CN116136433A - 环境光传感器及其数据处理方法 - Google Patents

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黄志雷
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Abstract

本申请涉及一种环境光传感器及其数据处理方法。该环境光传感器包括：具有结构单元的滤光结构，用于接收待恢复色温的环境光并对所述环境光进行调制；光探测器阵列，具有与所述结构单元匹配的像素单元，用于从所述调制的环境光获得光测量值；以及，数据处理单元，用于从所述光测量值获得所述环境光的光谱数据，并使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。这样，可以通过具有结构单元的滤光结构来调制环境光，并基于调制的环境光的光谱数据来恢复其色温数据，从而获得准确的环境光的色温数据。

Description

环境光传感器及其数据处理方法
技术领域
本申请涉及光谱设备技术领域，更为具体地说，涉及一种环境光传感器及其数据处理方法。
背景技术
随着电子设备技术的发展和进步，用户对于电子设备的需求也越来越高，对于环境光色温的检测也越来越重要。这里，不同光源具有不同的光谱成分和分布，色度学上称其为色温。
由于色温的不同导致电子设备在显示和拍摄中都有偏色的问题，受环境色温的影响，图像传感器拍摄的图片往往会出现偏色的现象，比如在较高色温环境下所拍摄的图片就会偏蓝，在较低色温环境下拍摄的图片就会偏红，环境光除了使图片产生色偏外，还导致图像的过饱或饱和度不足，使图片的颜色严重失真。因此，当检测到的环境色温与实际环境的色温不同时，就会导致白平衡校正后的图像的画面不合理，影响用户体验。拍照的时候可以通过探测环境的色温，使拍出来的图片色彩更准确。
另外，伴随着用户对于显示屏的要求也在不断提升，为了满足用户的需求，现有技术也有通过色温调节的功能以提升屏幕的体验，可以通过环境光传感器根据环境光的色温调节显示屏的色温，提升了显示屏的显示效果。
因此，如何获取到准确的环境光色温尤为重要，也就提出了对于获取色温的方案的需要。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种环境光传感器及其数据处理方法，其通过具有结构单元的滤光结构来调制环境光，并基于调制的环境光的光谱数据来恢复其色温数据，以获得准确的环境光的色温数据。
根据本申请的一方面，提供了一种环境光传感器，包括：具有结构单元的滤光结构，用于接收待恢复色温的环境光并对所述环境光进行调制；光探测器阵列，具有与所述结构单元匹配的像素单元，用于从调制的环境光获得光测量值；以及，数据处理单元，用于从所述光测量值获得所述环境光的光谱数据，并使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。
在上述环境光传感器中，当一个所述结构单元对应于一个所述像素单元时，所述光谱像素包括对应一组光谱像素的光谱数据，且根据所述光谱数据恢复对应所述像素单元的所述入射光的色温数据。
在上述环境光传感器中，当一个所述结构单元对应于多个所述像素单元或者多个所述结构单元对应多个所述像素单元时，所述光谱数据包括对应于不同光谱像素的光谱数据，且所述不同光谱像素对应于不同的所述像素单元，根据所述光谱数据恢复对应不同所述像素单元的所述入射光的色温数据。
在上述环境光传感器中，可以进一步包括具有至少一个匀光单元的匀光层，所述匀光单元用于将照射到所述匀光单元上的光进行混合以及面均匀化再入射到所述滤光结构。
在上述环境光传感器中，每个光谱像素对应于一组或几组像素单元，所述一组或者几组像素单元上对应设置同一匀光单元
在上述环境光传感器中，还包括光学成像系统，用于辅助获取对应所述入射光的空间信息。
在上述环境光传感器中，所述空间信息包括二维空间信息或/和三维空间信息。
在上述环境光传感器中，所述光学成像系统用于对所测环境场景进行成像，当所述光探测器阵列位于成像面时，所测环境场景物点与像点一一对应，根据所述像点坐标获取所述物点的空间信息。
在上述环境光传感器中，当所述光探测器阵列位于焦面时，用于获取环境场景物点与像点的角度关系，根据所述环境场景物点与像点的角度关系，获得对应所述入射光的空间信息。
在上述环境光传感器中，当所述光探测器阵列位于非成像面时，用于获取环境场景物点与所述入射光入射到所述探测器阵列对应点的相对位置关系及角度关系，根据所述相对位置关系及角度关系获取所述空间信息。
在上述环境光传感器中，所述三维空间信息包括经由距离传感器或者飞行时间模组获得的深度信息。
在上述环境光传感器中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：基于所述光谱数据对应的空间信息，将相邻的预定数量的像素的光谱数据进行叠加；以及，基于叠加后的光谱数据及其所对应的空间信息恢复设定区域的所述环境光的色温数据。
在上述环境光传感器中，进一步包括至少一个微透镜片的微透镜层，所述匀光单元出射的光入射到所述微透镜片再入射到所述滤光结构。
在上述环境光传感器中，所述匀光单元位于所述微透镜片的焦平面上。
在上述环境光传感器中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：根据所述空间信息及对应的光谱数据恢复对应每个空间信息的色温数据。
在上述环境光传感器中，基于叠加后的光谱数据及其所对应的空间信息恢复设定区域的环境光的色温数据包括：根据所述设定区域的色温数据进行分区白平衡优化。
