CN110708443A - 一种单光轴摄像装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单光轴摄像装置及电子设备，涉及摄像设备技术领域。本发明的单光轴摄像装置包括镜头和感光芯片；所述镜头用于聚焦光线，所述镜头正对所述感光芯片的感光区域；所述感光芯片用于感应经过镜头入射到感光芯片上的光线，并将其拍摄成图片，所述感光芯片包括红外感光芯片和可见光感光芯片，所述红外感光芯片与所述可见光感光芯片堆叠设置，且所述红外感光芯片位于所述可见光感光芯片之上，可见光能够穿过所述红外感光芯片照射至所述可见光感光芯片。相对于现有技术，本发明可以实现同步获取目标的红外及可见光图像，且红外图像与可见光图像完全达到像素级匹配，尤其适用于全天时图像监控设备，且结构简单，有利于设备的小型化设计。

Description

一种单光轴摄像装置及电子设备
技术领域
本发明涉及摄像设备技术领域，尤其涉及一种单光轴摄像装置及电子设备。
背景技术
目前，无论是便携设备还是固定监控设备，对于图像及视频的获取都有巨大的需求。在实际应用中，除了获取目标的可见光图像外，往往也需要获取目标的红外图像，如在夜间光照不足的条件下，或者在安全检测要求下对暗火、过热、隐藏目标等的检测，需求获取目标的红外图像特征。
图像传感器是一种拍摄物体的二维图像或三维图像的装置。图像传感器使用对被物体反射的光的强度作出反应的光电转换元件来产生物体的图像，用于将光学图像转换成电信号，图像传感器广泛应用于视频及图像采集领域，采用单一的图像传感器难以满足同时获取目标的红外图像及可见光图像的要求。
目前，一般采用红外传感器与可见光传感器并列设计，如在监控设备中分别安装红外与可见光两套独立的图像系统，其光路独立，需要两个镜头分别完成红外及可见光图像的采集，由于两路光轴独立，并且红外与可见光图像之间存在尺寸及物理偏离，造成两幅图像不易匹配，且设备体积无法满足小型化设计要求。现有的一种改进方法是采用单光轴分光的方法，即将单镜头获取的光路在后端采用分光棱镜将光束分成两路，一路给红外图像传感器，一路给可见光图像传感器，这种方式的光学结构复杂，而且也同样存在光强不足、两幅图像大小尺寸不一致的问题，往往需要大孔径的镜头进行弥补。另外一种改进方法是将红外感光像素和可见光感光像素直接交替加工在一个衬底上，但是由于红外感光像素与可见光感光像素的感光材料、像素结构及制作方式完全不同，这种方式面临加工制作工艺的不兼容，难以实现。
有鉴于此，有必要提供一种单光轴摄像装置及电子设备，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单光轴摄像装置及电子设备，用以克服现有技术中的摄像装置同时获取红外及可见光图像时存在的设备结构复杂、红外与可见光图像不易匹配、制作困难等技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种单光轴摄像装置，包括镜头和感光芯片；所述镜头用于聚焦光线，所述镜头正对所述感光芯片的感光区域；所述感光芯片用于感应经过镜头入射到感光芯片上的光线，并将其拍摄成图片，所述感光芯片包括红外感光芯片和可见光感光芯片，所述红外感光芯片与所述可见光感光芯片堆叠设置，且所述红外感光芯片位于所述可见光感光芯片之上，可见光能够穿过所述红外感光芯片照射至所述可见光感光芯片。
进一步地，所述红外感光芯片包括基板和设于所述基板上表面的红外光感光像素点，所述红外光感光像素点等间距分布形成阵列，所述基板由透明材料制成，可见光穿过相邻的红外光感光像素点之间的区域照射至可见光感光芯片上。
进一步地，所述基板由具有红外光过滤功能的材料制成。
进一步地，所述基板具有红外光过滤层，所述红外光过滤层位于所述基板的上表面或下表面或中间层。
进一步地，所述红外感光芯片与所述可见光感光芯片具有相同的形状和大小，所述红外感光芯片与所述可见光感光芯片采用贴合工艺封装形成一体结构。
进一步地，所述红外感光芯片的感光区域与所述可见光感光芯片的感光区域具有相同的形状和大小。
