CN112504453A - 一种成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪 - Google Patents

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宋强
马国斌
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Hunan University
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Abstract

本发明实施例涉及光谱成像仪技术领域，公开了一种成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪，该成像芯片包括按光线入射方向依次设置的介质超构表面滤波器和CMOS图像处理器，介质超构表面滤波器用于接收包含待测物的特征的入射光并透射出射通过调控后得到的信号光，CMOS图像处理器用于接收信号光并根据该信号光获取待测物的光谱信息，本发明实施例提供的成像芯片可通过共形填充工艺和支撑工件集成，该成像芯片具有集成简单、成本低、体积小、成像效果好和光学效率高的优点。

Description

一种成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪
技术领域
本发明实施例涉及光谱成像仪技术领域，特别涉及一种成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪。
背景技术
多光谱成像仪是将光谱特征以及空间图像信息相结合的设备，当中的核心技术就是多光谱成像技术，其主要作用就是将成分复杂的光分解为若干个窄波段的光，然后通过对若干个窄波段的入射光的光谱测量可以获得被检测物的各种信息。多光谱成像仪通常由分光系统、探测光谱成像仪及信息传输系统组成，根据分光系统的分光原理可以将多光谱成像仪分为三大类：色散型多光谱成像仪、调制型多光谱成像仪以及滤波型多光谱成像仪。其中，色散型多光谱成像仪是利用色散元件如棱镜、衍射光栅，把光信号在空间上按波长分散为多条光束并聚焦在光电探测器上；调制型多光谱成像仪则是利用调制原理（如傅里叶变换）的圆孔进光的非空间分光。
目前，市面上提供的滤波型多光谱成像仪主要有两种：
第一种为利用亚波长金属结构的芯片型光谱仪，由亚波长金属结构以及光电探测器所组成，利用亚波长金属结构作为滤波器，并把光电探测器阵列置于滤波器后方组成基础的阵列式光谱仪。其利用亚波长金属结构作为滤波单元，金属结构通过在金属膜上设置开口，在等离子体共振作用下，根据开孔周期决定金属孔阵列的光谱透射特性，实现滤波功能。整个光谱仪作用在可见光波段，因此为了覆盖整个可见光波段，需要同时阵列多种规格的滤波单元，同时光谱仪的功能需要依赖光电探测器实现，并且滤波器的单元尺寸应该为光电探测器像素的整数倍，以便处理光信号数据，常用的光电探测器有CCD或CMOS。
第二种为一利用线性可变滤波器（LVF）与CMOS作为光电探测器的便携式光谱仪设计。LVF的滤波功能主要由形成了一定厚度的介质腔体所决定，介质腔由具有高低地必读的分布式布拉格反射器堆叠，实现高选择性和窄带的滤波，其透射特性由介质层中的薄膜厚度所决定，入射光以沿着LVF长度方向均匀入射，经过滤波后光信号由CMOS阵列所记录。并且可以平行排列多个LVF，以此覆盖更宽的波长范围，或根据需求获得更高分辨率的特定波段。
在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：
目前，第一种亚波长厚度的金属结构作为滤波器与常见的CCD、CMOS组合，其能够在小体积范围内集成，且成本低、灵活性强，但是基于等离子共振的金属结构作为滤波单元存在难以抑制的欧姆损耗，透射峰的半高宽较大，直接影响光谱仪的光谱分辨率，同时透射效率较低，影响滤波的性能，总体而言，会影响光谱仪的性能。
而第二种利用LVF作为滤波器无法避免地要在系统空间长度与光谱范围、光谱分辨率之间进行折衷，尽管可以平行阵列多个LVF，但是同时也面临着体积成倍增加的问题，并且与基于超构表面的滤波器相比，LVF的光学效率较低。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种成效效果好、光学效率高、体积小、集成简单的成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪。
