CN206559541U - 彩色图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种彩色图像传感器，包括彩色滤光元件，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元和近红外滤光单元。在彩色滤光元件中，即可得到含有近红外信息的红色、绿色、蓝色的值，也可得到近红外波段的光子值，通过将含有近红外信息的红色值、绿色值和蓝色值均减去近红外波段的光子值得到接近于人眼看到的红色值、绿色值和蓝色值，不仅在明场环境和极微弱光环境下均可得到彩色图像，而且使彩色图像的颜色更加真实。

Description

彩色图像传感器
技术领域
本实用新型涉及图像成像技术领域，特别涉及一种彩色图像传感器。
背景技术
可以获取彩色图像的图像传感器通常从外到内依次包括透镜、彩色滤光单元和感光单元，外部的光线经透镜到达彩色滤光单元，再到达感光单元，其中，彩色滤光单元上通常设有红色(R)滤光单元、绿色(G)滤光单元和蓝色(B)滤光单元。人眼一般能够感知到的电磁波的波长在400～760nm，这部分频谱范围内的光属于可见光，但现有的彩色图像传感器中的红色滤光单元、绿色滤光单元和蓝色滤光单元均可透过不可见光，具体的，现有的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元对不同电磁波的透过率曲线见图1中的曲线3、曲线2、曲线1所示，横坐标代表波长，单位为nm，纵坐标代表光透过率，单位为％。由图1可以看出，在可见光范围内均有红色、绿色和蓝色，红色、绿色、蓝色在不可见光范围内也有超过760nm的近红外光谱，只是通常人们能感知到的红色、绿色和蓝色是在可见光范围内的红色、绿色和蓝色。在白天，利用现有的彩色滤光单元可以获取到彩色图像。但是在极微弱光环境下，由于红色、绿色和蓝色光子相对减少，当R、G、B光子数少于图像传感器的灵敏度阈值时，现有的彩色图像传感器将无法获取到彩色图像。
公开号为CN202815393U的中国实用新型专利公开了一种图像采集设备及其滤光片装置和滤光片切换装置，包括红外截止滤光片、全通滤光片、偏正光滤光片、滤光片窗口、驱动机构和移动滑轨，移动滑轨承载红外截止滤光片、全通滤光片和偏正光滤光片，驱动机构与移动滑轨连接，驱动移动滑轨移动，使得承载在移动滑轨上的红外截止滤光片、全通滤光片或者偏正光滤光片移动到滤光片窗口位置处，切换到滤光片窗口位置的滤光片为当前摄像机采集图像时使用的滤光片类型。在透镜、彩色滤光单元和感光单元的基础上增加了红外截止滤光片、全通滤光片或者偏正光滤光片，使用时，当光源强度大于光源上限值，使用偏正光滤光片，当光源强度小于光源下限值，使用全通滤光片，当光源强度处于光源下限值与光源上限值之间，使用红外截止滤光片，根据光源情况自动进行不同滤光片的切换，降低了图像采集设备发生过曝的几率，虽然可以保持图像较好的色彩饱和度，但是结构较为复杂，成本较高，而且在极微弱光情况下，由于切换成全通滤光片，因此无法实现彩色成像；另外，当使用红外截止滤光片时可以得到接近于人眼看到的红色值、绿色值和蓝色值，因为将红外频谱范围内的光子过滤掉了，当不使用红外截止滤光片时，得到的红色值、绿色值和蓝色值是包含可见光和红外两个频谱范围内的红色值、绿色值和蓝色值，彩色图像不真实。
公开号为CN104735427B的中国实用新型专利公开了一种图像传感器，保留了现有的拜耳格式的可见光感光单元，在边缘区域增加了红外感光单元，不需要额外使用红外截止滤光片，只需要一片可见光和红外光都可以通过的双通滤光片来使白天的颜色准确性更好，增加夜间亮度。在该专利中引入了红外感光单元，红外光属于不可见光，近红外(NIR)滤光单元对不同电磁波的反射率曲线见图2所示，该专利将红外感光单元设置在可见光感光单元的边缘区域，虽然可以增加白天颜色的准确性，增加夜晚的亮度，但是由于红外线感光单元本身分布区域较小，距离又较远，透光性不高，因此对白天颜色的准确性提高有限，仅能增加可见光感光单元边缘区域的亮度，对夜晚图像的亮度增加有限，而且IR感光单元分布在边缘区域，只能感光而无法成像，所以在极微弱光情况下无法实现彩色成像。