在上述环境光传感器中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：获取与所述光谱数据的波长对应的各波长的所述环境光的三刺激函数；将所述各波长的三刺激函数与对应的波长相乘后累加以得到所述环境光的三刺激值；基于所述环境光的三刺激值计算所述环境光的色坐标值；以及，基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据。
在上述环境光传感器中，所述数据处理单元基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据包括：从色度学表上的最低色温对应的行起，获取黑体轨迹等温线的色品坐标表中的该行的黑体轨迹上的第一色坐标x1、y1和黑体轨迹外的第二色坐标x2、y2，并将所述环境光的色坐标值记为x0、y0；响应于D1＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该行对应的色温作为所述环境光的色温；响应于D1不等于0，获取该行的上一行的x1、y1，x2、y2；响应于D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该上一行对应的色温作为所述环境光的色温；响应于D2不等于0且D1*D2大于0，使D1＝D2，再取所述上一行的上一行x1、y1，x2、y2；响应于D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该上一行的上一行对应的色温作为所述环境光的色温；以及，响应于D2不等于0且D1*D2小于0，则D1、D2取绝对值，并确定其对应的色温为T1、T2，计算所述环境光的色温为T1+D1*(T1+T2)/(D1+D2)。
在上述环境光传感器中，所述数据处理单元基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据进一步包括：响应于未找到D1*D2小于0，则无色温数据。
在上述环境光传感器中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：根据所述光谱数据及其所对应的空间信息确定环境中不同光源的光谱信息对应的类型或确定环境中设定区域的光源的光谱信息对应的类型。
在上述环境光传感器中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：使用所述光谱数据及其所对应的空间信息确定每个像素点的色温值；以及，使用所述色温值确定至少第一设定区域和第一光源信息以及第二设定区域和第二光源信息。
在上述环境光传感器中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据进一步包括：将第一设定区域的色温调整为与第一光源信息对应的第一色温；和/或，将第二设定区域的色温调整为与第二光源信息对应的第二色温。
在上述环境光传感器中，所述数据处理单元进一步用于基于所述色温数据对以所述环境光成像的图像进行白平衡优化。
根据本申请的另一方面，提供了一种终端，包括如上所述的环境光传感器
根据本申请的又一方面，提供了一种环境光传感器的数据处理方法，包括：由具有结构单元的滤光结构接收待恢复色温的环境光并对所述环境光进行调制；由具有与所述结构单元匹配的像素单元的光探测器阵列从所述调制的环境光获得光测量值；以及，由数据处理单元从所述光测量值获得所述环境光的光谱数据，并使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。
本申请提供的环境光传感器及其数据处理方法，可以通过具有结构单元的滤光结构来调制环境光，并基于调制的环境光的光谱数据来恢复其色温数据，以获得准确的环境光的色温数据。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本申请各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
图1图示了根据本申请实施例的环境光传感器的示意性框图；
图2图示了根据本申请实施例的结构单元与像素单元的对应关系的第一示例；
图3图示了根据本申请实施例的结构单元与像素单元的对应关系的第二示例；
图4图示了根据本申请实施例的环境光传感器的另一示例的示意性框图；
图5图示了根据本申请实施例的环境光传感器的光谱像素设置的第一示例；
图6图示了根据本申请实施例的环境光传感器的光谱像素设置的第二示例；
图7示了根据本申请实施例的图像中的不同类型的光源区域的示意图；
图8图示了根据本申请实施例的环境光传感器中的光谱数据的通道叠加的示意图；
图9图示了根据本申请实施例的环境光传感器的第一变型示例的示意性框图；
图10图示了根据本申请实施例的环境光传感器的第二变型示例的示意性框图；
图11图示了根据本申请实施例的环境光传感器的分区域白平衡图像优化处理的示例；
图12图示了根据本申请实施例的环境光传感器的数据处理方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
示例性环境光传感器
图1图示了根据本申请实施例的环境光传感器的示意性框图。
如图1所示，根据本申请实施例的环境光传感器100包括：具有结构单元的滤光结构110，用于接收待恢复色温的环境光并对所述环境光进行调制；光探测器阵列120，具有与所述结构单元匹配的像素单元，用于从调制的环境光获得光测量值；以及，数据处理单元130，用于从所述光测量值获得所述环境光的光谱数据，并使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。。
