CN110248119A - 图像传感器及图像检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像传感器及图像检测方法，包括：多个像素点形成的像素阵列，各像素点包括可见光传感器像素元件、红外传感器像素元件及设置于红外传感器像素元件上表面的红外遮光层；连接于像素阵列的处理电路。将可见光传感器像素元件采集到的图像与红外传感器像素元件采集到的图像融合，以获得一幅对光照条件变化不敏感同时又包含丰富细节信息的融合图像。本发明获得的图像对光照条件变化不敏感同时又包含足够细节信息，可以很好的保留多幅图像的细节信息，更加便于人眼观察；同时红外图像可有效的对可见光图像进行补光，解决传统图像传感器存在的问题，增加了图像传感器的应用领域和适用范围。

Description

图像传感器及图像检测方法

技术领域

本发明涉及图像采集领域，特别是涉及一种图像传感器及图像检测方法。

背景技术

图像传感器，是一种将光学图像转换成电子信号的设备，如今被广泛的用于相机、计算机和其他电子光学设备中。随着显示设备的大尺寸、高像素趋势，更快推动了图像传感器处理能力的提高。

传统的图像传感器包括CCD传感器和CMOS传感器。CCD传感器(Charge CoupledDevice，电荷藕合器件图像传感器)，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要来修改图像。CMOS传感器(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体图像传感器)是一种典型的固体成像传感器，主要利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体，CMOS传感器感光后这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

但是，传统的图像传感器，无论CCD传感器还是CMOS传感器，在光照强度较低时会存在图像亮度缺乏、图像像素尺寸减小和灰度等级表现缺乏等问题，这些都会导致图像分辨率降低、对比度差和图像噪点增加等问题。

因此，如何改进传统的图像传感器在光照强度较低时的图像质量已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种图像传感器及图像检测方法，用于解决现有技术中传统的图像传感器在光照强度较低时的图像质量差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图像传感器，所述图像传感器至少包括：

多个像素点形成的像素阵列，各像素点包括至少一个可见光传感器像素元件、至少一个红外传感器像素元件及设置于所述红外传感器像素元件上表面的红外遮光层，所述像素阵列用于采集图像；

连接于所述像素阵列的处理电路，用于对所述像素阵列进行控制及信号处理。

优选地，所述红外遮光层的通带与其覆盖的红外传感器像素元件的工作波段一致。

优选地，所述可见光传感器像素元件的上表面设置有可见光遮光层。

优选地，所述可见光传感器像素元件与所述红外传感器像素元件水平并排设置。

更优选地，所述像素阵列还包括框架，所述框架设置于各像素元件的底面及侧面。

优选地，所述可见光传感器像素元件与所述红外传感器像素元件嵌套设置。

更优选地，所述可见光传感器像素元件为环状结构，套设于所述红外传感器像素元件的外侧面；或，所述红外传感器像素元件为环状结构，套设于所述可见光传感器像素元件的外侧面。

更优选地，所述像素阵列还包括框架，所述框架设置于各像素点的底面及侧面。

优选地，所述可见光传感器像素元件为电荷耦合元件或金属氧化物半导体元件。

优选地，所述可见光传感器像素元件为彩色可见光传感器像素元件或黑白可见光传感器像素元件。

优选地，所述红外传感器像素元件为主动式红外成像像素元件或被动式红外成像像素元件。

优选地，所述像素阵列包括多个不同波段的红外图像传感器像素元件。

优选地，所述处理电路设置于所述像素阵列的周围，包括控制电路、读出电路、模拟处理电路或数字处理电路中的一种或几种。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种图像检测方法，所述图像检测方法至少包括：

采用可见光传感器像素元件及红外传感器像素元件同时进行图像采集，将所述可见光传感器像素元件采集到的图像与所述红外传感器像素元件采集到的图像融合，以获得一幅对光照条件变化不敏感同时又包含丰富细节信息的融合图像。

