CN108683893A - 利用量子点技术扩展cmos摄像机中传感器色域的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法，包括：在CMOS摄像机的滤光片与CMOS芯片之间设置量子点增强膜，并选择量子点的尺寸；利用CMOS摄像机拍摄一个物体，所述物体上反射的光被CMOS摄像机镜头收集；光信号通过滤光片激发量子点增强膜，产生不同波长的单色光，聚焦在CMOS图像传感器的受光面上，CMOS图像传感器将光信号转为电信号送入摄像信号处理单元；摄像信号处理单元对接收到的电信号进行放大、调制后得到了标准信号，送入录像系统进行显示。本发明实现高色彩保真成像。缓解了CMOS图像传感器滤光片衰减光的问题。能使光谱较宽的光变成光谱很窄的纯净单色光外，提高CMOS图像传感器灵敏度的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种CMOS摄像机。特别是涉及一种利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法。
背景技术
目前，摄像机常用的感光芯片有CCD和CMOS两种。经过近30年的发展，CCD图像传感器技术已经发展成熟，并以其高灵敏度、低噪声和宽动态范围等特点，至今仍占据着高性能可见光图像传感器的主要市场。但是由于CCD图像传感器的存在多电压、高功耗、低速度、难集成等缺点，限制了它的应用。
而CMOS传感器恰恰克服了上述CCD传感器的缺点。与CCD传感器相比，CMOS传感器最明显的优势是器件结构简单、体积小、功耗低、性价比高、易于控制。由于CMOS传感器像素尺寸小，具有较高的集成度，甚至可以将模数转换和控制芯片集成在一起，图像数据不必在复杂的电路中传来传去，因此极大地提高了捕获信息的速度。但在相同大小相同分辨率的感光面中，CCD基本上就是整个感光面都是可以做光电转换的，但CMOS由于它每个感光元素旁边还需做一个放大器和A/D转换，故每个像素的感光面积机会小很多，这必然会导致其灵敏度的下降。
此外，CMOS的功耗只相当于CCD功耗的1/8,它已经广泛地应用于通用成像系统中。CMOS摄像机的最大特点是在单块CMOS传感器芯片上能集成所有摄像功能的电路。与CCD摄像机相比，CMOS摄像机具有帧速高、读取速度快的优点。下面申请人主要讨论CMOS摄像机，但是其技术同样可应用于CCD摄像机。
CMOS彩色摄像机现在主要存在两种，即单CMOS摄像机和3-Chip-CMOS摄像机。
3-Chip-CMOS摄像机需要三块CMOS图像传感器，分别摄取红(R)、绿(G)和蓝(B)三原色图像成分，以便混合其它图像颜色。人们可以采用分光镜将光束分成红绿蓝三原色，分别照射到三块CMOS图像传感器上面成像，这3个图像传感器中每个都有相同数量的等间隔像素。但是采用分光镜的实现方案很昂贵。人们也可以使用R，G和B滤色片，将光分成三原色，然后分别分别照射到三块CMOS图像传感器上面成像。虽然滤色片技术较分光镜技术简单，但是滤色片对光衰减较大，滤出来的颜色不纯。虽然采用高饱和度滤色片可以提高滤出来颜色的纯度，但是更会加剧对光的衰减。
单CMOS图像传感器为了能摄取形成彩色图像所需的RGB三个图像成分，多采用的是芯片像素上的马赛克彩色掩膜。目前大多数CMOS图像传感器在各个像素上的掩膜中采用Bayer滤色片，如图1所示。
Bayer滤光片允许接受绿光的像素数是接受红光或蓝光的像素数的两倍，这是因为人眼对绿色最敏感，以利于获得更准确的色彩重现。相应掩膜像素点感光获得对应的色彩分量，再通过各种不同的插值计算获得其他两种颜色的色彩分量，以实现RGB输出。但由于使用不同颜色的滤光片，没有共位置的像素，不是如3-Chip-CMOS成像摄像机每个像素的红、绿、蓝的子像素完全在同一点，这意味着单CMOS摄像机所拍摄的图像实际分辨率不能达到CMOS组件的像素分辨率的。但是使用单CMOS图像传感器的摄像机具有制造简单、体积小、节能等优点，在非专业摄像产品中占主流。
无论对于3-Chip-CMOS、还是单片CMOS图像传感器，采用滤色片技术都有两个主要问题：滤出来的光颜色不纯，滤色片对光衰减较大。RGB图像分量的颜色不纯导致图像的色域范围小，产生颜色失真。
国际标准组织对超高清晰度视频广播制定了BT.2020色域标准。BT.2020色域非常宽，采用滤色片的成像技术无法摄取BT.2020色域标准的视频。到目前为止，尚不存在满足BT.2020色域标准的视频。
目前许多公司采用量子点技术开发所谓的量子点显示器，一般采用量子点增强膜。量子点技术分为“光致发光“和“电致发光“两种。目前“光致发光“技术较成熟。“光致发光“原理如图2所示。
