CN212752389U - 图像传感器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及图像传感器和电子设备，有利于图像传感器在低光照环境下准确地还原图像。该图像传感器包括：滤光单元阵列，包括多个滤光单元组，所述多个滤光单元组中的每个滤光单元组包括3×3个滤光单元，所述每个滤光单元组均包括白色滤光单元和彩色滤光单元，且所述每个滤光单元组中的每行和每列均包括至少一个白色滤光单元和至少一个彩色滤光单元；像素阵列，位于所述滤光单元阵列下方，所述像素阵列中的像素与所述多个滤光单元组中的滤光单元一一对应，所述像素阵列中的像素用于接收经过与其对应的滤光单元过滤后的光信号。

Description

图像传感器和电子设备

本申请要求2020年5月15日提交中国专利局、申请号为202010410639.2、发明名称为“图像传感器和电子设备”的中国发明申请的优先权，其全部内容通过应用结合在本申请中。

技术领域

本申请实施例涉及图像领域，并且更具体地，涉及图像传感器和电子设备。

背景技术

电子设备中的成像系统通常依靠图像传感器来建立可视图像的电子显示。这样的图像传感器的例子包括电荷耦合装置(charge-coupled device，CCD)图像传感器和有源像素传感器(active pixel sensor，APS)装置，其中，因为能够在互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)处理中制造APS装置，所以APS装置经常也被叫做CMOS传感器。

这些图像传感器包括多个光敏像素，经常以行和列的规则图案进行排列。为了捕获彩色图像，需要在不同像素上累积特定波长的光信号，即对应接收特定颜色的信号，所以会在图像传感器中安装滤色器。例如，通常使用具有被配置成包括红绿蓝(RGB)中的每种颜色的拜耳(Bayer)阵列的滤波器。

为了使像素阵列中不同像素仅对部分可见光谱感光，需要将滤色器设置为不同颜色，以通过对应颜色的光信号，那么也就减少了到达每个光敏像素的光量，从而减少了每个光敏像素的光敏度。另外，由于在用于移动设备中时，通常图像传感器尺寸受限，对应的像素阵列的感光面积也受限，所以在低光照环境中下，拍照的性能会受限。

实用新型内容

本申请提供了一种图像传感器和电子设备，有利于图像传感器在低光照环境下准确地还原图像。

第一方面，提供了一种图像传感器，包括：滤光单元阵列，包括多个滤光单元组，所述多个滤光单元组中的每个滤光单元组包括3×3个滤光单元，所述每个滤光单元组均包括白色滤光单元和彩色滤光单元，且所述每个滤光单元组中的每行和每列均包括至少一个白色滤光单元和至少一个彩色滤光单元；像素阵列，位于所述滤光单元阵列下方，所述像素阵列中的像素与所述多个滤光单元组中的滤光单元一一对应，所述像素阵列中的像素用于接收经过与其对应的滤光单元过滤后的光信号。

基于上述技术方案，本申请中的图像传感器可以包括白色滤光单元，相比于仅设置单色滤光单元的滤光单元阵列而言，进光量会大大提高，相应地，也就能够提高整个图像传感器的进光量，使得该图像传感器即使在低光照环境下，性能仍然不受影响。

另外，每个滤光单元中的每行和每列均包括至少一个白色滤光单元和至少一个彩色滤光单元，即，每个滤光单元组中不会出现某行或某列均为白色滤光单元或均为彩色滤光单元，这样能够使得白色滤光单元与彩色滤光单元分布比较均匀，有利于后续图像的还原。

在一种可能的实现方式中，所述每个滤光单元组中包括5个白色滤光单元和4个彩色滤光单元。

白色滤光单元占整个滤光单元组的比重为50％左右，能够保证白色像素具有较高的高空采样率，这样能够明显提升整个图像传感器的进光量，有利于后续的remosaic算法获取更好的高分辨率灰度图像，有利于提升图像传感器的性能。

在一种可能的实现方式中，所述4个彩色滤光单元包括2个绿色滤光单元、1个红色滤光单元和1个蓝色滤光单元，能够保证绿色滤光单元具有较高的比重，有利于后续图像的还原。

在一种可能的实现方式中，所述每个滤光单元组中两条对角线上的滤光单元均为白色滤光单元。

在一种可能的实现方式中，所述4个彩色滤光单元中的2个绿色滤光单元间隔排列。

这种方式能够保证彩色滤光单元与白色滤光单元均匀设置，有利于后续图像的还原。

在一种可能的实现方式中，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第一行第三列、第二行第二列、第三行第一列、第三行第三列；所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列、第三行第二列；所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第三列；所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第一列。

