CN111385543B - 图像传感器、摄像头组件、移动终端及图像获取方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种图像传感器、摄像头组件、移动终端及图像获取方法。图像传感器中的像素阵列包括最小重复单元。最小重复单元包括一个全色感光像素组及多个彩色感光像素组。全色感光像素组包括至少一个全色感光像素，彩色感光像素组包括多个彩色感光像素。同一彩色感光像素组中的多个彩色感光像素具有相同的颜色通道，多个彩色感光像素组中的至少部分彩色感光像素组具有不同的颜色通道，最小重复单元中，全色感光像素组的像素面积大于任意一个彩色感光像素组的像素面积。本申请通过在一个图像传感器中同时设置全色感光像素和彩色感光像素即可获得高质量的图像，不需要进行多摄像头的对齐标定，后期的图像叠加算法也较为简单。

Description

图像传感器、摄像头组件、移动终端及图像获取方法

技术领域

本申请涉及影像技术领域，特别涉及一种图像传感器、摄像头组件、移动终端及图像获取方法。

背景技术

相关技术中，可以在手机等移动终端中同时安装彩色摄像头和黑白摄像头，黑白摄像头可以在低亮的环境中辅助彩色摄像头的图像拍摄，有利于提升低亮环境下拍得的图像的质量。然而，这种图像采集方式需要对彩色摄像头和黑白摄像头之间的位置进行严格的标定，并且后期彩色图像与黑白图像之间的叠加处理较为复杂。

发明内容

本申请实施方式提供了一种图像传感器、摄像头组件、移动终端及图像获取方法。

本申请实施方式的图像传感器包括像素阵列。所述像素阵列包括最小重复单元。所述最小重复单元包括一个全色感光像素组及多个彩色感光像素组。所述全色感光像素组包括至少一个全色感光像素，所述彩色感光像素组包括多个在水平方向和/或垂直方向相邻设置的彩色感光像素，所述彩色感光像素具有比所述全色感光像素更窄的光谱响应。同一所述彩色感光像素组中的多个所述彩色感光像素具有相同的颜色通道，多个所述彩色感光像素组中的至少部分所述彩色感光像素组具有不同的颜色通道。所述最小重复单元中，所述全色感光像素组的像素面积大于任意一个所述彩色感光像素组的像素面积。

本申请实施方式的摄像头组件包括图像传感器。所述图像传感器包括像素阵列。所述像素阵列包括最小重复单元。所述最小重复单元包括一个全色感光像素组及多个彩色感光像素组。所述全色感光像素组包括至少一个全色感光像素，所述彩色感光像素组包括多个在水平方向和/或垂直方向相邻设置的彩色感光像素，所述彩色感光像素具有比所述全色感光像素更窄的光谱响应。同一所述彩色感光像素组中的多个所述彩色感光像素具有相同的颜色通道，多个所述彩色感光像素组中的至少部分所述彩色感光像素组具有不同的颜色通道。所述最小重复单元中，所述全色感光像素组的像素面积大于任意一个所述彩色感光像素组的像素面积。

本申请实施方式的移动终端包括壳体及摄像头组件。所述摄像头组件与所述壳体结合。所述摄像头组件包括图像传感器。所述图像传感器包括像素阵列。所述像素阵列包括最小重复单元。所述最小重复单元包括一个全色感光像素组及多个彩色感光像素组。所述全色感光像素组包括至少一个全色感光像素，所述彩色感光像素组包括多个在水平方向和/或垂直方向相邻设置的彩色感光像素，所述彩色感光像素具有比所述全色感光像素更窄的光谱响应。同一所述彩色感光像素组中的多个所述彩色感光像素具有相同的颜色通道，多个所述彩色感光像素组中的至少部分所述彩色感光像素组具有不同的颜色通道。所述最小重复单元中，所述全色感光像素组的像素面积大于任意一个所述彩色感光像素组的像素面积。

本申请实施方式的图像获取方法用于图像传感器。所述图像传感器包括像素阵列。所述像素阵列包括最小重复单元。所述最小重复单元包括一个全色感光像素组及多个彩色感光像素组。所述全色感光像素组包括至少一个全色感光像素，所述彩色感光像素组包括多个在水平方向和/或垂直方向相邻设置的彩色感光像素，所述彩色感光像素具有比所述全色感光像素更窄的光谱响应。同一所述彩色感光像素组中的多个所述彩色感光像素具有相同的颜色通道，多个所述彩色感光像素组中的至少部分所述彩色感光像素组具有不同的颜色通道。所述最小重复单元中，所述全色感光像素组的像素面积大于任意一个所述彩色感光像素组的像素面积。所述图像获取方法包括：控制所述像素阵列曝光以获取彩色原始图像及全色原始图像；及利用所述全色原始图像修正所述彩色原始图像的亮度以得到目标图像。

本申请实施方式的图像传感器、摄像头组件、移动终端及图像获取方法，图像传感器中同时设置有全色感光像素及彩色感光像素，如此，仅利用一个图像传感器即可获得高质量的图像，不需要进行多摄像头的对齐标定，后期的彩色图像与全色图像的叠加算法也较为简单。此外，本申请实施方式的图像传感器中全色感光像素组的像素面积大于任意一个彩色感光像素组的像素面积，如此，可以充分利用全色感光像素的高灵敏度特性，使得全色感光像素能够吸收更多光线，生成信噪比更高的电信号，该电信号与彩色感光像素生成的电信号叠加后可以更有效地提升最终获得的图像的信噪比，极大地改善成像质量。

本申请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，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点可以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图像传感器的示意图；