具体地，滤光结构110为频域或者波长域上的宽带滤光结构。各处滤光结构不同波长的通光谱不完全相同。滤光结构可以是超表面、光子晶体、纳米柱、多层膜、染料、量子点、MEMS(微机电系统)、FP etalon(FP标准具)、cavity layer(谐振腔层)、waveguide layer(波导层)、衍射元件等具有滤光特性的结构或者材料。
在根据本申请实施例的环境光传感器100中，所述滤光结构起到光调制的作用，因此又可以被称为光调制层。所述滤光结构设置有若干结构单元，所述结构单元上形成有二维图案，可以为周期性排布，也可以无周期性排布。并且，部分结构单元可以为空。其中，结构单元在光调制层中可以设置为通孔或半通孔。并且，所述若干结构单元与光探测器阵列120的像素单元匹配形成对应的光谱通道，所述光谱通道的个数与所述像素单元对应。所述像素单元至少与一组不同的结构单元对应，其中所述不同的像素单元对应不同的结构单元。
图2图示了根据本申请实施例的结构单元与像素单元的对应关系的第一示例。如图2所示，图中示出的2*2像素单元的四个像素单元对应三组不同的结构单元，其中一组为空。另外，四个像素单元也可以对应不同的四个结构单元。虚线部分代表光探测器阵列上的像素单元，实线部分为调制层上的结构单元(为了方便观察两层级关系，没有完全一一对应，因此可以一一对应也可以和图中示意出的稍微有一些匹配误差)。如图所示，2*2的像素单元可以提供4个光探测器通道，其中每个通道具有不同的光透射谱，且根据获取到的光谱信息可以计算出对应的色温值。因此，在图2所示的示例中，可以是一个结构单元对应于一个像素单元，也可以是多个结构单元对应于多个像素单元。当然，本领域技术人员可以理解，虽然以上以2*2像素单元为例，但是本申请实施例不限制像素单元的数量，可以对应与其它数目的光探测器通道。
图3图示了根据本申请实施例的结构单元与像素单元的对应关系的第二示例。如图3所示，一个结构单元也可以对应于多个像素单元，当结构单元的图案为周期性排布相同时，可以作为一个光探测器通道，如图3中的A区域所示。而当结构单元中的图案为随机图案时，对应的4个像素单元可以为4个光探测器通道，如图3中B区域所示。
因此，在图3中，可以为4*4个像素单元，对应于16个光探测器通道，也可以对应于小于16个的光探测器通道。每个光探测器通道获得光的强度信息后，可以通过算法恢复光谱信息，进而通过计算得到环境光的色温信息。在本申请实施例中，至少含有两个光探测器的光探测器阵列就可以实现色温的恢复，具体的色温恢复过程将在下文中进行描述。
因此，在根据本申请实施例的环境光传感器中，当一个所述结构单元对应于一个所述像素单元时，所述光谱像素包括对应一组光谱像素的光谱数据，且根据所述光谱数据恢复对应所述像素单元的所述入射光的色温数据。
并且，在根据本申请实施例的环境光传感器中，当一个所述结构单元对应于多个所述像素单元或者多个所述结构单元对应多个所述像素单元时，所述光谱数据包括对应于不同光谱像素的光谱数据，且所述不同光谱像素对应于不同的所述像素单元，根据所述光谱数据恢复对应不同所述像素单元的所述入射光的色温数据。
图4图示了根据本申请实施例的环境光传感器的另一示例的示意性框图。如图4所示，该示例的环境光传感器除包括如上所述的滤光结构、光探测器阵列和数据处理单元之外，还进一步包括光学系统，例如透镜组件等。此外，在光调制层之上还可以包括匀光层，所述匀光层中可以设置多个匀光单元对应于光调整层的不同的结构单元，当然也可以不需要光学系统例如匀光层，本实施例中以带有匀光层为例。这里，匀光层的作用将在下文中详细说明。
另外，光探测器阵列120(即，图像传感器)可以是CMOS图像传感器(CIS)、CCD、阵列光探测器等。另外，数据处理单元130可以是MCU、CPU、GPU、FPGA、NPU、ASIC等处理单元，其可以将图像传感器生成的数据导出到外部进行处理。下面，将详细说明数据处理单元130。
首先，数据处理单元130从所述光测量值获得所述环境光的光谱数据。
具体地，将环境光在不同波长λ下的强度信号记为f(λ)，滤光结构的透射谱曲线记为T(λ)，滤光片上具有m组的滤光结构，每一组透射谱互不相同，即如上所述的“结构单元”，整体可记为Ti(λ)(i＝1,2,3,…,m)。每一组滤光结构下方都有相应的物理像素，探测经过滤光结构调制的光强Ii。在本申请的特定实施例中，以一个物理像素对应一组结构单元为例进行说明，但是不限定于此，在其它实施例中，也可以是多个物理像素为一组对应于一组结构单元。
环境光的频谱分布和光探测器阵列的测量值之间的关系可以由下式表示：
Ii＝Σ(f(λ)·Ti(λ)·R(λ))
其中，R(λ)为探测器的响应，记为：
Si(λ)＝Ti(λ)·R(λ)
则上式可以扩展为矩阵形式：
Figure BDA0003362456450000081
这里，Ii(i＝1,2,3,…,m)是待测光透过滤光结构后光探测器的响应，分别对应m个光探测器单元的光强测量值，又称m个“物理像素”，其是一个长度为m的向量。S是系统对于不同波长的光响应，由滤波结构透射率和光探测器响应的量子效率两个因素决定。S是矩阵，每一个行向量对应一个宽带滤波器单元(即，光探测器单元及其对应的滤光结构)对不同波长环境光的响应，这里，对环境光进行离散、均匀的采样，共有n个采样点。S的列数与环境光的采样点数相同。这里，f(λ)即是环境光在不同波长λ的光谱，也就是待测量的环境光光谱。
在实际应用中，系统的响应参数S已知，通过探测器的光强读数I，利用算法反推可以得到输入光的光谱f，其过程可以视具体情况采用不同的数据处理方式，包括但不限于：最小二乘、伪逆、均衡、最小二范数、人工神经网络等。
以上以一个物理像素对应一组结构单元为例，说明了如何利用m组物理像素(也就是图像传感器上的像素点)，以及其对应的m组结构单元(调制层上相同结构界定为结构单元)恢复出一个光谱信息，又称为“光谱像素”。值得注意的是，在本申请实施例中，也可以是多个物理像素对应一组结构单元。可以进一步定义，一组结构单元和对应的至少一物理像素构成一单元像素，原则上，至少一单元像素构成一所述光谱像素，可以生成一个色温通道，多个光谱像素可以生成多个色温通道。
