CN110504279A - 一种偏振式cis、图像处理方法及存储介质和终端设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种偏振式CIS、图像处理方法及存储介质和终端设备，该偏振式CIS包括多组像素单元集，每一组像素单元集包括在多个预设方向排布多组偏振敏感微结构部件的多个像素单元，每一个像素单元对应一个预设方向且在所述一个预设方向排布有一组偏振敏感微结构部件；多组像素单元集，用于将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，并对三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到并读出三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；其中，多组像素单元集对应三种尺寸的偏振敏感微结构部件，每一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应一种预设波长的偏振光，三种预设波长包括红光波长、绿光波长和蓝光波长。

Description

一种偏振式CIS、图像处理方法及存储介质和终端设备
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种偏振式CIS、图像处理方法及存储介质和终端设备。
背景技术
互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)具有集成度高、功耗小、速度快和成本低等特点，在高分辨率像素产品方面应用广泛。其中，CIS包括有单色偏振和彩色偏振这两种形式，而彩色偏振由于获取到的色彩更加丰富，使得彩色偏振相较单色偏振而言，生成的图像色彩更加鲜艳。
现有的偏振式CIS的结构主要包括微透镜阵列、偏振器阵列和像素阵列。这里，每个像素包括有光电二极管(Photo Diode，PD)结构，而在PD结构上放置了四个不同角度的偏振片，将每四个像素作为一个计算单元，通过不同方向偏振器之间的关联计算偏振程度和偏振方向，进而根据偏振程度和偏振方向得到偏振图像。
然而，现有的偏振式CIS的结构复杂，需要在PD结构上放置四个不同角度的偏振片，增加了偏振式CIS的工艺复杂度。
发明内容
本申请实施例提出一种偏振式CIS、图像处理方法及存储介质和终端设备，旨在降低偏振式CIS的工艺复杂度。
本申请实施例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偏振式CIS，该偏振式CIS包括多组像素单元集，每一组像素单元集包括在多个预设方向排布多组偏振敏感微结构部件的多个像素单元，所述多个像素单元中每一个像素单元对应一个预设方向且在所述一个预设方向排布有一组偏振敏感微结构部件；其中，
所述多组像素单元集，用于将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，并对所述三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到并读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；
其中，所述多组像素单元集对应有三种尺寸的偏振敏感微结构部件，且每一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应一种预设波长的偏振光，所述三种预设波长包括红光波长、绿光波长和蓝光波长。
第二方面，本申请实施例提供了一种图像处理方法，应用于如第一方面所述的偏振式CIS，该方法包括：
将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光；
对所述三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；
读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号。
第三方面，本申请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如第二方面所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种终端设备，该终端设备至少包括如第一方面所述的偏振式CIS。
本申请实施例所提供的一种偏振式CIS、图像处理方法及存储介质和终端设备，该偏振式CIS应用于包括多组像素单元集，每一组像素单元集包括在多个预设方向排布多组偏振敏感微结构部件的多个像素单元，所述多个像素单元中每一个像素单元对应一个预设方向且在所述一个预设方向排布有一组偏振敏感微结构部件；其中，多组像素单元集，用于将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，并对三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到并读出三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；其中，多组像素单元集对应有三种尺寸的偏振敏感微结构部件，且每一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应一种预设波长的偏振光，所述三种预设波长包括红光波长、绿光波长和蓝光波长；这样，由于多组像素单元集内放置有多组偏振敏感微结构部件，并不需要在PD结构上放置四个不同角度的偏振片，而且还与Quad-Bayer结构相结合，从而不仅可以降低偏振式CIS的工艺复杂度，还可以将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，以获得所需的偏振彩色图像。
附图说明