图2是本申请某些实施方式的图像传感器中的像素电路的示意图；

图3是本申请某些实施方式的图像传感器的感光像素的示意图；

图4至图6是本申请某些实施方式的图像传感器中一个最小重复单元内感光像素的排布示意图；

图7是本申请某些实施方式的摄像头组件的示意图；

图8至图12是本申请某些实施方式的摄像头组件获取图像的原理示意图；

图13是本申请某些实施方式的摄移动终端的示意图；

图14和图15是本申请某些实施方式的图像获取方法的流程示意图。

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，相同或类似的标号自始至终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，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。

请参阅图1和图4，本申请提供一种图像传感器10。图像传感器10包括像素阵列11。像素阵列11包括最小重复单元。最小重复单元包括一个全色感光像素组及多个彩色感光像素组。全色感光像素组包括至少一个全色感光像素W，彩色感光像素组包括多个在水平方向H和/或垂直方向V相邻设置的彩色感光像素，彩色感光像素具有比全色感光像素更窄的光谱响应。同一彩色感光像素组中的多个彩色感光像素具有相同的颜色通道，多个彩色感光像素组中的至少部分彩色感光像素组具有不同的颜色通道。最小重复单元中，全色感光像素组的像素面积大于任意一个彩色感光像素组的像素面积。

本申请实施方式的图像传感器10中同时设置有全色感光像素W和彩色感光像素，由于全色感光像素W具有比彩色感光像素更宽的光谱响应，全色感光像素W可以吸收更多的光线，并生成信噪比较高的电信号。由此，可以结合全色感光像素W生成的电信号与彩色感光像素生成的电信号来提高最终得到的图像的信噪比，改善成像质量。本申请实施方式仅利用一个图像传感器10即可获得高质量的图像，不需要进行多摄像头的对齐标定，后期的图像叠加算法也较为简单。此外，本申请实施方式的图像传感器10中全色感光像素组的像素面积大于任意一个彩色感光像素组的像素面积，如此，可以充分利用全色感光像素W的高灵敏度特性，使得全色感光像素W能够吸收更多光线，生成信噪比更高的电信号，该电信号与彩色感光像素生成的电信号叠加后可以更有效地提升最终获得的图像的信噪比，极大地改善成像质量。

下面结合附图对本申请实施方式的图像传感器10作详细说明。

图1是本申请实施方式中的图像传感器10的示意图。图像传感器10包括像素阵列11、垂直驱动单元12、控制单元13、列处理单元14和水平驱动单元15。

例如，图像传感器10可以采用互补金属氧化物半导体(CMOS，ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)感光元件或者电荷耦合元件(CCD，Charge-coupled Device)感光元件。

例如，像素阵列11包括以阵列形式二维排列的多个感光像素(图中未示出)，每个感光像素均包括光电转换元件111(图2所示)。每个感光像素根据入射在其上的光的强度将光转换为电荷。

例如，垂直驱动单元12包括移位寄存器和地址译码器。垂直驱动单元12包括读出扫描和复位扫描功能。读出扫描是指扫描各行及各列的感光像素，从这些感光像素读取信号。例如，被选择并被扫描的感光像素行中的感光像素输出的信号被传输到列处理单元14。复位扫描用于复位电荷，光电转换元件111的光电荷被丢弃，从而可以开始新的光电荷的积累。

例如，由列处理单元14执行的信号处理是相关双采样(CDS)处理。在CDS处理中，取出从所选感光像素行中的每一感光像素输出的复位电平和信号电平，并且计算电平差。因而，获得了一行中的感光像素的信号。列处理单元14可以具有用于将模拟像素信号转换为数字格式的模数(A/D)转换功能。

例如，水平驱动单元15包括移位寄存器和地址译码器。水平驱动单元15按预定规则扫描像素阵列11。通过水平驱动单元15执行的选择扫描操作，每一感光像素列被列处理单元14处理，并且被输出。

例如，控制单元13根据操作模式配置时序信号，利用多种时序信号来控制垂直驱动单元12、列处理单元14和水平驱动单元15协同工作。

图2是本申请实施方式中一种像素电路110的示意图。图2中像素电路110可以应用在图1所示像素阵列11内的每个感光像素中。下面结合图1和图2对像素电路110的工作原理进行说明。

如图2所示，像素电路110包括光电转换元件111(例如，光电二极管)、曝光控制电路(例如，转移晶体管112)、复位电路(例如，复位晶体管113)、放大电路(例如，放大晶体管114)和选择电路(例如，选择晶体管115)。在本申请的实施例中，转移晶体管112、复位晶体管113、放大晶体管114和选择晶体管115例如是MOS管，但不限于此。

例如，参见图1和图2，转移晶体管112的栅极TG通过曝光控制线(图中未示出)连接垂直驱动单元12；复位晶体管113的栅极RG通过复位控制线(图中未示出)连接垂直驱动单元12；选择晶体管115的栅极SEL通过选择线(图中未示出)连接垂直驱动单元12。每个像素电路110中的曝光控制电路(例如，转移晶体管112)与光电转换元件111电连接，用于转移光电转换元件111经光照后积累的电势。例如，光电转换元件111包括光电二极管，光电二极管的阳极例如连接到地。光电二极管将所接收的光转换为电荷。光电二极管的阴极经由曝光控制电路(例如，转移晶体管112)连接到浮动扩散单元FD。浮动扩散单元FD与放大晶体管114的栅极、复位晶体管113的源极连接。

例如，曝光控制电路为转移晶体管112，曝光控制电路的控制端TG为转移晶体管112的栅极。当有效电平(例如，VPIX电平)的脉冲通过曝光控制线传输到转移晶体管112的栅极时，转移晶体管112导通。转移晶体管112将光电二极管光电转换的电荷传输到浮动扩散单元FD。

例如，复位晶体管113的漏极连接到像素电源VPIX。复位晶体管113的源极连接到浮动扩散单元FD。在电荷被从光电二极管转移到浮动扩散单元FD之前，有效复位电平的脉冲经由复位控制线传输到复位晶体管113的栅极，复位晶体管113导通。复位晶体管113将浮动扩散单元FD复位到像素电源VPIX。

