CN111212247B - 一种偏振式图像传感器、信号处理方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种偏振式图像传感器、信号处理方法及存储介质，偏振式图像传感器包括：由多个正三角向像素单元拼接成的像素周期单元；多个正三角形像素单元与多个预设方向一一对应；多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元包括按照多个预设方向中对应的一个预设方向排布的三种尺寸的光电二极管PD柱；像素周期单元利用三种尺寸的PD柱，吸收成像光信号在多个预设方向偏振的RGB三色光，并将RGB三色光转换为成像电信号；与像素周期单元连接的图像处理模块，用于利用成像电信号进行成像处理，得到成像光信号对应的彩色偏振图像。

Description

一种偏振式图像传感器、信号处理方法及存储介质

技术领域

本申请实施例涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种偏振式图像传感器、信号处理方法及存储介质。

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，被广泛应用在数码相机和其他电子光学设备中。

现有的偏振式图像传感器的结构如图1所示，包括微透镜阵列、偏振器阵列和像素阵列，其中，每个像素包括一个光电二极管(PD，Photo Diode)结构，在PD结构上放置一个角度的偏振片以及一个微透镜，每四个像素分别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，通过预设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，现有的偏振式图像传感器中，每个像素单元均为正方形，排布密度较小，偏振式图像传感器的分辨率较低。

发明内容

本申请实施例提供一种偏振式图像传感器、信号处理方法及存储介质，偏振式图像传感器中，像素周期单元的每个像素单元为正三角形结构，且内部按照预设方向排布了三种尺寸的PD柱，从而提高了像素单元的排布密度，提高了偏振式图像传感器的分辨率。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供了一种偏振式图像传感器，所述偏振式图像传感器包括：

由多个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元；所述多个正三角形像素单元与多个预设方向一一对应，所述多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元包括按照所述多个预设方向中对应的一个预设方向排布的三种尺寸的光电二极管PD柱；所述像素周期单元利用所述三种尺寸的PD柱，吸收成像光信号在所述多个预设方向偏振的RGB三色光，并将所述RGB三色光转换为成像电信号；

与所述像素周期单元连接的图像处理模块，用于利用所述成像电信号进行成像处理，得到所述成像光信号对应的彩色偏振图像。

在上述偏振式图像传感器中，所述多个正三角形像素单元的边长相等；

所述边长大于等于200nm，且小于等于400nm。

在上述偏振式图像传感器，所述多个预设方向包括：0度、45度、90度和135度。

在上述偏振式图像传感器中，所述偏振式图像传感器还包括多个读出电路；

所述多个正三角像素单元中，每个正三角形像素单元中的每个PD柱与所述多个读出电路中的一个读出电路一一对应连接；

所述多个读出电路，用于将所述成像电信号放大并读出至所述图像处理模块。

在上述偏振式图像传感器中，所述多个正三角形像素单元包括目标PD柱，所述目标PD柱为所述多个正三角形像素单元中任意一个正三角形像素单元中任意一个PD柱；

所述多个读出电路中包括目标读出电路，所述目标读出电路与所述目标PD柱一一对应连接。

在上述偏振式图像传感器中，所述目标读出电路包括：与所述目标PD柱连接的转移晶体管、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；

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，用于将目标电信号转移至所述读出区；所述目标电信号为所述成像电信号中所述目标PD柱得到的电信号。

在上述偏振式图像传感器中，所述目标读出电路还包括：与所述读出区和所述选通管连接的放大管；所述选通管还与所述图像处理模块连接；

所述放大管，用于将所述读出区读出的所述目标电信号进行放大；

所述选通管，还用于将放大的所述目标电信号传输至所述图像处理模块。

在上述偏振式图像传感器中，所述目标读出电路还包括：与所述读出区和所述放大管连接的复位晶体管；

所述读出区，还用于读出所述复位晶体管中的复位电平；

所述放大管，还用于对所述复位电平进行放大。

本申请实施例提供了一种信号处理方法，应用于上述偏振式图像传感器，其特征在于，所述方法包括：

通过由多个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元，吸收成像光信号在多个预设方向偏振的RGB三色光，并将所述RGB三色光转换为成像电信号；

通过与所述像素周期单元连接的图像处理模块，利用所述成像电信号进行成像处理，得到所述成像光信号对应的彩色偏振图像。

本申请实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于偏振式图像传感器，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述信号处理方法。