本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种成像芯片，包括：
介质超构表面滤波器，其入光侧用于接收包含待测物的特征的入射光，其出光侧用于透射出射通过所述介质超构表面滤波器调控后得到的信号光；
CMOS图像处理器，其设于所述介质超构表面滤波器的出光侧，用于接收所述信号光并根据所述信号光获取所述待测物的光谱信息。
在一些实施例中，所述介质超构表面滤波器包括：
基底，其一面用于设置所述CMOS图像处理器；
由二氧化钛制成的具有阵列结构的超构表面滤波片，其贴设于所述基底的另一面。
在一些实施例中，所述超构表面滤波片为反射型滤波片。
在一些实施例中，所述超构表面滤波片的成像像素为所述CMOS图像处理器的像素的整数倍。
为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种成像芯片的集成方法，用于集成第一方面所述的成像芯片，所述方法包括：
通过共形填充工艺在衬底的牺牲层上形成介质超构表面滤波器；
在所述介质超构表面滤波器上设置支撑工件；
溶解所述牺牲层以剥离所述介质超构表面滤波器；
通过所述支撑工件将所述介质超构表面滤波器转移到CMOS图像处理器上；
去除所述支撑工件，以完成所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器的集成。
在一些实施例中，所述在所述介质超构表面滤波器上设置支撑工件的步骤，进一步包括：
在所述介质超构表面滤波器上旋涂聚二甲基硅氧烷作为支撑工件。
在一些实施例中，所述通过所述支撑工件将所述介质超构表面滤波器转移到CMOS图像处理器上的步骤，进一步包括：
在所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器上设置标记；
在通过光学系统对准所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器上的标记后，将所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器粘合为一体。
在一些实施例中，在所述通过共形填充工艺在衬底的牺牲层上形成介质超构表面滤波器的步骤之前，所述方法还包括：
在氧化硅衬底上制备二氧化钛棱柱体纳米结构，作为构成所述介质超构表面滤波器的超构表面结构。
为解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例提供了一种成像芯片的成像方法，通过如上述第一方面所述的成像芯片获取所述待测物的光谱信息，所述成像芯片中的所述介质超构表面滤波器包括一个参考像素和至少三个滤波像素，所述方法包括：
通过所述CMOS图像处理器获取所述参考像素的光强和每个所述滤波像素的光强；
将所述所述参考像素的光强和每个所述滤波像素的光强相减，以得到指定单色光的光谱响应曲线；
根据各个像素的预设的反射光谱，通过多元矩阵计算得到所述待测物的光谱信息。
为解决上述技术问题，第四方面，本发明实施例还提供了一种光谱成像仪，包括：
与成像芯片连接的至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述第三方面所述的方法。
为解决上述技术问题，第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上第三方面所述的方法。
为解决上述技术问题，第六方面，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如上第三方面所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪，该成像芯片包括按光线入射方向依次设置的介质超构表面滤波器和CMOS图像处理器，介质超构表面滤波器用于接收包含待测物的特征的入射光并透射出射通过调控后得到的信号光，CMOS图像处理器用于接收信号光并根据该信号光获取待测物的光谱信息，本发明实施例提供的成像芯片可通过共形填充工艺和支撑工件集成，该成像芯片具有集成简单、成本低、体积小、成像效果好和光学效率高的优点。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的成像芯片及其集成方法和成像方法的其中一种应用环境；
图2是本发明实施例一提供的一种成像芯片的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的一种利用TiO2棱柱体制备的超构表面的结构图；
