传感器的像素阵列200。

设置在双通滤波片100下方的像素阵列200，像素阵列200中包括多个像素单元，像素单元包括第一至第N个彩色像素和一个与第一彩色像素对应的彩色-红外像素，其中，第一至第N个彩色像素中至少包括一个一个第一颜色像素、一个第二颜色像素和一个第三颜色像素，彩色-红外像素感应可见光中的特定彩色光，N个彩色像素感应可见光中的特定彩色光和红外光，N为大于或等于3的整数。

其中，第一颜色像素为红色像素，第二颜色像素为绿色像素，第三颜色像素为蓝色像素；或者，第一颜色像素为黄色像素，第二颜色像素为青色像素，第三颜色像素为洋红色像素。

在本发明的一个实施例中，第一彩色像素可以是红色像素、蓝色像素或绿色像素。那么，与第一彩色像素对应的彩色-红外像素可以是红色-红外像素、蓝色-红外像素或绿色-红外像素。

具体地，光线透过像素阵列200上方的双通滤波片100之后，光线中包括第一波长范围的红外光和第二波长范围的可见光。由于彩色像素具有特定色彩的滤镜(例如，红色像素具有红色滤镜，该红色滤镜允许红色光和第一波长范围的红外光通过)，这些光照射到像素阵列200后，彩色像素感应可见光中的特定彩色光(例如，红色像素感应可见中的红色光)和第一波长范围的红外光。而彩色-红外像素只感应可见光中的特定彩色光，而不能感应第一波长范围的红外光。

在本发明的另一个实施例中，第一彩色像素可以是黄色像素、洋红色像素或青色像素。那么，与第一彩色像素对应的彩色-红外像素可以是黄色-红外像素、洋红色-红外像素或青色-红外像素。

具体地，光线透过像素阵列200上方的双通滤波片100之后，光线中包括第一波长范围的红外光和第二波长范围的可见光。由于彩色像素具有特定色彩的滤镜(例如，黄色像素具有黄色滤镜，该黄色滤镜允许黄色光和第一波长范围的红外光通过)，这些光照射到像素阵列200后，彩色像素感应可见光中的特定彩色光(例如，黄色像素感应可见中的黄色光)和第一波长范围的红外光。而彩色-红外像素只感应可见光中的特定彩色光，而不能感应第一波长范围的红外光。

在本发明的一个实施例中，彩色－红外像素的实现方式可以是：通过在彩色像素的彩色滤镜上方或下方沉积一层IR-cut850介质材料(IR-cut850介质材料的光谱响应如图8所示，该IR-cut850介质材料对波长在810nm到870nm之间的红外光截止，即波长在810nm到870nm之间的红外光不能透过该IR-cut850介质材料)；也可以是：在彩色滤镜中掺入IR-cut850介质材料，使得光线透过彩色滤镜并穿过IR-cut850材料后，850nm波段一定范围内的光线(即第一波长范围的红外光)不能投射到该像素的光电二极管上。当然，上述的材料不限于IR-cut850介质，只要能实现滤除第一波长范围红外光的材料都可以。

具体地，以绿色像素和绿色-红外像素为例，说明第一彩色像素和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的区别。其中，绿色像素的绿色滤镜的光谱响应曲线如图9A所示，绿色-红外像素的滤镜的光谱响应曲线如图9B所示。入射光线经过双通滤波片100的过滤之后再经过各个像素的滤镜，进而绿色像素所能感应到的光谱响应信息如图10A所示，绿色-红外像素所能感应到的光谱响应信息如图10B所示，可以看出，普通的绿色像素所能感应的光为绿色光和第一波长范围的红外光，而绿色-红外像素所能感应到的光为绿色光。

在本发明的一个优选实施例中，N＝3，像素单元包括绿色像素G、红色像素R、蓝色像素B和绿色-红外像素(G-IR)，其中，绿色-红外像素感应可见光中的绿色光，绿色像素感应可见光中的绿色光和红外光，红色像素感应可见光中的红色光和红外光，蓝色像素感应可见光中的蓝色光和红外光。