在上述实现方式的基础上，将光谱像素进行阵列化处理，则可以实现快照式的光谱成像设备。
图5图示了根据本申请实施例的光探测器阵列的光谱像素设置的第一示例。如图5所示，当采用1896*1200像素的图像传感器(图5示出了图像传感器的部分区域)，同时选取m＝4，即选取4*4单元像素形成一个光谱像素，则此时可以实现474*300个相互独立的光谱像素，其中每一个光谱像素均可通过上述方法单独计算出光谱数据。将这一图像传感器配合透镜组等部件后，就可以对待测物体进行快照式光谱成像，从而实现单次曝光便可获得待测物每个点的光谱信息。
进一步地，对同一图像传感器，可以根据需要进行空间分辨率与光谱分辨率的重排，例如在上述示例中，当光谱分辨率要求较低时，可以采用8*8个单元像素形成一个光谱像素；当空间分辨率要求较高时，可以采用3*3个物理像素形成一个光谱像素。
并且，根据实际需要，在无需对图像传感器做任何调整情况下，还可以对光谱像素的选取方式进行重排，以通过对图像传感器的像素的复用来提升空间分辨率。如图6所示，可以选取实线框与虚线框的密排方式，将上述第一示例中的空间分辨率从474*300提升至接近1896*1200。这里，图6图示了根据本申请实施例的光探测器阵列的光谱像素设置的第二示例。
并且，如上所述，对于匀光层的匀光单元来说，一组或者几组像素单元上也可以对应设置同一匀光单元。
因此，在根据本申请实施例的环境光传感器中，每个光谱像素对应于一组或几组像素单元，所述一组或者几组像素单元上对应设置同一匀光单元。
这里，所述光学系统中包括的透镜组件等还可以用于与如上所述的滤光结构110、光探测器阵列120和数据处理单元130结合，获取待测目标区域按照空间区域细分的色温信息。也就是，优选地，获取空间信息通过光学系统的配合可以实现所谓的空间区域细分。例如，在成像情况下对应二维的空间位置，在虚焦情况下对应空间方位，在聚焦无穷远情况下是方位角。因此，在本申请实施例中，由于光学系统用于成像，因此也可以被称为光学成像系统。
因此，在根据本申请实施例的环境光传感器中，可以进一步包括光学成像系统，用于辅助获取对应所述入射光的空间信息。
并且，在根据本申请实施例的环境光传感器中，所述光学成像系统用于对所测环境场景进行成像，当所述光探测器阵列位于成像面时，所测环境场景物点与像点一一对应，根据所述像点坐标获取所述物点的空间信息。
并且，当所述光探测器阵列位于焦面时，用于获取环境场景物点与像点的角度关系，根据所述环境场景物点与像点的角度关系，获得对应所述入射光的空间信息。
此外，当所述光探测器阵列位于非成像面时，用于获取环境场景物点与所述入射光入射到所述探测器阵列对应点的相对位置关系及角度关系，根据所述相对位置关系及角度关系获取所述空间信息。
这里，所述空间信息是如上所述的每个光谱像素对应的空间信息，其可以是二维空间坐标信息，也可以为三维空间坐标信息。这里，由于每个光谱像素对应于图像传感器的多个像素单元，因此，所述二维空间坐标信息可以直接通过如上所述的图像传感器上的各个像素单元，即物理像素的阵列坐标得到，而三维空间坐标信息可以进一步通过其它传感器得到。
例如，可以进一步配置有距离传感器，以获取三维空间信息。短波红外有很好的投射性，因此利用短波红外特性获得反射，并进行深度信息的获取，尤其是在黑暗、灰尘、雾气和其他恶劣天气条件下。在人眼安全的情况下使用高功率照明的能力，短波红外波段对散射介质的卓越穿透能力，再加上设定匹配的光电系统，可以很准确的获得深度信息。并结合光谱信息，获得设定区域的色温信息。另外，还可以利用ToF(飞行时间)模组，首先利用双频ToF模组采集对应待拍摄图像的深度图，再对深度图进行处理以得到三维空间信息。具体地，该过程包括：首先结合ToF模组采集的参数信息求解对应的法向量；再构建一个光谱像素的数据库，每块光谱像素对应的光谱信息以及ToF采集的深度参数信息进行一一对应，所述数据库中包括输入与输出光的图像尺寸相同，保证对每一个光谱像素都产生一个对应关系，并记录输入图像中的深度空间信息；最后，基于所得到的光谱信息图、原输入图像的深度空间信息图进行优化，得到更为准确的每个光谱像素的三维空间信息参数。
因此，在根据本申请实施例的环境光传感器中，所述空间信息包括二维空间信息和/或三维空间信息。
此外，在根据本申请实施例的环境光传感器中，所述三维空间信息包括经由距离传感器或者飞行时间模组获得的深度信息。
接下来，所述数据处理单元130用于使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。
下面，将详细说明如何使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。
在第一示例中，在已知光谱数据，即f(λ)的情况下，首先计算色坐标，方法是：
首先获取与所述光谱数据的波长对应的各波长的所述环境光的三刺激函数X(λ)、Y(λ)和Z(λ)，且分别与对应的波长相乘后累加，得出所述环境光的三刺激值X、Y和Z。
然后，基于所述三刺激值计算色坐标，表示为x＝X/(X+Y+Z)、Y/(X+Y+Z)。例如，光谱的波长范围是从380nm到780nm，设间隔为5nm，共81个波长的数据。X(λ)、Y(λ)和Z(λ)是CIE规定的函数，其对应光谱也是各81个波长的数据，从色度学书上可以直接查到。
然后，再通过色坐标来计算色温。
具体地，由色度学书上可以查到：“黑体轨迹等温线的色品坐标”表。在该表中，每一行(每一色温)有“黑体轨迹上”的x、y，设为x1、y1，“黑体轨迹外”的x、y，设为x2、y2，以及如上所述得到的色度坐标x、y设为x0、y0。