在一种可能的实现方式中，所述每个滤光单元组中一条对角线上的滤光单元均为白色滤光单元，且所述红色滤光单元与所述蓝色滤光单元共边设置，所述2个绿色滤光单元共边设置。

在一种可能的实现方式中，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第二行第二列、第二行第三列、第三行第二列、第三行第三列；所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第一列、第三行第一列；所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列；所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第三列。

在一种可能的实现方式中，所述每个滤光单元组中包括4个白色滤光单元和5个彩色滤光单元。

白色滤光单元占整个滤光单元组的比重为50％以上，能够保证白色像素具有较高的高空采样率，这样能够明显提升整个图像传感器的进光量，有利于后续的remosaic算法获取更好的高分辨率灰度图像，有利于提升图像传感器的性能。

在一种可能的实现方式中，所述5个彩色滤光单元包括3个绿色滤光单元、1个红色滤光单元和1个蓝色滤光单元，能够保证绿色滤光单元具有较高的比重，有利于后续图像的还原。

在一种可能的实现方式中，所述相同颜色的彩色滤光单元不共边设置，这样有利于保证滤光单元的均匀布置，从而有利于后续图像的还原。

在一种可能的实现方式中，所述彩色滤光单元与所述白色滤光单元交替排列。

在一种可能的实现方式中，所述每个滤光单元组中一条对角线上包括红色滤光单元、绿色滤光单元和蓝色滤光单元，另一条对角线上均为绿色滤光单元。

在一种可能的实现方式中，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列、第二行第一列、第二行第三列、第三行第二列；所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第三列、第二行第二列、第三行第一列；所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列；所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第三行第三列。

在一种可能的实现方式中，所述4个白色像素中2个白色像素共边设置，另外2个白色像素间隔设置。

在一种可能的实现方式中，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第一行第三列、第二行第二列、第三行第二列；所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列、第二行第一列、第三行第三列；所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第三行第一列；所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第三列。

在一种可能的实现方式中，所述4个白色像素中2个白色像素共边设置，另外2个白色像素也共边设置。

在一种可能的实现方式中，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列、第一行第三列、第二行第一列、第三行第一列；所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第二行第三列、第三行第二列；所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第三行第三列；所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第二列。

在一种可能的实现方式中，还包括：微透镜阵列，包括多个微透镜，位于所述滤光单元阵列的上方，用于将所述拍摄对象返回的光信号会聚至所述滤光单元阵列，其中，所述多个微透镜中的一个微透镜对应所述滤光单元阵列中的至少一个滤光单元。

在一种可能的实现方式中，所述像素阵列中的白色像素的像素值用于生成所述拍摄对象的第一图像数据，所述像素阵列中的彩色像素的像素值用于生成所述拍摄对象的第二图像数据，所述第一图像数据和所述第二图像数据用于合成所述拍摄对象的目标图像；其中，所述白色像素为对应于所述白色滤光单元的像素，所述彩色像素为对应于所述彩色滤光单元的像素。

第二方面，提供了一种电子设备，包括：上述第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式中的图像传感器。

在一种可能的实现方式中，还包括：处理器，用于根据所述像素阵列接收的光信号，生成所述拍摄对象的所述目标图像。

在一种可能的实现方式中，所述处理器具体用于：根据所述像素阵列中的白色像素的像素值，生成所述拍摄对象的第一图像数据，根据所述像素阵列中的彩色像素的像素值，生成所述拍摄对象的第二图像数据，以及根据所述第一图像数据和所述第二图像数据，合成所述拍摄对象的所述目标图像；其中，所述白色像素为对应于所述白色滤光单元的像素，所述彩色像素为对应于所述彩色滤光单元的像素。

