CN110085611B - 像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质 - Google Patents

像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质，该像素单元包括：滤光片、光电二极管PD阵列和读出电路，所述滤光片位于所述像素单元的第一层区域内，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的第二层区域内；其中，所述滤光片，用于对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；所述PD阵列，与所述滤光片相对放置，用于吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号，所述PD阵列包括多个PD柱且所述多个PD柱的直径相同；所述读出电路，与所述PD阵列连接，用于读出所述电信号，将所述电信号转换为数字信号进行传输。

Description

像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质
技术领域
本申请涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质。
背景技术
图像传感器是一种将光学信号转换成电子信号的设备。图像传感器主要分为电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器和金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器。随着CMOS工艺和技术的不断提升，CMOS图像传感器越来越多地应用于各种消费类电子产品中，比如数码相机、手机以及视频监控系统等。
CMOS图像传感器通过顺序检测每个单位像素的电信号来产生图像，而每个单位像素中至少包括光电二极管(Photo Diode，PD)所形成的PD层和读出电路所形成的金属布线(Metal wiring)层。随着像素尺寸的变小，目前最流行的技术是从传统的前感光式(FrontSide Illumination，FSI)变为背部感光式(Back Side Illumination，BSI)，将Metalwiring层放置于PD层的后面，这样虽然可以避免Metal wiring层对入射光的干扰，提高了感光度，但是仍然无法降低CMOS图像传感器的厚度。
发明内容
本申请的主要目的在于提出一种像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质，不仅提高了CMOS图像传感器的集成度，而且还降低了CMOS图像传感器的厚度。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种像素单元，所述像素单元包括：滤光片、PD阵列和读出电路，所述滤光片位于所述像素单元的第一层区域内，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的第二层区域内，其中，
所述滤光片，用于对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；
所述PD阵列，与所述滤光片相对放置，用于吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号；其中，所述PD阵列包括多个PD柱且所述多个PD柱的直径相同；
所述读出电路，与所述PD阵列连接，用于读出所述电信号，将所述电信号转换为数字信号进行传输。
在上述方案中，所述PD阵列在所述第二层区域中所占的填充比例为预设比例；其中，所述预设比例小于1。
在上述方案中，所述PD阵列包括4个PD柱，所述4个PD柱以2×2排列方式设置。
在上述方案中，所述预设波长包括下述任意一项：蓝光波长、绿光波长或红光波长。
在上述方案中，所述滤光片包括下述任意一项：蓝色滤光片、绿色滤光片或红色滤光片；其中，
所述蓝色滤光片，具体用于对入射光进行颜色过滤处理，得到蓝光波长对应的蓝光信号；
所述绿色滤光片，具体用于对入射光进行颜色过滤处理，得到绿光波长对应的绿光信号；
所述红色滤光片，具体用于对入射光进行颜色过滤处理，得到红光波长对应的红光信号。
在上述方案中，所述PD阵列包括下述任意一项：第一PD阵列、第二PD阵列或第三PD阵列；其中，
所述预设波长为蓝光波长，所述PD阵列为第一PD阵列，所述第一PD阵列中PD柱的直径为60nm；
所述预设波长为绿光波长，所述PD阵列为第二PD阵列，所述第二PD阵列中PD柱的直径为90nm；
所述预设波长为红光波长，所述PD阵列为第三PD阵列，所述第三PD阵列中PD柱的直径为120nm。
在上述方案中，所述PD阵列，具体用于通过所述多个PD柱的光学共振吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号。
在上述方案中，PD柱的直径为60nm；其中，所述第一PD阵列，具体用于根据所述多个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为电信号。
在上述方案中，PD柱的直径为90nm；其中，所述第二PD阵列，具体用于根据所述多个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为电信号。
在上述方案中，PD柱的直径为120nm；其中，所述第三PD阵列，具体用于根据所述多个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为电信号。
在上述方案中，PD柱的上表面形状包括下述任意一项：圆形、正方形、三角形、平行四边形、菱形和多边形。