例如，放大晶体管114的栅极连接到浮动扩散单元FD。放大晶体管114的漏极连接到像素电源VPIX。在浮动扩散单元FD被复位晶体管113复位之后，放大晶体管114经由选择晶体管115通过输出端OUT输出复位电平。在光电二极管的电荷被转移晶体管112转移之后，放大晶体管114经由选择晶体管115通过输出端OUT输出信号电平。

例如，选择晶体管115的漏极连接到放大晶体管114的源极。选择晶体管115的源极通过输出端OUT连接到图1中的列处理单元14。当有效电平的脉冲通过选择线被传输到选择晶体管115的栅极时，选择晶体管115导通。放大晶体管114输出的信号通过选择晶体管115传输到列处理单元14。

需要说明的是，本申请实施例中像素电路110的像素结构并不限于图2所示的结构。例如，像素电路110可以具有三晶体管像素结构，其中放大晶体管114和选择晶体管115的功能由一个晶体管完成。例如，曝光控制电路也不局限于单个转移晶体管112的方式，其它具有控制端控制导通功能的电子器件或结构均可以作为本申请实施例中的曝光控制电路，单个转移晶体管112的实施方式简单、成本低、易于控制。

图3是本申请实施方式中一种像素阵列11的结构示意图。如图2和图3所示，像素阵列11包括多个感光像素，每个感光像素均包括微透镜117、滤光片116、及像素电路110(图3仅示出像素电路110中的光电转换元件111)。沿像素阵列11的收光方向，微透镜117、滤光片116及光电转换元件111依次设置。微透镜117用于汇聚光线。滤光片116用于通过特定波段的光线并过滤掉其余波段的光线。光电转换元件111用于接收依次穿过微透镜117及滤光片116的光线，并将接收到的光线转换为电信号。一个感光像素能够响应的光线的颜色由该感光像素中的滤光片116决定。

图4至图6示出了多种图像传感器10中一个最小重复单元内感光像素排布的示例。最小重复单元在行和列上多次复制并排列即可形成图1所示的像素阵列11。

请参阅图1、及图3至图6，图像传感器10包括像素阵列11。像素阵列11包括多个最小重复单元。每个最小重复单元包括一个全色感光像素组及多个彩色感光像素组。全色感光像素组包括至少一个全色感光像素W。彩色感光像素组包括多个在水平方向H和/或垂直方向V相邻设置的彩色感光像素。彩色感光像素具有比全色感光像素W更窄的光谱响应。本申请全文的彩色感光像素和全色感光像素指的是能够响应颜色与对应的滤光片116颜色相同的光线的像素。多个彩色感光像素组围绕一个全色感光像素组布置，且多个彩色感光像素组中的至少部分彩色感光像素组具有不同的颜色通道。例如，彩色感光像素组包括多个，多个彩色感光像素组包括至少一个具有第一颜色通道的第一颜色感光像素组、至少两个具有第二颜色通道的第二颜色感光像素组、及至少一个具有第三颜色通道的第三颜色感光像素组，至少一个第一颜色感光像素组、至少两个第二颜色感光像素组、及至少一个第三颜色感光像素组围绕一个全色感光像素组布置。同一彩色感光像素组中的多个彩色感光像素具有相同的颜色通道，但具有不同的像素面积，其中，感光像素的像素面积指的是一个感光像素中滤光片116所对应的像素的截面面积。例如，第一颜色感光像素组中的多个彩色感光像素均为第一颜色感光像素A，多个第一颜色感光像素A彼此之间的像素面积不同；每组第二颜色感光像素组中的多个彩色感光像素均为第二颜色感光像素B，且多个第二颜色感光像素B彼此之间的像素面积不同；第三颜色感光像素组中的多个彩色感光像素均为第三颜色感光像素C，且多个第三颜色感光像素C彼此之间的像素面积不同。

在一个最小重复单元中，全色感光像素组的像素面积大于任意一个彩色感光像素组的像素面积。其中感光像素组的像素面积表示为感光像素组内所有感光像素的滤光片116所对应的像素的截面面积之和。例如，当一个最小重复单元包括一组全色感光像素组、至少一组第一颜色感光像素组、至少两组第二颜色感光像素组、及至少一组第三颜色感光像素组时，该一组全色感光像素组中所有全色感光像素W的滤光片116所对应的像素的截面面积之和大于任意一组第一颜色感光像素组中所有第一颜色感光像素A的滤光片116所对应的像素的截面面积之和；该一组全色感光像素组中所有全色感光像素W的滤光片116所对应的像素的截面面积之和大于任意一组第二颜色感光像素组中所有第二颜色感光像素B的滤光片116所对应的像素的截面面积之和；该一组全色感光像素组中所有全色感光像素W的滤光片116所对应的像素的截面面积之和大于任意一组第三颜色感光像素组中所有第三颜色感光像素C的滤光片116所对应的像素的截面面积之和。

例如，图4是本申请实施方式中一种最小重复单元内感光像素排布的示意图。最小重复单元包括9个像素。其中，W表示全色感光像素；A表示彩色感光像素中的第一颜色感光像素；B表示彩色感光像素中的第二颜色感光像素；C表示彩色感光像素中的第三颜色感光像素。

如图4所示，最小重复单元包括一组全色感光像素组和四组彩色感光像素组，四组彩色感光像素组分别为一组第一颜色感光像素组、两组第二颜色感光像素组、及一组第三颜色感光像素组。四组彩色感光像素组围绕全色感光像素组布置，且一组第一颜色感光像素组和一组第三颜色感光像素组设置在第一连线方向D1(如图4所示的左上角与右下角连接的方向)，两组第二颜色感光像素组设置在第二连线方向D2(如图4所示的右上角与左下角连接的方向)。其中，第一连线方向D1与第二连线方向D2不同。

