CN110995968A - 图像传感器、摄像装置、电子设备和成像方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种图像传感器、摄像装置、电子设备和成像方法。图像传感器包括像素层、偏振层和滤光层。像素层包括多个像素单元，每个像素单元包括四个像素。偏振层包括多个偏振单元，每个偏振单元包括四个偏振元件。四个偏振元件的偏振轴的角度能够互不相同。滤光层包括多个滤光单元，每个滤光单元包括四个滤光区。每个滤光单元的四个滤光区允许透过的光线颜色相同。滤光区、偏振元件和像素一一对应，每个像素用于接收穿过对应的滤光区及对应的偏振元件的偏振光。本申请实施方式能够获取被摄场景中四个不同偏振角度的偏振光及偏振光的颜色信息，从而根据带有颜色信息及不同偏振角度信息的偏振光生成不同的彩色偏振图像，场景利用范围较广。

Description

图像传感器、摄像装置、电子设备和成像方法

技术领域

本申请涉及消费性电子技术领域，更具体而言，涉及一种图像传感器、摄像装置、电子设备和成像方法。

背景技术

目前的图像传感器无法区分被摄场景中不同偏振角度的偏振光，无法根据不同偏振角度的偏振光生成不同的彩色偏振图像，例如，去除某一偏振角度的偏振光后生成彩色偏振图像，或者根据某一偏振角度的偏振光生成彩色偏振图像等，场景利用范围较小。

发明内容

本申请实施方式提供一种图像传感器、摄像装置、电子设备和成像方法。

本申请实施方式的图像传感器包括像素层、偏振层和滤光层，所述像素层包括多个像素单元，每个所述像素单元包括四个像素；所述偏振层包括多个偏振单元，每个所述偏振单元包括四个偏振元件，四个所述偏振元件的偏振轴的角度能够互不相同；所述滤光层包括多个滤光单元，每个所述滤光单元包括四个滤光区，每个所述滤光单元的四个所述滤光区允许透过的光线颜色相同，所述滤光区、所述偏振元件和所述像素一一对应，每个所述像素用于接收穿过对应的所述滤光区及对应的所述偏振元件的偏振光。

本申请实施方式的摄像装置包括图像传感器和镜头模组，所述图像传感器设置在所述镜头模组的像侧；所述图像传感器包括像素层、偏振层和滤光层，所述像素层包括多个像素单元，每个所述像素单元包括四个像素；所述偏振层包括多个偏振单元，每个所述偏振单元包括四个偏振元件，四个所述偏振元件的偏振轴的角度能够互不相同；所述滤光层包括多个滤光单元，每个所述滤光单元包括四个滤光区，每个所述滤光单元的四个所述滤光区允许透过的光线颜色相同，所述滤光区、所述偏振元件和所述像素一一对应，每个所述像素用于接收穿过对应的所述滤光区及对应的所述偏振元件的偏振光。

本申请实施方式的电子设备包括壳体和摄像装置，所述摄像装置安装在所述壳体上；所述摄像装置包括图像传感器和镜头模组，所述图像传感器设置在所述镜头模组的像侧；所述图像传感器包括像素层、偏振层和滤光层，所述像素层包括多个像素单元，每个所述像素单元包括四个像素；所述偏振层包括多个偏振单元，每个所述偏振单元包括四个偏振元件，四个所述偏振元件的偏振轴的角度能够互不相同；所述滤光层包括多个滤光单元，每个所述滤光单元包括四个滤光区，每个所述滤光单元的四个所述滤光区允许透过的光线颜色相同，所述滤光区、所述偏振元件和所述像素一一对应，每个所述像素用于接收穿过对应的所述滤光区及对应的所述偏振元件的偏振光。

本申请实施方式的成像方法用于图像传感器，所述图像传感器包括像素层、偏振层和滤光层，所述像素层包括多个像素单元，每个所述像素单元包括四个像素；所述偏振层包括多个偏振单元，每个所述偏振单元包括四个偏振元件，四个所述偏振元件的偏振轴的角度能够互不相同；所述滤光层包括多个滤光单元，每个所述滤光单元包括四个滤光区，每个所述滤光单元的四个所述滤光区允许透过的光线颜色相同，所述滤光区、所述偏振元件和所述像素一一对应，每个所述像素用于接收穿过对应的所述滤光区及对应的所述偏振元件的偏振光；所述成像方法包括：获取每个所述像素单元中的四个所述像素的像素值；和根据接收目标偏振角度的偏振光的所述像素的像素值生成彩色偏振图像。