进一步地，所述红外感光芯片为热释电红外传感器或热电堆红外传感器。
进一步地，所述单光轴摄像装置还包括用于处理红外图像的红外图像处理单元，以及用于处理可见光图像的可见光图像处理单元，所述红外图像处理单元与所述红外感光芯片连接，所述可见光图像处理单元与所述可见光感光芯片连接。
进一步地，所述单光轴摄像装置还包括分别与所述红外图像处理单元和所述可见光图像处理单元连接的图像输出单元，所述图像输出单元输出来自所述红外感光芯片与所述可见光感光芯片的复合图像，或者分别输出红外图像或可见光图像。
相应地，本发明还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述的单光轴摄像装置。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明的单光轴摄像装置及电子设备，通过将红外感光芯片与可见光感光芯片上下堆叠设计，两者感光光轴重叠，能够共享同一光路，共用一个镜头组，在共光轴条件下，当外界目标图像经镜头投影到红外感光芯片上，首先获取目标的红外图像，光路穿过透光式红外感光芯片继续投影到可见光感光芯片上，获得目标可见光图像，红外与可见光图像经复合后输出，该摄像装置不需要通过调整两个感光芯片的物理位置，就可以同步获取尺寸大小一致的目标红外及可见光图像，且实现了像素级的匹配，具有安装调试简便，结构简单，体积小，易于集成的优点，有利于设备的小型化设计，大幅提升了摄像装置的性能及适用领域，尤其适用于全天时图像监控设备，具有广泛的商业应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例的单光轴摄像装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的红外感光芯片的俯视示意图；
图3是本发明实施例的红外感光芯片的侧视示意图。
其中，附图标记对应为：100-镜头，200-红外感光芯片，201-基板、202-红外光感光像素点、203-红外光过滤层、300-可见光感光芯片，400-红外图像处理单元，500-可见光图像处理单元，600-图像输出单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例提供了一种单光轴摄像装置，参阅图1，本实施例的单光轴摄像装置包括镜头100和感光芯片，镜头100用于聚焦光线，镜头100用于聚焦光线，镜头100正对感光芯片的感光区域；感光芯片用于感应经过镜头100入射到感光芯片上的光线，并将其拍摄成图片，本实施例的感光芯片包括红外感光芯片200和可见光感光芯片300，红外感光芯片200与可见光感光芯片300堆叠设置，且红外感光芯片200位于可见光感光芯片300之上，可见光能够穿过所述红外感光芯片200照射至所述可见光感光芯片300。本实施例中，将红外与可见光感光芯片上下堆叠设计，两者感光光轴重叠，能够共享同一光路，共用一个镜头组，在共光轴条件下，不需要通过调整两个感光芯片的物理位置，就可以达到红外与可见光图像的自然匹配，具有安装调试简便的优点；而且，能大幅减小装置的体积，便于该装置的小型化设计。
在一个具体的实施方式中，参阅图2，红外感光芯片200包括基板201和设于基板201的上表面的红外光感光像素点202，基板201由透明材料制成，红外光感光像素点202等间距分布形成阵列，由于可见光的穿透力比红外线强，设置红外感光芯片200位于可见光感光芯片300之上，红外感光芯片200类似于纱窗的形态，使得可见光能够穿过相邻红外光感光像素点202之间的基板区域，照射到下面的可见光感光芯片300上。本实施例的红外感光芯片200采用透光式设计，既可以获取目标的红外图像，又避免对可见光感光芯片300的遮挡，可以保证其下方的可见光感光芯片300同步获取目标的可见光图像。
进一步地，基板201由具有红外光过滤功能的材料制成，以满足红外光过滤要求。