使用一波长较短的光(例如紫光)照射量子点，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的、色谱很纯单色光。图2示出采用波长较短的蓝光照射不同尺寸的量子点，产生了波长较长的其它五种色谱很纯的单色光。
传统的CMOS摄像机在拍摄一个物体时，此物体上反射的光被摄像机镜头收集，使其聚焦在CMOS图像传感器的受光面上，同时把光能转变为电能，即得到了“视频信号”，但信号很微弱，需通过预放电电路进行放大，再经过各种电路进行处理和调整，得到标准信号，再将标准信号送到录像等记录媒介上记录下来，或通过传播系统传播或送到监视器上显示出来。
滤光片不仅衰减光很大，而且滤出来的红、绿和蓝光不纯，造成色域窄。即使采用饱和度较高的滤光片，也无法得到纯净的单色光。
量子点被认为能够实现BT.2020色域范围的显示技术。但是如果没有覆盖BT.2020色域范围的图像，具有BT.2020色域范围的显示技术也派不上用场。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够得到更加纯净的光谱，扩展色域范围，实现高色彩保真成像，同时能够提高CMOS图像传感器灵敏度的利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法。
本发明所采用的技术方案是：一种利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法，包括如下步骤：
1)在CMOS摄像机的滤光片与CMOS芯片之间设置量子点增强膜，并选择量子点的尺寸；
2)利用CMOS摄像机拍摄一个物体，所述物体上反射的光被CMOS摄像机镜头收集；
3)光信号通过滤光片激发量子点增强膜，产生不同波长的单色光，聚焦在CMOS图像传感器的受光面上，CMOS图像传感器将光信号转为电信号送入摄像信号处理单元；
4)摄像信号处理单元对接收到的电信号进行放大、调制后得到了标准信号，送入录像系统进行显示。
步骤1)所述的选择量子点的尺寸是，1.8nm～2nm、2.2nm～2.5nm、2.9nm～3nm、4.1nm～5nm、6nm～7.3nm。
步骤3)所述的产生不同波长的单色光是指：
当蓝光激发半径为1.8nm～2nm的量子点时，产生蓝色单色光；
当蓝光激发半径为2.2～2.5nm的量子点时，产生绿色单色光；
当蓝光激发半径为2.9nm～3nm的量子点时，产生黄色单色光；
当蓝光激发半径为4.1nm～5nm的量子点时，产生橙色单色光；
当蓝光激发半径为6nm～7.3nm的量子点时，产生红色单色光。
本发明的利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法，扩展了视频的色域范围，得到更加纯净单色光，实现高色彩保真成像。还缓解了CMOS图像传感器滤光片衰减光的问题。由于量子点增强膜除了能使光谱较宽的光变成光谱很窄的纯净单色光外，还有增强光强度的作用，所以本发明还有提高CMOS图像传感器灵敏度的作用。
附图说明
图1是现有技术的Bayer彩色滤波阵列；
图2是量子点“光致发光原理示意图；
图3是本发明的CMOS摄像机构成框图；其中
1：光学镜头 2：滤光片
3：量子增强膜 4：CMOS图像传感器
5：摄像信号处理单元 6：录像系统
7：拍摄物
图4本发明的是CMOS摄像机工作原理示意图；
图5是本发明的CMOS摄像机工作原理曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法做出详细说明。
本发明的利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法，是用在如图3所示的CMOS摄像机上，所述的CMOS摄像机包括有依次设置的光学镜头1、滤光片2、量子增强膜3、CMOS图像传感器4、摄像信号处理单元5、和录像系统6中。即本发明方法所用的CMOS摄像机比现有的CMOS摄像机多了一个量子增强膜3。
本发明的利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法，包括如下步骤：
1)在CMOS摄像机的滤光片与CMOS芯片之间设置量子点增强膜，并选择量子点的尺寸。所述的选择量子点的尺寸是，1.8nm～2nm、2.2nm～2.5nm、2.9nm～3nm、4.1nm～5nm、6nm～7.3nm。由于CMOS图像传感器对不同波长光的的敏感度不同，如图5所示，所以在选择量子点的尺寸时，应该使量子增强膜产生光的波长对CMOS图像传感器敏感度尽可能高。
2)利用CMOS摄像机拍摄一个物体，所述物体上反射的光被CMOS摄像机镜头收集；