需要说明的是，在其他实施例中，第一对连线方向D1也可以是左下角和右上角连接的方向，此时，第二连线方向D2可以是左上角和右下角连接的方向，在此不作限制。下文图5和图6中对第一连线方向D1及第二连线方向D2的解释与此处相同。这里的“方向”并非单一指向，可以理解为指示排布的“直线”的概念，可以有直线两端的双向指向。

需要理解的是，此处以及下文中的术语“上”、“下”、“左”、“右”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。

如图4所示，全色感光像素组包括一个全色感光像素W(中间空白区域所示的矩形)。第一彩色感光像素组包括两个在垂直方向V上相邻设置的第一颜色像素A。每组第二颜色感光像素组均包括两个在水平方向H上相邻设置的第二颜色像素B。第三颜色感光像素组包括两个在垂直方向V上相邻设置的第三颜色感光像素C。四种颜色通道(包括全色通道、第一颜色通道、第二颜色通道、及第三颜色通道)的感光像素组中，全色感光像素组的像素面积为4r²，第一颜色感光像素组的像素面积为3r²，每组第二颜色感光像素组的像素面积均为3r²，第三颜色感光像素组的像素面积为3r²，四组感光像素组中，全色感光像素组的面积最大。将全色感光像素组的面积设为最大可以充分利用全色感光像素W的高灵敏度特性，使得全色感光像素W能够吸收更多光线，生成信噪比更高的电信号。

如图4所示，每组彩色感光像素组中的两个彩色感光像素的像素面积不同。将两个彩色感光像素的像素面积设置为不同，则像素面积较大的彩色感光像素生成的电信号可以看作是长曝光信号，像素面积较小的彩色感光像素生成的电信号可以看作是短曝光信号。后续可以根据长曝光信号和短曝光信号来生成具有高动态范围的图像。

如图3和图4所示，每个全色感光像素中的光电转换元件111对应一个微透镜117，每个彩色感光像素中的光电转换元件111也对应一个微透镜117。微透镜117的形状根据每个感光像素内的光电转换元件111的收光面(或者滤光片116的横截面)的形状的变化而变化，从而保证入射到微透镜117的光线能够最大限度地被汇聚并入射到光电转换元件111内。

例如，图5是本申请实施方式中另一种最小重复单元内感光像素排布的示意图。最小重复单元包括10个像素。其中，W表示全色感光像素；A表示彩色感光像素中的第一颜色感光像素；B表示彩色感光像素中的第二颜色感光像素；C表示彩色感光像素中的第三颜色感光像素。

如图5所示，最小重复单元包括一组全色感光像素组和四组彩色感光像素组，四组彩色感光像素组分别为一组第一颜色感光像素组、两组第二颜色感光像素组、及一组第三颜色感光像素组。四组彩色感光像素组围绕全色感光像素组布置，且一组第一颜色感光像素组和一组第三颜色感光像素组设置在第一连线方向D1(如图5所示的左上角与右下角连接的方向)，两组第二颜色感光像素组设置在第二连线方向D2(如图5所示的右上角与左下角连接的方向)。其中，第一连线方向D1与第二连线方向D2不同。

如图5所示，全色感光像素组包括两个全色感光像素W(中间空白区域所示的两个长方形，每个长方形代表一个全色感光像素W)，两个全色感光像素W在垂直方向V上相邻布置，且两个全色感光像素W的像素面积相同。第一彩色感光像素组包括两个在垂直方向V上相邻设置的第一颜色像素A。每组第二颜色感光像素组均包括两个在水平方向H上相邻设置的第二颜色像素B。第三颜色感光像素组包括两个在垂直方向V上相邻设置的第三颜色感光像素C。四种颜色通道(包括全色通道、第一颜色通道、第二颜色通道、及第三颜色通道)的感光像素组中，全色感光像素组的像素面积为9r²，第一颜色感光像素组的像素面积为4r²，每组第二颜色感光像素组的像素面积均为4r²，第三颜色感光像素组的像素面积为4r²，四个感光像素组中，全色感光像素组的像素面积最大。将全色感光像素组的面积设为最大可以充分利用全色感光像素W的高灵敏度特性，使得全色感光像素W能够吸收更多光线，生成信噪比更高的电信号。

如图5所示，每组彩色感光像素组中的两个彩色感光像素的像素面积不同。将两个彩色感光像素的像素面积设置为不同，则像素面积较大的彩色感光像素生成的电信号可以看作是长曝光信号，像素面积较小的彩色感光像素生成的电信号可以看作是短曝光信号。后续可以根据长曝光信号和短曝光信号来生成具有高动态范围的图像。

如图3和图5所示，每个全色感光像素中的光电转换元件111对应一个微透镜117，每个彩色感光像素中的光电转换元件111也对应一个微透镜117。微透镜117的形状根据每个感光像素内的光电转换元件111的收光面(或者滤光片116的横截面)的形状的变化而变化，从而保证入射到微透镜117的光线能够最大限度地被汇聚并入射到光电转换元件111内。

需要说明的是，在其他实施例中，图5所示的两个全色感光像素W也可以在水平方向H上相邻布置。此外，在其他实施例中，图5所示的两个全色感光像素W中的两个光电转换元件111也可以共用一个微透镜117，也即一个微透镜117对应全色感光像素组内的两个全色感光像素W中的光电转换元件111。如此，两个全色感光像素W可以作为一对相位检测像素对，在图像传感器10成像期间可以辅助相位对焦。

例如，图6是本申请实施方式中另一种最小重复单元内感光像素排布的示意图。最小重复单元包括14个像素。其中，W表示全色感光像素；A表示彩色感光像素中的第一颜色感光像素；B表示彩色感光像素中的第二颜色感光像素；C表示彩色感光像素中的第三颜色感光像素。