附图说明

图1是本申请实施例提供的图像处理装置的示意性框图。

图2是传统的滤光单元组的颜色分布示意图。

图3是本申请实施例提供的图像传感器的示意图。

图4是本申请提供的另一实施例的图像传感器的结构示意图。

图5是本申请提供的再一实施例的图像传感器的结构示意图。

图6-16是根据本申请实施例的不同滤光单元组的颜色分布的示意图。

图17和图18是本申请实施例提供的滤光单元阵列的示意图。

图19-图21是本申请实施例提供的确定拍摄对象的目标图像的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

图像处理装置是利用像素阵列的光电转换功能，将成像对象的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号，进而获得成像对象的图像。图1示出了一种图像处理装置100的示意性框图，该图像处理装置100可以指任意电子设备，例如，该图像处理装置100可以为手机；或者，该图像处理装置100也可以为电子设备的一部分，例如，可以为电子设备中的摄像模组，本申请实施例并不限于此。

如图1所示，图像处理装置100通常包括像素阵列(pixel array)101(或者也可以称为光电转换单元101或者图像传感器101)、信号读取电路102、存储器103、控制器104、图像处理器105、输出接口106以及电源107。其中，像素阵列101的电信号输出端与信号读取电路102的输入端连接，像素阵列101的控制端与控制器104的输入端连接，信号读取电路102的输出端与存储器103的输入端、以及控制器104的输入端连接，控制器104的输出端与图像处理器105的输入端连接，图像处理器105的输出端与输出接口106的输入端连接，电源107用于为上述各个模块提供电源。

像素阵列101可以采用CCD或CMOS两种不同的半导体结构，实现对光的捕获和光电转换，该像素阵列101可以用于采集经由成像对象返回的光信号，并将该光信号转换为电信号，并通过电信号强弱反映成像对象的光像。信号读取电路102用于读取每个像素输出的电信号，该信号读取电路102可以为A/D转换器，用于实现模数转换。存储器103可以为直接交换数据的内部存储器，例如该存储器103可以为随机存取存储器(random access memory，RAM)，用于存储所需要的数据。控制器104可以为复杂的可编程逻辑器件(complexprogrammable logic device，CPLD)，能够满足传感器的逻辑运算和时序控制。图像处理器105用于对读出数据进行预处理，可以针对不同的滤波图案进行不同的算法处理。输出接口106作为对外数据交互接口，用于向外传输图像数据。控制器104用于输出控制信号，控制信号用于控制像素阵列中每个像素协同工作。

图像处理装置100的核心部件就是感光阵列101。感光阵列101中的每个感光结构相似，通常每个感光结构可以包括透镜(或者微透镜)、滤光片(color filter)以及光敏元件(或称为像素)。其中，透镜位于滤光片的上方，滤光片位于光敏元件的上方。经由成像对象后返回的光经过透镜聚焦后，由透镜出射区域射出，并经过滤光片过滤后，射入例如光电二极管(photo-diode，PD)等光敏元件，由光敏元件将光信号转换为电信号。根据不同滤光片所能透过的光的类型，像素可以包括红色像素(以下称为R像素)、绿色像素(以下称为G像素)以及蓝色像素(以下称为B像素)。R像素是指用于接收经过滤光片过滤后的红色光信号，G像素和B像素的原理与R像素相同，此处不再赘述。

图像处理装置100生成彩色图像数据的原理为：像素阵列中每个像素仅能将一种类型的光信号转换为电信号，再结合周围其他类型的像素采集的光信号进行插值运算，即可还原出当前像素所采集区域的图像颜色，这一过程也称作去马赛克(Demosaicing)，通常在处理器中完成。例如：当前像素为R像素，R像素仅能将红色光信号转换电信号，则可以结合周围的B像素或者G像素采集的电信号，还原出当前像素的蓝色光和绿色光强度，确定当前像素的图像颜色。

因此，为了采集彩色图像，需要在感光阵列中包括的光敏元件阵列上方设置颜色特定排布的滤色器，或者也可以称为颜色滤镜阵列(color filter array，CFA)。目前，对于大部分感光阵列，例如CCD和CMOS图像传感器，其包括的CFA采用基于RGB三原色的Bayer格式。Bayer格式的特点是其基本单元是一个2×2的四像素阵列，包括1个红色像素R，一个蓝色像素B以及2个绿色像素G，其中，两个绿色像素G共顶角相邻设置，如图2所示。由于任一像素实际只能获得RGB中某一种颜色的信号，要还原出完整的色彩信息就必须通过特定的图像处理算法加以实现。