如上所述，本发明的图像传感器及图像检测方法，具有以下有益效果：

本发明的图像传感器及图像检测方法将至少一个可见光图像传感器像素元件和至少一个红外图像传感器像素元件合并成一个像素点，由该像素点按规律排列成像素阵列，进而构成图像传感器。将红外图像和可见光图像进行融合获得一幅对光照条件变化不敏感同时又包含足够细节信息的融合图像。可以很好的保留多幅图像的细节信息，更加便于人眼观察；同时红外图像可有效的对可见光图像进行补光，解决传统图像传感器存在的问题，增加了图像传感器的应用领域和适用范围。

附图说明

图1显示为本发明的图像传感器的俯视结构示意图。

图2显示为本发明的可见光传感器像素元件和红外传感器像素元件并排排列的像素点的侧视图。

图3显示为本发明的可见光传感器像素元件和红外传感器像素元件水平并排排列的像素点的俯视图。

图4显示为本发明的可见光传感器像素元件和红外传感器像素元件嵌套设置的像素点的侧视图。

图5显示为本发明的可见光传感器像素元件和红外传感器像素元件嵌套设置的像素点的俯视图。

元件标号说明

1 图像传感器

11 像素点

111 可见光传感器像素元件

112 红外传感器像素元件

113 可见光遮光层

114 红外遮光层

12 框架

13 处理电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1～图3所示，本实施例提供一种图像传感器1，所述图像传感器1包括：

像素阵列、框架12及连接于所述像素阵列的处理电路13。

如图1所示，所述像素阵列用于采集图像。

具体地，所述像素阵列由多个像素点11规则排列形成，在本实施例中，所述像素阵列包括五行六列像素点11，在实际应用中，所述像素阵列的规模可根据需要具体设定，不以本实施例为限。如图2所示，所述像素点11包括至少一个可见光传感器像素元件111、至少一个红外传感器像素元件112、可见光遮光层113及红外遮光层114，在本实施例中，所述可见光传感器像素元件111及所述红外传感器像素元件112的数量均设定为一个。

更具体地，所述可见光传感器像素元件111收集入射光中的可见光信息，并将所述可见光信息转化为电信号得到可见光图像数据。所述红外传感器像素元件112收集入射光中的红外光信息，并将所述红外光信息转化为电信号得到红外图像数据。如图2～图3所示，所述可见光传感器像素元件111与所述红外传感器像素元件112水平并排设置于同一像素点11中，在本实施例中，所述可见光传感器像素元件111与所述红外传感器像素元件112为矩形结构，左右分布。在实际使用中，所述可见光传感器像素元件111与所述红外传感器像素元件112的形状可根据需要设定为圆形或其它多边形；所述可见光传感器像素元件111与所述红外传感器像素元件112在同一平面上的相对位置还包括对角分布等方式，不以本实施例为限。所述可见光传感器像素元件111包括但不限于电荷耦合元件(Charge CoupledDevice，CCD)及金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)；所述可见光传感器像素元件111包括但不限于彩色可见光传感器像素元件及黑白可见光传感器像素元件。所述红外传感器像素元件112包括但不限于主动式红外成像像素元件及被动式红外成像像素元件；所述红外传感器像素元件112包括但不限于近红外图像传感器像素元件及远红外图像传感器像素元件。

需要说明的是，所述图像传感器1中可包含彩色可见光传感器像素元件及黑白可见光传感器像素元件，以增加图像的色彩丰富度、质量和图像细节。

需要说明的是，所述图像传感器1中可包含不同波段的红外图像传感器像素元件，以使所述像素阵列显示更优质的图像质量。

更具体地，如图2～图3所示，所述可见光遮光层113设置于所述可见光传感器像素元件111的上表面，能实现可见光区高透而红外区截止，用于消除红外光对于所述可见光传感器像素元件111的成像影响，通过阻挡干扰成像的红外光，使形成的可见光图像更加符合人体的视觉习惯。所述可见光遮光层113的形状、大小与所述可见光传感器像素元件111一致，在本实施例中，所述可见光遮光层113的形状为矩形。如图2～图3所示，所述红外遮光层114设置于所述红外传感器像素元件112的上表面，能吸收可见光透过红外光，可由光学玻璃镀膜、有色玻璃或特种塑料制成，所述红外遮光层114通带与其覆盖的红外传感器像素元件112的工作波段一致。所述红外遮光层114的形状、大小与所述红外传感器像素元件112一致，在本实施例中，所述红外遮光层114的形状为矩形。