本申请实施方式的图像传感器、摄像装置、电子设备和成像方法中，与像素单元的四个像素分别对应的四个偏振元件的偏振轴的角度能够互不相同，每个像素单元的四个像素能够接收经过对应的滤光区且偏振角度不同的偏振光，能够获取被摄场景中四个不同偏振角度的偏振光及偏振光的颜色信息，从而根据带有颜色信息及不同偏振角度信息的偏振光生成不同的彩色偏振图像，场景利用范围较广。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请某些实施方式的电子设备的平面示意图；

图2是本申请某些实施方式的电子设备另一视角的平面示意图；

图3是本申请某些实施方式的摄像装置的截面示意图；

图4是本申请某些实施方式的图像传感器的分解示意图；

图5至图8是本申请某些实施方式的滤光单元组的平面示意图；

图9和图10是本申请某些实施方式的偏振单元的平面示意图；

图11是本申请某些实施方式的图像传感器的分解示意图；

图12和图13是本申请某些实施方式的像素层的平面示意图；

图14是本申请某些实施方式的图像传感器的截面示意图；

图15是本申请某些实施方式的像素读取电路和像素的连接示意图；

图16和图17是本申请某些实施方式的成像方法的流程示意图；

图18是图10中的偏振单元处于另一状态时的平面示意图；

图19是本申请某些实施方式的成像方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1及图2，本申请实施方式的电子设备1000包括壳体200和摄像装置100。摄像装置100安装在壳体200上。

请参阅图3，本申请实施方式的摄像装置100包括图像传感器10和镜头模组20。图像传感器10设置在镜头模组20的像侧。

请参阅图4和图5，本申请实施方式的图像传感器10包括像素层11、偏振层12和滤光层15。像素层11包括多个像素单元111，每个像素单元111包括四个像素112。偏振层12包括多个偏振单元121，每个偏振单元121包括四个偏振元件122，四个偏振元件122的偏振轴的角度能够互不相同。滤光层15包括多个滤光单元151，每个滤光单元151包括四个滤光区1511。每个滤光单元151的四个滤光区1511允许透过的光线颜色相同。一个像素单元111对应一个偏振单元121及一个滤光单元151，每个滤光单元151中的滤光区1511与对应的偏振单元121中的偏振元件122和对应的像素单元111中的像素112一一对应，每个像素112用于接收穿过对应的滤光区1511及对应的偏振元件122的偏振光。

本申请实施方式的图像传感器10、摄像装置100和电子设备1000中，与像素单元111的四个像素112分别对应的四个偏振元件122的偏振轴的角度能够互不相同，每个像素单元111的四个像素112能够接收经过对应的滤光区1511且偏振角度不同的偏振光，能够获取被摄场景中四个不同偏振角度的偏振光及偏振光的颜色信息，从而根据带有颜色信息及不同偏振角度信息的偏振光生成不同的彩色偏振图像，场景利用范围较广。

另外，由于自然光照下，物体表面对于入射光的反射将使得自然光变成部分偏振光，这种反射光的偏振状态与物体的表面形状、材质、粗糙度等因素有关，因此通过分析反射光偏振特性可获得物体表面的相关信息。本申请实施方式根据可接收更多偏振角度的偏振光的图像传感器10获取的偏振图像，可获取关于被摄物体本身属性的偏振角度信息，从而可用于对被摄物体的材质类型、表面形状等属性的识别。

请再次参阅图1及图2，更具体地，电子设备1000可以是手机、平板电脑、显示器、笔记本电脑、柜员机、闸机、智能手表、头显设备、游戏机等。本申请实施方式以电子设备1000是手机为例进行说明，可以理解，电子设备1000的具体形式并不限于手机。

壳体200可用于安装摄像装置100，或者说，壳体200可作为摄像装置100的安装载体。电子设备1000包括正面901和背面902，摄像装置100可设置在正面901作为前置摄像头，摄像装置100还可设置在背面902作为后置摄像头。本申请实施方式中，摄像装置100设置在背面902作为后置摄像头。壳体200还可用于安装电子设备1000的摄像装置100、供电装置、通信装置等功能模块，以使壳体200为功能模块提供防尘、防摔、防水等保护。