图4是图3所示结构的FDTD仿真反射光谱图；
图5是本发明实施例二提供的一种成像芯片的集成方法的流程示意图；
图6是本发明实施例三提供的一种成像芯片的成像方法的流程示意图；
图7是本发明实施例三提供的一种成像芯片上的像素组成结构示意图；
图8是本发明实施例四中提供的一种光谱成像仪的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。为了便于结构限定，本发明以光线的出射方向为参考进行部件的位置限定。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
目前，色散型多光谱成像仪和调制型多光谱成像仪这两种多光谱成像仪都面临着重量大、体积大的缺点，为了适应当前设备轻量化、微型化的特点，使用滤波器作为分光元件可以实现与光电探测器在垂直维度上的堆叠，大大减小光学系统的重量及体积，并且实现了光谱和空间图像区域的连续取样。而现有的滤波型多光谱成像仪的方案通常采用波长厚度的金属结构作为滤波器或者线性可变滤波器（LVF）与光电探测器如CMOS的结合集成得到成像芯片，存在成像效率低、成像效果差、光谱仪整体性能不佳的缺点。
因此，为了解决上述技术问题，本发明实施例在传统的多光谱成像仪的基础上进行改良，在不牺牲性能（测量范围、光谱分辨率、信噪比）的情况下，对于滤波器的选择，本发明实施例采用新兴的超构表面，其通过亚波长厚度的薄层结构可以进行光的调控，基于米氏理论利用介质超构表面实现的滤波器克服了高损耗、低效率的缺点，相较于其他类型的超构表面（如金属）有更加优秀的光谱效率（大于80%）和光谱分辨率（半峰宽小于20nm），并且可以通过改变亚波长结构的尺寸实现波长选择功能，把不同尺寸的亚波长结构在小幅面范围内阵列，实现在单个芯片上的宽波段范围内的窄波长滤波。本发明实施例体统的基于超构表面的滤波片与CMOS结合的芯片，可以大幅降低成像仪体积，并且集成简单、成本较低，实现了多光谱成像仪的高效化、微型化。
请参见图1，其示出了本发明实施例提供的成像芯片及其集成和成像方法的其中一种应用环境的示意图，其中，该应用环境为一种光谱成像仪10，其包括：成像芯片100，以及，用于安装所述成像芯片的运动装置11，所述光谱成像仪10配置为通过所述运动装置11驱动所述成像芯片100沿预设轨迹采集包含所述待测物的特征的入射光并生成所述待测物的光谱信息。
其中，所述运动装置11可以是导轨、线缆、云台、机械臂和/或角运动装置中的一种或几种的结合，所述运动装置11可以是带电的、需要电机驱动的，也可以是不带电的，具体地，可根据对所述光谱成像仪10的扫描区域、扫描范围、扫描角度的需要进行设置。
所述成像芯片100为使用介质超构表面作为滤波元件，结合CMOS图像处理器作为光电探测器集成的芯片，具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
实施例一
本发明实施例提供了一种成像芯片，请参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种成像芯片100的结构，所述成像芯片100包括：介质超构表面滤波器110和CMOS图像处理器120。
所述介质超构表面滤波器110，其入光侧用于接收包含待测物A的特征的入射光L1，其出光侧用于透射出射通过所述介质超构表面滤波器110调控后得到的信号光L2。
所述CMOS图像处理器120，其设于所述介质超构表面滤波器110的出光侧，用于接收所述信号光L2（透射光）并根据所述信号光L2获取所述待测物A的光谱信息。所述超构表面滤波片112的成像像素为所述CMOS图像处理器120的像素的整数倍。
在一些实施例中，请继续参见图2，所述介质超构表面滤波器110包括：基底111和由二氧化钛制成的具有阵列结构的超构表面滤波片112，所述基底111的一面用于设置所述CMOS图像处理器120；所述超构表面滤波片112贴设于所述基底111的另一面。
具体地，在采用二氧化钛制成所述超构表面滤波片112时，可使用原子层沉积、电子束蒸发等均能产生高质量的TiO2薄膜，请一并参见图3和图4，图3示出了利用TiO2棱柱体制备的超构表面结构，图4示出了图3所示结构的FDTD仿真反射峰图，其中，从左到右各峰值所在曲线分别对应图3中像素1至像素15的光谱，如图4所示，本专利通过FDTD仿真模拟可以获得在可见光波段内的高质量反射光谱。优选地选择在氧化硅衬底上通过光刻与原子层沉积技术制备了高质量的TiO2棱柱体纳米结构，其中几何参数L长度为125nm-230nm，W长度为125-230nm ，阵列周期Px=Py为280-420nm。其FDTD仿真反射峰如图4所示覆盖可见光波段从415nm-615nm。