3)光信号通过滤光片激发量子点增强膜，产生不同波长的单色光，聚焦在CMOS图像传感器的受光面上，CMOS图像传感器将光信号转为电信号送入摄像信号处理单元；所述的产生不同波长的单色光是指：
当蓝光激发半径为1.8nm～2nm的量子点时，产生蓝色单色光；
当蓝光激发半径为2.2～2.5nm的量子点时，产生绿色单色光；
当蓝光激发半径为2.9nm～3nm的量子点时，产生黄色单色光；
当蓝光激发半径为4.1nm～5nm的量子点时，产生橙色单色光；
当蓝光激发半径为6nm～7.3nm的量子点时，产生红色单色光。
4)摄像信号处理单元对接收到的电信号进行放大、调制后得到了标准信号，送入录像系统进行显示。
Claims (3)
1.一种利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在CMOS摄像机的滤光片与CMOS芯片之间设置量子点增强膜，并选择量子点的尺寸；
2)利用CMOS摄像机拍摄一个物体，所述物体上反射的光被CMOS摄像机镜头收集；
3)光信号通过滤光片激发量子点增强膜，产生不同波长的单色光，聚焦在CMOS图像传感器的受光面上，CMOS图像传感器将光信号转为电信号送入摄像信号处理单元；
4)摄像信号处理单元对接收到的电信号进行放大、调制后得到了标准信号，送入录像系统进行显示。
2.根据权利要求1所述的利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法，其特征在于，步骤1)所述的选择量子点的尺寸是，1.8nm～2nm、2.2nm～2.5nm、2.9nm～3nm、4.1nm～5nm、6nm～7.3nm。
3.根据权利要求1所述的利用量子点技术扩展CMOS摄像机中传感器色域的方法，其特征在于，步骤3)所述的产生不同波长的单色光是指：
当蓝光激发半径为1.8nm～2nm的量子点时，产生蓝色单色光；
当蓝光激发半径为2.2～2.5nm的量子点时，产生绿色单色光；
当蓝光激发半径为2.9nm～3nm的量子点时，产生黄色单色光；
当蓝光激发半径为4.1nm～5nm的量子点时，产生橙色单色光；
当蓝光激发半径为6nm～7.3nm的量子点时，产生红色单色光。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102244083A (zh) * | 2010-05-13 | 2011-11-16 | 博立多媒体控股有限公司 | 一种混合多光谱感光象素组、感光器件、及感光系统 |
| CN105204103A (zh) * | 2015-10-09 | 2015-12-30 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 量子点彩色滤光片及液晶显示装置 |
| US9231003B2 (en) * | 2009-01-29 | 2016-01-05 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and imaging apparatus |
| CN106847844A (zh) * | 2015-12-04 | 2017-06-13 | 佳能株式会社 | 摄像装置以及摄像系统 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9231003B2 (en) * | 2009-01-29 | 2016-01-05 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and imaging apparatus |
| CN102244083A (zh) * | 2010-05-13 | 2011-11-16 | 博立多媒体控股有限公司 | 一种混合多光谱感光象素组、感光器件、及感光系统 |
| CN105204103A (zh) * | 2015-10-09 | 2015-12-30 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 量子点彩色滤光片及液晶显示装置 |
| CN106847844A (zh) * | 2015-12-04 | 2017-06-13 | 佳能株式会社 | 摄像装置以及摄像系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 杨迪娜: "相机革命时代来临—量子薄膜传感器挑战传统CMOS", 《单片机与嵌入式系统应用》 * |
| 洪广言，庄卫东: "《稀土发光材料》", 31 May 2016, 冶金工业出版社 * |
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