另外，现有的彩色图像传感器中，为了获取极微弱光情况下的图像，需要采用W滤光片，即全通滤光单元，将近红外光(NIR)也收入感光单元中。例如，公开号为CN105340079A的PCT进入中国的实用新型专利公开了一种背面照射型图像传感器、成像装置和电子设备，该专利的说明书图9中在彩色滤光单元中还设置有白色(W)滤光片的图像传感器，这样可以增大彩色滤光单元的透光率，提高彩色滤光单元的灵敏度，白色滤光片的比例越高，图像传感器的灵敏度越高，但是该种类型的图像传感器也仅能在白天获得彩色图像，在极微弱光情况下，虽然白色(W)滤光片能感知近红外光(NIR)，具有一定的微弱光探测灵敏度，但是此感光单元不仅感应可见光，而且感应近红外光，所以不能还原出色彩数值，因此也无法实现极微弱光的彩色成像。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种彩色图像传感器，使不需要切换滤光片，就可在白天获取到彩色图像，在极微弱光的环境也能获取到彩色图像。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种彩色图像传感器，包括彩色滤光元件，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元(R)、绿色滤光单元(G)、蓝色滤光单元(B)和近红外滤光单元(NIR)。
进一步的，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外滤光单元和全通单元。
进一步的，所述彩色滤光元件的每个阵列中至少一半设置有全通单元。
进一步的，所述彩色滤光元件在行和列上按照间隔一个单元的方式布置有全通单元，且这些全通单元在行和列上交错设置。
进一步的，所述彩色滤光元件按照4×4阵列的方式排布，每个4×4阵列中包含有至少一个的红色滤光单元、至少一个的绿色滤光单元、至少一个的蓝色滤光单元和至少一个的近红外滤光单元，其他均为全通单元。
进一步的，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有一个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、四个的近红外滤光单元和八个的全通单元。
进一步的，一个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元分别位于4×4阵列的一个九宫格的四个角落，其中一个近红外滤光单元位于该一个九宫格的中心，且四个近红外滤光单元分别位于另外一个九宫格的四个角落。
进一步的，两个绿色滤光单元分别位于一个九宫格的斜对角落。
进一步的，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和十二个的全通单元。
进一步的，一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元分别位于4×4阵列的其中一个九宫格的四个角落。
进一步的，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元和八个的全通单元。
进一步的，每个4×4阵列中包含有两个九宫格，其中一个九宫格的中心单元互为另一个九宫格的角落单元，两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元分别位于这两个九宫格的四个角落。
进一步的，在两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元中，其中两种类型的滤光单元位于其中一个九宫格的四个角落，另外两种类型的滤光单元位于另外一个九宫格的四个角落。
进一步的，在两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元中，其中两种类型的滤光单元中，相同类型的滤光单元位于其中一个九宫格的相对设置的两个角落，另外两种类型的滤光单元中，相同类型的滤光单元位于另外一个九宫格的相对设置的两个角落。
进一步的，所述彩色滤光元件按照3×3阵列的方式排布，每个3×3阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和五个的全通单元，其中一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元按照2×2阵列的方式排布。
进一步的，所述彩色滤光元件按照2×3阵列的方式排布，每个2×3阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和两个的全通单元，其中一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元按照2×2阵列的方式排布。
进一步的，还包括感光元件，所述感光元件与所述彩色滤光元件平行设置，且所述感光元件位于所述彩色滤光元件的后方。