图1为相关技术方案提供的一种传统偏振式CIS的组成结构示意图；
图2为相关技术方案提供的一种Bayer结构的滤光片阵列排布示意图；
图3为相关技术方案提供的一种Quad-Bayer结构的滤光片阵列排布示意图；
图4为本申请实施例提供的一种偏振式CIS的组成结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种滤光片阵列排布示意图；
图6为本申请实施例提供的一种不同方向偏振敏感微结构部件的排布示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种偏振式CIS的组成结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种像素单元的截面结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种读出电路的硬件结构示意图；
图10为本申请实施例提供的一种终端设备的组成结构示意图；
图11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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。
在实际应用中，传统的偏振式CIS的实现方式是在像素单元中的PD结构上面放置四个不同角度的偏振片，例如，四个不同角度分别为0度，45度，90度和135度，然后，将每4个像素单元作为一个计算单元，通过不同方向偏振器之间的关联计算出偏振程度和偏振方向。具体来说，如果是自然光，经过偏振片或者偏振器后，光强应该变为原来的一半，如果四个方向都是原来的一半，说明是自然光，但是引入线偏振光后，四个偏振角度的强度肯定会不一样，这个时候可以假设线偏振光和自然光的比例，建立一个模型，然后根据多个不同预设方向的偏振片，可以获得最终所需的线偏振光和自然光的比例，即偏振程度和偏振方向，进而可以得到偏振图像。
参见图1，其示出了相关技术方案提供的一种传统偏振式CIS的组成结构示意图。如图1所示，该传统偏振式CIS包括微透镜阵列、偏振器阵列和像素阵列；其中，每个像素单元包括微透镜、偏振器和光电二极管，在该PD结构上放置有一个角度的偏振片以及一个微透镜，每四个像素单元分别放置了四个不同角度的偏振片(或称之为偏振器)，将这每四个像素结构组成一个像素单元集，该一个像素单元集作为一个计算单元，通过不同方向偏振器之间的关联计算偏振程度和偏振方向，进而可以根据偏振程度和偏振方向得到偏振图像。
参见图2，其示出了相关技术方案提供的一种Bayer结构的滤光片阵列排布示意图。如图2所示，每个小方格表示一个像素单元，每四个像素单元组成一个像素单元集，并且按照2×2形式进行排列；在该像素单元集中，可以假定第一行第一列的像素单元(用垂直线表示)采用红光波长对应的第一滤光片，第一行第二列的像素单元(用斜线表示)采用绿光波长对应的第二滤光片，第二行第一列的像素单元(用斜线表示)仍然采用绿光波长对应的第二滤光片，第二行第二列的像素单元(用水平线表示)采用蓝光波长对应的第三滤光片。这里，对于图1所示的偏振式CIS，可以基于Bayer结构的滤光片阵列排布，将一个像素单元集作为一个计算单元，该计算单元内包括四个像素单元且这四个像素单元的滤光片是不同的；这样，基于图2所示的多个计算单元，通过不同方向偏振器之间的关联能够计算出偏振程度和偏振方向，进而可以得到偏振图像。
参见图3，其示出了相关技术方案提供的一种Quad-Bayer结构的滤光片阵列排布示意图。如图3所示，每个小方格表示一个像素单元，每四个像素单元组成一个像素单元集，并且按照2×2形式进行排列；在该像素单元集中，可以假定该像素单元中的四个像素单元共用相同的滤光片；这样，对于图3所示的多个像素单元集，每四个像素单元集按照2×2形式进行排列；其中，左上方的第一组像素单元集中这四个像素单元(用垂直线表示)均采用红光波长对应的第一滤光片，左上方的第二组像素单元集中这四个像素单元(用斜线表示)均采用绿光波长对应的第二滤光片，左上方的第三组像素单元集中这四个像素单元(用斜线表示)均采用绿光波长对应的第二滤光片，左上方的第四组像素单元集中这四个像素单元(用水平线表示)均采用蓝光波长对应的第三滤光片；这里，对于图1所示的偏振式CIS，也可以基于Quad-Bayer结构的滤光片阵列排布，将一个像素单元集作为一个计算单元，该计算单元内包括四个像素单元但这四个像素单元的滤光片是相同的；这样，基于图3所示的多个计算单元，在一定程度上能够降低工艺复杂度，而且通过不同方向偏振器之间的关联也能够计算出偏振程度和偏振方向，进而可以得到偏振图像。然而，由于传统偏振式CIS仍然需要在像素单元的PD结构上放置偏振片或偏振器，导致传统偏振式CIS的结构复杂，加工仍然困难，工艺复杂度较高。
本申请实施例提供了一种偏振式CIS，该偏振式CIS应用于包括多组像素单元集，每一组像素单元集包括在多个预设方向排布多组偏振敏感微结构部件的多个像素单元，所述多个像素单元中每一个像素单元对应一个预设方向且在所述一个预设方向排布有一组偏振敏感微结构部件；这样，由于多组像素单元集内放置有多组偏振敏感微结构部件，并不需要在PD结构上放置四个不同角度的偏振片，而且还与Quad-Bayer结构相结合，从而不仅可以降低偏振式CIS的工艺复杂度，还可以将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，以获得所需的偏振彩色图像。
下面将结合附图对本申请实施例进行详细描述。
本申请的一实施例中，参见图4，其示出了本申请实施例提供的一种偏振式CIS的组成结构示意图。如图4所示，该偏振式CIS40可以包括多组像素单元集410，每一组像素单元集410包括在多个预设方向排布多组偏振敏感微结构部件4101a的多个像素单元4101，多个像素单元4101中每一个像素单元对应一个预设方向且在所述一个预设方向排布有一组偏振敏感微结构部件；其中，