请参阅图4，更具体地，图像传感器10包括像素层11、滤光层15、偏振层12、微透镜层13。偏振层12位于像素层11和微透镜层13之间。在一个实施例中，滤光层15位于像素层11和偏振层12之间。也即是说，沿着摄像装置100的入光方向，图像传感器10依次包括微透镜层13、偏振层12、滤光层15和像素层11。在另一个实施例中，滤光层15位于偏振层12和微透镜层13之间(即，偏振层12位于像素层11和滤光层15之间)。也即是说，沿着摄像装置100的入光方向，图像传感器10依次包括微透镜层13、滤光层15、偏振层12和像素层11。滤光层15的上述两种位置设置方案均能够使得图像传感器10具有较好的成像效果，在实际使用过程中，可以根据需要灵活地设置滤光层15的位置。另外，当滤光层15位于像素层11和偏振层12之间时，由于偏振层12采用间隔排列的金属线栅(即后文的“微结构单元1221”，后续将详细介绍)，滤光层15位于像素层11和偏振层12之间不会导致滤光层15的放置不平坦，即滤光层15设置在像素层11上较为平坦，滤光效果较好。

像素层11包括多个像素单元111，每个像素单元111包括四个像素112。每个像素112用于接收入射的光线以进行光电转换，从而将光信号转化为电信号。四个像素112可呈两行两列的矩阵排列，像素排列更为紧凑，方便铺满整个像素层11。当然，四个像素112也可以呈其他形状排列，例如梯形等，而不限于上述两行两列的矩阵排列。

滤光层15包括多个滤光单元151，滤光单元151和像素单元111一一对应。也即是说，像素单元111用于接收经过对应的滤光单元151过滤的光线。请结合图5，每个滤光单元151包括四个滤光区1511。每个滤光区1511分别与一个像素112对应，每个像素112用于接收经过对应的滤光区1511过滤的光线。每个滤光单元151的四个滤光区1511允许透过的光线颜色相同。例如，四个滤光区1511均透过红光；或者，四个滤光区1511均透过绿光；或者，四个滤光区1511均透过蓝光；或者，四个滤光区1511均透过白光。四个滤光区1511可一体成型以形成一个滤光单元151。四个滤光区1511还可分体成型并通过胶合等连接方式组合在一起，以形成一个滤光单元151。本申请实施方式的四个滤光区1511可一体成型以形成一个滤光单元151，四个滤光区1511的结合较为紧密。

滤光层15还包括多个滤光单元组152，每个滤光单元组152由四个滤光单元151排列成二行二列的矩阵。每个滤光单元组152内的四个滤光单元151分别用于透过红光R、绿光G、蓝光B和绿光G。每个像素单元111接收经过对应的滤光单元151过滤的光线，例如，与透过红光R的滤光单元151对应的像素单元111接收的光线为红光R，与透过绿光G的滤光单元151对应的像素单元111接收的光线为绿光G，与透过蓝光B的滤光单元151对应的像素单元111接收的光线为红光R。如此，像素单元111内的像素112接收的光线关联有色彩信息，可用于生成彩色图像。在其他实施方式中，每个滤光单元组152内的四个滤光单元151也可分别用于透过红光R、绿光G、蓝光B和白光W，从而提高暗光环境下的拍摄效果。

上述由四个滤光单元151排列成的二行二列的矩阵可具有第一对角线方向D1和第二对角线方向D2，第一对角线方向D1与第二对角线方向D2不同。例如，第一对角线方向D1与第二对角线方向D2可以是相互垂直的。

请参阅图5和图6，在一个实施例中，沿矩阵的第一对角线方向D1分布的两个滤光单元151均用于透过绿光G，沿矩阵的第二对角线方向D2分布的两个滤光单元151分别用于透过红光R和蓝光B。更具体地，在滤光单元组152中，四个滤光单元151从左至右、从上至下依次用于透过红光R、绿光G、绿光G、蓝光B(如图5所示)；或者，在滤光单元组152中，四个滤光单元151从左至右、从上至下依次用于透过蓝光B、绿光G、绿光G、红光R(如图6所示)

请参阅图7和图8，在另一个实施例中，沿矩阵的第一对角线方向D1分布的两个滤光单元151分别用于透过红光R和蓝光B，沿矩阵的第二对角线方向D2分布的两个滤光单元151均用于透过绿光G。更具体地，在滤光单元组152中，四个滤光单元151从左至右、从上至下依次用于透过绿光G、红光R、蓝光B、绿光G(如图7所示)；或者，在滤光单元组152中，四个滤光单元151从左至右、从上至下依次用于透过绿光G、蓝光B、红光R、绿光G(如图8所示)