在一个可选的实施方式中，基板201具有红外光过滤层203，参阅图3，红外光过滤层203位于基板201的下表面，在其他的一些实施例中，红外光过滤层203也可以位于基板201的上表面或中间层，红外光过滤层203采用涂覆或叠加的方式形成在基板201上，以达到过滤红外光的效果。
本实施例中，可见光感光芯片300位于透光式红外感光芯片200正下方，红外感光芯片200与可见光感光芯片300具有相同的形状和大小，以利于封装和装配，红外感光芯片200与可见光感光芯片300采用上下贴合工艺封装形成一体结构，封装方法简单，且封装效果良好。本实施例的感光芯片结构是单光路分层感光结构，以获取经由透光式的红外感光芯片200传过来的目标图像。
在一个具体的实施方式中，感光区域是像素阵列，由多个像素点形成，每个像素获取的光信号汇集在一起时组成完整的图像画面。红外感光芯片200上的红外光感光像素点阵列形成红外感光芯片200的感光区域，可见光感光芯片300上的可见光感光像素点阵列形成可见光感光芯片300的感光区域，红外感光芯片200的感光区域与可见光感光芯片300的感光区域具有相同的形状和大小，以使可见光感光芯片300获取经由红外感光芯片200传过来的光路，保证红外图像与可见光图像的匹配。
本实施例中，镜头100用于将成像目标聚焦在感光芯片的感光区域上，镜头100为定焦式镜头或变焦式镜头，可根据实际需要进行选择和调节。
作为一种可选的实施方式，红外感光芯片200所用的传感器，为热释电红外传感器或热电堆红外传感器。当然，在其他的一些实例中，红外感光芯片200也可以采用其他类型的传感器，只要能够实现相同的功能即可。
在一个具体的实施方式中，红外感光芯片200采用MEMS(Micro-electromechanical Systems，微机电系统)工艺制作形成。
在其他的一些实施方式中，红外感光芯片200也可以采用其他的工艺形成，采用其他工艺形成的红外感光芯片200也在本发明的保护范围之内。
在一个具体的实施方式中，可见光感光芯片300为白光/微光图像传感器，可见光感光芯片300选用CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)、CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器等模组。
本实施例中，分别制作红外及可见光感光芯片，只需对红外感光芯片的像素间距、衬底材料作出调整，不影响其原有的制作工艺，对于可见光感光芯片，可以直接采用尺寸相匹配的市售产品，通过MEMS封装技术实现两种芯片的堆叠，以达到共光轴同步获取红外及可见光图像的目的。
在一个具体的实施方式中，单光轴摄像装置还包括与红外感光芯片200的接口连接的红外图像处理单元400，以完成图像的平衡、校正及优化等通用图像处理功能并输出标准格式图像。透光式红外感光芯片200感知图像的红外信号，并经由红外图像处理单元400完成红外图像的输出。
在一个具体的实施方式中，单光轴摄像装置还包括与可见光感光芯片300的接口连接的可见光图像处理单元500，以完成图像的平衡、校正及优化等通用图像处理功能并输出标准格式图像。可见光感光芯片300感知图像的可见光信号，并经由可见光图像处理单元500完成可见光图像的输出。
在一个具体的实施方式中，单光轴摄像装置还包括分别与红外图像处理单元400和可见光图像处理单元500连接的图像输出单元600。
作为一种可选的实施方式，图像输出单元600将两路图像叠加，输出来自红外感光芯片200与可见光感光芯片300的复合图像，或者选择性输出其中一路图像，分别输出红外图像和可见光图像。本实施例的单光轴摄像装置的工作过程及原理如下：外界目标图像经镜头投影到红外感光芯片200上，红外感光芯片200获取目标的红外图像，光路穿过透光式的红外感光芯片200继续投影到可见光感光芯片300上，可见光感光芯片300获取目标的可见光图像，红外图像与可见光图像经图像处理单元处理后输出至图像输出单元600，经复合后输出，或者分别输出红外图像或可见光图像。为保证透光性能，透光式红外感光芯片200的像素分辨率实际小于可见光感光芯片300的分辨率，但是由于两者形状尺寸均相等，因而两幅图像在轮廓上完全匹配，其中红外图像的局部细节可以依照可见光图像的分辨率大小在其图像处理单元中采用数字算法补齐。同样，对于可见光图像中因红外像素遮挡造成的图像点缺陷也可在其图像处理单元中采用数字算法修正。