多组像素单元集410，用于将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，并对所述三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到并读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；
其中，多组像素单元集410对应有三种尺寸的偏振敏感微结构部件，且每一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应一种预设波长的偏振光，所述三种预设波长包括红光波长、绿光波长和蓝光波长。
需要说明的是，每组像素单元集可以看作是一个计算单元，该计算单元中包括有多个像素单元，每一个像素单元对应一个预设方向且在该预设方向上排布有一组偏振敏感微结构部件。
还需要说明的是，针对偏振式CIS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，三种预设波长通常可以包括红光波长、绿光波长和蓝光波长。
这样，每一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应一种预设波长的偏振光；也就是说，对于红光波长来说，假定偏振敏感微结构部件的尺寸为第一尺寸；对于绿光波长来说，假定偏振敏感微结构部件的尺寸为第二尺寸；对于蓝光波长来说，假定偏振敏感微结构部件的尺寸为第三尺寸；如此，第一尺寸、第二尺寸和第三尺寸是各不相同的。这时候为了得到红光、绿光和蓝光等三种颜色的偏振光，多组像素单元集对应有三种尺寸的偏振敏感微结构部件；即一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应至少一个像素单元集。例如，假定多组像素单元集包括有四组像素单元集，那么可以是其中两组像素单元集包括有第一尺寸的偏振敏感微结构部件，可以用于得到红光波长对应的偏振光，另外两组像素单元集分别包括有第二尺寸的偏振敏感微结构部件和第三尺寸的偏振敏感微结构部件，可以分别用于得到绿光波长对应的偏振光和蓝光波长对应的偏振光；或者，也可以是其中两组像素单元集包括有第二尺寸的偏振敏感微结构部件，可以用于得到绿光波长对应的偏振光，另外两组像素单元集分别包括有第一尺寸的偏振敏感微结构部件和第三尺寸的偏振敏感微结构部件，可以分别用于得到红光波长对应的偏振光和蓝光波长对应的偏振光；或者，还可以是其中两组像素单元集包括有第三尺寸的偏振敏感微结构部件，可以用于得到蓝光波长对应的偏振光，另外两组像素单元集分别包括有第一尺寸的偏振敏感微结构部件和第二尺寸的偏振敏感微结构部件，可以分别用于得到红光波长对应的偏振光和绿光波长对应的偏振光；本申请实施例不做具体限定。
在本申请实施例中，该偏振式CIS应用于包括多组像素单元集，每一组像素单元集包括在多个预设方向排布多组偏振敏感微结构部件的多个像素单元，所述多个像素单元中每一个像素单元对应一个预设方向且在所述一个预设方向排布有一组偏振敏感微结构部件；多组像素单元集用于将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，并对三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到并读出三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；其中，多组像素单元集对应有三种尺寸的偏振敏感微结构部件，且每一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应一种预设波长的偏振光，所述三种预设波长包括红光波长、绿光波长和蓝光波长；这样，由于多组像素单元集内放置有多组偏振敏感微结构部件，并不需要在PD结构上放置四个不同角度的偏振片，而且还与Quad-Bayer结构相结合，从而不仅可以降低偏振式CIS的工艺复杂度，还可以将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，以获得所需的偏振彩色图像。
在一些实施例中，每一组像素单元集中的多个像素单元4101具有相同的滤光片，所述滤光片包括下述其中一项：红光波长对应的第一滤光片、绿光波长对应的第二滤光片和蓝光波长对应的第三滤光片。
需要说明的是，为了进一步简化偏振式CIS的工艺复杂度，还可以将多个像素单元进行合一处理，即这多个像素单元组成一组像素单元集，而且该组像素单元集中的多个像素单元共用相同颜色的滤光片。也就是说，如果该组像素单元集是为了得到红光波长对应的偏振光，那么这多个像素单元可以共同设置为第一滤光片；如果该组像素单元集是为了得到绿光波长对应的偏振光，那么这多个像素单元可以共同设置为第二滤光片；如果该组像素单元集是为了得到蓝光波长对应的偏振光，那么这多个像素单元可以共同设置为第三滤光片。
在一些实施例中，一组偏振敏感微结构部件中相邻两个偏振敏感微结构部件之间的间隙为预设距离，所述一组偏振敏感微结构部件的数量由一个像素单元的大小和所述预设距离确定。
进一步地，在一些实施例中，所述预设距离大于或等于50nm。
需要说明的是，每一个像素单元内排布有一组偏振敏感微结构部件。其中，相邻两个偏振敏感微结构部件之间的间隙为预设距离，该预设距离可以避免相邻两个偏振敏感微结构部件之间的相互干扰。一般来说，为了避免相邻两个偏振敏感微结构部件之间的相互干扰，预设距离通常大于或等于50nm，但是本申请实施例不作具体限定。
还需要说明的是，在得到预设距离之后，可以根据像素单元的大小以及预设距离，确定出该像素单元中排布的一组偏振敏感微结构部件的数量。
在一些实施例中，多组像素单元集410包括四组像素单元集，该四组像素单元集以2×2形式排列。
进一步地，在一些实施例中，四组像素单元集包括第一像素单元集、第二像素单元集、第三像素单元集和第四像素单元集；其中，