本实用新型的有益效果在于：通过在彩色滤光元件中增加近红外滤光单元(NIR)，使图像传感器可以获取到图像中的像素点对应的近红外值，又由于通过红色滤光单元(R)、绿色滤光单元(G)、蓝色滤光单元(B)得到的红色值、绿色值和蓝色值中包含有近红外部分的红色值、绿色值、蓝色值，这三种颜色在近红外频谱范围内对光子值的透过率曲线见图1中曲线3、曲线2、曲线1在760nm后的部分，可以看出，红色、绿色和蓝色在760nm后对光子的透过率接近于100％，而760～1000nm，范围属于近红外频谱范围，对近红外光子的透过率也为100％，因此，可以用近红外滤光单元(NIR)得到的近红外值，来校正图像中的红色值、绿色值和蓝色值，使得到接近于人眼部分(可见光部分)的红色值、绿色值和蓝色值，从而使彩色图像中的颜色更加真实，并且不管在明场还是极微弱光情况下，均可得到红色值、绿色值和蓝色值，即均可还原出彩色图像；四种滤光单元按照阵列排布，使在每个阵列中均可得到红色值、绿色值、蓝色值和近红外值，从而使彩色图像成像较为准确。
附图说明
图1为红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元对不同频谱范围内的电磁波的透过率曲线；
图2为近红外滤光单元对不同电磁波的反射率曲线；
图3为本实用新型实施例五的彩色滤光元件的排列方式示意图；
图4为本实用新型实施例六的彩色滤光元件的排列方式示意图；
图5为本实用新型实施例七的彩色滤光元件的排列方式示意图；
图6为本实用新型实施例八的彩色滤光元件的排列方式示意图；
图7为本实用新型实施例九的彩色滤光元件的排列方式示意图；
图8为本实用新型实施例的彩色图像成像方法的流程图；
图9为本实用新型实施例十一的彩色图像成像方法的流程图；
图10为本实用新型实施例十二的彩色图像成像方法的流程图；
图11为本实用新型实施例十三的彩色图像成像方法的流程图。
图中标号说明：
曲线1是指蓝色滤光单元对不同电磁波的透过率曲线；
曲线2是指绿色滤光单元对不同电磁波的透过率曲线；
曲线3是指红色滤光单元对不同电磁波的透过率曲线。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本实用新型最关键的构思在于：在彩色滤光元件中包含有红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元和近红外滤光单元，能准确获得近红外光值，从而实现通过近红外光值对红色值、绿色值、蓝色值进行校正，则不管在明场还是极微弱光情况下，均可得到接近于人眼看到的彩色图像。
请参照图3至图7，本实用新型提供了一种彩色图像传感器，包括彩色滤光元件，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元(R)、绿色滤光单元(G)、蓝色滤光单元(B)和近红外滤光单元(NIR)。
进一步的，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元(R)、绿色滤光单元(G)、蓝色滤光单元(B)、近红外滤光单元(NIR)和全通单元(BW)。
由上述描述可知，通过全通单元使图像传感器具有较好的透光性，提高其在明场或者极微弱光下图像的透光性和灵敏度，在图像还原的过程中，红色值、绿色值、蓝色值合成为图像成像时的彩色通道图像，近红外值和全通光子值合成为图像成像时的亮度通道图像，彩色通道图像与亮度通道图像再叠加合成为一个整体图像输出，从而使最终获得的彩色图像色彩更加清晰，亮度更好。
进一步的，所述彩色滤光元件的每个阵列中至少一半设置有全通单元。
由上述描述可知，彩色滤光元件的每个阵列中至少一半设置有全通单元，可提高图像传感器的灵敏度，还可提升图像传感器在极微弱光下获得的彩色图像的清晰度和亮度。
进一步的，所述彩色滤光元件在行和列上按照间隔一个单元的方式布置有全通单元，且这些全通单元在行和列上交错设置。
由上述描述可知，每个红色滤光单元(R)、绿色滤光单元(G)、蓝色滤光单元(B)或者近红外滤光单元(NIR)的四周均为全通单元(BW)，使图像传感器的整体灵敏度均较高，且光透过性较好。
进一步的，请参照图3至图5，所述彩色滤光元件按照4×4阵列的方式排布，每个4×4阵列中包含有至少一个的红色滤光单元、至少一个的绿色滤光单元、至少一个的蓝色滤光单元和至少一个的近红外滤光单元，其他均为全通单元。
由上述描述可知，彩色滤光元件按照4×4阵列的方式排布，每个4×4阵列中均可获得红色、绿色、蓝色和近红外值，使图像整体色彩比较均衡。
进一步的，请参照图3，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有一个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、四个的近红外滤光单元和八个的全通单元。