需要说明的是，由于目前微电子的发展速度，典型的像素元件尺寸都在微米级，对于像素级的集成，我们需要将具有两个或多个像素元件缩小到同现有技术中的单个像素尺寸相同，这对于遮光层的制作工艺，包括镀膜等都有严格的限制；同时制作相关框架和将滤光片贴置在像素上都是一种考验。在本实施例中，使用MEMS工艺直接将滤光材料制作在像素元件上表面形成遮光层，降低工艺难度，解决像素级的图像传感器集成问题。在所述可见光传感器像素元件111的上表面通过MEMS工艺制作所述可见光遮光层113，其形状与所述可见光传感器像素元件111一致，完整覆盖在所述可见光传感器像素元件111上表面，由于入射光中含有红外光谱，红外光谱会影响成像，通过所述可见光遮光层113滤除红外光，提高元件成像质量。在所述红外传感器像素元件112的上表面通过MEMS工艺制作所述红外遮光层114，其形状与所述红外传感器像素元件112一致，完整覆盖在所述红外传感器像素元件112上表面，由于入射光中含有可见光谱，通过所述红外遮光层114滤除可见光，提高元件成像质量。

需要说明的是，所述可见光传感器像素元件111的上表面可不设置所述可见光遮光层113。

如图1所示，所述框架12像素阵列设置于各像素点11的底面及侧面，用于保护各像素点11，构成像素点的外骨架，并作为连接单元，通过所述框架12的成列成排排列构成阵列布局。

具体地，如图2～图3所示，在本实施例中，各像素元件之间也设置有所述框架12，以对各像素元件进行保护。

如图1所示，所述处理电路13设置于所述像素阵列的边缘，用于对所述像素阵列进行控制及信号处理。在本实施例中，所述处理电路13仅位于所述像素阵列的两个侧边，在实际应用中，所述处理电路13可根据需要设定于所述像素阵列的任意一侧或多侧，不以本实施例为限。

具体地，如图1所示，所述处理电路13包括但不限于控制电路(用于操作图像像素的电路)、读出电路(用于读出与由光敏元件生成的电荷相对应的图像信号)、模拟处理电路及数字处理电路。所述处理电路13对两种像素元件的电信号进行处理，由于两种像素元件获取的图像特性不同，可见光图像在光线较强或较弱时，图像对比度差，但含有的细节信息较丰富；红外图像对光照不敏感，通过所述处理电路13将两幅红外图像和可见光图像进行融合获得一幅对光照条件变化不敏感同时又包含足够细节信息的融合图像。

实施例二

如图1、图4～图5所示，本实施例提供一种图像传感器1，与实施例一的不同之处在于，所述像素点11中的所述可见光传感器像素元件111及所述红外传感器像素元件112为嵌套设置，且所述可见光传感器像素元件111的上表面未设置所述可见光遮光层113。

具体地，在本实施例中，所述可见光传感器像素元件111为矩形结构，设置于所述像素点11的中心；所述红外传感器像素元件112为环状结构，套设于所述可见光传感器像素元件111的外侧面；如图4所示，所述可见光传感器像素元件111与所述红外传感器像素元件112的上表面齐平。在实际应用中，所述可见光传感器像素元件111与所述红外传感器像素元件112的位置可互换；所述可见光传感器像素元件111的形状也可根据需要设定；所述红外传感器像素元件112环绕于所述可见光传感器像素元件111的外侧，结构不限；所述可见光传感器像素元件111与所述红外传感器像素元件112可包括多层嵌套，在此不一一赘述。