这种纯RGB的bayer布局，每个像素仅允许通过特定颜色的光，也就是会截断大部分的光子，那么在低光照环境下，就可能无法准确的还原图像。

另外，小型化且多图像像素的成像装置使得像素变得越来越多，具有高密度像素的成像装备对于捕获高分辨率图像越来越重要。这样，图像传感器随着像素数量的不断增加，以及图像传感器尺寸越来越小，每个像素的感光面积也随之减小，这就进一步影响了每个像素感应的光信号的强度，使得图像传感器无法准确地还原图像。

基于此，本申请实施例提出了一种图像传感器，有利于图像传感器在低光照环境下准确地还原图像。

图3示出了本申请实施例的图像传感器200的示意图，例如，该图像传感器200可以对应于图1中的感光阵列101，并且，该图像传感器200适用于CCD或者CMOS结构。具体地，如图3所示，该图像传感器200可以包括滤光单元阵列210和像素阵列220。

滤光单元阵列210可以包括多个滤光单元组，该多个滤光单元组中的每个滤光单元组包括3×3个滤光单元，每个滤光单元组包括均包括白色(W)滤光单元和彩色滤光单元，且每个滤光单元中的每行和每列均包括至少一个白色滤光单元和至少一个彩色滤光单元。也就是说，每个滤光单元组中不会出现某行或某列均为白色滤光单元或均为彩色滤光单元，这样能够使得白色滤光单元与彩色滤光单元分布比较均匀，可以实现较高的颜色空间采样率，有利于后续图像的还原。

该多个滤光单元组中的滤光单元具有相同的颜色分布，且该多个滤光单元组按阵列进行排布以形成滤光单元阵列。

像素阵列220，位于滤光单元阵列210的下方，该像素阵列220中的像素与多个滤光单元组的滤光单元一一对应，该像素阵列中的像素用于接收经由与其对应的滤光单元过滤后的光信号，以生成拍摄对象的目标图像。

本申请实施例中的彩色光信号可以指白光或太阳光经三棱镜折射而分离出的光谱色光，该彩色光信号例如可以为红光、橙光、黄光、绿光、蓝光、靛光、紫光等七个颜色的光信号。被分离出的光谱色光再次通过三棱镜不会再分解为其他的色光。例如，本申请实施例中的彩色光信号可以为红光(Red)、绿光(Green)或蓝光(Blue)。对应地，红色滤光单元仅允许红光通过，因此输出红光，类似地，绿色滤光单元用于输出绿光，蓝色滤光单元用于输出蓝光，白色滤光单元用于输出白光。

每一个滤光单元可以均包含至少一个红色滤光单元、至少一个绿色滤光单元和至少一个蓝色滤光单元，这样能够保持RGB空间颜色的完整。

本申请实施例中的彩色滤光单元可以包括红色滤光单元、绿色滤光单元和蓝色滤光单元。

与白色滤光单元对应的像素可以称为白色像素，该白色像素用于接收经由白色滤光单元过滤后的光信号；与彩色滤光单元对应的像素可以称为彩色像素，该彩色像素用于接收经由彩色滤光单元过滤后的光信号。

白色滤光单元和彩色滤光单元接收的光信号共同用于生成拍摄对象的目标图像。

本申请实施例通过修改滤光单元阵列的图案，将RGGB像素布局更改为3×3的RGBW像素布局，增加了一定占比的白色像素，这样能够提升传感器整体的感光能力。通过实验可以得出，增加25％的白色滤光单元，将提升整个传感器的进光量30％左右；增加50％的白色滤光单元，将提升整个传感器的进光量的60％左右。

另外，本申请实施例将白色像素与RGB像素进行组合，将W像素的亮度信息和RGB像素的亮度信息进行融合，以提升RGB像素获取的图像动态范围以及进光亮，进而提升图像传感器的性能。

如图4和图5所示，本申请实施例中的图像传感器200还可以包括微透镜阵列230，该微透镜阵列230可以设置在滤光单元阵列210的上方，用于将拍摄对象返回的光信号会聚至滤光单元阵列210。该微透镜阵列230可以包括多个微透镜，且该多个微透镜中的一个微透镜对应滤光单元阵列中的至少一个滤光单元。