由上述描述可知，彩色滤光元件的每个4×4阵列中均包含有红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元，且每个阵列中的近红外滤光单元占据四分之一，全通单元占据二分之一，使红色、绿色、蓝色较为均衡，获取近红外值的能力好，且光透过能力强，灵敏度高，在极微弱光情况下获得彩色图像的能力强。
进一步的，一个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元分别位于4×4阵列的一个九宫格的四个角落，其中一个近红外滤光单元位于该一个九宫格的中心，且四个近红外滤光单元分别位于另外一个九宫格的四个角落。
由上述描述可知，在彩色滤光元件中，行和列交错设置的全通单元中穿插其他四种滤光单元，若其中一个九宫格的顶点为非近红外滤光单元，则其中心为近红外滤光单元，其四个角落分别设置一个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元和一个的蓝色滤光单元，若其中一个九宫格的顶点为近红外滤光单元，则其四个角落均为近红外滤光单元，其中心为红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元其中之一，使图像传感器感光元件对红色、绿色、蓝色的获取较为均衡，获取近红外值的能力好，光通过能力强，灵敏度高，明场和光微弱环境下的成像能力好。
进一步的，两个绿色滤光单元分别位于一个九宫格的斜对角落。
由上述描述可知，两个绿色滤光单元分别位于一个九宫格的斜对角落，使对绿色值的获取较为准确、均衡。
进一步的，请参照图4，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和十二个的全通单元。
由上述描述可知，每个4×4阵列中均包括红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外滤光单元，且全通单元占据了四分之三，使每个阵列中均可获得红色、绿色、蓝色和近红外，还具有较强的透光性和灵敏度。
进一步的，一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元分别位于4×4阵列的其中一个九宫格的四个角落。
由上述描述可知，在每个4×4阵列的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外滤光单元分别分布于一个九宫格的四个角落，其他均为全通单元，使前四种滤光单元附近的透光量均较好，图像传感器的整体灵敏度较高。
进一步的，请参照图5，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元和八个的全通单元。
由上述描述可知，每个4×4阵列中全通单元占据二分之一，同时使红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外值均为两个，在保持较好的透光度和灵敏度的情况下，使红色、绿色、蓝色和近红外的值尽量准确。
进一步的，每个4×4阵列中包含有两个九宫格，其中一个九宫格的中心单元互为另一个九宫格的角落单元，两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元分别位于这两个九宫格的四个角落。
由上述描述可知，每个4×4阵列中，行和列交错设置的全通单元中穿插其他四种滤光单元，其他四种滤光单元周围均为全通单元，使使透光性好且均匀，红色、绿色、蓝色和近红外获取较为准确。
进一步的，在两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元中，其中两种类型的滤光单元位于其中一个九宫格的四个角落，另外两种类型的滤光单元位于另外一个九宫格的四个角落。
由上述描述可知，除全通单元外的四种滤光单元中，每两种滤光单元分布在一个九宫格的四个角落，由于两个九宫格交错设置，使这四种滤光单元的分布较为均衡。
进一步的，在两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元中，其中两种类型的滤光单元中，相同类型的滤光单元位于其中一个九宫格的相对设置的两个角落，另外两种类型的滤光单元中，相同类型的滤光单元位于另外一个九宫格的相对设置的两个角落。
由上述描述可知，除全通单元外的四种滤光单元中，每两种分布在一个九宫格的四个角落，每种类型的滤光单元有两个，且相同类型的滤光单元分布在九宫格的相对设置的角落处，使每种类型的滤光单元之间的间距较近且分布均衡，使图像色彩更加准确。