所述第一像素单元集对应的偏振敏感微结构部件尺寸为70nm×50nm，用于将入射光转换为蓝光波长在多个预设方向的偏振光；
所述第二像素单元集和所述第三像素单元集对应的偏振敏感微结构部件尺寸为90nm×50nm，用于将入射光转换为绿光波长在多个预设方向的偏振光；
所述第四像素单元集对应的偏振敏感微结构部件尺寸为110nm×50nm，用于将入射光转换为红光波长在多个预设方向的偏振光。
需要说明的是，多组像素单元集可以包括有三组像素单元集，也可以包括有四组像素单元集，还可以包括有八组像素单元集；这里，像素单元集的数量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，偏振敏感微结构部件存在有三种尺寸，比如70nm×50nm、90nm×50nm和110nm×50nm。另外，为了防止吸收信号光，一般来说，偏振敏感微结构部件的厚度通常还需要小于100nm。
这样，以第一像素单元集、第二像素单元集、第三像素单元集和第四像素单元集等四组像素单元集为例，对于BGRR来说，如果第一像素单元集用于将入射光转换为蓝光波长在多个预设方向的偏振光，那么其对应的偏振敏感微结构部件尺寸为70nm×50nm；如果第二像素单元集用于将入射光转换为绿光波长在多个预设方向的偏振光，那么其对应的偏振敏感微结构部件尺寸为90nm×50nm；如果第三像素单元集和第四像素单元集用于将入射光转换为红光波长在多个预设方向的偏振光，那么其对应的偏振敏感微结构部件尺寸为110nm×50nm；或者，对于BBGR来说，如果第一像素单元集和第二像素单元集用于将入射光转换为蓝光波长在多个预设方向的偏振光，那么其对应的偏振敏感微结构部件尺寸为70nm×50nm；如果第三像素单元集用于将入射光转换为绿光波长在多个预设方向的偏振光，那么其对应的偏振敏感微结构部件尺寸为90nm×50nm；如果第四像素单元集用于将入射光转换为红光波长在多个预设方向的偏振光，那么其对应的偏振敏感微结构部件尺寸为110nm×50nm；或者，对于BGGR来说，如果第一像素单元集用于将入射光转换为蓝光波长在多个预设方向的偏振光，那么其对应的偏振敏感微结构部件尺寸为70nm×50nm；如果第二像素单元集和第三像素单元集用于将入射光转换为绿光波长在多个预设方向的偏振光，那么其对应的偏振敏感微结构部件尺寸为90nm×50nm；如果第四像素单元集用于将入射光转换为红光波长在多个预设方向的偏振光，那么其对应的偏振敏感微结构部件尺寸为110nm×50nm。
在一些实施例中，多个预设方向至少包括0度、45度、90度和135度。
在一些实施例中，每一组像素单元集包括四个像素单元，所述四个像素单元以2×2形式排列。
进一步地，在一些实施例中，所述四个像素单元包括第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元；其中，
所述第一像素单元中在0度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为0度方向的偏振光；
所述第二像素单元中在45度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为45度方向的偏振光；
所述第三像素单元中在90度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为90度方向的偏振光；
所述第四像素单元在135度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为135度方向的偏振光。
需要说明的是，在每一组像素单元集中，不同的像素单元对应的预设方向是不同的，而且预设方向的数量与像素单元的数量相对应。这样，当预设方向有四个时，每一组像素单元集包括有四个像素单元；当预设方向有六个时，每一组像素单元集包括有六个像素单元；当预设方向有八个时，每一组像素单元集包括有八个像素单元；本申请实施例不作具体限定。
还需要说明的是，当预设方向包括有0度、45度、90度和135度时，说明了第一像素单元在0度方向排布有一组偏振敏感微结构部件、第二像素单元在45度方向排布有一组偏振敏感微结构部件、第三像素单元在90度方向排布有一组偏振敏感微结构部件、第四像素单元在135度方向排布有一组偏振敏感微结构部件。
示例性地，参见图5，其示出了本申请实施例提供的一种滤光片阵列排布示意图。如图5所示，总共有16个像素单元，每四个像素单元组成一组像素单元集(也可以看作一组计算单元)。在图5中，左上方对应的四个相邻的像素单元(用斜线填充)组成第一像素单元集，均设置为第二滤光片，用于过滤得到绿光波长；右上方对应的四个相邻的像素单元(用垂直线填充)组成第二像素单元集，均设置为第一滤光片，用于过滤得到红光波长；左下方对应的四个相邻的像素单元(用水平线填充)组成第三像素单元集，均设置为第三滤光片，用于过滤得到蓝光波长；右下方对应的四个相邻的像素单元(用斜线填充)组成第四像素单元集，均设置为第二滤光片，用于过滤得到绿光波长。其中，图5示出了GRBG的Quad-Bayer结构，但是也可以是RGGB的Quad-Bayer结构，还可以是BGGR的Quad-Bayer结构，甚至也可以是GBRG的Quad-Bayer结构，本申请实施例不作具体限定。