在上述方案中，PD柱的形状为圆柱体；其中，所述PD柱的上表面形状为所述圆柱体的其中一个圆形底面。
第二方面，本申请实施例提供了一种图像传感器，所述图像传感器至少包括如第一方面中任一项所述的像素单元。
第三方面，本申请实施例提供了一种图像处理方法，所述方法应用于如第二方面所述的图像传感器，所述方法包括：
通过滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；
根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述PD阵列包括多个PD柱且所述多个PD柱的直径相同；
通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，所述滤光片位于所述像素单元的第一层区域内，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的第二层区域内。
在上述方案中，所述滤光片包括下述任意一项：蓝色滤光片、绿色滤光片或红色滤光片，所述通过滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号，包括：
通过蓝色滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到蓝光波长对应的蓝光信号；或者，
通过绿色滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到绿光波长对应的绿光信号；或者，
通过红色滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到红光波长对应的红光信号。
在上述方案中，所述根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据第一PD阵列中多个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为电信号；其中，所述第一PD阵列中PD柱的直径为60nm。
在上述方案中，所述根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据第二PD阵列中多个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为电信号；其中，所述第二PD阵列中PD柱的直径为90nm。
在上述方案中，所述根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据第三PD阵列中多个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为电信号；其中，所述第三PD阵列中PD柱的直径为120nm。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有图像处理程序，所述图像处理程序被至少一个处理器执行时实现如第三方面中任一项所述方法的步骤。
本申请实施例所提供的一种像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质，该像素单元包括滤光片、PD阵列和读出电路，滤光片位于像素单元的第一层区域内，PD阵列与读出电路位于像素单元的第二层区域内；其中，滤光片用于对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；PD阵列用于吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号；读出电路用于读出所述电信号，将所述电信号转换为数字信号进行传输；这样，由于本申请采用PD阵列来替代传统PD结构，而且PD阵列中包括有多个PD柱，同时将PD阵列与读出电路放置于像素单元的同一层区域内，从而不仅提高了CMOS图像传感器的集成度，而且还降低了CMOS图像传感器的厚度。
附图说明
图1A为相关技术方案提供的FSI型像素单元的截面结构示意图；
图1B为相关技术方案提供的BSI型像素单元的截面结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种像素单元的组成结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种像素单元的俯视结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种像素单元与传统像素单元的截面结构对比示意图；
图5为本申请实施例提供的一种图像传感器的组成结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种图像处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
目前，在实际应用中，像素单元作为CMOS传感器的重要组成部分，可以完成对入射光的聚焦、颜色过滤以及将吸收的光信号转换为电信号，同时对电信号进行读出。一般来说，像素单元可以包括聚焦层、滤光层、PD层和Metal wiring层。其中，聚焦层包含有聚焦镜片，可以对入射光进行光线聚焦；滤光层包含有滤光片，可以对入射光进行红光、蓝光和绿光等颜色过滤处理；PD层是由PD结构组成的，用于对吸收的光信号进行光电转换，可以得到电信号；而Metal wiring层布置有读出电路，可以对电信号进行读出，然后将电信号转换为数字信号进行传输；比如将数字信号传输至图像信号处理器(Image Signal Processor，ISP)，经过ISP的图像处理就可以得到该入射光对应的输出图像。