如图6所示，最小重复单元包括一组全色感光像素组和四组彩色感光像素组，四组彩色感光像素组分别为一组第一颜色感光像素组、两组第二颜色感光像素组、及一组第三颜色感光像素组。四组彩色感光像素组围绕全色感光像素组布置，且一组第一颜色感光像素组和一组第三颜色感光像素组设置在第一连线方向D1(如图6所示的左上角与右下角连接的方向)，两组第二颜色感光像素组设置在第二连线方向D2(如图6所示的右上角与左下角连接的方向)。其中，第一连线方向D1与第二连线方向D2不同。

如图6所示，全色感光像素组包括两个全色感光像素W(中间空白区域所示的两个梯形，每个梯形代表一个全色感光像素W)，两个全色感光像素W相对于最小重复单元的中心点中心对称。第一彩色感光像素组包括三个在垂直方向V上相邻设置的第一颜色像素A。每组第二颜色感光像素组均包括三个在水平方向H上相邻设置的第二颜色像素B。第三颜色感光像素组包括三个在垂直方向V上相邻设置的第三颜色感光像素C。四种颜色通道(包括全色通道、第一颜色通道、第二颜色通道、及第三颜色通道)的感光像素组中，全色感光像素组的像素面积为25r²，第一颜色感光像素组的像素面积为6r²，每组第二颜色感光像素组的像素面积均为6r²，第三颜色感光像素组的像素面积为6r²，四个感光像素组中，全色感光像素组的像素面积最大。将全色感光像素组的面积设为最大可以充分利用全色感光像素W的高灵敏度特性，使得全色感光像素W能够吸收更多光线，生成信噪比更高的电信号。

如图6所示，每组彩色感光像素组中的三个彩色感光像素的像素面积彼此均不同。将三个彩色感光像素的像素面积设置为不同，则像素面积最大的彩色感光像素生成的电信号可以看作是长曝光信号，像素面积最小的彩色感光像素生成的电信号可以看作是短曝光信号，像素面积介于中间的彩色感光像素生成的电信号可以看作是中曝光信号。后续可以根据长曝光信号、中曝光信号、及短曝光信号来生成具有高动态范围的图像。

如图3和图6所示，每个彩色感光像素中的光电转换元件111对应一个微透镜117。微透镜117的形状根据每个彩色感光像素内的光电转换元件111的收光面(或者滤光片116的横截面)的形状的变化而变化，从而保证入射到微透镜117的光线能够最大限度地被汇聚并入射到光电转换元件111内。

如图6所示，一个全色感光像素W的横截面为上宽下窄的梯形，另一个全色感光像素W的横截面为上窄下宽的梯形，两个全色感光像素W的像素面积相等。两个全色感光像素W的光电转换元件111共用一个微透镜117(中间圆形区域所示)。两个全色感光像素W可以作为相位检测像素对，在图像传感器10成像期间可以辅助相位对焦。并且，由于两个全色感光像素W中的一个全色感光像素W的横截面为上宽下窄的梯形，另一个全色感光像素W的横截面为上窄下宽的梯形，则两个全色感光像素W生成的电信号既包含水平方向H上的相位信息，又包含垂直方向V上的相位信息。可以理解，如果相位检测像素对获得的电信号只包含一个方向上的相位信息，则会导致在横条纹场景或竖条纹场景中无法进行准确的相位对焦，而同时具备两个方向上的相位信息则可以使得相位对焦的场景适应性更好，对焦的准确性更高。

例如，图4至图6所示的最小重复单元中，第一颜色感光像素A可以为红色感光像素R；第二颜色感光像素B可以为绿色感光像素G；第三颜色感光像素C可以为蓝色感光像素Bu。

例如，图4至图6所示的最小重复单元中，第一颜色感光像素A可以为红色感光像素R；第二颜色感光像素B可以为黄色感光像素Y；第三颜色感光像素C可以为蓝色感光像素Bu。

例如，图4至图6所示的最小重复单元中，第一颜色感光像素A可以为品红色感光像素M；第二颜色感光像素B可以为青色感光像素Cy；第三颜色感光像素C可以为黄色感光像素Y。

需要说明的是，在一些实施例中，图4至图6所示的最小重复单元中的全色感光像素W的响应波段为可见光波段(例如，400nm-760nm)。例如，全色感光像素W上设置有红外滤光片，以实现红外光的滤除。在一些实施例中，图4至图6所示的最小重复单元中的全色感光像素W的响应波段为可见光波段和近红外波段(例如，400nm-1000nm)，与图像传感器10中的光电转换元件111(例如光电二极管)响应波段相匹配。例如，全色感光像素W可以不设置滤光片或设置有能够透过所有波段的光的滤光片，此时，全色感光像素W的响应波段由光电二极管的响应波段确定，即两者相匹配。在一些实施例中，图4至图6所示的最小重复单元中的全色感光像素W的响应波段为近红外波段(例如，760nm-1000nm)。例如，全色感光像素W上设置有可见光滤光片，以实现可见光的滤除。本申请的实施例包括但不局限于上述波段范围。

综上，本申请实施方式的图像传感器10中同时设置有全色感光像素W及彩色感光像素，如此，仅利用一个图像传感器10即可获得高质量的图像，不需要进行多摄像头的对齐标定，后期的彩色图像与全色图像的叠加算法也较为简单。此外，本申请实施方式的图像传感器10中全色感光像素组的像素面积大于任意一个彩色感光像素组的像素面积，如此，可以充分利用全色感光像素W的高灵敏度特性，使得全色感光像素W能够吸收更多光线，生成信噪比更高的电信号，该电信号与彩色感光像素生成的电信号叠加后可以更有效地提升最终获得的图像的信噪比，极大地改善成像质量。

请参阅图7，本申请还提供一种摄像头组件100。摄像头组件100包括处理器20及上述任意一项实施方式所述的图像传感器10。图像传感器10与处理器20电连接，图像传感器10中的像素阵列11(图1所示)曝光后可以输出原始图像至处理器20。处理器20可以处理原始图像以获取全色原始图像及彩色原始图像，并融合全色原始图像及彩色原始图像以得到目标图像。