参见图6，其示出了本申请实施例提供的一种不同方向偏振敏感微结构部件的排布示意图。如图6所示，总共有16个像素单元，每四个像素单元组成一组像素单元集，可以得到四组像素单元集，这四组像素单元集采用图5所示的滤光片阵列排布方式。其中，针对处于左上方的第一像素单元集，这四个像素单元中分别在0度方向、45度方向、90度方向和135度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，且第一像素单元集中偏振敏感微结构部件尺寸为90nm×50nm，可以得到绿光波长在0度方向、45度方向、90度方向和135度方向各自对应的偏振光；针对处于右上方的第二像素单元集，这四个像素单元中分别在0度方向、45度方向、90度方向和135度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，且第二像素单元集中偏振敏感微结构部件尺寸为110nm×50nm，可以得到红光波长在0度方向、45度方向、90度方向和135度方向各自对应的偏振光；针对处于左下方的第三像素单元集，这四个像素单元中分别在0度方向、45度方向、90度方向和135度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，且第三像素单元集中偏振敏感微结构部件尺寸为70nm×50nm，可以得到蓝光波长在0度方向、45度方向、90度方向和135度方向各自对应的偏振光；针对处于右下方的第四像素单元集，这四个像素单元中分别在0度方向、45度方向、90度方向和135度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，且第四像素单元集中偏振敏感微结构部件尺寸为90nm×50nm，可以得到绿光波长在0度方向、45度方向、90度方向和135度方向各自对应的偏振光；这样，可以实现三种预设波长(绿光波长、红光波长和蓝光波长)在0度方向、45度方向、90度方向和135度方向各自对应的偏振光。
进一步地，从图6中可以看出，每一个像素单元内排布有一组偏振敏感微结构部件，而且一组偏振敏感微结构部件的数量是由一个像素单元的大小和所述预设距离确定的。其中，预设距离通常为大于或等于50nm，可以避免相邻两个偏振敏感微结构部件之间的相互干扰。另外，偏振敏感微结构部件可以为长方体，并且偏振敏感微结构部件的厚度小于100nm，可以防止吸收信号光，以造成PD获得的信号太弱。
在一些实施例中，参见图7，其示出了本申请实施例提供的另一种偏振式CIS的组成结构示意图。如图7所示，该偏振式CIS40还可以包括图像处理器420，其中，
图像处理器420，用于利用所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号确定出偏振程度和偏振方向，并根据所述偏振程度和所述偏振方向获得偏振彩色图像。
需要说明的是，在偏振式CIS40中，还可以包括有与多组像素单元集410相连接的图像处理器420。图像处理器420可以称为图像信号处理器(Image Signal Processor，ISP)，这样，在得到三种预设波长在多个预设方向对应的电信号之后，可以将其输入到ISP进行图像处理，比如首先确定出偏振程度和偏振方向，然后根据该偏振程度和该偏振方向获得入射光对应的偏振彩色图像。
在一些实施例中，多组像素单元集410中的其中一组像素单元集，具体用于将入射光转换为三种预设波长中的其中一种预设波长在多个预设方向的偏振光，并对所述其中一种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换；其中，所述其中一种预设波长与所述其中一组像素单元集对应的偏振敏感微结构部件尺寸之间具有对应关系。
进一步地，在一些实施例中，所述一个像素单元包括一组偏振敏感微结构部件、滤光片、至少一个PD和与至少一个PD相连接的读出电路；其中，
所述一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为预设波长在预设方向的偏振光；
所述滤光片，用于对入射光进行过滤，得到所述预设波长在预设方向的偏振光；
所述至少一个PD，用于吸收所述预设波长在预设方向的偏振光，并对所吸收的所述预设波长在预设方向的偏振光进行光电转换，得到所述预设波长在预设方向对应的电信号；
所述读出电路，用于读出所述预设波长在预设方向对应的电信号。
需要说明的是，对于每一个像素单元来说，除了包括有一组偏振敏感微结构部件和滤光片之外，每一个像素单元还包括有至少一个PD和与至少一个PD相连接的读出电路。其中，PD的形状可以是长方体，也可以是圆柱体或椭圆柱体，但是本申请实施例不作具体限定。
这里，对于至少一个PD，不同直径参数对应的PD吸收不同预设波长对应的光信号，然后将该光信号转换为对应的电信号。其中，预设波长处于PD的共振波长的范围之内。这里，共振波长与PD的折射率和PD的尺寸(主要是指PD的直径参数)有关。这时候可以通过调整PD的折射率，和/或，调整PD的直径参数，从而来调整PD的共振波长。通常来说，通过调整PD的直径参数，可以实现对PD的共振波长的调整，以使得预设波长在该PD的共振波长的范围之内，从而实现对预设波长对应的光信号的共振吸收。例如，当PD的直径参数为60nm时，可以吸收蓝光波长对应的蓝色偏振光；当PD的直径参数为90nm时，可以吸收绿光波长对应的绿色偏振光；当PD的直径参数为120nm时，可以吸收红光波长对应的红色偏振光。
进一步地，在一些实施例中，所述一个像素单元还包括微透镜单元，该微透镜单元用于对入射光进行光线聚焦。
以其中一个像素单元为例，参见图8，其示出了本申请实施例提供的一种像素单元的截面结构示意图。如图8所示，像素单元包括微透镜单元、一组偏振敏感微结构部件、滤光片、至少一个PD和读出电路；其中，一组偏振敏感微结构部件是由若干个偏振敏感微结构部件组成的，读出电路是由金属布线(Metal Wiring)组成的。
基于图8所示的像素单元，沿着入射光方向，入射光将会依次经过微透镜单元、一组偏振敏感微结构部件、滤光片、至少一个PD和读出电路。这里，微透镜单元排列在最前面，用于对入射光进行聚焦；当入射光经过微透镜单元之后将会到达一组偏振敏感微结构部件上面，经过偏振敏感微结构部件可以转换成特定的线偏振光；然后进入滤光片，用于对特定的线偏振光进行颜色过滤处理；比如，通过第一滤光片可以得到过滤后的红色特定偏振的光，通过第二滤光片可以得到过滤后的绿色特定偏振的光，通过第三滤光片可以得到过滤后的蓝色特定偏振的光；然后将过滤后的这些光信号照射到至少一个PD上，通过至少一个PD可以吸收过滤后的这些光信号并进行光电转换，经过至少一个PD之后可以这些光信号转换成电信号，最后由读出电路读出这些电信号。