从最低色温起，取其x1、y1，x2、y2，代入：
D1＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)，如果D1＝0则可以获得(相关)色温，即x1、y1，x2、y2对应的最低色温。
如果D1不等于0，取上一行x1、y1，x2、y2，代入：
D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)，如果D2＝0则可以获得(相关)色温，即该行x1、y1，x2、y2对应的色温。
如果D2不等于0，判断D1*D2是否小于0。
如果D1*D2大于0，使D1＝D2，再取上一行x1、y1，x2、y2，代入：
D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)，如果D2＝0则可以获得(相关)色温。
如果D2不等于0，判断D1*D2是否小于0。
如果D1*D2小于0，则找到“测得坐标在这两条等温线之间”。D1、D2取绝对值，相对应的色温为T1、T2。
那么色温CCT≈T1+D1*(T1+T2)/(D1+D2)。
如果一直找不到D1*D2小于0，则说明测得坐标在∞(无穷大)等温线左下方，那片区域是没有(相关)色温的。
因此，在根据本申请实施例的环境光传感器中，使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：获取与所述光谱数据的波长对应的各波长的所述环境光的三刺激函数；将所述各波长的三刺激函数与对应的波长相乘后累加以得到所述环境光的三刺激值；基于所述环境光的三刺激值计算所述环境光的色坐标值；以及，基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据。
并且，在上述环境光传感器中，基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据包括：从色度学表上的最低色温对应的行起，获取黑体轨迹等温线的色品坐标表中的该行的黑体轨迹上的第一色坐标x1、y1和黑体轨迹外的第二色坐标x2、y2，并将所述环境光的色坐标值记为x0、y0；响应于D1＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该行对应的色温作为所述环境光的色温；响应于D1不等于0，获取该行的上一行的x1、y1，x2、y2；响应于D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该上一行对应的色温作为所述环境光的色温；响应于D2不等于0且D1*D2大于0，使D1＝D2，再取所述上一行的上一行x1、y1，x2、y2；响应于D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该上一行的上一行对应的色温作为所述环境光的色温；以及，响应于D2不等于0且D1*D2小于0，则D1、D2取绝对值，并确定其对应的色温为T1、T2，计算所述环境光的色温为T1+D1*(T1+T2)/(D1+D2)。
此外，在上述环境光传感器中，基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据进一步包括：响应于未找到D1*D2小于0，则无色温数据。
在第二示例中，也可以不直接计算色温值，而是通过光谱信息判断光源的类型，也就是，根据获取的每个像素位置的光谱信息，判断出同一类型光源的光谱信息，如图7所示。这里，图7图示了根据本申请实施例的图像中的不同类型的光源区域的示意图。
具体地，判断出同一类型光源的光谱信息可以包括将获取的图像的像素点的光谱信息与预存的光谱信息进行比对，当可以匹配时，确定为第一类光谱信息。例如，在本申请实施例中，可以预设数据库，所述数据库中存储有各种不同光源的光谱信息。
此外，也可以根据第一示例的方法，通过恢复出的光谱数据测得每个像素点的色温，当第一设定区域的每个像素色温值在第一设定阈值范围内时，确定第一光源信息，当第二设定区域的每个像素色温值在第二设定阈值范围内时，确定第二光源信息。如图7所示，不同的设定区域对应的光源信息不同，根据每个像素的色温值确定各个设定区域的边界，如根据像素的色温值可以看出为暖光色温阈值范围，作为第一设定区域，根据像素的色温值确定为第一光源信息，则将第一设定区域的色温调整为对第一光源信息的色温。同样地，如果像素的色温值在冷光光源的阈值范围，在第二设定区域，则根据第二区域的色温值确认为第二光源信息，例如，第二光源信息相对于第一光源信息偏冷色色温。这样，对应的图像中的各个像素点进行对应不同的光源色温的调整。进一步地，可以确认是室内光源还是室外光源，根据不同区域的光源信息调整对应的图像中不同区域的色温值。
因此，在根据本申请实施例的环境光传感器中，使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：根据所述光谱数据及其所对应的空间信息确定环境中不同光源的光谱信息对应的类型或确定环境中设定区域的光源的光谱信息对应的类型。
另外，在根据本申请实施例的环境光传感器中，使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：使用所述光谱数据及其所对应的空间信息确定每个像素点的色温值；以及，使用所述色温值确定至少第一设定区域和第一光源信息以及第二设定区域和第二光源信息。
并且，在上述环境光传感器中，使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据进一步包括：将第一设定区域的色温调整为与第一光源信息对应的第一色温；和/或，将第二设定区域的色温调整为与第二光源信息对应的第二色温。