具体地，如图11A所示，一个像素单元包括第一至第三个彩色像素和一个与第一彩色像素对应的彩色-红外像素，即像素单元包括绿色像素6.4、红色像素6.3、蓝色像素6.2和绿色-彩色像素6.1。其中，绿色－红外像素只能感应可见光中的绿色光，而不能感应第一波长范围的红外光，而普通的绿色像素既能感应可见光中的绿色光，又能感应第一波长范围的红外光。那么，在后续的图像处理过程中，当处于光线比较充足的拍摄环境时，图像处理模块根据普通的绿色像素的输出和绿色-红外像素的输出之差便可以计算出该像素单元感应到的红外光强度值，进而可以把该像素单元中影响图像色彩信息的红外光减去，从而得到较为艳丽的图像；而当处于弱光或无光的拍摄环境时，通过补光灯进行补光(例如，通过波长为850nm的LED灯进行补光)以获得清晰的图像，那么，所补波段的光可以透过双通滤波片100，并可以透过本发明实施例的像素单元中的普通的绿色像素、红色像素和蓝色像素，而绿色-红外像素对所补波段的光不敏感，也就是说，像素阵列200中3/4的像素都可以用于采集所补波段的光，进而可以根据采集到的光生成清晰的黑白图像。

另外，图11B所示为图11A对应的像素阵列200中部分像素的横切面示意图。如图11B所示，6.5为绿色滤镜，6.6为IR-cut850介质材料，6.7为微透镜，6.8为蓝色滤镜，6.9为光电二极管，6.10为红色滤镜，6.11为绿色滤镜。

以青色像素和青色-红外像素为例，说明第一彩色像素和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的区别。同理，入射光线经过双通滤波片100的过滤之后再经过各个像素的滤镜，普通的青色像素所能感应的光为青色光和第一波长范围的红外光，而青色-红外像素所能感应到的光为青色光。

在本发明的一个优选实施例中，N＝3，像素单元包括青色像素C、黄色像素Y、洋红色像素M和青色-红外像素(C-IR)，其中，青色-红外像素感应可见光中的青色光，青色像素感应可见光中的青色光和红外光，黄色像素感应可见光中的黄色和红外光光，洋红色像素感应可见光中的洋红色光和红外光。

具体地，如图12A所示，一个像素单元包括第一至第三个彩色像素和一个与第一彩色像素对应的彩色-红外像素，即像素单元包括青色像素7.4、黄色像素7.3、洋红色像素7.2和青色-彩色像素7.1。其中，青色－红外像素只能感应可见光中的青色光，而不能感应第一波长范围的红外光，而普通的青色像素既能感应可见光中的青色光，又能感应第一波长范围的红外光。那么，在后续的图像处理过程中，当处于光线比较充足的拍摄环境时，图像处理模块根据普通的青色像素的输出和青色-红外像素的输出之差便可以计算出该像素单元感应到的红外光强度值，进而可以把该像素单元中影响图像色彩信息的红外光减去，从而得到较为艳丽的图像；而当处于弱光或无光的拍摄环境时，通过补光灯进行补光(例如，通过波长为850nm的LED灯进行补光)以获得清晰的图像，那么，所补波段的光可以透过双通滤波片100，并可以透过本发明实施例的像素单元中的普通的青色像素、黄色像素和洋红色像素，而青色-红外像素对所补波段的光不敏感，也就是说，像素阵列200中3/4的像素都可以用于采集所补波段的光，进而可以根据采集到的光生成清晰的黑白图像。

另外，图12B所示为图12A对应的像素阵列200中部分像素的横切面示意图。如图12B所示，7.5为青色滤镜，7.6为IR-cut850介质材料，7.7为微透镜，7.8为洋红色滤镜，7.9为光电二极管，7.10为黄色滤镜，7.11为青色滤镜。

在本发明的一个实施例中，N＝4*n-1，n为大于1的整数，第一至第N个彩色像素中至少包括一个红色像素、一个绿色像素和一个蓝色像素，其中，第一彩色像素为绿色像素，与第一彩色像素对应的彩色-红外像素为绿色-红外像素。