示例地，像素阵列11曝光后，全色感光像素W生成全色电信号，彩色感光像素生成彩色电信号。其中，多个彩色感光像素的曝光时间相同，多个全色感光像素W的曝光时间相同，全色感光像素W的曝光时间可以小于或等于彩色感光像素W的曝光时间。多个全色电信号及多个彩色电信号可以形成原始图像。图像传感器10将原始图像传输给处理器20。处理器20接收到原始图像后，可以分离原始图像中的全色电信号和彩色电信号以得到全色原始图像及彩色原始图像。其中，全色原始图像中的每个全色图像像素的像素值均由对应的最小重复单元内全色感光像素组中的一个或多个全色感光像素W生成的电信号组成。例如，当全色感光像素组中的全色感光像素W的个数为一个时，该一个全色感光像素W生成的电信号即为一个全色图像像素的像素值；当全色感光像素组中的全色感光像素W的个数为多个时，该多个全色感光像素W生成的多个电信号之和即为一个全色图像像素的像素值。彩色原始图像中的每个彩色图像像素的像素值为对应的最小重复单元中的一个彩色感光像素生成的电信号。

随后，处理器20判断环境亮度是否高于预定亮度。其中，环境亮度可以由摄像头组件100中的光线传感器(图未示)检测得到。处理器20可以从光线传感器20处读取环境亮度的信息。

在环境亮度低于预定亮度时，处理器20处理彩色原始图像以得到彩色中间图像，其中，彩色图像中每个彩色图像像素的像素值由同一彩色感光像素组中的所有彩色感光像素生成的电信号组成。示例地，请结合图8，像素阵列11中，第一颜色感光像素组包括两个像素面积不等的第一颜色感光像素A，其中，像素面积较大的第一颜色感光像素A视为第一颜色长曝光感光像素A(即图8中标注有L的第一颜色感光像素A)，像素面积较小的第一颜色感光像素A视为第一颜色短曝光感光像素A(即图8中标注有S的第一颜色感光像素A)。同样地，第二颜色感光像素组包括两个像素面积不等的第二颜色感光像素B，其中，像素面积较大的第二颜色感光像素B视为第二颜色长曝光感光像素B(即图8中标注有L的第二颜色感光像素B)，像素面积较小的第二颜色感光像素B视为第二颜色短曝光感光像素B(即图8中标注有S的第二颜色感光像素B)。第三颜色感光像素组包括两个像素面积不等的第三颜色感光像素C，其中，像素面积较大的第三颜色感光像素C视为第三颜色长曝光感光像素C(即图8中标注有L的第三颜色感光像素C)，像素面积较小的第三颜色感光像素C视为第三颜色短曝光感光像素C(即图8中标注有S的第三颜色感光像素C)。那么，对于每个最小重复单元，处理器20将第一颜色感光像素组中第一颜色长曝光感光像素A生成的长曝光彩色电信号及第一颜色短曝光感光像素A生成的短曝光彩色电信号相加以作为彩色中间图像中一个彩色图像像素的像素值；处理器20将第二颜色感光像素组中第二颜色长曝光感光像素B生成的长曝光彩色电信号及第二颜色短曝光感光像素B生成的短曝光彩色电信号相加以作为彩色中间图像中一个彩色图像像素的像素值；处理器20将第三颜色感光像素组中第三颜色长曝光感光像素C生成的长曝光彩色电信号及第三颜色短曝光感光像素C生成的短曝光彩色电信号相加以作为彩色中间图像中一个彩色图像像素的像素值。如此，彩色中间图像中，每个彩色图像像素的像素值均由彩色长曝光电信号及彩色短曝光电信号相加得到，且彩色中间图像中三个颜色通道的彩色图像像素呈拜尔阵列排布，一个拜尔阵列对应像素阵列11中的一个最小重复单元。

随后，请结合图9，图处理器20对彩色中间图像进行插值处理，以使得每个彩色图像像素均具有三个颜色通道的像素值。随后，处理器20融合全色原始图像及插值后的彩色中间图像以得到目标图像。示例地，假设三个颜色通道分别为红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)，则处理器20先对RGB色彩空间的插值后的彩色中间图像进行色彩和亮度的分离以得到色亮分离图像，随后，处理器20将色亮分离图像中的亮度替换为全色原始图像的亮度，或者将色亮分离图像中的亮度与全色原始图像的亮度进行相加，从而对色亮分离图像中的亮度进行修正。最后，处理器20将修正了亮度的色亮分离图像进行色彩空间转换即可得到RGB色彩空间的目标图像。由于该目标图像是利用全色原始图像进行修正后得到的，该目标图像具有较高的信噪比。此外，该目标图像中多个图像像素的像素值均是通过叠加同一颜色通道的彩色感光像素生成的电信号得到的，图像像素的信噪比能够得到进一步的提升，从而可以解决低亮环境下获取的图像的信噪比不足的问题。