在本申请实施例中，微透镜阵列230的分布可以对应位于其下方的滤光单元阵列210进行设置，例如，微透镜阵列230中的每个微透镜可以与位于其下方的滤光单元阵列210中的一个或者多个对应。

可选地，作为一种实施例，该微透镜阵列230中的微透镜与该滤光单元阵列210中的滤光单元可以一一对应。具体地，如图4所示，该微透镜阵列230中包括多个第一微透镜231，每个第一微透镜231与一个滤光单元相对应，也与一个像素相对应，也就是说，图像传感器200具有感光阵列，每个感光结构包括一个第一微透镜231、一个滤光单元和一个像素222。

可选地，作为另一种实施例，该微透镜阵列230中也可以存在至少一个微透镜与该滤光单元阵列230中的多个滤光单元对应。例如，该微透镜阵列230中可以包括多个第二微透镜232，每个第二微透镜232与多个滤光单元相对应，例如，每个第二微透镜232可以与2×2个滤光单元相对应，每个滤光单元与一个像素相对应。

再例如，该微透镜阵列230中也可以包括至少一个第一微透镜231和至少一个第二微透镜232，其中，每个第一微透镜231与该滤光单元阵列210中的一个滤光单元对应，每个第二微透镜232与该滤光单元阵列210中的多个滤光单元对应。例如，如图5所示，该微透镜阵列230中包括多个与滤光单元一一对应的第一微透镜231，也包括至少一个与2×2个滤光单元对应的第二微透镜232。

对于上述与多个滤光单元对应的第二微透镜232，该第二微透镜232对应的滤光单元的个数可以根据实际应用进行设置，并且可以设置为任意数值。例如，该第二微透镜232可以与3×3个滤光单元或者1×2个滤光单元对应，本申请实施例并不限于此。

另外，与同一个第二微透镜232对应的该多个滤光单元可以具有相同或者不同的颜色。例如，如图5所示，与第二微透镜232对应的2×2个滤光单元可以均为白色滤光单元，其中，该2×2个白色滤光单元可以属于同一滤光单元组，或者也可以不属于同一滤光单元组，例如，与第二微透镜232对应的2×2个滤光单元也可能属于相邻的两个或者更多个滤光单元组，本申请实施例并不限于此。

将多个白色滤光单元对应同一个第二微透镜设置时，可以利用该第二微透镜不同出射区域射出的混合光转换的电信号，来计算电信号的相位差，以根据相位差调整图像传感器的焦距。

本申请实施例中的该图像传感器200还可以包括其他部分。如图4和图5所示，在滤光单元阵列210和像素阵列220之间还可以包括电介质层240。

如图4和图5所示，滤光单元阵列210还可以包括位于其周围的电介质215和反射栅格216；像素阵列220可以包括半导体基板221和光敏元件222，其中，光敏元件222位于半导体基板221中，光敏元件222可以为PD。可选地，像素阵列220还可以包括两个光敏元件222之间的隔离区223。

本申请实施例中的图像传感器200中的滤光单元阵列210可以包括白色滤光单元，该白色滤光单元允许多种单色光混合而成的光通过，例如，那么包括这种白色滤光单元的滤光单元阵列210，相比于仅设置单色滤光单元的滤光单元阵列而言，进光量则会大大提高，相应地，也就提高了整个图像传感器200的进光量，使得该图像传感器200即使在低光照环境下，性能仍然不受影响。

下面从滤光单元阵列210的角度进行详细描述。

具体地，本申请实施例中的滤光单元阵列210包括多个滤光单元组，并且多个滤光单元组的颜色分布相同，也就是说，滤光单元阵列210包括多个重复的滤光单元组，这些重复的滤光单元组被平铺以便覆盖图像传感器200中的整个像素阵列的表面。为了便于说明，下文以滤光单元组表示该滤光单元阵列210中的最小重复单元组为例，该最小的重复单元组说明其他尺寸的重复单元组都不具有更少的滤光单元，多个最小重复单元组被平铺以便覆盖图像传感器200中的整个感光单元阵列的表面。