在第三示例中，考虑到光谱成像传感器期望每个光谱像素单元内颜色均一性较好(这样才能获得比较高质量的光谱图像数据)，因此需要空间分辨率相对较高；但对于环境光传感器，往往需要一个相对大的区域内的平均光谱信息进行计算，也就是期望较低的空间分辨率。为了解决这个问题，求得更为准确的色温，在该示例中可以采用以下方式：
首先由光谱成像传感器获得空间分辨率较高的光谱图像数据；
然后选择合适的空间分辨率，按照通道叠加强度，(类似装仓(binning)操作)，最后再计算色温。
具体地，以3*3的光谱像素为例，从图像传感器芯片获取到各个像素的色度坐标(x、y)，通过将设定通道数的光谱信息进行叠加，合并为空间分辨率较低的光谱信息后，根据叠加后的光谱信息进行计算，获得带有空间参数的色温值，如图8所示。这里，图8图示了根据本申请实施例的环境光传感器中的光谱数据的通道叠加的示意图。具体地，以设定通道为两个通道为例，叠加的方法有求算术平均，还可以几何平均、均方根(√a2+b2)、调和平均等。
也就是，在根据本申请实施例的环境光传感器中，使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：基于所述光谱数据对应的空间信息，将相邻的预定数量的像素的光谱数据进行叠加；以及，基于叠加后的光谱数据及其所对应的空间信息恢复设定区域的所述环境光的色温数据。
在第四示例中，代替通过计算方式来进行装仓操作，通过在成像镜头后面设置一个匀光层，例如如上所述具有匀光单元的匀光层，从而分区域将光进行混合，来物理上完成了第三示例的“装仓”操作，如图9所示。图9图示了根据本申请实施例的环境光传感器的第一变型示例的示意性框图。这里，匀光层位于光学成像系统和滤光结构之间，匀光层由至少一个匀光单元组成，每个匀光单元将照射到匀光单元上的光进行混合以及面均匀化，匀化后的光在角度和空间上都较为均匀，再入射到滤光结构。
同样，以将3*3的结构单元对应一个光谱像素为例，对应的每个结构单元的各通道光谱信息进行叠加，合成为一个光谱像素的光谱信息，然后根据匀光后的光谱信息计算色温信息。当然，进一步地，可以将几个光谱像素再进行合并，得到更大的像素的光谱信息，以便可以减少计算，得到更为准确的色温值。
此外，为了进一步地将环境光照射到对应的结构单元上，还可以增加微透镜层，如图10所示。图10图示了根据本申请实施例的环境光传感器的第二变型示例的示意性框图。例如，匀光层上可以设置多个匀光片，每个匀光片至少对应一个光谱像素，每个光谱像素对应至少两个结构单元。同样地，在微透镜层也设置对应的微透镜片，每个微透镜片对应至少一个匀光片。优选地，匀光片位于微透镜组的焦平面上。
也就是，在根据本申请实施例的环境光传感器中，进一步包括具有至少一个匀光单元的匀光层，所述匀光单元用于将照射到所述匀光单元上的光进行混合以及面均匀化再入射到所述滤光结构。
并且，在根据本申请实施例的环境光传感器中，进一步包括至少一个微透镜片的微透镜层，所述匀光单元出射的光入射到所述微透镜片再入射到所述滤光结构。
并且，在根据本申请实施例的环境光传感器中，所述匀光单元位于所述微透镜片的焦平面上。
另外，根据本申请实施例的环境光传感器的数据处理单元130还可以进一步用于基于所述色温数据对以所述环境光成像的图像进行白平衡优化。
具体地，由于可以根据空间信息测量得到对应的环境光的光谱信息，因此得到的色温值也是对应的不同的空间区域的光谱信息，根据计算得到的设定区域的色温值，从而可以进一步调整拍摄的图像信息。例如，在确定出相关色温之后，查询相关色温和三原色的增益值的对应关系，得到三原色的增益值，其中，三原色包含红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)。对图像中各像素点，将RGB三原色的原始灰度值分别乘以对应的增益值，得到调整后的每个像素点的RGB的灰度值，以对图像中各像素点的色温调整。其中，通过每个像素点中RGB的灰度值即可确定每一个像素点的像素值，即该像素点的RGB灰度值就是该像素点的像素值。从而实现了通过确定的相关色温，去除环境光带来的色彩，起到了对图像进行白平衡的作用。
进一步地，得到图像各区域的色温之后，还可以进一步进行根据所述计算得到的色温值以及对应的空间信息对拍摄的图像进行分区，并根据计算得到的色温值进行图像的分区的白平衡校准，从而进行分区域的白平衡优化。
也就是，通过使用如上所述的具有空间信息的色温信息，即按照空间区域细分的色温信息，可以进一步更为准确的环境色温情况，包括平均光照色温，分区域色温等信息。并且，利用这些色温信息，可以进一步对图像进行分区域白平衡等图像优化，例如，如图11所示。这里，图11图示了根据本申请实施例的环境光传感器的分区域白平衡图像优化处理的示例。
因此，在根据本申请实施例的环境光传感器中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：根据所述空间信息及对应的光谱数据恢复对应每个空间信息的色温数据。
并且，在根据本申请实施例的环境光传感器中，基于叠加后的光谱数据及其所对应的空间信息恢复设定区域的环境光的色温数据包括：根据所述设定区域的色温数据进行分区白平衡优化。
另外，在本申请实施例中，进一步涉及包括如上所述的环境光传感器的终端。本领域技术人员可以理解，上述终端可以是需要恢复色温信息的任意终端设备，比如智能手机等。
示例性数据处理方法
图12图示了根据本申请实施例的环境光传感器的数据处理方法的示意性流程图。
如图12所示，根据本申请实施例的环境光传感器的数据处理方法包括：S210，由具有结构单元的滤光结构接收待恢复色温的环境光并对所述环境光进行调制；S220，由具有与所述结构单元匹配的像素单元的光探测器阵列从所述调制的环境光获得光测量值；以及，S230，由数据处理单元从所述光测量值获得所述环境光的光谱数据，并使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。