在环境亮度高于预定亮度时，处理器20处理彩色原始图像以得到多帧彩色原始子图像。其中，同一彩色原始子图像中每个彩色图像像素对应的彩色感光像素的像素面积相同，不同的彩色原始子图像中的彩色图像像素对应的彩色感光像素的面积不同。示例地，请结合图1和图10，像素阵列11中，第一颜色感光像素组包括两个像素面积不等的第一颜色感光像素A，其中，像素面积较大的第一颜色感光像素A视为第一颜色长曝光感光像素A(即图10中标注有L的第一颜色感光像素A)，像素面积较小的第一颜色感光像素A视为第一颜色短曝光感光像素A(即图10中标注有S的第一颜色感光像素A)。同样地，第二颜色感光像素组包括两个像素面积不等的第二颜色感光像素B，其中，像素面积较大的第二颜色感光像素B视为第二颜色长曝光感光像素B(即图10中标注有L的第二颜色感光像素B)，像素面积较小的第二颜色感光像素B视为第二颜色短曝光感光像素B(即图10中标注有S的第二颜色感光像素B)。第三颜色感光像素组包括两个像素面积不等的第三颜色感光像素C，其中，像素面积较大的第三颜色感光像素C视为第三颜色长曝光感光像素C(即图10中标注有L的第三颜色感光像素C)，像素面积较小的第三颜色感光像素C视为第三颜色短曝光感光像素C(即图8中标注有为S的第三颜色感光像素C)。那么，对于每个最小重复单元，处理器20将第一颜色感光像素组中的第一颜色长曝光像素A生成的电信号作为第一彩色原始子图像中的一个彩色图像像素的像素值，将第二颜色感光像素组中的第二颜色长曝光像素B生成的电信号作为第一彩色原始子图像中的一个彩色图像像素的像素值，并将第三颜色感光像素组中的第三颜色长曝光像素C作为第一彩色原始子图像中的一个彩色图像像素的像素值；并且，处理器20将第一颜色感光像素组中的第一颜色短曝光像素A生成的电信号作为第二彩色原始子图像中的一个彩色图像像素的像素值，将第二颜色感光像素组中的第二颜色短曝光像素B生成的电信号作为第二彩色原始子图像中的一个彩色图像像素的像素值，并将第三颜色感光像素组中的第三颜色短曝光像素C生成的电信号作为第二彩色原始子图像中的一个彩色图像像素的像素值。如此，第一彩色原始子图像中的每个彩色图像像素的像素值均为长曝光感光像素生成的电信号，第一彩色原始子图像可视为长曝光图像；第二彩色原始子图像中的每个彩色图像像素的像素值均为短曝光感光像素生成的电信号，第二彩色原始子图像可视为短曝光图像。

处理器20可以对第一彩色原始子图像进行插值处理，以使得第一彩色原始子图像中每个彩色图像像素均具有三个颜色通道的像素值，处理器20还可以对第二彩色原始子图像进行插值处理，以使得第二彩色原始子图像中每个彩色图像像素均具有三个颜色通道的像素值。随后，处理器20可以融合全色原始图像、插值后的第一彩色原始子图像、及插值后的第二彩色原始图像以得到目标图像。示例地，处理器20可以先融合插值后的第一彩色原始子图像和插值后的第二彩色原始图像以得到具有高动态范围的初始目标图像，再融合全色原始图像及具有高动态范围的初始目标图像以得到目标图像。其中，处理器20融合全色原始图像及具有高动态范围的初始目标图像的过程与融合全色原始图像及彩色中间图像的过程相同，在此不再赘述。如此，在图像传感器10中设置颜色通道相同但像素面积不同的感光像素，从而可以输出长曝光电信号和短曝光电信号，利用长曝光电信号和短曝光信号直接获取高动态范围图像。此种图像获取方式不需要对不同的彩色感光像素实施不同的曝光时间控制，可以简化像素阵列11曝光过程中的控制逻辑。此外，此种图像获取方式在环境亮度较高时执行，既能够获得高动态的目标图像，又能使得该目标图像具有较高的亮度。另外，此种图像获取方式还在彩色原始图像中融合了全色原始图像的信息，可以提升目标图像的信噪比，目标图像的成像质量可以得到极大的提升。

请参阅图7和图13，本申请还提供一种移动终端300。移动终端300可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴设备(如智能手表、智能手环、智能眼镜、智能头盔等)、头显设备、虚拟现实设备等等，在此不做限制。移动终端300包括壳体200和摄像头组件100。壳体200和摄像头组件100结合。示例地，摄像头组件100可以安装在壳体200上。摄像头组件100的处理器20可以安装在摄像头组件100内，此时，摄像头组件100的处理器20与移动终端300内的中央处理器(图未示)为不同的处理器。摄像头组件的处理器20也可以安装在摄像头组件100外，但安装在移动终端300内，此时，摄像头组件100的处理器10与移动终端300内的中央处理器可以为同一个处理器。

本申请实施方式的摄像头组件100和移动终端300内的图像传感器10中同时设置有全色感光像素W及彩色感光像素，如此，仅利用一个图像传感器10即可获得高质量的图像，不需要进行多摄像头的对齐标定，后期的彩色图像与全色图像的叠加算法也较为简单。此外，本申请实施方式的图像传感器10中全色感光像素组的像素面积大于任意一个彩色感光像素组的像素面积，如此，可以充分利用全色感光像素W的高灵敏度特性，使得全色感光像素W能够吸收更多光线，生成信噪比更高的电信号，该电信号与彩色感光像素生成的电信号叠加后可以更有效地提升最终获得的图像的信噪比，极大地改善成像质量。

请参阅图1和图14，本申请还提供一种图像获取方法。图像获取方法可以应用于上述任意一项实施方式所述的图像传感器10。图像获取方法包括：

01：控制像素阵列11曝光以获取色原始图像；

02：处理原始图像以获取全色原始图像及彩色原始图像；及

03：融合全色原始图像及彩色原始图像以得到目标图像。

请参阅图15，在某些实施方式中，图像获取方法还包括：

04：获取环境亮度；

05：判断环境亮度是否高于预定亮度；

步骤03融合全色原始图像及彩色原始图像以得到目标图像，包括：

031：在环境亮度低于预定亮度时，处理彩色原始图像以得到彩色中间图像，彩色中间图像中每个彩色图像像素的像素值由同一彩色感光像素组中的所有彩色感光像素生成的电信号组成；

032：融合全色原始图像及彩色中间图像以得到目标图像；

033：在环境亮度高于预定亮度时，处理彩色原始图像以得到多帧彩色原始子图像，同一彩色原始子图像中的每个彩色图像像素对应的彩色感光像素的像素面积相同，不同的彩色原始子图像中的彩色图像像素对应的彩色感光像素的面积不同；及