图6至图16示出了本申请实施例的滤光单元组的颜色分布的示意图，其中，图6-图16中相同颜色的滤光单元的标识方式相同，即斜线填充的方块表示红色滤光单元，交叉线填充的方块表示绿色滤光单元，点状填充的方块表示绿色滤光单元；并且，图6-图16中每个小方格都表示一个滤光单元，每个3×3的小方格组成的大方格表示一个滤光单元组。应理解，本申请实施例中的相邻滤光单元之间还可以设置有其他结构，例如，如图4和图5所示，相邻滤光单元之间可以设置电介质215和反射栅格216，但在图6-图16中，将相邻滤光单元之间的距离忽略，即图6-图16主要表示的是滤光单元阵列210包括的滤光单元组的颜色分布。

每个滤光单元组中包括的白色滤光单元和彩色滤光单元的个数有多种，本申请实施例对此不做具体限定。例如，每个滤光单元组中可以包括5个白色滤光单元和4个彩色滤光单元。又例如，每个滤光单元组中可以包括4个白色滤光单元和5个彩色滤光单元。这两种分布中，白色滤光单元占整个滤光单元组的比重为50％左右，这样能够明显提升整个图像传感器的进光量，有利于提升图像传感器的性能。下面分别就这两种情况进行描述。

图6-图8示出的是每个滤光单元组中包括5个白色滤光单元和4个彩色滤光单元的情况。该4个彩色滤光单元可以包括2个绿色滤光单元、1个红色滤光单元和1个蓝色滤光单元。5个白色滤光单元可以保证整个滤光单元有足够的进光量，增强暗光环境下图像细节的还原程度。由于人眼对绿光的灵敏度高于蓝光和红光，因此，滤光单元中的绿色滤光单元高于蓝色和红色绿光单元，可以更好地实现颜色的还原。

白色滤光单元的个数大于任何一种彩色滤光单元的个数，能够保证白色像素具有较高的空间采样率，有利于通过后续的重建马赛克(remosaic)算法获取更好的高分辨率灰度图像。

绿色滤光单元的个数为红色滤光单元或蓝色滤光单元个数的两倍，使得绿色滤光单元具有较高的比重，这样有利于图像的还原。

作为一个示例，每个滤光单元组中两条对角线上的滤光单元均为白色滤光单元，且该4个彩色滤光单元中的2个绿色滤光单元间隔排列。其中，每行和每列的滤光单元均按照一个彩色滤光单元一个白色滤光单元进行交替排列，这种布置方式能够使得彩色滤光单元和白色滤光单元均匀排列，有利于后续图像的还原。

如图6和图7所示，两条对角线上均为白色滤光单元，剩余的4个位置为彩色滤光单元，其中，2个绿色滤光单元不相邻，且该2个绿色滤光单元被位于其之间的白色滤光单元间隔开。蓝色滤光单元与绿色滤光单元共顶角设置，红色滤光单元与绿色滤光单元也共顶角设置，且红色滤光单元和蓝色滤光单元被位于其之间的白色滤光单元间隔开。

以图6为例，白色滤光单元位于每个滤光单元组中的第一行第一列、第一行第三列、第二行第二列、第三行第一列、第三行第三列；绿色滤光单元位于每个滤光单元组中的第一行第二列、第三行第二列；红色滤光单元位于每个滤光单元组中的第二行第三列；蓝色滤光单元位于每个滤光单元组中的第二行第一列。

作为另一个示例，每个滤光单元组中的一条对角线上的滤光单元为白色滤光单元，且红色滤光单元与蓝色滤光单元共边设置，2个绿色滤光单元共边设置。也就是说，每个滤光单元组可以包括一个2×2的白色滤光单元组，且剩余的1个白色滤光单元与该2×2的白色滤光单元组共顶角相邻，如图8和图9所示。

以图8为例，白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第二行第二列、第二行第三列、第三行第二列、第三行第三列；绿色滤光单元位于每个滤光单元组中的第二行第一列、第三行第一列；红色滤光单元位于每个滤光单元组中的第一行第二列；蓝色滤光单元位于每个滤光单元组中的第一行第三列。

当然，除了图6-图9之外，白色滤光单元和彩色滤光单元还可以有其他的分布方式，如图10所示。其中，5个白色滤光单元中包括2组2×1的白色滤光单元组，且该2组白色滤光单元组不相邻，剩余的1个白色滤光单元与该2组白色滤光单元组均共顶角相邻。