进一步的，请参照图6，所述彩色滤光元件按照3×3阵列的方式排布，每个3×3阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和五个的全通单元，其中一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元按照2×2阵列的方式排布。
由上述描述可知，在每个3×3阵列中，每个红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外滤光单元的其中两个侧面为全通单元，透光性好，灵敏度好。
进一步的，请参照图7，所述彩色滤光元件按照2×3阵列的方式排布，每个2×3阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和两个的全通单元，其中一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元按照2×2阵列的方式排布。
由上述描述可知，在每个2×3阵列中，红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外滤光单元的左侧或者右侧为全通单元，从而保持图像传感器一定的灵敏度和光亮度。
进一步的，还包括感光元件，所述感光元件与所述彩色滤光元件平行设置，且所述感光元件位于所述彩色滤光元件的后方。
由上述描述可知，感光元件位于彩色滤光元件的后方，用于感应彩色滤光元件上每个滤光单元对应的光子值。
请参照图3至图7，本实用新型的实施例一为：
一种彩色图像传感器，包括彩色滤光元件，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元和近红外滤光单元。
请参照图3至图7，本实用新型的实施例二为：
一种彩色图像传感器，在实施例一的基础上，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外滤光单元和全通单元。
请参照图3至图6，本实用新型的实施例三为：
一种彩色图像传感器，在实施例二的基础上，所述彩色滤光元件的每个阵列中至少一半设置有全通单元；优选地，所述彩色滤光元件在行和列上按照间隔一个单元的方式布置有全通单元，且这些全通单元在行和列上交错设置。
请参照图3至图5，本实用新型的实施例四为：
一种彩色图像传感器，在实施例二的基础上，所述彩色滤光元件按照4×4阵列的方式排布，每个4×4阵列中包含有至少一个的红色滤光单元、至少一个的绿色滤光单元、至少一个的蓝色滤光单元和至少一个的近红外滤光单元，其他均为全通单元。
请参照图3，本实用新型的实施例五为：
一种彩色图像传感器，在实施例四的基础上，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有一个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、四个的近红外滤光单元和八个的全通单元；优选地，一个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元分别位于4×4阵列的一个九宫格的四个角落，其中一个近红外滤光单元位于该一个九宫格的中心，且四个近红外滤光单元分别位于另外一个九宫格的四个角落；优选地，两个绿色滤光单元分别位于一个九宫格的斜对角落。
请参照图4，本实用新型的实施例六为：
一种彩色图像传感器，在实施例四的基础上，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和十二个的全通单元；优选地，一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元分别位于4×4阵列的其中一个九宫格的四个角落。
请参照图5，本实用新型的实施例七为：
一种彩色图像传感器，在实施例四的基础上，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元和八个的全通单元；优选地，每个4×4阵列中包含有两个九宫格，其中一个九宫格的中心单元互为另一个九宫格的角落单元，两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元分别位于这两个九宫格的四个角落；优选地，在两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元中，其中两种类型的滤光单元位于其中一个九宫格的四个角落，另外两种类型的滤光单元位于另外一个九宫格的四个角落；优选地，在两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元中，其中两种类型的滤光单元中，相同类型的滤光单元位于其中一个九宫格的相对设置的两个角落，另外两种类型的滤光单元中，相同类型的滤光单元位于另外一个九宫格的相对设置的两个角落。