根据采光方式的不同，CMOS传感器可以分为FSI型传感器和BSI型传感器；其中，FSI型传感器中包括有FSI型像素单元，它是将Metal wiring层放置于PD层的前面，而BSI型传感器中包括有BSI型像素单元，它是将Metal wiring层放置于PD层的后面。参见图1A和图1B，其分别示出了相关技术方案中FSI型像素单元和BSI型像素单元的截面结构示意图。
其中，在图1A中，FSI型像素单元可以包括聚焦层110、滤光层120、Metal wiring层130和PD层140；这里，聚焦层110包括有第一聚焦镜片1101、第二聚焦镜片1102和第三聚焦镜片1103，滤光层120包括有蓝色滤光片1201、绿色滤光片1202或红色滤光片1203，Metalwiring层130包括有读出电路1301，PD层140包括有第一PD结构1401、第二PD结构1402和第三PD结构1403。其中，沿着入射光方向，依次经过聚焦层110、滤光层120、Metal wiring层130和PD层140，在PD层140的前面还设置有光接收面150，用于吸收入射光中的光信号；这里，聚焦层110排列在最前面，用于对入射光进行聚焦；聚焦层110之后进行滤光层120，用于对聚焦后的入射光进行颜色过滤处理；比如，通过蓝色滤光片1201可以得到过滤后的蓝光信号，通过绿色滤光片1202可以得到过滤后的绿光信号，通过红色滤光片1203可以得到过滤后的红光信号；然后将过滤后的光信号照射到PD层140中，比如将过滤后的蓝光信号照射到第一PD结构1401，可以通过光接收面150可以吸收过滤后的蓝光信号并进行光电转换；将过滤后的绿光信号照射到第二PD结构1402，可以通过光接收面150可以吸收过滤后的绿光信号并进行光电转换；将过滤后的红光信号照射到第三PD结构1403，可以通过光接收面150可以吸收过滤后的红光信号并进行光电转换；经过光电转换之后可以输出电信号，再由Metal wiring层130中的读出电路1301读出电信号，将电信号转换为数字信号进行传输。由于Metal wiring层130位于PD层140的前面，过滤后的光信号会被Metal wiring层130的金属布线遮挡，导致CMOS传感器的感光度较低，而且Metal wiring层130和PD层140无法结合到一起，增加了CMOS传感器的厚度。
在图1B中，BSI型像素单元仍然包括聚焦层110、滤光层120、Metal wiring层130和PD层140。与图1A所示的FSI型像素单元相比，BSI型像素单元只是将PD层140放置于Metalwiring层130的前面；这样，沿着入射光方向，依次经过聚焦层110、滤光层120、PD层140和Metal wiring层130。由于PD层140放置于Metal wiring层130的前面，这样过滤后的光信号不会被Metal wiring层130的金属布线遮挡和干扰，可以提高CIS的感光度；但是Metalwiring层130和PD层140仍然无法结合到一起，增加了CMOS传感器的厚度。
无论是图1A所示的FSI型像素单元，还是图1B所示的BSI型像素单元，由于Metalwiring层130和PD层140无法结合到同一层区域内，造成了CMOS传感器的厚度较厚。这样，为了降低CMOS传感器的厚度，本申请实施例提供了一种像素单元，通过用PD阵列替换传统的PD结构，而且PD阵列中为纳米级的PD柱，可以将PD阵列与读出电路布置于同一层区域内，从而不仅可以提高CMOS图像传感器的集成度，而且还可以降低CMOS图像传感器的厚度。
参见图2，其示出了本申请实施例提供的一种像素单元20的组成结构示意图。如图2所示，像素单元20可以包括滤光片210、PD阵列220和读出电路230，滤光片210位于像素单元20的第一层区域内，PD阵列220与读出电路230位于像素单元20的第二层区域内，其中，
滤光片210，用于对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；
PD阵列220，与滤光片210相对放置，用于吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号；其中，PD阵列220包括多个PD柱且所述多个PD柱的直径相同；
读出电路230，与PD阵列220连接，用于读出所述电信号，将所述电信号转换为数字信号进行传输。
本申请实施例提供了一种像素单元20，当滤光片210工作时，可以对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；PD阵列220与滤光片210相对放置，通过PD阵列220可以吸收预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号；读出电路230与PD阵列220连接，这样由读出电路230可以读出所述电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，由于PD阵列220与读出电路230位于像素单元20的同一层区域内，从而不仅提高了CMOS图像传感器的集成度，而且降低了CMOS图像传感器的厚度。
为了使得PD阵列220与读出电路230放置于像素单元20的同一层区域内，那么PD阵列220在该层区域中所占的填充比例需要小于1，这样该层区域中所空出的剩余区域可以用来放置读出电路230。因此，在一些实施例中，PD阵列220在所述第二层区域中所占的填充比例为预设比例；其中，所述预设比例小于1。
需要说明的是，预设比例表示PD阵列220在第二层区域中预先设置的填充比例；这里，预设比例的大小与读出电路230所占的区域面积有关。如果读出电路230所占的区域面积较大，则预设比例较小；如果读出电路230所占的区域面积较小，则预设比例较大。示例性地，预设比例的取值可以为四分之一，但是在实际应用中，预设比例的取值根据实际情况设定，本申请实施例不作具体限定。