进一步地，在一些实施例中，读出电路可以包括分别与所述像素单元连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的选通管，其中，
所述选通管，用于按照预设读出顺序，选通所述转移晶体管；
所述转移晶体管，用于在所述选通管选通时，将预设波长在预设方向对应的电信号转移至所述读出区。
需要说明的是，一个像素单元对应一个转移晶体管，一个转移晶体管连接一个读出区，且读出区与选通管连接；预先向偏振式CIS中设定读出顺序，选通管根据读出顺序，依次选通转移晶体管，以供读出区依次读出所述转移晶体管对应的预设波长在预设方向的电信号，其中，转移晶体管用于将该电信号转移至读出区。
进一步地，该读出电路还可以包括与所述读出区和所述选通管连接的放大晶体管；其中，
所述放大晶体管，用于将所述读出区读出的电信号进行放大；
所述选通管，还用于将所述放大的电信号传输至图像处理器。
需要说明的是，在读出区和选通管之间还设置有放大晶体管，该放大晶体管用于将读出区读出的电信号进行放大，选通管的漏极与图像处理器相连接，选通管将放大的电信号传输至图像处理电路，以供图像处理器确定出偏振程度和偏振方向，并根据所述偏振程度和所述偏振方向获得偏振彩色图像。
另外，读出区和放大晶体管的栅极连接，放大晶体管的源极接电源，放大晶体管的漏极和选通管的源极连接，选通管的漏极与输出端连接，输出端连接图像处理器；其中，输出端和图像处理器之间可以存在缓存区，该缓存区用于缓存放大的多个电信号。
进一步地，该读出电路还包括与读出区和放大管连接的复位晶体管；其中，
读出区，还用于读出复位晶体管中的复位电平；
放大管，还用于对复位电平进行放大。
需要说明的是，复位管的源极和电源连接；复位管的漏极和FD连接，其中，复位管中存储有复位电平，通过FD读出复位电平。这样，分别从复位管读出复位电平、从转移晶体管读出电信号，之后，对复位电平和电信号进行放大之后，对放大的电信号和放大的复位电平进行相关双采样，从而还可以降低读出电信号的噪声。
示例性的，参见图9，其示出了本申请实施例提供的一种读出电路的硬件结构示意图。如图9所示，PD的n区和读出区(FD)连接，FD还与复位管(RST)的漏极连接，复位管的源极和电源(VAPPIX)连接；FD还与放大晶体管(BSF)的栅极连接，BSF的源极和电源连接，BSF的漏极与选通管(SEL)的源极连接，选通管的漏极和输出端(OUT)连接。具体来说，图9所示的像素单元的工作流程为：曝光：光照射产生的电子-空穴对会因PPD区产生的电场的存在而分开，电子移向n区，空穴移向p区；复位：在曝光结束时，激活RST，将读出区复位到高电平；复位电平读出：复位完成后，读出复位电平，将读出的信号存储在第一个电容中；电荷转移：激活TX，将电荷从感光区完全转移到n+区用于读出；信号电平读出：在电荷转移之后，读出信号电平。
本申请实施例中，在偏振式CIS中，结合Quad-Bayer结构，每四个像素单元共用颜色相同的滤光片，即这四个像素单元均设置为第一滤光片或均设置为第二滤光片或均设置为第三滤光片，并且在这四个滤光片上面放置四组不同朝向(0度方向、45度方向、90度方向和135度方向)的偏振敏感微结构部件；这样，入射光经过偏振敏感微结构部件之后，将会变成具有特殊偏振的光，然后经过滤光片再被至少一个PD吸收，可以分别获得0度方向、45度方向、90度方向和135度方向等四个偏振方向的红色偏振光信号、绿色偏振光信号和蓝色偏振光信号；这样经过不同方向偏振器之间的关联能够计算出偏振程度和偏振方向，并且经过去马赛克则可以获得彩色图像，最终可以获得偏振彩色图像。
本实施例提供了一种偏振式CIS，该偏振式CIS应用于包括多组像素单元集，每一组像素单元集包括在多个预设方向排布多组偏振敏感微结构部件的多个像素单元，所述多个像素单元中每一个像素单元对应一个预设方向且在所述一个预设方向排布有一组偏振敏感微结构部件；这样，由于多组像素单元集内放置有多组偏振敏感微结构部件，并不需要在PD结构上放置四个不同角度的偏振片，而且还与Quad-Bayer结构相结合，从而不仅可以降低偏振式CIS的工艺复杂度，还可以将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，以获得所需的偏振彩色图像。
本申请的另一实施例中，前述实施例中任一项所述的偏振式CIS40可以位于终端设备中。参见图10，其示出了本申请实施例提供的一种终端设备的组成结构示意图。如图10所示，终端设备100至少包括有前述实施例中任一项所述的偏振式CIS40。
本申请实施例中，终端设备100可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、便捷式媒体播放器(PortableMedia Player，PMP)、导航装置、可穿戴设备、数码相机、数码摄像机等移动式终端设备，以及诸如数字TV、台式计算机等固定式终端设备，本申请实施例不作具体限定。
本申请的又一实施例中，参见图11，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11所示，该方法还可以包括：
S1101：将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光；
需要说明的是，本图像处理方法可以应用于前述实施例中任一项所述的偏振式CIS或者包含有该偏振式CIS的终端设备。
还需要说明的是，该偏振式CIS可以包括多组像素单元集，每一组像素单元集包括在多个预设方向排布多组偏振敏感微结构部件的多个像素单元，多个像素单元中每一个像素单元对应一个预设方向且在所述一个预设方向排布有一组偏振敏感微结构部件。这里，每组像素单元集可以看作是一个计算单元，该计算单元中包括有多个像素单元，每一个像素单元对应一个预设方向且在该预设方向上排布有一组偏振敏感微结构部件。