请参照图6，本实用新型的实施例八为：
一种彩色图像传感器，在实施例二的基础上，所述彩色滤光元件按照3×3阵列的方式排布，每个3×3阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和五个的全通单元，其中一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元按照2×2阵列的方式排布。
请参照图7，本实用新型的实施例九为：
一种彩色图像传感器，在实施例二的基础上，所述彩色滤光元件按照2×3阵列的方式排布，每个2×3阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和两个的全通单元，其中一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元按照2×2阵列的方式排布。
请参照图3至图7，本实用新型的实施例十为：
一种彩色图像传感器，在实施例一或二的基础上，还包括感光元件，所述感光元件与所述彩色滤光元件平行设置，且所述感光元件位于所述彩色滤光元件的后方。
请参照图8至图11，一种彩色图像成像方法，所述方法为：
对彩色滤光元件划分区域，计算每个区域的红色值Ri、绿色值Gi、蓝色值Bi、近红外值NIRi；
将每个区域的Ri、Gi、Bi均减去NIRi，得到该区域的接近于人眼看到的红色值Ri'、绿色值Gi'、蓝色值Bi'；
将每个区域的Ri'、Gi'、Bi'值叠加得到该区域的彩色通道图像。
进一步的，请参照图9，还包括：将每个区域的彩色通道图像与该区域的NIRi值叠加得到该区域的图像。
由上述描述可知，在每个区域中，Ri'、Gi'、Bi'值合成形成彩色通道图像，NIRi值可作为亮度通道图像，将彩色通道图像与亮度通道图像叠加得到该区域的最终的图像；那么对于整个彩色滤光元件，将各区域的图像拼接就得到整个彩色图像。
进一步的，请参照图10，还包括：
所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元和近红外滤光单元；
通过感光元件感应经彩色滤光元件后各像素点对应的红色值Ri”、绿色值Gi”、蓝色值Bi”或者近红外值NIRi”；
对彩色滤光元件划分区域；
根据各像素点的Ri”、Gi”、Bi”或者NIRi”，利用插值法或者平均值法计算得到彩色滤光元件的每个区域的红色值Ri、绿色值Gi、蓝色值Bi、近红外值NIRi。
由上述描述可知，彩色滤光元件上的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元和近红外滤光单元阵列排布，一个滤光单元对应一个像素点，通过感光元件能感应经过每个滤光单元的光子值，每个区域包含至少一个的像素点，通过感光元件感应到每个像素点对应的红色值Ri”、绿色值Gi”、蓝色值Bi”或者近红外值NIRi”，再通过插值法或者平均值法，可以计算得到每个区域对应的红色值Ri、绿色值Gi、蓝色值Bi、近红外值NIRi，方法合理。
进一步的，请参照图11，还包括：
所述彩色滤光元件还包括全通单元；
对彩色滤光元件划分区域，还计算每个区域的全通光子值BWi；
将每个区域的NIRi、BWi值叠加形成该区域的亮度通道图像；
将每个区域的彩色通道图像和亮度通道图像叠加得到该区域的图像。
由上述描述可知，彩色滤光元件上的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外滤光单元和全通单元阵列排布，则还可计算得到每个区域的全通光子值BWi，将NIRi、BWi值叠加形成亮度通道图像，使图像传感器光透过量更大，灵敏度更高，彩色通道图像和亮度通道图像叠加后的图像的亮度更高。
进一步的，还包括：
通过感光元件感应经彩色滤光元件后各像素点对应的红色值Ri”、绿色值Gi”、蓝色值Bi”、近红外值NIRi”或者全通光子值BWi”；
对彩色滤光元件划分区域；
根据各像素点的Ri”、Gi”、Bi”、NIRi”或者BWi”，利用插值法或者平均值法计算得到彩色滤光元件的每个区域的红色值Ri、绿色值Gi、蓝色值Bi、近红外值NIRi、全通光子值BWi。
由上述描述可知，一个滤光单元对应一个像素点，通过感光元件能感应经过各滤光单元的红色值Ri”、绿色值Gi”、蓝色值Bi”、近红外值NIRi”或者全通光子值BWi”，每个区域包含至少一个的像素点，通过插值法或者平均值法，可以计算得到每个区域对应的红色值Ri、绿色值Gi、蓝色值Bi、近红外值NIRi、全通光子值BWi，方法合理。