请参阅图4和图9，偏振层12包括多个偏振单元121，偏振单元121、滤光单元151和像素单元111一一对应。也即是说，像素单元111用于接收经过对应的偏振单元121及滤光单元151的偏振光。每个偏振单元121包括四个偏振元件122，四个偏振元件122的偏振轴的角度能够互不相同。例如，四个偏振元件122的偏振轴的角度分别为0°、45°、90°和135°；或者，四个偏振元件122的偏振轴的角度分别为30°、75°、120°和165°等等。偏振元件122、滤光区1511和像素112一一对应，每个像素112用于接收穿过对应的滤光区1511及对应的偏振元件122的偏振光。四个偏振元件122同样可呈两行两列的矩阵排列，方便铺满整个偏振层12的同时，使得四个像素112接收穿过对应的滤光区1511及对应的偏振元件122的偏振光的相关性更强。同样地，四个偏振元件122也可以呈其他形状排列，例如梯形等，而不限于上述两行两列的矩阵排列。

每个偏振元件122可包括多个平行且间隔排列的微结构单元1221，微结构单元1221可为长方体等。通过设置微结构单元1221排列的角度，可确定对应的偏振元件122的偏振轴的角度，与该微结构单元1221的排列的角度平行的光线可以通过微结构单元1221，而垂直于该排列的角度的光线会被完全反射，从而实现光的偏振。如图9所示的例子中，四个偏振元件122的微结构单元1221排列的角度分别为0°、45°、90°和135°，即可确定四个偏振元件122的偏振轴的角度分别为0°、45°、90°和135°。微结构单元1221的间距可根据需要接收的光线的波长确定，只需要保证相邻微结构单元1221的间距小于需要接收的光线的波长即可。例如，在可见光成像时，相邻微结构单元1221的间距需要小于可见光的最小波长(如380纳米)，以保证偏振元件122能够对接收的光线进行有效的偏振。微结构单元1221的材料可为金属。具体地，微结构单元1221的材料为金，银，铜，铝中至少一种。例如，微结构单元1221的材料为金，或微结构单元1221的材料为银，或微结构单元1221的材料为铜，或微结构单元1221的材料为铁，或微结构单元1221的材料为金和银的合金，或微结构单元1221的材料为金和铜的合金，或微结构单元1221的材料为金和铁的合金等等，在此不一一列举。

请参阅图10，至少一个偏振元件122包括液晶单元1222。例如，一个偏振元件122包括液晶单元1222、两个偏振元件122包括液晶单元1222、三个偏振元件122包括液晶单元1222、……、N个偏振元件122包括液晶单元1222等，N为正整数。本申请实施方式以偏振层12的所有偏振元件122均包括液晶单元1222为例进行说明。每个偏振元件122内的液晶单元122的数量为一个或多个，可根据偏振元件122的大小及液晶单元的1222大小设置。例如，每个偏振元件122内的液晶单元122的数量为一个、两个、三个等。

液晶单元1222可在电场的作用下进行偏转，从而改变偏振元件122的偏振轴的角度，以使得偏振元件122的偏振轴的角度可在预定角度范围内变化。例如，预定角度范围可为[0°，180°]。在初始状态下，每个偏振单元121的四个偏振元件122的偏振轴的角度分别为0°、45°、90°和135°，若想要获取更多偏振角度的偏振光，则可连续进行多次(如两次、三次等)曝光，在以初始状态的四个偏振元件122的偏振轴的角度进行曝光后可得到四个偏振角度的偏振光，再通过液晶单元1222将每个偏振单元121的四个偏振元件122的偏振轴的角度改变(如分别变为30°、75°、120°和165°)后再进行一次曝光即可获取30°、75°、120°和165°的偏振光，若还想获取更多偏振角度的偏振光，则可再次改变每个偏振单元121的四个偏振元件122的偏振轴的角度并进行曝光。如此，图像传感器10可根据需求获取预定角度范围内任意偏振角度的偏振光，从而得到预定角度范围内任意偏振角度的偏振图像。例如，通过液晶单元1222将每个偏振单元121的四个偏振元件122的偏振轴的角度改变可得到8张偏振角度不同的偏振图像(偏振轴的角度改变前得到0°的偏振图像、45°的偏振图像、90°的偏振图像、及135°的偏振图像，偏振轴的角度改变后得到30°的偏振图像、75的偏振图像°、120°的偏振图像、及165°的偏振图像)，这8张偏振角度不同的偏振图像可在电子设备1000的显示屏呈现给用户，由用户选择其中喜欢的偏振图像，或作其他用途。