例如，以N＝7为例，如图13所示，即每个像素单元中包括相邻的八个像素，其中七个像素为普通的彩色像素(即第一至第七个彩色像素分别为绿色像素、红色像素、蓝色像素、绿色像素、红色像素、蓝色像素和绿色像素)，另外一个为绿色-红外像素，也就是说，每八个相邻的像素中含有一个绿色-红外像素。那么通过将普通的绿色像素的输出与绿色-红外像素的输出相减，得到的差值即为该像素单元感应到的红外光强度值，进而在光线充足时将七个彩色像素中影响图像色彩信息的红外光减去，便可以得到较为艳丽的图像。

在本发明的又一个实施例中，N＝4*n-1，n为大于1的整数，第一至第N个彩色像素中至少包括一个红色像素、一个绿色像素和一个蓝色像素，其中，第一彩色像素为红色像素，与第一彩色像素对应的彩色-红外像素为红色-红外像素。

具体地，第一彩色像素为红色像素，以N＝15为例，如图14所示，即一个像素单元中包括相邻的十六个像素，其中十五个像素为普通的彩色像素(十五个彩色像素中包括红色像素、绿色像素和蓝色像素)，另外一个为红色-红外像素，也就是说，每十六个相邻的像素中含有一个红色-红外像素。其中，红色－红外像素只能感应可见光中的红色光，而不能感应第一波长范围的红外光，而普通的红色像素既能感应可见光中的红色光，又能感应第一波长范围的红外光，那么，通过将普通的红色像素的输出与红色-红外像素的输出相减，得到的差值即为该像素单元感应到的红外光强度值，进而在光线充足时把影响图像色彩信息的红外光减去，便可以得到较为艳丽的图像。

在本发明的再一个实施例中，N＝4*n-1，n为大于1的整数，第一至第N个彩色像素中至少包括一个红色像素、一个绿色像素和一个蓝色像素，其中，第一彩色像素为蓝色像素，与第一彩色像素对应的彩色-红外像素为蓝色-红外像素。

具体地，第一彩色像素为蓝色像素，即一个像素单元中包括N个彩色像素(N个彩色像素中包括蓝色像素、红色像素和绿色像素)和一个蓝色-红外像素，也就是说，每N+1个相邻的像素中含有一个蓝色-红外像素。其中，蓝色－红外像素只能感应可见光中的蓝色光，而不能感应第一波长范围的红外光，而普通的蓝色像素既能感应可见光中的蓝色光，又能感应第一波长范围的红外光，那么，通过将普通的蓝色像素的输出与蓝色-红外像素的输出相减，得到的差值即为该像素单元感应到的红外光强度值，进而在光线充足时把影响图像色彩信息的红外光减去，便可以得到较为艳丽的图像。

在本发明的另一个实施例中，N＝4*n-1，n为大于1的整数，第一至第N个彩色像素中至少包括一个黄色像素、一个青色像素和一个洋红色像素，其中，第一彩色像素为青色像素，与第一彩色像素对应的彩色-红外像素为青色-红外像素。

例如，以N＝7为例，如图15所示，即每个像素单元中包括相邻的八个像素，其中七个像素为普通的彩色像素(即第一至第七个彩色像素分别为青色像素、黄色像素、洋红色像素、青色像素、黄色像素、洋红色像素和青色像素)，另外一个为青色-红外像素，也就是说，每八个相邻的像素中含有一个青色-红外像素。那么通过将普通的青色像素的输出与青色-红外像素的输出相减，得到的差值即为该像素单元感应到的红外光强度值，进而在光线充足时将七个彩色像素中影响图像色彩信息的红外光减去，便可以得到较为艳丽的图像。

在本发明的一个实施例中，N＝4*n-1，n为大于1的整数，第一至第N个彩色像素中至少包括一个黄色像素、一个青色像素和一个洋红色像素，其中，第一彩色像素为黄色像素，与第一彩色像素对应的彩色-红外像素为黄色-红外像素。