具体地，在本实施例中，所述可见光传感器像素元件111的上表面未设置所述可见光遮光层113，为了不影响所述可见光传感器像素元件111感光，所述红外遮光层114外边沿与所述可见光传感器像素元件111及所述红外传感器像素元件112感光区边界对齐。入射光线直接照射到所述可见光传感器像素元件111，被所述可见光传感器像素元件111采集，同样可实现可见光图像的采集，但会受到可见光之外的其它光的影响，在对可见光图像质量要求不严苛的场合完全能获得对光照条件变化不敏感同时又包含丰富细节信息的图像，不影响在现有技术上对图像质量的改进。

实施例三

本实施例提供一种图像检测方法，在本实施例中，基于所述图像传感器1实现，所述图像检测方法包括：

基于所述可见光传感器像素元件111及所述红外传感器像素元件112同时进行图像采集；所述可见光传感器像素元件111收集入射光中的可见光信息，并将所述可见光信息转化为电信号得到可见光图像数据，所述红外传感器像素元件112收集入射光中的红外光信息，并将所述红外光信息转化为电信号得到红外图像数据。再基于所述处理电路13将所述可见光传感器像素元件111采集到的图像与所述红外传感器像素元件112采集到的图像融合，以获得一幅对光照条件变化不敏感同时又包含丰富细节信息的融合图像。

综上所述，本发明提供一种图像传感器及图像检测方法，包括：多个像素点形成的像素阵列，各像素点包括可见光传感器像素元件、红外传感器像素元件及设置于所述红外传感器像素元件上表面的红外遮光层，所述像素阵列用于采集图像；连接于所述像素阵列的处理电路，用于对所述像素阵列进行控制及信号处理。采用可见光传感器像素元件及红外传感器像素元件同时进行图像采集，将所述可见光传感器像素元件采集到的图像与所述红外传感器像素元件采集到的图像融合，以获得一幅对光照条件变化不敏感同时又包含丰富细节信息的融合图像。本发明的图像传感器及图像检测方法将红外图像和可见光图像进行融合获得一幅对光照条件变化不敏感同时又包含足够细节信息的融合图像。可以很好的保留多幅图像的细节信息，更加便于人眼观察；同时红外图像可有效的对可见光图像进行补光，解决传统图像传感器存在的问题，增加了图像传感器的应用领域和适用范围。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器至少包括：

多个像素点形成的像素阵列，各像素点包括至少一个可见光传感器像素元件、至少一个红外传感器像素元件及设置于所述红外传感器像素元件上表面的红外遮光层，所述像素阵列用于采集图像；

连接于所述像素阵列的处理电路，用于对所述像素阵列进行控制及信号处理。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述红外遮光层的通带与其覆盖的红外传感器像素元件的工作波段一致。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述可见光传感器像素元件的上表面设置有可见光遮光层。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述可见光传感器像素元件与所述红外传感器像素元件水平并排设置。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于：所述像素阵列还包括框架，所述框架设置于各像素元件的底面及侧面。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述可见光传感器像素元件与所述红外传感器像素元件嵌套设置。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于：所述可见光传感器像素元件为环状结构，套设于所述红外传感器像素元件的外侧面；或，所述红外传感器像素元件为环状结构，套设于所述可见光传感器像素元件的外侧面。

8.根据权利要求6或7所述的图像传感器，其特征在于：所述像素阵列还包括框架，所述框架设置于各像素点的底面及侧面。

9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述可见光传感器像素元件为电荷耦合元件或金属氧化物半导体元件。

10.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述可见光传感器像素元件为彩色可见光传感器像素元件或黑白可见光传感器像素元件。

11.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述红外传感器像素元件为主动式红外成像像素元件或被动式红外成像像素元件。

12.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述像素阵列包括多个不同波段的红外图像传感器像素元件。

13.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述处理电路设置于所述像素阵列的周围，包括控制电路、读出电路、模拟处理电路或数字处理电路中的一种或几种。

14.一种图像检测方法，其特征在于，所述图像检测方法至少包括：

采用可见光传感器像素元件及红外传感器像素元件同时进行图像采集，将所述可见光传感器像素元件采集到的图像与所述红外传感器像素元件采集到的图像融合，以获得一幅对光照条件变化不敏感同时又包含丰富细节信息的融合图像。