请参阅图4和图11，微透镜层13位于偏振层12的与像素层11相背的一侧(即偏振层12位于微透镜层13与像素层11之间)。微透镜层13包括多个微透镜131。微透镜131可以是凸透镜，用于会聚从镜头模组20射向微透镜131的光线，使得更多光线照射在偏振层12上。每个微透镜131与一个像素112对应(如图4所示)，像素112和偏振元件122一一对应，也即是说，微透镜131、偏振元件122和像素112三者一一对应；或者，每个微透镜131和一个像素单元111对应(如图11所示)，像素单元111和偏振单元121一一对应，也即是说，微透镜131、偏振单元121和像素单元111三者一一对应。

请参阅图4和图12，当每个微透镜131与一个像素112对应时，像素层11中心附近的像素112(例如，为像素层11中心附近的4个像素112)对应的微透镜131和像素112对准，而非像素层11中心附近的像素112和对应的微透镜131互相偏移。具体地，以每个像素112为正方形且边长为L为例，像素层11中心是方形的像素层11的对角线的交点，以像素层11中心为圆心，以

(即，以像素层11中心覆盖像素层11中心附近的四个像素112的最小的圆的半径)为半径形成第一圆，以R2(即，像素层11的对角线长度的一半)为半径形成第二圆，以大于R1且小于R2的任意长度为半径形成多个第三圆，在第一圆与第二圆之间的像素112均与对应的微透镜131之间存在偏移，同一个第三圆上分布的像素112和对应的微透镜131之间的偏移量相同，每个第三圆与第一圆之间的像素112和对应的微透镜131的偏移量与该第三圆的半径的大小呈正相关。其中，第一圆、第二圆、及第三圆均是为了方便说明而引进的虚拟的圆，并不真实存在。偏移量指的是微透镜131在像素层11上的正投影的中心和对应的像素112的中心的距离。

请参阅图11和图13，当每个微透镜131和一个像素单元111对应时，像素层11中心附近的像素单元111(例如，为像素层11中心附近的4个像素单元111)对应的微透镜131和像素单元111对准，而非像素层11中心附近的像素单元111和对应的微透镜131互相偏移，此时的微透镜131尺寸可设置的较大，以能够会聚射向该像素单元111的所有光线。具体地，以每个像素单元111为正方形且边长为M为例，像素层11中心是方形的像素层11的对角线的交点，以像素层11中心为圆心，以

(即，以像素层11中心覆盖像素层11中心附近的四个像素单元111的最小的圆的半径)为半径形成第一圆，以R2(即，像素层11的对角线长度的一半)为半径形成第二圆，以大于R1且小于R2的任意长度为半径形成多个第三圆，在第一圆与第二圆之间的像素单元111均与对应的微透镜131之间存在偏移，同一个第三圆上分布的像素单元111和对应的微透镜131之间的偏移量相同，每个第三圆与第一圆之间的像素单元111和对应的微透镜131的偏移量与该第三圆的半径的大小呈正相关。其中，第一圆、第二圆、及第三圆均是为了方便说明而引进的虚拟的圆，并不真实存在。偏移量指的是微透镜131在像素层11上的正投影的中心和对应的像素单元111的中心的距离。微透镜131和对应的像素112(或像素单元111)的偏移量与所处圆的半径的大小呈正相关指的是，随着微透镜131所处圆的半径的逐渐增大，微透镜131和对应的像素112(或像素单元111)的偏移量也逐渐增大。

可以理解，当微透镜131和像素112(或像素单元111)完全对准而不偏移时，对于像素层11而言，边缘位置的微透镜131会聚的光线中有一部分光线无法被对应像素112(或像素单元111)接收，造成光线的浪费。本申请实施方式的图像传感器10为非中心位置对应的微透镜131和与其对应的像素112(或像素单元111)设置合理的偏移量，可提高微透镜131的会聚效果，使得微透镜131接收的光线被会聚后均可被对应的像素112(或像素单元111)接收。

请参阅图4和图14，图像传感器10还包括金属连线层14。金属连线层14和像素层11连接并位于像素层11的与偏振层12相背的一侧。金属连线层14用于读取每个像素112曝光时产生的像素值。

金属连线层14包括多个像素读取电路141，每个像素读取电路141与一个像素112连接，以用于读取该像素112的像素值。

请参阅图15，像素读取电路141包括浮动扩散区1411和传递晶体管1412。浮动扩散区1411用于存储电荷，传递晶体管1412用于连接像素112的光电二极管和浮动扩散区1411，以将光电二极管产生的电荷传递到浮动扩散区1411。像素读取电路141用于根据浮动扩散区1411的电荷确定对应的像素112的像素值。