进一步地，在一些实施例中，将所述CMOS图像处理器120与所述超构表面滤波片112垂直堆叠，可实现多光谱成像芯片集成的微型化。
本发明实施例以米氏理论作为指导理论，介电纳米结构在可见光波段范围内能激发出更强烈的偶极子共振，在电偶极子与磁偶极子谐振相互作用下会产生依赖于波长的强烈散射现象。因此，相比于金属纳米结构，本发明实施例使用介电纳米材料作为阵列结构的谐振单元，避免了固有的金属内部损耗的同时，可以获得高反射率、窄半峰宽的反射光谱，并且可以通过改变纳米结构的形状、几何参数、阵列周期，可以在可见光波段内灵活调整谐振特性。据此可以实现一种高效、高分辨率、低成本、小体积的所述超构表面滤波片112。基于此，所述超构表面滤波片112为反射型滤波片，因此，还会产生反射光L3。
本发明实施例提供的成像芯片在工作过程中，入射光L1通过反射型的超构表面滤波片112反射特定波长，信号光L2（透射光）到达CMOS图像处理器120上由CMOS图像处理器120记录经过滤波的复色光信号进行光谱重建，从而得到所述待测物A的光谱信息。
实施例二
如实施例一所述的CMOS图像处理器120与超构表面滤波器110的集成可通过物理或者化学方法完成。物理方法具体为：通过在超构表面上添加标记，并在结构上旋涂聚二甲基硅氧烷（PDMS），利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为支撑工具将结构从衬底上进行转移，在光学显微镜下将超构表面滤波器与CMOS图像处理器上的标记对准、贴合完成集成，这种物理方法的优点是工艺简单，但在转移结构的过程中容易损伤结构。而化学方法则具体为：通过在衬底与纳米结构之间添加牺牲层，利用亲疏水原理或者化学反应完成衬底与纳米结构的分离，在光学显微镜下将超构表面滤波器与CMOS图像处理器对准、贴合，这种方案相对复杂，但具有较好的保真性，保证滤波片的性能不受影响。
基于此，本发明实施例在现有的物理集成方法和化学集成方法的基础上，提供了一种新的成像芯片的集成方法，用于集成如实施例一及应用场景中所述的成像芯片100，其兼顾了物理方法和化学方法的优点，请参见图5，其示出了本发明实施例提供的一种成像芯片的集成方法的流程图，所述方法包括：
步骤210：通过共形填充工艺在衬底的牺牲层上形成介质超构表面滤波器；
其中，在所述通过共形填充工艺在衬底的牺牲层上形成介质超构表面滤波器的步骤之前，所述方法还包括：在氧化硅衬底上制备二氧化钛棱柱体纳米结构，作为构成所述介质超构表面滤波器的超构表面结构。具体地，在本发明实施例中，以光刻和微纳米镀膜为核心的技术，如采用原子层沉积技术，在所述氧化硅衬底上制备所述二氧化钛棱柱体纳米结构，在其他的一些实施例中，也可以采用其他制备工艺制备所述介质超构表面滤波器的超构表面结构，以及采用其他工艺在所述衬底的牺牲层上形成所述介质超构表面滤波器，具体可根据实际需求及制造成本等进行选择和设置，不需要拘泥于本发明实施例的限定。
步骤220：在所述介质超构表面滤波器上设置支撑工件；
具体地，在所述介质超构表面滤波器上旋涂聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为支撑工件。在其他的一些实施例中，也可以采用其他可固定所述介质超构表面滤波器并用于移动所述介质超构表面滤波器的材料作为支撑工件，具体可根据实际所述介质超构表面滤波器的结构、工艺成本等需求进行选择，不需要拘泥于本发明实施例的限定。
步骤230：溶解所述牺牲层以剥离所述介质超构表面滤波器；
具体地，利用亲疏水原理或者化学反应溶解所述牺牲层，以完成衬底与介质超构表面滤波器的纳米结构的分离。
步骤240：通过所述支撑工件将所述介质超构表面滤波器转移到CMOS图像处理器上；
具体地，在所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器上设置标记；在通过光学系统对准所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器上的标记后，将所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器粘合为一体。
步骤250：去除所述支撑工件，以完成所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器的集成。
实施例三