本申请实施例提供了一种偏振式图像传感器，包括：由多个正三角向像素单元拼接成的像素周期单元；多个正三角形像素单元与多个预设方向一一对应；多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元包括按照多个预设方向中对应的一个预设方向排布的三种尺寸的光电二极管PD柱；像素周期单元利用三种尺寸的PD柱，吸收成像光信号在多个预设方向偏振的RGB三色光，并将RGB三色光转换为成像电信号；与像素周期单元连接的图像处理模块，用于利用成像电信号进行成像处理，得到成像光信号对应的彩色偏振图像。本申请实施例提供的偏振式图像传感器，像素周期单元中每个像素单元为正三角形结构，且内部按照预设方向排布了三种尺寸的PD柱，提高了像素单元的排布密度，提高了偏振式图像传感器的分辨率。

附图说明

图1为现有技术提出的一种偏振式图像传感器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种偏振式图像传感器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种示例性的像素周期单元的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种示例性的正三角形像素单元的像素截面示意图；

图5为本申请实施例提供的一种目标读出电路的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种信号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。

实施例一

本申请实施例提供了一种偏振式图像传感器。图2为本申请实施例提供的一种偏振式图像传感器的结构示意图。如图2所示，偏振式图像传感器包括：

由多个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元10；多个正三角形像素单元与多个预设方向一一对应，多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元包括按照多个预设方向中对应的一个预设方向排布的三种尺寸的光电二极管PD柱；像素周期单元10利用三种尺寸的PD柱，吸收成像光信号在多个预设方向偏振的RGB三色光，并将RGB三色光转换为成像电信号；

与像素周期单元10连接的图像处理模块11，用于利用成像电信号进行成像处理，得到成像光信号对应的彩色偏振图像。

需要说明的是，在本申请的实施例中，像素周期单元10是由多个正三角形像素单元拼接而成的。多个正三角形像素单元与多个预设方向一一对应。多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元内均包括三种尺寸的PD柱，每个正三角形像素单元中包括的三种尺寸的PD柱的排布方向为多个预设方向中对应的一个预设方向，因此，每个正三角形像素单元实际上可以利用自身包括的三种尺寸的PD柱，吸收成像光信号在一个预设方向偏振的RGB三色光，实际上，每个尺寸的PD柱吸收成像光信号在一个预设方向偏振的一种RGB单色光。

需要说明的是，在本申请的实施例中像素周期单元10可以为多个，而多个像素周期单元10的拼接实际上就形成了正三角形像素单元的六角阵列。具体的像素周期单元10的数量本申请实施例不作限定。

需要说明的是，在本申请的实施例中，三种尺寸的PD柱，为百纳米级别的光电二极管。

需要说明的是，在本申请的实施例中，三种尺寸的PD柱的具体尺寸是基于RGB单色光的共振波长和对应光信号的折射率确定的，或者通过光学模拟得到的，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。

在本申请的实施例中，利用公式(1)确定PD柱的尺寸

PD柱的尺寸＝(共振波长-预设常数)/折射率 (1)

可选的，在本申请的实施例中，三种尺寸的PD柱的形状至少包括长方形、圆形、平行四边形和菱形，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。

具体地，在本申请的实施例中，三种尺寸的PD柱为长方形的PD柱，可以分别为：用于吸收蓝光的长宽为70nm×50nm的PD柱，用于吸收绿光的长宽为90nm×50nm的PD柱，以及用于吸收红光的长宽为110nm×50nm的PD柱。

具体地，在本申请的实施例中，多个正三角形像素单元的边长相等；边长大于等于200nm，且小于等于400nm。

需要说明的是，在本申请的实施例中，多个正三角形像素单元的区别在于，内部排布的三种尺寸的PD柱的方向不同，而多个正三角形像素单元的边长均相等，从而可以实现拼接成像素周期单元10。

需要说明的是，在本申请的实施例中，多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元均包括三种尺寸的PD柱，且数量相同，如果边长足够大，也就是像素单元的尺寸足够大，每个三角形像素单元内包括的三种尺寸的PD柱的数量也可以相对设置的比较多。具体的正三角形像素单元的边长，以及正三角形像素单元内部排布的三种尺寸的PD柱的数量可以根据实际需求设置，本申请实施例不作限定。

需要说明的是，在本申请的实施例中，多个正三角形像素单元与多个预设方向一一对应，具体的多个预设方向可以包括：0度、45度、90度和135度。当然，多个预设方向也可以包括9个、16个，甚至更多个预设方向，也可以仅包括0度和45度两个预设方向。具体的多个预设方向可以根据实际需求选择，本申请实施例不作限定。