针对偏振式CIS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，三种预设波长通常可以包括红光波长、绿光波长和蓝光波长。
这样，每一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应一种预设波长的偏振光；也就是说，对于红光波长来说，假定偏振敏感微结构部件的尺寸为第一尺寸；对于绿光波长来说，假定偏振敏感微结构部件的尺寸为第二尺寸；对于蓝光波长来说，假定偏振敏感微结构部件的尺寸为第三尺寸；如此，第一尺寸、第二尺寸和第三尺寸是各不相同的。这时候为了得到红光、绿光和蓝光等三种颜色的偏振光，多组像素单元集对应有三种尺寸的偏振敏感微结构部件；即一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应至少一个像素单元集。
在一些实施例中，每一组像素单元集中的多个像素单元具有相同的滤光片，所述滤光片包括下述其中一项：红光波长对应的第一滤光片、绿光波长对应的第二滤光片和蓝光波长对应的第三滤光片。
也就是说，为了进一步简化偏振式CIS的工艺复杂度，还可以将多个像素单元进行合一处理，即这多个像素单元组成一组像素单元集，而且该组像素单元集中的多个像素单元共用相同颜色的滤光片。也就是说，如果该组像素单元集是为了得到红光波长对应的偏振光，那么这多个像素单元可以共同设置为第一滤光片；如果该组像素单元集是为了得到绿光波长对应的偏振光，那么这多个像素单元可以共同设置为第二滤光片；如果该组像素单元集是为了得到蓝光波长对应的偏振光，那么这多个像素单元可以共同设置为第三滤光片。
S1102：对所述三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；
S1103：读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号。
需要说明的是，多个预设方向可以包括有0度、45度、90度和135度。在每一组像素单元集中，不同的像素单元对应的预设方向是不同的，而且预设方向的数量与像素单元的数量相对应。这样，当预设方向有四个时，每一组像素单元集包括有四个像素单元；当预设方向有六个时，每一组像素单元集包括有六个像素单元；当预设方向有八个时，每一组像素单元集包括有八个像素单元；本申请实施例不作具体限定。
还需要说明的是，对于每一个像素单元来说，除了包括有一组偏振敏感微结构部件和滤光片之外，每一个像素单元还包括有至少一个PD和与至少一个PD相连接的读出电路。这里，至少一个PD用于对三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；读出电路用于读出这三种预设波长在多个预设方向对应的电信号。
进一步地，在一些实施例中，在所述读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号之后，该方法还可以包括：
利用所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号确定出偏振程度和偏振方向，并根据所述偏振程度和所述偏振方向获得偏振彩色图像。
需要说明的是，在偏振式CIS中，还可以包括有与多组像素单元集相连接的图像处理器。其中，图像处理器可以称为图像信号处理器(Image Signal Processor，ISP)，这样，在得到三种预设波长在多个预设方向对应的电信号之后，可以将其输入到ISP进行图像处理，比如首先确定出偏振程度和偏振方向，然后根据该偏振程度和该偏振方向获得入射光对应的偏振彩色图像。
本实施例提供了一种图像处理方法，该方法应用于前述实施例中任一项所述的偏振式CIS。通过将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光；对所述三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；这样，由于该偏振式CIS内多组像素单元集内放置有多组偏振敏感微结构部件，并不需要在PD结构上放置四个不同角度的偏振片，而且还与Quad-Bayer结构相结合，从而不仅可以降低偏振式CIS的工艺复杂度，还可以将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，以获得所需的偏振彩色图像。
可以理解地，在前述实施例中所述的偏振式CIS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。
本申请的再一实施例中，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，该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任一项所述的方法。
具体来讲，本实施例中的一种图像处理程序可以被存储在光盘，硬盘，U盘等存储介质上，当存储介质中的与所述方法对应的程序或指令被终端设备读取或被执行时，包括：
将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光；
对所述三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；
读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号。
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 (16)