由于本发明实施例所采用的所述超构表面滤波片112为反射型滤波片，所述CMOS图像处理器120阵列位于所述超构表面滤波片112透射光出光侧，因此所述CMOS图像处理器120阵列捕获的是经过滤波的复色光信号，因此需要在算法与结构上进行修正，使CMOS光电探测器处理的数据为指定的波长数据。
基于此，本发明实施例提供了一种成像芯片的成像方法，其引入参考像素将复色光信号转化为单色光信号，解决了反射型滤波片无法与CMOS图像处理器配合使用的难题，具体地，本发明实施例通过如上述实施例一所述的成像芯片获取所述待测物的光谱信息，所述成像芯片中的所述介质超构表面滤波器包括一个参考像素和至少三个滤波像素，请参见图6，其示出了本发明实施例提供的一种成像芯片的成像方法的流程图，所述方法包括：
步骤310：通过所述CMOS图像处理器获取所述参考像素的光强和每个所述滤波像素的光强；
步骤320：将所述所述参考像素的光强和每个所述滤波像素的光强相减，以得到指定单色光的光谱响应曲线；
步骤330：根据各个像素的预设的反射光谱，通过多元矩阵计算得到所述待测物的光谱信息。
请一并参见图7，其示出了成像芯片上的像素组成，在本发明实施例中，基于实施例一所示的成像芯片，所述超构表面滤波片112的成像像素为所述CMOS图像处理器120的像素的整数倍。也即是，如图7所示，每一个所述超构表面滤波片112的成像像素由n×n个像素所组成，每组成像像素记录n²个数据作为重构光谱的输入，n为大于2的整数，第1至n²-1个成像像素为滤波像素，由不同几何形状、几何参数的介质纳米阵列结构所组成，对应不同的反射光谱特性，如图7所示，覆盖整个可见光波段，反射峰波长记为λ（λ1、λ2……λn²-1），第n²个成像像素将不作任何结构，作为接收不经滤波的光信号的参考像素。
在获取所述待测物的光谱信息的过程中，入射光照射到待测物后，将通过介质超构表面滤波器，被CMOS图像处理器所记录，第1至n²-1个像素接收的光信号记为I（I1、I2......In²-1），参考像素接收的光信号为Io，由于介质超构表面滤波器属于反射型滤波片，CMOS图像处理器采集获得的光强信号为复色光光强信号，利用未经滤波的参考像素与每个滤波像素相减即可获得指定的单色光的光谱响应曲线，记为I’(I’1、I’2……I’n²-1)，结合每个像素预设的反射光谱，通过多元矩阵计算的方式得到每个成像像素的入射光重建光谱。
实施例四
本发明实施例还提供了一种光谱成像仪，请参见图8，其示出了能够执行图6所述成像芯片的成像方法的光谱成像仪的硬件结构。所述光谱成像仪10可以是上述应用场景及图1所示的光谱成像仪10。
所述光谱成像仪10包括：至少一个处理器12；以及，与所述至少一个处理器12通信连接的存储器13，图8中以一个处理器12为例，所述处理器12还与所述成像芯片100连接。所述存储器13存储有可被所述至少一个处理器12执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器12执行，以使所述至少一个处理器12能够执行上述图6所述的成像芯片的成像方法。所述处理器12和所述存储器13可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。
存储器13作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的成像芯片的成像方法对应的程序指令/模块。处理器12通过运行存储在存储器13中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例成像芯片的成像方法。
存储器13可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据成像芯片的成像装置的使用所创建的数据等。此外，存储器13可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器13可选包括相对于处理器12远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至成像芯片的成像装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器13中，当被所述一个或者多个处理器12执行时，执行上述任意方法实施例中的成像芯片的成像方法，例如，执行以上描述的图6的方法步骤，实现相应的各模块和各单元的功能。
上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。