在上述环境光传感器的数据处理方法中，由数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：基于所述光谱数据对应的空间信息，将相邻的预定数目的像素的光谱数据进行叠加；以及，基于叠加后的光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。
在上述环境光传感器的数据处理方法中，由数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：获取与所述光谱数据的波长对应的各波长的所述环境光的三刺激函数；将所述各波长的三刺激函数与对应的波长相乘后累加以得到所述环境光的三刺激值；基于所述环境光的三刺激值计算所述环境光的色坐标值；以及，基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据。
在上述环境光传感器的数据处理方法中，基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据包括：从色度学表上的最低色温对应的行起，获取黑体轨迹等温线的色品坐标表中的该行的黑体轨迹上的第一色坐标x1、y1和黑体轨迹外的第二色坐标x2、y2，并将所述环境光的色坐标值记为x0、y0；响应于D1＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该行对应的色温作为所述环境光的色温；响应于D1不等于0，获取该行的上一行的x1、y1，x2、y2；响应于D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该上一行对应的色温作为所述环境光的色温；响应于D2不等于0且D1*D2大于0，使D1＝D2，再取所述上一行的上一行x1、y1，x2、y2；响应于D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该上一行的上一行对应的色温作为所述环境光的色温；以及，响应于D2不等于0且D1*D2小于0，则D1、D2取绝对值，并确定其对应的色温为T1、T2，计算所述环境光的色温为T1+D1*(T1+T2)/(D1+D2)。
在上述环境光传感器的数据处理方法中，基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据进一步包括：响应于未找到D1*D2小于0，则无色温数据。
在上述环境光传感器的数据处理方法中，由所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：根据所述光谱数据及其所对应的空间信息确定环境中不同光源的光谱信息对应的类型。
在上述环境光传感器的数据处理方法中，由所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：使用所述光谱数据及其所对应的空间信息确定每个像素点的色温值；以及，使用所述色温值确定至少第一设定区域和第一光源信息以及第二设定区域和第二光源信息。
在上述环境光传感器的数据处理方法中，由所述数据处理单元所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据进一步包括：将第一设定区域的色温调整为与第一光源信息对应的第一色温；和/或，将第二设定区域的色温调整为与第二光源信息对应的第二色温。
在上述环境光传感器的数据处理方法中，进一步包括：由所述数据处理单元基于所述色温数据对以所述环境光成像的图像进行白平衡优化。
这里，本领域技术人员可以理解，根据本申请实施例的环境光传感器的数据处理方法的其它细节与如上所述的根据本申请实施例的环境光传感器的相应细节完全一致，这里就不再赘述。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (25)

1.一种环境光传感器，其特征在于，包括：
具有结构单元的滤光结构，用于接收待恢复色温的环境光并对所述环境光进行调制；
光探测器阵列，具有与所述结构单元匹配的像素单元，用于从调制的环境光获得光测量值；以及
数据处理单元，用于从所述光测量值获得所述环境光的光谱数据，并使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。
2.如权利要求1所述的环境光传感器，其中，当一个所述结构单元对应于一个所述像素单元时，所述光谱像素包括对应一组光谱像素的光谱数据，且根据所述光谱数据恢复对应所述像素单元的所述入射光的色温数据。
3.如权利要求1所述的环境光传感器，其中，当一个所述结构单元对应于多个所述像素单元或者多个所述结构单元对应多个所述像素单元时，所述光谱数据包括对应于不同光谱像素的光谱数据，且所述不同光谱像素对应于不同的所述像素单元，根据所述光谱数据恢复对应不同所述像素单元的所述入射光的色温数据。
4.如权利要求1所述的环境光传感器，进一步包括具有至少一个匀光单元的匀光层，所述匀光单元用于将照射到所述匀光单元上的光进行混合以及面均匀化再入射到所述滤光结构。
5.如权利要求4所述的环境光传感器，其中，每个光谱像素对应于一组或几组像素单元，所述一组或者几组像素单元上对应设置同一匀光单元。
6.如权利要求1所述的环境光传感器，其中，还包括光学成像系统，用于辅助获取对应所述入射光的空间信息。。
7.如权利要求6所述的环境光传感器，其中，所述空间信息包括二维空间信息或/和三维空间信息。