进一步的，对彩色滤光元件划分区域后，每个区域包含至少一个的像素点。
由上述描述可知，每个区域包含至少一个的像素点，每个区域包含的像素点数量越少，使彩色图像传感器的精度较高。
请参照图8至图9，本实用新型的实施例十一为：
一种彩色图像成像方法，所述方法为：
对彩色滤光元件划分区域，计算每个区域的红色值Ri、绿色值Gi、蓝色值Bi、近红外值NIRi；
将每个区域的Ri、Gi、Bi均减去NIRi，得到该区域的接近于人眼看到的红色值Ri'、绿色值Gi'、蓝色值Bi'；
将每个区域的Ri'、Gi'、Bi'值叠加得到该区域的彩色通道图像；
将每个区域的彩色通道图像与该区域的NIRi值叠加得到该区域的图像；
其中，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元和近红外滤光单元；对彩色滤光元件划分区域后，每个区域包含至少一个的像素点；每个滤光单元对应一个像素点。
请参照图10，本实用新型的实施例十二为：
一种彩色图像成像方法，在实施例十一的基础上，还包括：
通过感光元件感应经彩色滤光元件后各像素点对应的红色值Ri”、绿色值Gi”、蓝色值Bi”或者近红外值NIRi”；
对彩色滤光元件划分区域；
根据各像素点的Ri”、Gi”、Bi”或者NIRi”，利用插值法或者平均值法计算得到彩色滤光元件的每个区域的红色值Ri、绿色值Gi、蓝色值Bi、近红外值NIRi。
请参照图11，本实用新型的实施例十三为：
一种彩色图像成像方法，所述方法为：对彩色滤光元件划分区域，计算每个区域的红色值Ri、绿色值Gi、蓝色值Bi、近红外值NIRi和全通光子值BWi；
将每个区域的Ri、Gi、Bi均减去NIRi，得到该区域的接近于人眼看到的红色值Ri'、绿色值Gi'、蓝色值Bi'；
将每个区域的Ri'、Gi'、Bi'值叠加得到该区域的彩色通道图像；
将每个区域的NIRi、BWi值叠加形成该区域的亮度通道图像；
将每个区域的彩色通道图像和亮度通道图像叠加得到该区域的图像；
其中，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外滤光单元和全通单元。
请参照图11，本实用新型的实施例十四为：
一种彩色图像成像方法，在实施例十三的基础上，还包括：
通过感光元件感应经彩色滤光元件后各像素点对应的红色值Ri”、绿色值Gi”、蓝色值Bi”、近红外值NIRi”或者全通光子值BWi”；
对彩色滤光元件划分区域；
根据各像素点的Ri”、Gi”、Bi”、NIRi”或者BWi”，利用插值法或者平均值法计算得到彩色滤光元件的每个区域的红色值Ri、绿色值Gi、蓝色值Bi、近红外值NIRi、全通光子值BWi。
综上所述，本实用新型提供的彩色图像传感器，在彩色滤光元件上设有近红外滤光单元来获取近红外频谱范围内的光子数，并用近红外值来校正经过彩色滤光元件的红色值、绿色值和蓝色值，使得到接近于人眼看到的红色值、绿色值和蓝色值，彩色滤光元件还设有全通单元来增加透光量和灵敏度，通过感光元件感应近红外滤光单元、红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、全通单元对应的光子值，通过插值法或者平均值法计算每个区域上对应的红色值、绿色值、蓝色值、近红外值和全通光子值，将校正后的接近于人眼看到的红色值、绿色值和蓝色值叠加合成彩色通道图像，将近红外值和全通光子值叠加合成亮度通道图像，将彩色通道图像和亮度通道图像叠加合成彩色图像传感器得到的最终的彩色图像，使所述图像传感器在明场和极微弱光环境下均可获得彩色图像，且透光性好、灵敏度高，色彩饱和度好。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种彩色图像传感器，其特征在于，包括彩色滤光元件，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元和近红外滤光单元。
2.根据权利要求1所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光元件包括按照阵列排布的红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元、近红外滤光单元和全通单元。
3.根据权利要求2所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光元件的每个阵列中至少一半设置有全通单元。
4.根据权利要求3所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光元件在行和列上按照间隔一个单元的方式布置有全通单元，且这些全通单元在行和列上交错设置。