本申请实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图6的方法步骤，实现相应的各模块的功能。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时时，使所述计算机执行上述任意方法实施例中的成像芯片的成像方法，例如，执行以上描述的图6的方法步骤，实现相应的各模块的功能。
本发明实施例中提供了一种成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪，该成像芯片包括按光线入射方向依次设置的介质超构表面滤波器和CMOS图像处理器，介质超构表面滤波器用于接收包含待测物的特征的入射光并透射出射通过调控后得到的信号光，CMOS图像处理器用于接收信号光并根据该信号光获取待测物的光谱信息，本发明实施例提供的成像芯片可通过共形填充工艺和支撑工件集成，该成像芯片具有集成简单、成本低、体积小、成像效果好和光学效率高的优点。
需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory, RAM)等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种成像芯片，其特征在于，包括：
介质超构表面滤波器，其入光侧用于接收包含待测物的特征的入射光，其出光侧用于透射出射通过所述介质超构表面滤波器调控后得到的信号光；
CMOS图像处理器，其设于所述介质超构表面滤波器的出光侧，用于接收所述信号光并根据所述信号光获取所述待测物的光谱信息。
2.根据权利要求1所述的成像芯片，其特征在于，所述介质超构表面滤波器包括：
基底，其一面用于设置所述CMOS图像处理器；
由二氧化钛制成的具有阵列结构的超构表面滤波片，其贴设于所述基底的另一面。
3.根据权利要求2所述的成像芯片，其特征在于，
所述超构表面滤波片为反射型滤波片。
4.根据权利要求2或3任一项所述的成像芯片，其特征在于，
所述超构表面滤波片的成像像素为所述CMOS图像处理器的像素的整数倍。
5.一种成像芯片的集成方法，其特征在于，用于集成权利要求1-4任一项所述的成像芯片，所述方法包括：
通过共形填充工艺在衬底的牺牲层上形成介质超构表面滤波器；
在所述介质超构表面滤波器上设置支撑工件；
溶解所述牺牲层以剥离所述介质超构表面滤波器；
通过所述支撑工件将所述介质超构表面滤波器转移到CMOS图像处理器上；
去除所述支撑工件，以完成所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器的集成。
6.根据权利要求5所述的集成方法，其特征在于，所述在所述介质超构表面滤波器上设置支撑工件的步骤，进一步包括：
在所述介质超构表面滤波器上旋涂聚二甲基硅氧烷作为支撑工件。
7.根据权利要求5所述的集成方法，其特征在于，所述通过所述支撑工件将所述介质超构表面滤波器转移到CMOS图像处理器上的步骤，进一步包括：
在所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器上设置标记；
在通过光学系统对准所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器上的标记后，将所述介质超构表面滤波器和所述CMOS图像处理器粘合为一体。
8.根据权利要求5-7任一项所述的集成方法，其特征在于，在所述通过共形填充工艺在衬底的牺牲层上形成介质超构表面滤波器的步骤之前，所述方法还包括：
在氧化硅衬底上制备二氧化钛棱柱体纳米结构，作为构成所述介质超构表面滤波器的超构表面结构。
9.一种成像芯片的成像方法，其特征在于，通过如上述权利要求1-4任一项所述的成像芯片获取所述待测物的光谱信息，所述成像芯片中的所述介质超构表面滤波器包括一个参考像素和至少三个滤波像素，所述方法包括：
通过所述CMOS图像处理器获取所述参考像素的光强和每个所述滤波像素的光强；
将所述所述参考像素的光强和每个所述滤波像素的光强相减，以得到指定单色光的光谱响应曲线；
根据各个像素的预设的反射光谱，通过多元矩阵计算得到所述待测物的光谱信息。
10.一种光谱成像仪，其特征在于，包括：
与成像芯片连接的至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求9所述的方法。
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