还需要说明的是，第一层区域面积、第二层区域面积均和像素单元的俯视面积相等。一般来说，像素单元的俯视图为正方形。参见图3，其示出了本申请实施例提供的一种像素单元的俯视结构示意图。从图3中可以看到，第二层区域和像素单元的俯视图一样，都是正方形，而且第二层区域包括有PD阵列220和读出电路230；其中，读出电路230用金属布线表示。
在一些实施例中，所述PD阵列包括4个PD柱，所述4个PD柱以2×2排列方式设置。
需要说明的是，PD阵列中可以包括有多个PD柱；比如PD阵列包括2个PD柱、4个PD柱、或者6个PD柱等，本申请实施例不作具体限定；另外，针对这多个PD柱的排列方式，可以采用规则排列，比如正方形、长方形等排列方式，也可以采用不规则排列，比如多点不规则排列方式，本申请实施例仍不作具体限定。示例性地，如图3所示，PD阵列220包括有4个PD柱，而且这4个PD柱则是以2×2排列方式进行设置。
针对CMOS图像传感器来说，图像的颜色标准一般采用RGB色彩模式。其中，RGB代表了红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)三个通道的颜色，这三个通道的颜色按照不同的比例混合或叠加，可以得到图像中人类视力所感知的所有颜色。对于红色来说，预设波长可以为红光波长；对于蓝色来说，预设波长可以为蓝光波长；对于绿色来说，预设波长可以为绿光波长。因此，在一些实施例中，所述预设波长包括下述任意一项：蓝光波长、绿光波长或红光波长。
需要说明的是，滤光片210可以是蓝色滤光片，这样就可以得到蓝色波长对应的蓝光信号；滤光片210还可以是绿色滤光片，这样就可以得到绿色波长对应的绿光信号；滤光片210也可以是红色滤光片，这样就可以得到红色波长对应的红光信号；也就是说，预设波长可以是蓝光波长，还可以是绿光波长，也可以是红光波长，本申请实施例对此不作具体限定。
为了得到预设波长的单色光信号，在一些实施例中，滤光片210可以包括下述任意一项：蓝色滤光片、绿色滤光片或红色滤光片；其中，
所述蓝色滤光片，具体用于对入射光进行颜色过滤处理，得到蓝光波长对应的蓝光信号；
所述绿色滤光片，具体用于对入射光进行颜色过滤处理，得到绿光波长对应的绿光信号；
所述红色滤光片，具体用于对入射光进行颜色过滤处理，得到红光波长对应的红光信号。
另外，PD阵列220中PD柱的直径与预设波长具有关联关系，而且PD柱的直径度量级别为百纳米级。其中，根据滤光片的选择，可以得到不同的预设波长，此时也需要选择不同的PD阵列；在不同的PD阵列中，PD柱的直径是不同的。因此，在一些实施例中，PD阵列220可以包括下述任意一项：第一PD阵列、第二PD阵列或第三PD阵列；其中，
所述预设波长为蓝光波长，所述PD阵列为第一PD阵列，所述第一PD阵列中PD柱的直径为60nm；
所述预设波长为绿光波长，所述PD阵列为第二PD阵列，所述第二PD阵列中PD柱的直径为90nm；
所述预设波长为红光波长，所述PD阵列为第三PD阵列，所述第三PD阵列中PD柱的直径为120nm。
也就是说，不同的预设波长，所对应的PD阵列中PD柱的直径是不同的。对于蓝光波长来说，需要选择第一PD阵列，此时PD柱的直径为60nm；对于绿光波长来说，需要选择第二PD阵列，此时PD柱的直径为90nm；对于红光波长来说，需要选择第三PD阵列，此时PD柱的直径为120nm。
可以理解地，为了提高预设波长的光吸收效率，可以通过PD阵列220中的多个PD柱进行光学共振实现。其中，预设波长处于PD阵列220的共振波长的范围之内。这里，PD阵列220的共振波长与PD柱的折射率和PD柱的尺寸(主要是指PD柱的直径)有关。这时候可以通过调整PD柱的折射率，和/或，调整PD柱的尺寸，从而来调整PD阵列220的共振波长。通常来说，通过调整PD柱的尺寸，也即调整PD柱的直径，可以实现对PD阵列的共振波长的调整，以使得预设波长在该PD阵列的共振波长的范围之内，从而实现对预设波长的单色光信号的共振吸收。因此，在一些实施例中，PD阵列220，具体用于通过所述多个PD柱的光学共振吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号。
举例来说，假定预设波长为蓝光波长，那么可以调整PD柱的直径使其满足60nm，此时滤光片210为蓝色滤光片，PD阵列220为第一PD阵列，通过第一PD阵列中多个PD柱的光学共振来吸收蓝光波长对应的蓝光信号，并且经过光电转换后可以得到对应的电信号；假定预设波长为绿光波长，那么可以调整PD柱的直径使其满足90nm，此时滤光片210为绿色滤光片，PD阵列220为第二PD阵列，通过第二PD阵列中多个PD柱的光学共振来吸收绿光波长对应的绿光信号，并且经过光电转换后可以得到对应的电信号；假定预设波长为红光波长，那么可以调整PD柱的直径使其满足120nm，此时滤光片210为红色滤光片，PD阵列220为第三PD阵列，通过第三PD阵列中多个PD柱的光学共振来吸收红光波长对应的红光信号，并且经过光电转换后可以得到对应的电信号；通过多个PD柱的光学共振吸收蓝光波长或者绿光波长或者红光波长的单色光信号，可以使得光吸收率高达90％以上。
可选地，当PD柱的直径为60nm时，所述第一PD阵列，具体用于根据所述多个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为电信号。
可选地，当PD柱的直径为90nm时，所述第二PD阵列，具体用于根据所述多个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为电信号。
可选地，当PD柱的直径为120nm时，所述第三PD阵列，具体用于根据所述多个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为电信号。
在一些实施例中，PD柱的上表面形状包括下述任意一项：圆形、正方形、三角形、平行四边形、菱形和多边形。
进一步地，PD柱的形状为圆柱体；其中，所述PD柱的上表面形状为所述圆柱体的其中一个圆形底面。