具体地，像素112在接收穿过对应的偏振元件122及对应的滤光区1511的光线后，光电二极管发生光电效应，光照射产生的电子-空穴对会因光电二极管的电场的存在而分开，电子移向n区，空穴移向p区，在曝光结束时，激活RST，然后像素读取电路141进行复位以使得读出区复位到高电平，复位完成后，读取复位电平，然后传递晶体管1412将n区的电荷转移到浮动扩散区1411，然后读出浮动扩散区1411的电平以作为信号电平，最后根据信号电平以及复位电平计算出像素112的像素值(如将信号电平和复位电平的差值作为像素112的像素值对应的电平，然后根据该电平即可计算得到像素112的像素值)，每个像素112的像素值均关联有对应的偏振元件122的偏振角度信息及滤光区1511的颜色信息，从而可根据像素112的像素值、像素112对应的偏振元件122的偏振角度信息及滤光区1511的颜色信息输出彩色偏振图像。

请再次参阅图3，镜头模组20包括基板21、镜筒22和透镜组23。镜筒22设置在基板21上。

基板21可以是柔性电路板、硬质电路板或软硬结合电路板。本申请实施方式中，基板21为柔性电路板，方便安装。基板21包括承载面211。

镜筒22可通过螺合、卡合、胶合等方式安装在承载面211上。图像传感器10设置在承载面211上并位于镜筒22内，以与透镜组23对应。

透镜组23可通过卡合、胶合等方式设置在镜筒22内。透镜组23可包括一枚或多枚透镜231。例如，透镜组23可包括一枚透镜231，该透镜231可以是凸透镜或凹透镜；再例如，透镜组23包括多枚透镜231(大于或等于两枚)，多枚透镜231可均为凸透镜或凹透镜，或部分为凸透镜，部分为凹透镜。

在其他实施方式中，透镜组23中的至少一个透镜231的至少一个表面为自由曲面。可以理解，非球面透镜由于是旋转对称设计，仅有一个对称轴，所以其对应的成像区域一般为圆形。而包括自由曲面的透镜组23为非旋转对称设计，包括多个对称轴，在成像区域的设计上不受圆形的限制，可设计成矩形、菱形、甚至不规则形状(如“D”字形)等。本实施方式中，透镜组23对应的成像区域可呈矩形，成像区域可刚好覆盖整个像素层11。

请参阅图4和12，本申请实施方式的成像方法可用于图像传感器10。图像传感器10包括像素层11、偏振层12和滤光层15。像素层11包括多个像素单元111，每个像素单元111包括四个像素112。偏振层12包括多个偏振单元121，每个偏振单元121包括四个偏振元件122，四个偏振元件122的偏振轴的角度能够互不相同。滤光层15包括多个滤光单元151，每个滤光单元151包括四个滤光区1511。每个滤光单元151的四个滤光区1511允许透过的光线颜色相同。滤光区1511、偏振元件122和像素112一一对应，每个像素112用于接收穿过对应的滤光区1511及对应的偏振元件122的偏振光。

成像方法包括：

011：获取每个像素单元111中的四个像素112的像素值；和

012：根据接收目标偏振角度的偏振光的像素112的像素值生成彩色偏振图像。

具体地，在曝光完成后，像素读取电路141可获取图像传感器10的每个像素单元111中的四个像素112的像素值，每个像素单元111中的四个像素112分别对应的四个偏振元件122的偏振轴的角度能够互不相同，即每个像素单元111中的四个像素112分别接收不同偏振角度的偏振光，每个像素单元111中的四个像素112的像素值关联互不相同的偏振角度信息，且每个像素112的像素值关联有对应的滤光区1511的颜色信息。

请结合图1，电子设备1000可包括处理器300，处理器300可根据接收目标偏振角度的偏振光的像素112的像素值生成彩色偏振图像。具体地，处理器300可根据接收目标偏振角度的偏振光的每个像素112的像素值、像素112对应的偏振元件122的偏振角度信息及滤光区1511的颜色信息生成彩色偏振图像。