相应地，本发明的另一实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括上述实施例中的单光轴摄像装置。
本发明的上述实施例，具有如下有益效果：
本发明的单光轴摄像装置及电子设备，通过将红外感光芯片与可见光感光芯片上下堆叠设计，两者感光光轴重叠，能够共享同一光路，共用一个镜头组，在共光轴条件下，当外界目标图像经镜头投影到红外感光芯片上，首先获取目标的红外图像，光路穿过透光式红外感光芯片继续投影到可见光感光芯片上，获得目标可见光图像，红外与可见光图像经复合后输出，该摄像装置不需要通过调整两个感光芯片的物理位置，就可以同步获取尺寸大小一致的目标红外及可见光图像，且实现了像素级的匹配，具有安装调试简便，结构简单，体积小，易于集成的优点，有利于设备的小型化设计，大幅提升了摄像装置的性能及适用领域，尤其适用于全天时图像监控设备，具有广泛的商业应用前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单光轴摄像装置，其特征在于，包括镜头(100)和感光芯片；
所述镜头(100)用于聚焦光线，所述镜头(100)正对所述感光芯片的感光区域；
所述感光芯片用于感应经过镜头入射到感光芯片上的光线，并将其拍摄成图片，所述感光芯片包括红外感光芯片(200)和可见光感光芯片(300)，所述红外感光芯片(200)与所述可见光感光芯片(300)堆叠设置，且所述红外感光芯片(200)位于所述可见光感光芯片(300)之上，可见光能够穿过所述红外感光芯片(200)照射至所述可见光感光芯片(300)。
2.根据权利要求1所述的单光轴摄像装置，其特征在于，所述红外感光芯片(200)包括基板(201)和设于所述基板(201)上表面的红外光感光像素点(202)，所述红外光感光像素点(202)等间距分布形成阵列，所述基板(201)由透明材料制成，可见光穿过相邻的红外光感光像素点(202)之间的区域照射至可见光感光芯片(300)上。
3.根据权利要求2所述的单光轴摄像装置，其特征在于，所述基板(201)由具有红外光过滤功能的材料制成。
4.根据权利要求2所述的单光轴摄像装置，其特征在于，所述基板(201)具有红外光过滤层(203)，所述红外光过滤层(203)位于所述基板(201)的上表面或下表面或中间层。
5.根据权利要求1所述的单光轴摄像装置，其特征在于，所述红外感光芯片(200)与所述可见光感光芯片(300)具有相同的形状和大小，所述红外感光芯片(200)与所述可见光感光芯片(300)采用贴合工艺封装形成一体结构。
6.根据权利要求5所述的单光轴摄像装置，其特征在于，所述红外感光芯片(200)的感光区域与所述可见光感光芯片(300)的感光区域具有相同的形状和大小。
7.根据权利要求1所述的单光轴摄像装置，其特征在于，所述红外感光芯片(200)为热释电红外传感器或热电堆红外传感器。
8.根据权利要求1所述的单光轴摄像装置，其特征在于，还包括用于处理红外图像的红外图像处理单元(400)，以及用于处理可见光图像的可见光图像处理单元(500)，所述红外图像处理单元(400)与所述红外感光芯片(200)连接，所述可见光图像处理单元(500)与所述可见光感光芯片(300)连接。
9.根据权利要求8所述的单光轴摄像装置，其特征在于，还包括分别与所述红外图像处理单元(400)和所述可见光图像处理单元(500)连接的图像输出单元(600)，所述图像输出单元(600)输出来自所述红外感光芯片(200)与所述可见光感光芯片(300)的复合图像，或者分别输出红外图像或可见光图像。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的单光轴摄像装置。
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