需要说明的是，PD柱的上表面形状可以为规则形，比如圆形和正方形等，如图3所示，该PD柱的上表面形状为圆形；PD柱的上表面形状也可以为不规则形，比如菱形和多边形等；在实际应用中，PD柱的上表面形状根据实际情况进行设定，本申请实施例不作具体限定。
还需要说明的是，在像素单元20中，针对PD阵列220中的多个PD柱，需要在PD柱与PD柱之间留有间隔。由于多个PD柱进行光学共振时会使得边缘场很强，通过增加间隔可以防止相邻PD柱之间光的相互串扰，从而减小PD柱之间的光耦合。因此，实际应用中，在工艺上通常采用圆柱体的PD柱，可以更好的控制相邻PD柱之间的间隔；而且通过调整圆形的直径，就可以实现调整PD阵列的共振波长，从而也就实现了对预设波长的光信号吸收。
参见图4，其示出了本申请实施例提供的一种像素单元与传统像素单元的截面结构对比示意图。如图4所示，本申请实施例的像素单元410包括滤光片210、PD阵列220和读出电路230，其中，滤光片210位于第一层区域401内，PD阵列220与读出电路230位于第二层区域402内；而传统像素单元420包括聚焦镜片4201、滤光片210、传统PD结构4202和传统读出电路4203，其中，聚焦镜片4201位于聚焦层110内，滤光片210位于滤光层120内，传统PD结构4202位于PD层140内，传统读出电路4203位于Metal wiring层130内。
经过图4的对比可以发现，本申请实施例的像素单元410不包括聚焦镜片4201，主要是本申请实施例利用了PD阵列220中的多个PD柱来替代传统PD结构，而且PD阵列220可以通过光学共振以实现对特定的预设波长进行吸收，而同时还可以通过光学共振来增强局域的光学态密度，极大提升了局域的光场强度，从而也就取代了聚焦镜片4201的聚焦光束的作用，无需聚焦镜片就可以获得很高的光吸收效率，也即提高了CMOS传感器的量子效率；另外，本申请实施例的像素单元410可以将PD阵列220与读出电路230结合到一起，共同放置于第二层区域402中，这样还可以降低CMOS图像传感器的厚度。
上述实施例提供了一种像素单元，该像素单元可以包括滤光片、PD阵列和读出电路，滤光片位于像素单元的第一层区域内，PD阵列与读出电路位于像素单元的第二层区域内；其中，滤光片与PD阵列相对放置，PD阵列与读出电路连接，滤光片用于对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；PD阵列用于吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号；读出电路用于读出所述电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；这样，由于采用了PD阵列来替代传统PD结构，而且PD阵列中包括有多个PD柱，同时将PD阵列与读出电路放置于像素单元的同一层区域内，从而可以在保证量子效率的同时，不仅提高了CMOS图像传感器的集成度，而且还降低了CMOS图像传感器的厚度。
参见图5，其示出了为本申请实施例提供的一种图像传感器的组成结构示意图。如图5所示，图像传感器50至少包括前述实施例中任一项所述的像素单元20。
参见图6，其示出了本申请实施例提供的一种图像处理方法的流程示意图。如图6所示，该方法可以包括：
S601：通过滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；
S602：根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述PD阵列包括多个PD柱且所述多个PD柱的直径相同；
S603：通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，所述滤光片位于所述像素单元的第一层区域内，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的第二层区域内。
在本申请实施例中，该方法应用于前述实施中所述的图像传感器50，该图像传感器50可以是CMOS图像传感器。这样，首先通过滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；然后根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；最后通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，所述滤光片位于所述像素单元的第一层区域内，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的第二层区域内；由于采用了PD阵列来替代传统PD结构，而且PD阵列中包括有多个PD柱，同时将PD阵列与读出电路位于像素单元的同一层区域内，从而在保证量子效率的同时，不仅提高了CMOS图像传感器的集成度，而且还降低了CMOS图像传感器的厚度。
在一些实施例中，所述滤光片包括下述任意一项：蓝色滤光片、绿色滤光片或红色滤光片，所述通过滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号，可以包括：
通过蓝色滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到蓝光波长对应的蓝光信号；或者，
通过绿色滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到绿光波长对应的绿光信号；或者，
通过红色滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到红光波长对应的红光信号。
在一些实施例中，可选地，所述根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，可以包括：