图3为本申请实施例提供的一种示例性的像素周期单元的结构示意图。如图3所示，四个正三角形像素单元拼接成像素周期单元10，多个预设方向包括：0度、45度、90度和135度，四个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元内均包括三种尺寸的PD柱。四个正三角形像素单元内三种尺寸的PD柱的排布方向分别为0度、45度、90度和135度。

具体地，在本申请的实施例中，偏振式图像传感器还包括多个读出电路；多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元中的每个PD柱与多个读出电路中的一个读出电路一一对应连接；多个读出电路，用于将成像电信号放大并读出至图像处理模块11。

图4为本申请实施例提供的一种示例性的正三角形像素单元的像素截面示意图。如图4所示，成像光信号，实际上就是白光打到正三角形像素单元之后，正三角形像素单元包括的三种尺寸的PD柱会分别吸收其在自身排布的预设方向上偏振的一种RGB单色光，从而得到该预设方向上偏振的RGB三色光。具体地，三种尺寸的PD柱对应吸收三种RGB单色光，三种RGB单色光包括蓝光、绿光和红光，用于吸收蓝光的PD柱的尺寸为70nm×50nm，厚度最好是为80nm以上，越长吸收率越高，1um时吸收率可以高达98％以上，用于吸收绿光的PD柱的尺寸为90nm×50nm，厚度500nm以上。用于吸收红光的PD柱的尺寸为110nm×50nm，厚度1um以上。由于PD柱的共振吸收，三种尺寸的PD柱分别进行光吸收并转化成电信号读出。每一个PD柱可以对应连接有相应的金属布线，在金属布线上，实际上可以部署相应的读出电路。

具体的，在本申请的实施例中，多个正三角形像素单元包括目标PD柱，目标PD柱为多个正三角形像素单元中任意一个正三角形像素单元中任意一个PD柱；多个读出电路电路中包括目标读出电路，目标读出电路与目标PD柱一一对应连接。

需要说明的是，在本申请的实施例中，目标PD柱可以为多个正三角形像素单元中任意一个PD柱，其可以是三种尺寸的PD柱中任一尺寸的PD柱，且属于任意一个正三角形像素单元，而在多个读出电路中，与目标PD柱连接的即为目标读出电路。实际上，多个读出电路的结构完全一致，都与目标读出电路相同，区别仅在于连接的PD是不同的。具体的目标PD柱和目标读出电路本申请实施例不作限定。

图5为本申请实施例提供的一种目标读出电路的结构示意图。如图5所示，在本申请的实施例中，目标读出电路包括：与目标PD柱连接的转移晶体管、与转移晶体管连接的读出区和与读出区连接的选通管；

选通管，用于按照预设读出顺序，选通转移晶体管；

转移晶体管，用于将目标电信号转移至读出区；目标电信号为成像电信号中目标PD柱得到的电信号。

需要说明的是，本申请的实施例中，转移晶体管的源极与目标PD柱的n区连接，转移晶体管的漏极与读出区连接，目标PD柱将获得的目标电信号聚焦到n+区，并经过转移晶体管转移到读出区。

需要说明的是，在本申请的实施例中，目标PD柱将从吸收到的光，在目标PD柱的耗尽区发生光电转换成目标电信号，之后转移晶体管将目标电信号聚集到转移晶体管的n+区沟道中，并将n+区沟道中的目标电信号转移到读出区。

需要说明的是，在本申请的实施例中，每一个PD柱对应连接有一个读出电路，每一个读出电路均包括选通管，可以预先向偏振式图像传感器中设定读出顺序，不同PD柱连接的选通管根据预设读出顺序，选通连接的转移晶体管，以供读出区读出电信号。

具体地，在本申请的实施例中，如图5所示，目标读出电路还包括：与读出区选通管连接的放大管；选通管还与图像处理模块11连接；

放大管，用于将读出区读出的目标电信号进行放大；

选通管，还用于将放大的目标电信号传输至图像处理模块11。

可以理解的是，在本申请的实施例中，图像处理模块11可以接收到目标电信号，而实际上，针对于每个正三角形像素单元的每个PD柱，都通过对应连接的读出电路读出相应的电信号并放大传输至图像处理模块11，因此，图像处理模块11最终得到了完整的成像电信号，从而进行成像处理。由于成像电信号实际上是多个预设方向偏振的RGB三色光转换的电信号，因此，利用其可以生成彩色偏振图像。