5.根据权利要求2所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光元件按照4×4阵列的方式排布，每个4×4阵列中包含有至少一个的红色滤光单元、至少一个的绿色滤光单元、至少一个的蓝色滤光单元和至少一个的近红外滤光单元，其他均为全通单元。
6.根据权利要求5所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有一个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、四个的近红外滤光单元和八个的全通单元。
7.根据权利要求6所述的彩色图像传感器，其特征在于，一个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元分别位于4×4阵列的一个九宫格的四个角落，其中一个近红外滤光单元位于该一个九宫格的中心，且四个近红外滤光单元分别位于另外一个九宫格的四个角落。
8.根据权利要求7所述的彩色图像传感器，其特征在于，两个绿色滤光单元分别位于一个九宫格的斜对角落。
9.根据权利要求5所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和十二个的全通单元。
10.根据权利要求9所述的彩色图像传感器，其特征在于，一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元分别位于4×4阵列的其中一个九宫格的四个角落。
11.根据权利要求5所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光元件的每个4×4阵列中包含有两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元和八个的全通单元。
12.根据权利要求11所述的彩色图像传感器，其特征在于，每个4×4阵列中包含有两个九宫格，其中一个九宫格的中心单元互为另一个九宫格的角落单元，两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元分别位于这两个九宫格的四个角落。
13.根据权利要求12所述的彩色图像传感器，其特征在于，在两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元中，其中两种类型的滤光单元位于其中一个九宫格的四个角落，另外两种类型的滤光单元位于另外一个九宫格的四个角落。
14.根据权利要求13所述的彩色图像传感器，其特征在于，在两个的红色滤光单元、两个的绿色滤光单元、两个的蓝色滤光单元、两个的近红外滤光单元中，其中两种类型的滤光单元中，相同类型的滤光单元位于其中一个九宫格的相对设置的两个角落，另外两种类型的滤光单元中，相同类型的滤光单元位于另外一个九宫格的相对设置的两个角落。
15.根据权利要求2所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光元件按照3×3阵列的方式排布，每个3×3阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和五个的全通单元，其中一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元按照2×2阵列的方式排布。
16.根据权利要求2所述的彩色图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光元件按照2×3阵列的方式排布，每个2×3阵列中包含有一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元和两个的全通单元，其中一个的红色滤光单元、一个的绿色滤光单元、一个的蓝色滤光单元、一个的近红外滤光单元按照2×2阵列的方式排布。
17.根据权利要求1或2所述的彩色图像传感器，其特征在于，还包括感光元件，所述感光元件与所述彩色滤光元件平行设置，且所述感光元件位于所述彩色滤光元件的后方。
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CN106911919A (zh) * 2017-03-24 2017-06-30 陈兵 彩色图像传感器及彩色图像成像方法
CN111601022A (zh) * 2020-05-11 2020-08-28 展谱光电科技（上海）有限公司 图像传感器及信号处理方法
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