8.如权利要求6所述的环境光传感器，其中，所述光学成像系统用于对所测环境场景进行成像，当所述光探测器阵列位于成像面时，所测环境场景物点与像点一一对应，根据所述像点坐标获取所述物点的空间信息。
9.如权利要求6所述的环境光传感器，其中，当所述光探测器阵列位于焦面时，用于获取环境场景物点与像点的角度关系，根据所述环境场景物点与像点的角度关系，获得对应所述入射光的空间信息。
10.如权利要求6所述的环境光传感器，其中，当所述光探测器阵列位于非成像面时，用于获取环境场景物点与所述入射光入射到所述探测器阵列对应点的相对位置关系及角度关系，根据所述相对位置关系及角度关系获取所述空间信息。
11.如权利要求6所述的环境光传感器，其中，所述三维空间信息包括经由距离传感器或者飞行时间模组获得的深度信息。
12.如权利要求1所述的环境光传感器，其中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：
基于所述光谱数据对应的空间信息，将相邻的预定数量的像素的光谱数据进行叠加；以及，
基于叠加后的光谱数据及其所对应的空间信息恢复设定区域的环境光的色温数据。
13.如权利要求12所述的环境光传感器，进一步包括至少一个微透镜片的微透镜层，所述匀光单元出射的光入射到所述微透镜片再入射到所述滤光结构。
14.如权利要求13所述的环境光传感器，其中，所述匀光单元位于所述微透镜片的焦平面上。
15.如权利要求1所述的环境光传感器，其中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：根据所述空间信息及对应的光谱数据恢复对应每个空间信息的色温数据。
16.如权利要求12所述的环境光传感器，其中，基于叠加后的光谱数据及其所对应的空间信息恢复设定区域的环境光的色温数据包括：根据所述设定区域的色温数据进行分区白平衡优化。
17.如权利要求1所述的环境光传感器，其中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：
获取与所述光谱数据的波长对应的各波长的所述环境光的三刺激函数；
将所述各波长的三刺激函数与对应的波长相乘后累加以得到所述环境光的三刺激值；
基于所述环境光的三刺激值计算所述环境光的色坐标值；以及，
基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据。
18.如权利要求17所述的环境光传感器，其中，所述数据处理单元基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据包括：
从色度学表上的最低色温对应的行起，获取黑体轨迹等温线的色品坐标表中的该行的黑体轨迹上的第一色坐标x1、y1和黑体轨迹外的第二色坐标x2、y2，并将所述环境光的色坐标值记为x0、y0；
响应于D1＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该行对应的色温作为所述环境光的色温；
响应于D1不等于0，获取该行的上一行的x1、y1，x2、y2；
响应于D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该上一行对应的色温作为所述环境光的色温；
响应于D2不等于0且D1*D2大于0，使D1＝D2，再取所述上一行的上一行x1、y1，x2、y2；
响应于D2＝(x0-x1)(y1-y2)-(x1-x2)(y0-y1)＝0，获取该上一行的上一行对应的色温作为所述环境光的色温；以及，
响应于D2不等于0且D1*D2小于0，则D1、D2取绝对值，并确定其对应的色温为T1、T2，计算所述环境光的色温为T1+D1*(T1+T2)/(D1+D2)。
19.如权利要求18所述的环境光传感器，其中，所述数据处理单元基于所述环境光的色坐标值通过查询色度学表以得到所述环境光的色温数据进一步包括：
响应于未找到D1*D2小于0，则无色温数据。
20.如权利要求1或者12所述的环境光传感器，其中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：
根据所述光谱数据及其所对应的空间信息确定环境中不同光源的光谱信息对应的类型或确定环境中设定区域的光源的光谱信息对应的类型。
21.如权利要求1所述的环境光传感器，其中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据包括：
使用所述光谱数据及其所对应的空间信息确定每个像素点的色温值；以及，
使用所述色温值确定至少第一设定区域和第一光源信息以及第二设定区域和第二光源信息。
22.如权利要求21所述的环境光传感器，其中，所述数据处理单元使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据进一步包括：
将第一设定区域的色温调整为与第一光源信息对应的第一色温；和/或，
将第二设定区域的色温调整为与第二光源信息对应的第二色温。
23.如权利要求1所述的环境光传感器，其中，所述数据处理单元进一步用于基于所述色温数据对以所述环境光成像的图像进行白平衡优化。
24.一种终端，其特征在于，所述终端包括权利要求1-23任一所述的环境光传感器。
25.一种环境光传感器的数据处理方法，其特征在于，包括：
由具有结构单元的滤光结构接收待恢复色温的环境光并对所述环境光进行调制；
由具有与所述结构单元匹配的像素单元的光探测器阵列从所述调制的环境光获得光测量值；以及
由数据处理单元从所述光测量值获得所述环境光的光谱数据，并使用所述光谱数据及其所对应的空间信息恢复所述环境光的色温数据。
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