具体地，第一彩色像素为黄色像素，以N＝15为例，如图16所示，即一个像素单元中包括相邻的十六个像素，其中十五个像素为普通的彩色像素(十五个彩色像素中包括黄色像素、青色像素和洋红色像素)，另外一个为黄色-红外像素，也就是说，每十六个相邻的像素中含有一个黄色-红外像素。其中，黄色－红外像素只能感应可见光中的黄色光，而不能感应第一波长范围的红外光，而普通的黄色像素既能感应可见光中的黄色光，又能感应第一波长范围的红外光，那么，通过将普通的黄色像素的输出与黄色-红外像素的输出相减，得到的差值即为该像素单元感应到的红外光强度值，进而在光线充足时把影响图像色彩信息的红外光减去，便可以得到较为艳丽的图像。

在本发明的又一个实施例中，N＝4*n-1，n为大于1的整数，第一至第N个彩色像素中至少包括一个黄色像素、一个青色像素和一个洋红色像素，其中，第一彩色像素为洋红色像素，与第一彩色像素对应的彩色-红外像素为洋红色-红外像素。

具体地，第一彩色像素为洋红色像素，即一个像素单元中包括N个彩色像素(N个彩色像素中包括洋红色像素、黄色像素和青色像素)和一个洋红色-红外像素，也就是说，每N+1个相邻的像素中含有一个洋红色-红外像素。其中，洋红色－红外像素只能感应可见光中的洋红色光，而不能感应第一波长范围的红外光，而普通的洋红色像素既能感应可见光中的洋红色光，又能感应第一波长范围的红外光，那么，通过将普通的洋红色像素的输出与洋红色-红外像素的输出相减，得到的差值即为该像素单元感应到的红外光强度值，进而在光线充足时把影响图像色彩信息的红外光减去，便可以得到较为艳丽的图像。

其中，需要说明的是，洋红色为介于红色和蓝色之间的颜色，其可见光波长大于黄色光/绿色光波长，且在光谱中洋红色并不是单一波长的光，而是由等量的红色光与蓝色光混合而成。

当然，在本发明的其他实施例中，一个像素单元中所包括的像素的个数可以根据实际需要进行设定。例如，一个像素单元可以包括五个像素，即N＝4，即一个像素单元包括相邻的五个像素，其中，四个像素为普通的彩色像素(例如，红色像素、绿色像素、绿色像素和蓝色像素)，另外一个为红色-红外像素，也就是说，每五个相邻的像素中含有一个红色-红外像素；或者，四个像素为普通的彩色像素(例如，黄色像素、青色像素、青色像素和洋红色像素)，另外一个为黄色-红外像素，也就是说，每五个相邻的像素中含有一个黄色-红外像素。

图17是根据本发明一个具体实施例的图像传感器的示意图，如图17所示，双通滤波片设置在镜头组和图像传感器之间。

本发明实施例的图像传感器，包括双通滤波片和像素阵列，双通滤波片只允许第一波长范围的红外光和第二波长范围的可见光通过，像素阵列中的像素单元包括第一至第N个彩色像素和一个与第一彩色像素对应的彩色-红外像素，其中，彩色像素感应可见光中的特定彩色光和红外光，而彩色-红外像素只感应可见光中的特定彩色光，该图像传感器使得后续的图像处理根据第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出就能计算出该像素单元感应到的红外光强度，进而可以在光照充足的条件下去除红外光对图像的影响以获得色彩艳丽的图像，而无需增加可切换的红外滤光片，既节约了成本，又避免了红外滤光片切换时带来的噪声。

在上述实施例的图像传感器的基础上，本发明提出了一种图像传感器的成像方法。

图18是根据本发明一个实施例的图像传感器的成像方法的流程图。如图18所示，本发明实施例的图像传感器的成像方法，包括以下步骤：

S1，读取像素阵列的输出。

S2，根据每个像素单元中第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出获取每个像素单元感应到的红外光强度值。

在本发明的一个实施例中，步骤S2具体包括：根据每个像素单元中第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出之间的差值获取每个像素单元感应到的红外光强度值。

例如，如图11A所示的像素阵列，相邻的四个像素组成一个像素单元，即每四个像素中含有一个绿色-红外像素，那么，在每个像素单元中，用该像素单元中的绿色像素的输出减去绿色-红外像素的输出就可以得到该像素单元所感应到的红外光强度值。对每个像素单元都进行同样的处理，便获得了所有像素单元感应到的红外光强度值。