例如，四个偏振元件122的偏振轴的角度分别为0°、45°、90°和135°，目标偏振角度为0°，则处理器300获取每个像素单元111中接收偏振角度为0°的偏振光的像素112的像素值，并获取该像素112关联的颜色信息。由于光经过偏振轴后，一半的光线都会损失掉，因此接收的光量为实际光量的一半，所以在获取像素112的像素值时，可以根据获取的光量的两倍来确定像素值，以使得像素值的获取更为准确。另外，在通过插值算法计算每个像素单元111内的像素112的像素值时，可根据相邻像素单元111中接收相同偏振角度的偏振光的像素112的像素值确定，例如，在计算一个像素单元111中接收0°偏振角度的偏振光且该偏振光为红光的像素112的像素值时，可根据相邻的八个像素单元111中同样接收0°偏振角度的偏振光的像素112的像素值进行插值计算，如取与该像素单元111相邻的八个像素单元111中同样接收0°偏振角度的偏振光且偏振光的颜色为绿光的像素112的像素值的平均值进行插值以得到该像素112的绿光值，并根据与该像素单元111相邻的八个像素单元111中同样接收0°偏振角度的偏振光且偏振光的颜色为蓝光的像素112的像素值的平均值进行插值以得到该像素112的蓝光值，从而得到该接收0°偏振角度的偏振光的像素112的像素值，可保证进行插值计算的像素112接收的偏振光的偏振角度相同且关联的颜色信息不同，可更为准确的计算每个像素112的像素值。

然后处理器300根据获取的像素112的像素值、像素112对应的偏振元件122的偏振角度信息(即偏振角度为0°)及滤光区1511的颜色信息生成彩色偏振图像。其中，目标偏振角度可根据用户喜好人为设置，例如在当前场景下可预先进行一次曝光，处理器300可将每个偏振角度的偏振图像均生成(共生成4张偏振角度不同的彩色偏振图像，分别为0°的彩色偏振图像、45°的彩色偏振图像、90°的彩色偏振图像、及135°的彩色偏振图像)，以在电子设备1000的显示屏呈现给用户，由用户选择其中最喜欢的一个彩色偏振图像，然后以该彩色偏振图像对应的偏振角度作为目标偏振角度；或者，目标用户选择其中最不喜欢的彩色偏振图像，例如拍摄湖面时，用户并不想看到湖面映照的天空的倒影等影像，则可将包含倒影的彩色偏振图像选出，处理器300根据用户的选择将不包含倒影的彩色偏振图像对应的偏振角度作为目标偏振角度，此时可能仅有一张彩色偏振图像(如90°对应的彩色偏振图像)包含倒影图像，则目标偏振角度为0°、45°和135°。然后处理器300可根据接收90°的偏振光的像素112相邻的像素112的像素值来重新确定该像素112的像素值，例如取该像素112相邻的像素112的像素值之和的平均值作为该像素112的像素值。

最后，处理器300根据接收90°的偏振光的像素112重新确定的像素值和其他所有像素112的像素值生成一张彩色偏振图像，该彩色偏振图像不仅去除了90°的偏振光对应的偏振角度信息(即，上述例子中用户不想要的倒影图像)，而且分辨率和整个图像传感器10的分辨率一致。

请参阅图4、图10和图17，在某些实施方式中，至少一个偏振元件122包括液晶单元1222。成像方法还包括：

013：根据接收相同偏振角度的偏振光的像素112的像素值生成一张或多张彩色偏振图像；

014：根据一张或多张彩色偏振图像的清晰度获得目标偏振角度；和

015：控制液晶单元1222改变偏振元件122的偏振轴的角度为目标偏振角度。

具体地，目标偏振角度也可由处理器300根据拍摄的彩色偏振图像自动设置，例如，在当前场景下可预先进行一次曝光，处理器300可将每个偏振角度的彩色偏振图像均生成(例如共生成4张偏振角度不同的彩色偏振图像)，然后比较4张彩色偏振图像的清晰度，可选取其中清晰度最高的彩色偏振图像对应的偏振角度作为目标偏振角度。

然后处理器300控制偏振元件122的液晶单元1222改变偏振元件122的偏振轴的角度为目标偏振角度，以使得每个像素单元111内的四个像素112均接收目标偏振角度的光线。例如，如图18所示，目标偏振角度为0°，则处理器300控制偏振元件122的液晶单元1222均旋转为0°。相较于每个像素单元111内的四个像素112的偏振角度互不相同，根据每个像素单元111内偏振角度为目标偏振角度的像素112来生成彩色偏振图像，彩色偏振图像分辨率为图像传感器10整体的分辨率的1/4而言，分辨率与图像传感器10整体的分辨率相同，从而能够获取具有目标偏振角度的偏振角度信息且分辨率较高的彩色偏振图像。