根据第一PD阵列中多个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为电信号；其中，所述第一PD阵列中PD柱的直径为60nm。
在一些实施例中，可选地，所述根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，可以包括：
根据第二PD阵列中多个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为电信号；其中，所述第二PD阵列中PD柱的直径为90nm。
在一些实施例中，可选地，所述根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，可以包括：
根据第三PD阵列中多个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为电信号；其中，所述第三PD阵列中PD柱的直径为120nm。
需要说明的是，PD阵列中PD柱的直径与预设波长具有关联关系，而且PD柱的直径度量级别为百纳米级。其中，预设波长可以是蓝光波长，还可以是绿光波长，也可以是红光波长；也就是说，PD阵列可以是第一PD阵列，此时滤光片为蓝色滤光片，这样就可以得到蓝色波长对应的蓝光信号；PD阵列还可以是第二PD阵列，此时滤光片为绿色滤光片，这样就可以得到绿色波长对应的绿光信号；PD阵列也可以是第三PD阵列，此时滤光片为红色滤光片，这样就可以得到红色波长对应的红光信号；本申请实施例对此不作具体限定。
还需要说明的是，为了提高预设波长的光吸收效率，可以通过PD阵列中的多个PD柱进行光学共振实现。示例性地，假定预设波长为蓝光波长，那么可以调整PD柱的直径使其满足60nm，此时滤光片为蓝色滤光片，PD阵列为第一PD阵列，通过第一PD阵列中多个PD柱的光学共振来吸收蓝光波长对应的蓝光信号，并且经过光电转换后可以得到对应的电信号；假定预设波长为绿光波长，那么可以调整PD柱的直径使其满足90nm，此时滤光片为绿色滤光片，PD阵列为第二PD阵列，通过第二PD阵列中多个PD柱的光学共振来吸收绿光波长对应的绿光信号，并且经过光电转换后可以得到对应的电信号；假定预设波长为红光波长，那么可以调整PD柱的直径使其满足120nm，此时滤光片为红色滤光片，PD阵列为第三PD阵列，通过第三PD阵列中多个PD柱的光学共振来吸收红光波长对应的红光信号，并且经过光电转换后可以得到对应的电信号；通过多个PD柱的光学共振吸收蓝光波长或者绿光波长或者红光波长的单色光信号，可以使得光吸收率高达90％以上，提高了CMOS图像传感器的量子效率。
上述实施例提供了一种图像处理方法，通过滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述PD阵列包括多个PD柱且所述多个PD柱的直径相同；通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，所述滤光片位于所述像素单元的第一层区域内，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的第二层区域内；这样，由于采用了PD阵列来替代传统PD结构，而且PD阵列中包括有多个PD柱，同时将PD阵列与读出电路放置于像素单元的同一层区域内，从而可以在保证量子效率的同时，不仅提高了CMOS图像传感器的集成度，而且还降低了CMOS图像传感器的厚度。
可以理解地，在前述实施例中所述的像素单元20的各组成部件可以集成在一个处理单元中，也可以是各个部件单独物理存在，也可以两个或两个以上部件集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有图像处理程序，所述图像处理程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中所述方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但是本申请并不局限于此。上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。

Claims (19)

1.一种像素单元，所述像素单元包括：滤光片、光电二极管PD阵列和读出电路，所述滤光片位于所述像素单元的第一层区域内，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的第二层区域内，其中，
所述滤光片，用于对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；
所述PD阵列，与所述滤光片相对放置，用于吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号；其中，所述PD阵列包括多个PD柱且所述多个PD柱的直径相同，所述预设波长处于所述PD阵列的共振波长的范围之内；
所述读出电路，与所述PD阵列连接，用于读出所述电信号，将所述电信号转换为数字信号进行传输。
2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述PD阵列在所述第二层区域中所占的填充比例为预设比例；其中，所述预设比例小于1。
3.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述PD阵列包括4个PD柱，所述4个PD柱以2×2排列方式设置。
4.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述预设波长包括下述任意一项：蓝光波长、绿光波长或红光波长。