如图13的像素阵列，相邻的八个像素组成一个像素单元，即每八个像素中含有一个绿色-红外像素，且该八个像素中包括三个普通的绿色像素，那么在计算绿色像素与绿色-红外像素的输出之差时，可以选择这三个普通的绿色像素中任一个进行计算，优选地，可以选择与绿色-红外像素的位置最接近的一个绿色像素进行计算。当然，也可用三个绿色像素的输出的平均值减去绿色-红外像素的输出，以得到该像素单元所感应到的红外光强度值。

又例如，如图12A所示的像素阵列，相邻的四个像素组成一个像素单元，即每四个像素中含有一个青色-红外像素，那么，在每个像素单元中，用该像素单元中的青色像素的输出减去青色-红外像素的输出就可以得到该像素单元所感应到的红外光强度值。对每个像素都进行同样的处理，便获得了所有像素单元感应到的红外光强度值。

如图15所述的像素阵列，相邻的八个像素组成一个像素单元，即每八个像素中含有一个青色-红外像素，且该八个像素中包括三个普通的青色像素，那么在计算青色像素与青色-红外像素的输出之差时，可以选择这三个普通的青色像素中任一个进行计算，优选地，可以选择与青色-红外像素的位置最接近的一个青色像素进行计算。当然，也可用三个青色像素的输出的平均值减去青色-红外像素的输出，以得到该像素单元所感应到的红外光强度值。

S3，获取当前拍摄场景的亮度。

S4，当前拍摄场景的亮度大于第一预设值时，根据每个像素单元感应到的红外光强度值对像素阵列的输出进行处理，以根据处理后的像素阵列的输出生成彩色图像。

具体地，判断当前拍摄场景的亮度属于光线充足的情况，还是属于弱光或无光的情况，其中，在当前拍摄场景的亮度大于第一预设值时，判断为光线充足的情况。

在本发明的一个实施例中，步骤S4具体包括：将每个像素单元中的第一至第N个彩色像素的输出值分别减去对应的红外光强度值，以获得处理后的像素阵列的输出，并根据处理后的像素阵列的输出生成彩色图像。

具体地，在判断当前拍摄场景的亮度大于第一预设值时，需要将影响图像色彩的红外光的去掉，以得到色彩艳丽的图像。以像素阵列中的一个像素单元为例，将该像素单元中的第一至第N个彩色像素输出值分别减去该像素单元感应到的红外光强度值，便去除了红外光对该像素单元的影响。将像素阵列的所有像素单元中的彩色像素都减去各自像素单元感应到的红外光强度值，以得到处理后的像素阵列的输出，进而根据处理后的像素阵列的输出生成彩色图像，这样得到的彩色图像由于去除了红外光的影响，颜色较为艳丽。

在本发明的一个实施例中，成像方法还包括：当前拍摄场景的亮度小于或等于第一预设值时，对图像传感器补充第一波长范围的红外光；以及根据像素阵列的输出生成黑白图像。

具体地，当处于弱光或无光的拍摄环境时，通过补光灯对图像传感器进行补光(例如，通过波长为850nm的LED灯进行补光)，以根据像素阵列的输出生成清晰的黑白图像。

更具体地，补光灯所补波段的光可以透过双通滤波片，并可以透过本发明实施例的像素单元中的普通的绿色像素、红色像素和蓝色像素，而绿色-红外像素对所补波段的光不敏感，或者，可以透过本发明实施例的像素单元中的普通的青色像素、黄色像素和洋红色像素，而青色-红外像素对所补波段的光不敏感。也就是说，像素阵列中3/4的像素都可以用于采集所补波段的光，进而可以根据采集到的光生成清晰的黑白图像。

本发明实施例的图像传感器的成像方法，读取像素阵列的输出，并根据第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出计算出该像素单元感应到的红外光强度，进而可以在光照充足的条件下去除红外光对图像的影响以获得色彩艳丽的图像，而无需在图像传感器前增加可切换的红外滤光片，既节约了成本，又避免了红外滤光片切换时带来的噪声。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种成像装置。