1.一种偏振式互补金属氧化物半导体图像传感器CIS，其特征在于，所述偏振式CIS包括多组像素单元集，每一组像素单元集包括在多个预设方向排布多组偏振敏感微结构部件的多个像素单元，所述多个像素单元中每一个像素单元对应一个预设方向且在所述一个预设方向排布有一组偏振敏感微结构部件；其中，
所述多组像素单元集，用于将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光，并对所述三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到并读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；
其中，所述多组像素单元集对应有三种尺寸的偏振敏感微结构部件，且每一种尺寸的偏振敏感微结构部件对应一种预设波长的偏振光，所述三种预设波长包括红光波长、绿光波长和蓝光波长。
2.根据权利要求1所述的偏振式CIS，其特征在于，每一组像素单元集中的多个像素单元具有相同的滤光片，所述滤光片包括下述其中一项：红光波长对应的第一滤光片、绿光波长对应的第二滤光片和蓝光波长对应的第三滤光片。
3.根据权利要求1所述的偏振式CIS，其特征在于，所述一组偏振敏感微结构部件中相邻两个偏振敏感微结构部件之间的间隙为预设距离，所述一组偏振敏感微结构部件的数量由一个像素单元的大小和所述预设距离确定。
4.根据权利要求3所述的偏振式CIS，其特征在于，所述预设距离大于或等于50nm。
5.根据权利要求1所述的偏振式CIS，其特征在于，所述多组像素单元集包括四组像素单元集，所述四组像素单元集以2×2形式排列。
6.根据权利要求5所述的偏振式CIS，其特征在于，所述四组像素单元集包括第一像素单元集、第二像素单元集、第三像素单元集和第四像素单元集；其中，
所述第一像素单元集对应的偏振敏感微结构部件尺寸为70nm×50nm，用于将入射光转换为蓝光波长在多个预设方向的偏振光；
所述第二像素单元集和所述第三像素单元集对应的偏振敏感微结构部件尺寸为90nm×50nm，用于将入射光转换为绿光波长在多个预设方向的偏振光；
所述第四像素单元集对应的偏振敏感微结构部件尺寸为110nm×50nm，用于将入射光转换为红光波长在多个预设方向的偏振光。
7.根据权利要求1所述的偏振式CIS，其特征在于，所述多个预设方向至少包括0度、45度、90度和135度。
8.根据权利要求1所述的偏振式CIS，其特征在于，每一组像素单元集包括四个像素单元，所述四个像素单元以2×2形式排列。
9.根据权利要求8所述的偏振式CIS，其特征在于，所述四个像素单元包括第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元；其中，
所述第一像素单元中在0度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为0度方向的偏振光；
所述第二像素单元中在45度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为45度方向的偏振光；
所述第三像素单元中在90度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为90度方向的偏振光；
所述第四像素单元在135度方向排布有一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为135度方向的偏振光。
10.根据权利要求1所述的偏振式CIS，其特征在于，所述偏振式CIS还包括图像处理器，其中，
所述图像处理器，用于利用所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号确定出偏振程度和偏振方向，并根据所述偏振程度和所述偏振方向获得偏振彩色图像。
11.根据权利要求1至10任一项所述的偏振式CIS，其特征在于，所述一个像素单元包括一组偏振敏感微结构部件、滤光片、至少一个光电二极管PD和与至少一个PD相连接的读出电路；其中，
所述一组偏振敏感微结构部件，用于将入射光转换为预设波长在预设方向的偏振光；
所述滤光片，用于对入射光进行过滤，得到所述预设波长在预设方向的偏振光；
所述至少一个PD，用于吸收所述预设波长在预设方向的偏振光，并对所吸收的所述预设波长在预设方向的偏振光进行光电转换，得到所述预设波长在预设方向对应的电信号；
所述读出电路，用于读出所述预设波长在预设方向对应的电信号。
12.根据权利要求11所述的偏振式CIS，其特征在于，所述至少一个PD的形状至少包括长方体或圆柱体。
13.一种图像处理方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的偏振式CIS，所述方法包括：
将入射光转换为三种预设波长在多个预设方向的偏振光；
对所述三种预设波长在多个预设方向的偏振光进行光吸收以及光电转换，得到所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号；
读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述读出所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号之后，所述方法还包括：
利用所述三种预设波长在多个预设方向对应的电信号确定出偏振程度和偏振方向，并根据所述偏振程度和所述偏振方向获得偏振彩色图像。
15.一种计算机存储介质，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13至14任一项所述的方法。
16.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备至少包括如权利要求1至12任一项所述的偏振式CIS。
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