5.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，所述滤光片包括下述任意一项：蓝色滤光片、绿色滤光片或红色滤光片；其中，
所述蓝色滤光片，具体用于对入射光进行颜色过滤处理，得到蓝光波长对应的蓝光信号；
所述绿色滤光片，具体用于对入射光进行颜色过滤处理，得到绿光波长对应的绿光信号；
所述红色滤光片，具体用于对入射光进行颜色过滤处理，得到红光波长对应的红光信号。
6.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，所述PD阵列包括下述任意一项：第一PD阵列、第二PD阵列或第三PD阵列；其中，
所述预设波长为蓝光波长，所述PD阵列为第一PD阵列，所述第一PD阵列中PD柱的直径为60nm；
所述预设波长为绿光波长，所述PD阵列为第二PD阵列，所述第二PD阵列中PD柱的直径为90nm；
所述预设波长为红光波长，所述PD阵列为第三PD阵列，所述第三PD阵列中PD柱的直径为120nm。
7.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述PD阵列，具体用于通过所述多个PD柱的光学共振吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的单色光信号转换为电信号。
8.根据权利要求6所述的像素单元，其特征在于，PD柱的直径为60nm；其中，所述第一PD阵列，具体用于根据所述多个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为电信号。
9.根据权利要求6所述的像素单元，其特征在于，PD柱的直径为90nm；其中，所述第二PD阵列，具体用于根据所述多个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为电信号。
10.根据权利要求6所述的像素单元，其特征在于，PD柱的直径为120nm；其中，所述第三PD阵列，具体用于根据所述多个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为电信号。
11.根据权利要求1至10任一项所述的像素单元，其特征在于，PD柱的上表面形状包括下述任意一项：圆形、正方形、三角形、平行四边形、菱形和多边形。
12.根据权利要求11所述的像素单元，其特征在于，PD柱的形状为圆柱体；其中，所述PD柱的上表面形状为所述圆柱体的其中一个圆形底面。
13.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器至少包括如权利要求1至12任一项所述的像素单元。
14.一种图像处理方法，所述方法应用于如权利要求13所述的图像传感器，所述方法包括：
通过滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号；
根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述PD阵列包括多个PD柱且所述多个PD柱的直径相同，所述预设波长处于所述PD阵列的共振波长的范围之内；
通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，所述滤光片位于所述像素单元的第一层区域内，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的第二层区域内。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述滤光片包括下述任意一项：蓝色滤光片、绿色滤光片或红色滤光片，所述通过滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到预设波长的单色光信号，包括：
通过蓝色滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到蓝光波长对应的蓝光信号；或者，
通过绿色滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到绿光波长对应的绿光信号；或者，
通过红色滤光片对入射光进行颜色过滤处理，得到红光波长对应的红光信号。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据第一PD阵列中多个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为电信号；其中，所述第一PD阵列中PD柱的直径为60nm。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据第二PD阵列中多个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为电信号；其中，所述第二PD阵列中PD柱的直径为90nm。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据PD阵列吸收所述预设波长的单色光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据第三PD阵列中多个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为电信号；其中，所述第三PD阵列中PD柱的直径为120nm。
19.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有图像处理程序，所述图像处理程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求14至18任一项所述方法的步骤。
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