034：融合全色原始图像及多帧彩色原始子图像以得到目标图像。

本申请实施方式的图像获取方法中，各步骤的具体实施过程与前文描述的摄像头组件100获取目标图像的具体实施过程一致，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“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，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式，可以理解的是，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。

Claims (12)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括像素阵列，所述像素阵列包括最小重复单元，所述最小重复单元包括一个全色感光像素组及多个彩色感光像素组，所述全色感光像素组包括至少一个全色感光像素，所述彩色感光像素组包括多个在水平方向和/或垂直方向相邻设置的彩色感光像素，所述彩色感光像素具有比所述全色感光像素更窄的光谱响应；

同一所述彩色感光像素组中的多个所述彩色感光像素具有相同的颜色通道，同一所述彩色感光像素组中的多个所述彩色感光像素的像素面积不同，多个所述彩色感光像素组中的至少部分所述彩色感光像素组具有不同的颜色通道，所述最小重复单元中，所述全色感光像素组的像素面积大于任意一个所述彩色感光像素组的像素面积。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，多个所述彩色感光像素组包括围绕所述全色感光像素组布置的至少一个第一颜色感光像素组、至少两个第二颜色感光像素组、及至少一个第三颜色感光像素组，至少一个所述第一颜色感光像素组及至少一个所述第三颜色感光像素组设置在第一连线方向，至少两个所述第二颜色感光像素组设置在第二连线方向，所述第一连线方向与所述第二连线方向不同。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述彩色感光像素包括光电转换元件及微透镜，每个所述微透镜对应一个所述彩色感光像素中的所述光电转换元件。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，所述全色感光像素组中的所述全色感光像素的数量包括多个，每个所述全色感光像素均包括光电转换元件及微透镜，一个所述微透镜对应一个所述全色感光像素中的所述光电转换元件；或

所述全色感光像素组中的所述全色感光像素的数量包括多个，每个所述全色感光像素均包括光电转换元件及微透镜，一个所述微透镜对应所述全色感光像素组内多个所述全色感光像素中的所述光电转换元件。

5.一种摄像头组件，其特征在于，包括权利要求1至4任意一项所述的图像传感器。

6.根据权利要求5所述的摄像头组件，其特征在于，所述像素阵列曝光以获取原始图像；

所述摄像头组件还包括处理器，所述处理器用于：

处理所述原始图像以获取全色原始图像及彩色原始图像；及

融合所述全色原始图像及所述彩色原始图像以得到目标图像。

7.根据权利要求6所述的摄像头组件，其特征在于，所述处理器还用于：

获取环境亮度；

在所述环境亮度低于预定亮度时，处理所述彩色原始图像以得到彩色中间图像，所述彩色中间图像中每个彩色图像像素的像素值由同一所述彩色感光像素组中的所有所述彩色感光像素生成的电信号组成；及

融合所述全色原始图像及所述彩色中间图像以得到所述目标图像。

8.根据权利 要求7所述的摄像头组件，其特征在于，同一所述彩色感光像素组中的多个所述彩色感光像素的像素面积不同；所述处理器还用于：

在所述环境亮度高于所述预定亮度时，处理所述彩色原始图像以得到多帧彩色原始子图像，同一所述彩色原始子图像中的每个彩色图像像素对应的所述彩色感光像素的像素面积相同，不同的所述彩色原始子图像中的所述彩色图像像素对应的所述彩色感光像素的面积不同；及

融合所述全色原始图像及多帧所述彩色原始子图像以得到所述目标图像。

9.一种移动终端，其特征在于，包括：

壳体；及

权利要求5-8任意一项所述的摄像头组件，所述摄像头组件与所述壳体结合。

10.一种图像获取方法，用于图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括最小重复单元，所述最小重复单元包括一个全色感光像素组及多个彩色感光像素组，所述全色感光像素组包括至少一个全色感光像素，所述彩色感光像素组包括多个在水平方向和/或垂直方向相邻设置的彩色感光像素，所述彩色感光像素具有比所述全色感光像素更窄的光谱响应；同一所述彩色感光像素组中的多个所述彩色感光像素具有相同的颜色通道，同一所述彩色感光像素组中的多个所述彩色感光像素的像素面积不同，多个所述彩色感光像素组中的至少部分所述彩色感光像素组具有不同的颜色通道，所述最小重复单元中，所述全色感光像素组的像素面积大于任意一个所述彩色感光像素组的像素面积；所述图像获取方法包括：

控制所述像素阵列曝光以获取色原始图像；

处理所述原始图像以获取全色原始图像及彩色原始图像；及

融合所述全色原始图像及所述彩色原始图像以得到目标图像。

11.根据权利要求10所述的图像获取方法，其特征在于，所述图像获取方法还包括：

获取环境亮度；

所述融合所述全色原始图像及所述彩色原始图像以得到目标图像，包括：

在所述环境亮度低于预定亮度时，处理所述彩色原始图像以得到彩色中间图像，所述彩色中间图像中每个彩色图像像素的像素值由同一所述彩色感光像素组中的所有所述彩色感光像素生成的电信号组成；及

融合所述全色原始图像及所述彩色中间图像以得到所述目标图像。

12.根据权利要求11所述的图像获取方法，其特征在于，所述融合所述全色原始图像及所述彩色原始图像以得到目标图像，包括：

在所述环境亮度高于所述预定亮度时，处理所述彩色原始图像以得到多帧彩色原始子图像，同一所述彩色原始子图像中的每个彩色图像像素对应的所述彩色感光像素的像素面积相同，不同的所述彩色原始子图像中的所述彩色图像像素对应的所述彩色感光像素的面积不同；及

融合所述全色原始图像及多帧所述彩色原始子图像以得到所述目标图像。

Images