图19是根据本发明一个实施例的成像装置的方框示意图。如图19所示，本发明实施例的成像装置，包括：图像传感器1000和图像处理模块2000。

其中，图像传感器1000在前面的实施例中已经进行了详细说明，在此不再赘述。

图像处理模块2000与图像传感器1000相连，图像处理模块2000用于读取图像传感器1000中像素阵列的输出，并根据每个像素单元中第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出获取每个像素单元感应到的红外光强度值，以及获取当前拍摄场景的亮度，并在当前场景的亮度大于第一预设值时，根据每个像素单元感应到的红外光强度值对像素阵列的输出进行处理，以根据处理后的像素阵列的输出生成彩色图像。

在本发明的一个实施例中，图像处理模块2000具体用于根据每个像素单元中第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出之间的差值获取每个像素单元感应到的红外光强度值。

在本发明的一个实施例中，图像处理模块2000具体用于：将每个像素单元中的第一至第N个彩色像素的输出值分别减去对应的红外光强度值，以获得处理后的像素阵列的输出，并根据处理后的像素阵列的输出生成彩色图像。

在本发明的一个实施例中，还包括：红外补光灯3000。

其中，红外补光灯3000用于在当前拍摄场景的亮度小于或等于第一预设值时对图像传感器1000补充第一波长范围的红外光；图像处理模块2000还用于在当前拍摄场景的亮度小于或等于第一预设值时根据像素阵列的输出生成黑白图像。

需要说明的是，本发明实施例的成像装置中未展开的部分，可以参照前面实施例的成像方法的对应部分，在此不再详细展开。

本发明实施例的成像装置，图像处理模块读取像素阵列的输出，并根据第一彩色像素的输出和与第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出计算出该像素单元感应到的红外光强度，进而可以在光照充足的条件下去除红外光对图像的影响以获得色彩艳丽的图像，而无需在图像传感器前增加可切换的红外滤光片，既节约了成本，又避免了红外滤光片切换时带来的噪声。

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 (20)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

双通滤波片，其中，所述双通滤波片只允许第一波长范围的红外光和第二波长范围的可见光通过；

设置在所述双通滤波片下方的像素阵列，所述像素阵列中包括多个像素单元，所述每个像素单元包括第一至第N个彩色像素和一个与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素，其中，所述第一至第N个彩色像素中至少包括一个第一颜色像素、一个第二颜色像素和一个第三颜色像素，所述彩色-红外像素感应所述可见光中的特定彩色光，所述N个彩色像素感应所述可见光中的特定彩色光和所述红外光，N为大于或等于3的整数。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一颜色像素为红色像素，所述第二颜色像素为绿色像素，所述第三颜色像素为蓝色像素。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一颜色像素为黄色像素，所述第二颜色像素为青色像素，所述第三颜色像素为洋红色像素。

4.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述N＝3，每个所述像素单元包括绿色像素、红色像素、蓝色像素和绿色-红外像素，其中，所述绿色-红外像素感应所述可见光中的绿色光，所述绿色像素感应所述可见光中的绿色光和所述红外光，所述红色像素感应所述可见光中的红色光和所述红外光，所述蓝色像素感应所述可见光中的蓝色光和所述红外光。

5.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，所述N＝3，每个所述像素单元包括青色像素、黄色像素、洋红色像素和青色-红外像素，其中，所述青色-红外像素感应所述可见光中的青色光，所述青色像素感应所述可见光中的青色光和所述红外光，所述黄色像素感应所述可见光中的黄色光和所述红外光，所述洋红色像素感应所述可见光中的洋红色光和所述红外光。

6.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述N＝4*n-1，所述n为大于1的整数，所述第一至第N个彩色像素中至少包括一个红色像素、一个绿色像素和一个蓝色像素，其中，所述第一彩色像素为绿色像素，与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素为绿色-红外像素。

7.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，所述N＝4*n-1，n为大于1的整数，所述第一至第N个彩色像素中至少包括一个黄色像素、一个青色像素和一个洋红色像素，其中，所述第一彩色像素为青色像素，与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素为青色-红外像素。