请参阅图4和图19，在某些实施方式中，成像方法还包括：

016：确定像素值大于预定像素值的像素112为过曝像素112；及

017：根据与过曝像素112相邻的像素112的像素值确定过曝像素112的像素值。

具体地，当某个像素112的像素值过曝时，表示该像素112的信息已经不再准确，该像素定义为过曝像素112，过曝像素112为像素值大于预定像素值的像素112，其中，预定像素值可根据需求去设置。例如，预定像素值可设置得较小如180，像素值大于180的像素112即为过曝像素112；或预定像素值设置得较大如255，像素值大于255的像素112即为过曝像素112。

处理器300(图1示)可根据过曝像素112相邻的像素112的像素值来确定过曝像素112的像素值。由于本申请中相邻像素112对应的偏振元件122的偏振角度能够互不相同，当环境中其中一个偏振角度的偏振光较多导致接收该偏振角度的偏振光的像素112过曝时，其他偏振角度的偏振光一般较少，即该像素112相邻的像素112一般不会过曝，此时可根据该像素112相邻的像素112的像素值来计算该像素112的像素值，例如取该像素112相邻的像素112的像素值之和的平均值作为该像素112的像素值。如此，处理器300可对过曝像素112的像素值进行重新计算，防止过曝像素112影响图像质量。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“一个实施例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本申请实施方式，可以理解，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：

像素层，所述像素层包括多个像素单元，每个所述像素单元包括四个像素；

偏振层，所述偏振层包括多个偏振单元，每个所述偏振单元包括四个偏振元件，四个所述偏振元件的偏振轴的角度能够互不相同；和

滤光层，所述滤光层包括多个滤光单元，每个所述滤光单元包括四个滤光区，每个所述滤光单元的四个所述滤光区允许透过的光线颜色相同，所述滤光区、所述偏振元件和所述像素一一对应，每个所述像素用于接收穿过对应的所述滤光区及对应的所述偏振元件的偏振光。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述滤光层位于所述像素层和所述偏振层之间；或，所述偏振层位于所述像素层和所述滤光层之间。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述滤光层包括多个滤光单元组，每个所述滤光单元组由四个所述滤光单元排列成二行二列的矩阵；

沿所述矩阵的第一对角线方向分布的两个所述滤光单元均用于透过绿光，沿所述矩阵的第二对角线方向分布的两个所述滤光单元分别用于透过红光和蓝光；或

沿所述矩阵的第一对角线方向分布的两个所述滤光单元分别用于透过红光和蓝光，沿所述矩阵的第二对角线方向分布的两个所述滤光单元均用于透过绿光。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，四个所述偏振元件的偏振轴的角度分别为0度、45度、90度和135度。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述偏振元件的偏振轴的角度可在预定角度范围内变化。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，至少一个所述偏振元件包括液晶单元，所述液晶单元用于在电场的作用下改变所述偏振元件的偏振轴的角度。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括微透镜层，所述偏振层位于所述微透镜层与所述像素层之间，所述微透镜层包括多个微透镜；

每个所述微透镜和一个所述像素单元对应；或

每个所述微透镜和一个所述像素对应。

8.一种摄像装置，其特征在于，包括：

权利要求1至7任一项所述的图像传感器；和

镜头模组，所述图像传感器设置在所述镜头模组的像侧。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求8所述的摄像装置；和

壳体，所述摄像装置安装在所述壳体上。

10.一种成像方法，用于图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括像素层、偏振层和滤光层，所述像素层包括多个像素单元，每个所述像素单元包括四个像素；所述偏振层包括多个偏振单元，每个所述偏振单元包括四个偏振元件，四个所述偏振元件的偏振轴的角度能够互不相同；所述滤光层包括多个滤光单元，每个所述滤光单元包括四个滤光区，每个所述滤光单元的四个所述滤光区允许透过的光线颜色相同，所述滤光区、所述偏振元件和所述像素一一对应，每个所述像素用于接收穿过对应的所述滤光区及对应的所述偏振元件的偏振光；所述成像方法包括：

获取每个所述像素单元中的四个所述像素的像素值；和

根据接收目标偏振角度的偏振光的所述像素的像素值生成彩色偏振图像。

11.根据权利要求10所述的成像方法，其特征在于，至少一个所述偏振元件包括液晶单元，所述成像方法还包括：

根据接收相同偏振角度的偏振光的所述像素的像素值生成一张或多张所述彩色偏振图像；

根据一张或多张所述彩色偏振图像的清晰度获得所述目标偏振角度；和

控制所述液晶单元改变所述偏振元件的偏振轴的角度为所述目标偏振角度。

12.根据权利要求11所述的成像方法，其特征在于，每个所述像素单元的所述像素的像素值根据相邻的所述像素单元中接收相同偏振角度的偏振光的所述像素确定。

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