需要说明的是，在本申请的实施例中，图像处理模块11可以基于成像电信号，利用去马赛克算法等方式，进行成像处理，从而得彩色偏振图像。具体的图像处理模块11的处理方式本申请实施例不作限定。

具体地，在本申请的实施例中，如图5所示，目标读出电路还包括：与读出区和放大管连接的复位晶体管；

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，在本申请的实施例中，复位晶体管的源极和电源连接；复位晶体管的漏极和读出区连接，其中，复位晶体管中存储有复位电平，通过读出区读出复位电平。

可以理解的是，在本申请的实施例中，分别从复位晶体管读出复位电平、从转移晶体管读出目标电信号，之后，对复位电平和目标电信号进行放大之后，对放大的目标电信号和放大的复位电平进行相关双采样，从而可以降低读出目标电信号的噪声。

本申请实施例提供了一种偏振式图像传感器，包括：由多个正三角向像素单元拼接成的像素周期单元；多个正三角形像素单元与多个预设方向一一对应；多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元包括按照多个预设方向中对应的一个预设方向排布的三种尺寸的光电二极管PD柱；像素周期单元利用三种尺寸的PD柱，吸收成像光信号在多个预设方向偏振的RGB三色光，并将RGB三色光转换为成像电信号；与像素周期单元连接的图像处理模块，用于利用成像电信号进行成像处理，得到成像光信号对应的彩色偏振图像。本申请实施例提供的偏振式图像传感器，像素周期单元中每个像素单元为正三角形结构，且内部按照预设方向排布了三种尺寸的PD柱，提高了像素单元的排布密度，提高了偏振式图像传感器的分辨率。

实施例二

本申请实施例提供了一种信号处理方法。图6为本申请实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图。如图6所示，信息处理方法主要包括以下步骤：

S601、通过由多个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元，吸收成像光信号在多个预设方向偏振的RGB三色光，并将RGB三色光转换为成像电信号。

在本申请的实施例中，像素周期单元10包括多个正三角形像素单元，多个正三角形像素单元与多个预设方向一一对应，多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元包括按照多个预设方向中对应的一个预设方向排布的三种尺寸的PD柱，因此，像素周期单元10可以利用三种尺寸的PD柱对成像光信号在多个预设方向上进行偏振吸收，并进行光电转换，从而得到成像电信号。

可以理解的是，在本申请的实施例中，偏振式图像传感器包括的像素周期单元10中，每个正三角形像素单元内均按照多个预设方向中对应的一个预设方向排布有三种尺寸的PD柱，而这三种尺寸的PD柱中，每种尺寸的PD柱可以吸收一种RGB单色光，因此，针对于一个正三角形像素单元而言，其可以吸收成像光信号在其对应的预设方向上偏振的RGB三色光，并进行光电转换，针对于多个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元10，即可吸收成像光信号在多个预设方向上偏振的RGB三色光，并进行光电转换。

需要说明的是，在本申请的实施例中，像素周期单元10包括的多个正三角形像素单元均为正三角形结构，因此，像素单元的排布密度较大。

S602、通过与像素周期单元连接的图像处理模块，利用成像电信号进行成像处理，得到成像光信号对应的彩色偏振图像。

在本申请的实施例中，像素周期单元10与图像处理模块11连接，偏振式图像传感器通过图像处理模块11，即可利用像素周期单元10得到的成像电信号进行成像处理，从而得到成像光信号对应的彩色偏振图像。

需要说明的是，在本申请的实施例中，像素周期单元10包括的多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元内的每个PD柱均通过对应连接一个读出电路与图像处理模块11连接，从而图像处理模块11可以通过读出电路得到完整的成像电信号。

需要说明的是，在本申请的实施例中，多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元的每个PD柱连接的读出电路，均包括：与该PD柱连接的转移晶体管、与转移晶体管连接的读出区和与读出区连接的选通管；通过选通管，可以按照预设读出顺序，选通转移晶体管；通过转移晶体管，可以将该PD柱得到的成像电信号中的部分电信号转移至读出区，具体地，通过放大管可以将该PD柱得到的部分电信号放大，之后通过选通管将放大的部分电信号传输至图像处理模块11，以供图图像处理模块11进行成像处理。