8.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述N＝4*n-1，所述n为大于1的整数，所述第一至第N个彩色像素中至少包括一个红色像素、一个绿色像素和一个蓝色像素，其中，所述第一彩色像素为红色像素，与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素为红色-红外像素。

9.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，所述N＝4*n-1，n为大于1的整数，所述第一至第N个彩色像素中至少包括一个黄色像素、一个青色像素和一个洋红色像素，其中，所述第一彩色像素为黄色像素，与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素为黄色-红外像素。

10.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述N＝4*n-1，所述n为大于1的整数，所述第一至第N个彩色像素中至少包括一个红色像素、一个绿色像素和一个蓝色像素，其中，所述第一彩色像素为蓝色像素，与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素为蓝色-红外像素。

11.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，所述N＝4*n-1，n为大于1的整数，所述第一至第N个彩色像素中至少包括一个黄色像素、一个青色像素和一个洋红色像素，其中，所述第一彩色像素为洋红色像素，与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素为洋红色-红外像素。

12.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一波长范围为810nm～870nm，所述第二波长范围为400nm～650nm。

13.一种根据权利要求1-12中任一项所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

读取所述像素阵列的输出；

根据每个像素单元中所述第一彩色像素的输出和与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出获取所述每个像素单元感应到的红外光强度值；

获取当前拍摄场景的亮度；

当所述当前场景的亮度大于第一预设值时，根据所述每个像素单元感应到的红外光强度值对所述像素阵列的输出进行处理，以根据处理后的所述像素阵列的输出生成彩色图像。

14.根据权利要求13所述的成像方法，其特征在于，根据所述每个像素单元中所述第一彩色像素的输出和与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出获取所述每个像素单元感应到的红外光强度值，具体包括：

根据所述每个像素单元中所述第一彩色像素的输出和与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出之间的差值获取所述每个像素单元感应到的红外光强度值。

15.根据权利要求13所述的成像方法，其特征在于，所述当所述当前拍摄场景的亮度大于第一预设值时，根据所述每个像素单元感应到的红外光强度值对所述像素阵列的输出进行处理，以根据处理后的所述像素阵列的输出生成彩色图像，具体包括：

将所述每个像素单元中的第一至第N个彩色像素的输出值分别减去对应的红外光强度值，以获得处理后的所述像素阵列的输出，并根据所述处理后的所述像素阵列的输出生成彩色图像。

16.根据权利要求13所述的成像方法，其特征在于，还包括：

当所述当前拍摄场景的亮度小于或等于所述第一预设值时，对所述图像传感器补充第一波长范围的红外光；

根据所述像素阵列的输出生成黑白图像。

17.一种成像装置，其特征在于，包括：

根据权利要求1-12中任一项所述的图像传感器；以及

与所述图像传感器相连的图像处理模块，所述图像处理模块用于读取所述像素阵列的输出，并根据所述每个像素单元中所述第一彩色像素的输出和与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出获取所述每个像素单元感应到的红外光强度值，以及获取当前拍摄场景的亮度，并在所述当前场景的亮度大于第一预设值时，根据所述每个像素单元感应到的红外光强度值对所述像素阵列的输出进行处理，以根据处理后的所述像素阵列的输出生成彩色图像。

18.根据权利要求17所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理模块，具体用于：

根据所述每个像素单元中所述第一彩色像素的输出和与所述第一彩色像素对应的彩色-红外像素的输出之间的差值获取所述每个像素单元感应到的红外光强度值。

19.根据权利要求17所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理模块，具体用于：

将所述每个像素单元中的第一至第N个彩色像素的输出值分别减去对应的红外光强度值，以获得处理后的所述像素阵列的输出，并根据所述处理后的所述像素阵列的输出生成彩色图像。

20.根据权利要求17所述的成像装置，其特征在于，还包括：红外补光灯，

所述红外补光灯用于在所述当前拍摄场景的亮度小于或等于所述第一预设值时对所述图像传感器补充第一波长范围的红外光；

所述图像处理模块还用于在所述当前拍摄场景的亮度小于或等于所述第一预设值时根据所述像素阵列的输出生成黑白图像。