需要说明的是，在本申请的实施例中，图像处理模块11可以基于成像电信号，利用去马赛克算法等方式，进行成像处理，从而得彩色偏振图像。具体的图像处理模块1111的处理方式本申请实施例不作限定。

可以理解的是，在本申请的实施例中，每个正三角形像素单元均包括三种尺寸的PD柱，每种尺寸的PD柱均可以实现一种RGB单色光的吸收并光电转换，因此，图像处理模块11得到的成像电信号可以生成彩色偏振图像。

本申请实施例提供了一种信号处理方法，应用于偏振式图像传感器，该方法包括：通过由多个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元，吸收成像光信号在多个预设方向偏振的RGB三色光，并将RGB三色光转换为成像电信号；通过与像素周期单元连接的图像处理模块，利用成像电信号进行成像处理，得到成像光信号对应的彩色偏振图像。本申请实施例提供的信号处理方法，由于像素周期单元中每个像素单元为正三角形结构，且内部按照预设方向排布了三种尺寸的PD柱，提高了像素单元的排布密度，提高了偏振式图像传感器的分辨率。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，应用于，该计算机程序被处理器执行时实现上述信号处理方法。计算机可读存储介质可以是易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)；或者非易失性存储器(non-volatile memory)，例如只读存储器(Read-Only Memory，ROM)，快闪存储器(flash memory)，硬盘(Hard Disk Drive，HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各自设备，如移动电话、计算机、平板设备、个人数字助理等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种偏振式图像传感器，其特征在于，所述偏振式图像传感器包括：

由多个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元；所述多个正三角形像素单元与多个预设方向一一对应，所述多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元包括按照所述多个预设方向中对应的一个预设方向排布的三种尺寸的光电二极管PD柱；所述像素周期单元利用所述三种尺寸的PD柱，吸收成像光信号在所述多个预设方向偏振的RGB三色光，并将所述RGB三色光转换为成像电信号；

所述多个正三角形像素单元的边长相等；所述多个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元包括：四个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元；其中，所述四个正三角形像素单元内三种尺寸的PD柱的排布方向分别为0度、45度、90度和135度；

与所述像素周期单元连接的图像处理模块，用于利用所述成像电信号进行成像处理，得到所述成像光信号对应的彩色偏振图像。

2.根据权利要求1所述的偏振式图像传感器，其特征在于，

所述边长大于等于200nm，且小于等于400nm。

3.根据权利要求1所述的偏振式图像传感器，其特征在于，所述偏振式图像传感器还包括多个读出电路；

所述多个正三角形像素单元中，每个正三角形像素单元中的每个PD柱与所述多个读出电路中的一个读出电路一一对应连接；

所述多个读出电路，用于将所述成像电信号放大并读出至所述图像处理模块。

4.根据权利要求3所述的偏振式图像传感器，其特征在于，

所述多个正三角形像素单元包括目标PD柱，所述目标PD柱为所述多个正三角形像素单元中任意一个正三角形像素单元中任意一个PD柱；

所述多个读出电路中包括目标读出电路，所述目标读出电路与所述目标PD柱一一对应连接。

5.根据权利要求4所述的偏振式图像传感器，其特征在于，所述目标读出电路包括：与所述目标PD柱连接的转移晶体管、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；

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，用于将目标电信号转移至所述读出区；所述目标电信号为所述成像电信号中所述目标PD柱得到的电信号。

6.根据权利要求5所述的偏振式图像传感器，其特征在于，所述目标读出电路还包括：与所述读出区和所述选通管连接的放大管；所述选通管还与所述图像处理模块连接；

所述放大管，用于将所述读出区读出的所述目标电信号进行放大；

所述选通管，还用于将放大的所述目标电信号传输至所述图像处理模块。

7.根据权利要求6所述的偏振式图像传感器，其特征在于，所述目标读出电路还包括：与所述读出区和所述放大管连接的复位晶体管；

所述读出区，还用于读出所述复位晶体管中的复位电平；

所述放大管，还用于对所述复位电平进行放大。

8.一种信号处理方法，应用于如权利要求1至7任一项所述的偏振式图像传感器，其特征在于，所述方法包括：

通过由多个正三角形像素单元拼接成的像素周期单元，吸收成像光信号在多个预设方向偏振的RGB三色光，并将所述RGB三色光转换为成像电信号；

通过与所述像素周期单元连接的图像处理模块，利用所述成像电信号进行成像处理，得到所述成像光信号对应的彩色偏振图像。

9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于偏振式图像传感器，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的方法。

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