该2×1的白色滤光单元组可以指2行1列的白色滤光单元组，或者1行2列的白色滤光单元组。

其中，红色滤光单元和蓝色滤光单元可以共边设置，即位于2组2×1的白色滤光单元组之间，2个绿色滤光单元可以间隔排列，如图10中的(a)图所示；或者，2个绿色滤光单元可以共边设置，即位于2组2×1的白色滤光单元组之间，红色滤光单元和蓝色滤光单元可以间隔排列，如图10中的(b)图所示。

图11-图16示出的是每个滤光单元组中包括4个白色滤光单元和5个彩色滤光单元的情况。该5个彩色滤光单元可以包括3个绿色滤光单元、1个红色滤光单元和1个蓝色滤光单元。由于人眼对绿光的灵敏度高于蓝光和红光，因此，在滤光单元中的设置3个绿色滤光单元可以更好地实现颜色的还原。

白色滤光单元的个数等于绿色滤光单元的个数与红色滤光单元的个数之和，或者，白色滤光单元的个数等于绿色滤光单元的个数与蓝色滤光单元的个数之和。

绿色滤光单元的个数为红色滤光单元或蓝色滤光单元个数的3倍，增加传感器对图像颜色的敏感度，这样有利于后续图像的色彩还原。

可选地，相同颜色的彩色滤光单元不共边设置。例如，该3个滤光单元中的任意两个绿色滤光单元均不共边设置，有利于保证滤光单元的均匀布置，从而有利于后续图像的还原。

作为一个示例，彩色滤光单元和白色滤光单元交替排列。可选地，每个滤光单元组中一条对角线上包括红色滤光单元、绿色滤光单元和蓝色滤光单元，另一条对角线上均为绿色滤光单元，剩余的位置为白色滤光单元，如图11和图12所示。

以图11为例，白色滤光单元位于每个滤光单元组中的第一行第二列、第二行第一列、第二行第三列、第三行第二列；绿色滤光单元位于每个滤光单元组中的第一行第三列、第二行第二列、第三行第一列；红色滤光单元位于每个滤光单元组中的第一行第一列；蓝色滤光单元位于每个滤光单元组中的第三行第三列。

作为又一示例，4个白色像素中2个白色像素共边设置，另外2个白色像素间隔设置，如图13和图14所示。可选地，2个绿色滤光单元共顶角相邻，且这2个绿色滤光单元与剩余的1个绿色滤光单元均不相邻，红色滤光单元与蓝色滤光单元也不相邻。

以图13为例，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第一行第三列、第二行第二列、第三行第二列；所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列、第二行第一列、第三行第三列；所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第三行第一列；所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第三列。

作为再一示例，4个白色像素中2个白色像素共边设置，另外2个白色像素也共边设置。也就是说，每个滤光单元组包括一个2×1的白色滤光单元组以及一个1×2的白色滤光单元组，该2组白色滤光单元组共顶角相邻。或者，该滤光单元组可以包括1个Bayer型滤光单元组，即RGGB滤光单元组，且剩余的1个绿色滤光单元与该RGGB滤光单元组共顶角相邻。

以图15为例，白色滤光单元位于每个滤光单元组中的第一行第二列、第一行第三列、第二行第一列、第三行第一列；绿色滤光单元位于每个滤光单元组中的第一行第一列、第二行第三列、第三行第二列；红色滤光单元位于每个滤光单元组中的第三行第三列；蓝色滤光单元位于每个滤光单元组中的第二行第二列。

图17示出的是以图6所示的滤光单元组按照阵列排布形成的滤光单元阵列。

在该滤光单元阵列中，第一列以1个白色滤光单元、1个蓝色滤光单元、1个白色滤光单元进行交替排列，第二列以1个绿色滤光单元、1个白色滤光单元、1个绿色滤光单元进行交替排列，第三列以1个白色滤光单元、1个红色滤光单元、1个白色滤光单元进行交替排列，并且以该三列为周期进行循环排列；第一行以1个白色滤光单元、1个绿色滤光单元、1个白色滤光单元进行交替排列，第二行以1个蓝色滤光单元、1个白色滤光单元、1个红色滤光单元进行交替排列；第三行与第一行的排布方式保持一致，并且以该三行为周期进行循环排列，如此形成滤光单元阵列。

从图17可以看出，该滤光单元阵列除了可以认为是以图6所示的滤光单元组进行重复排列形成的之外，也可以理解为是以滤光单元组171进行重复排列形成的，或者也可以理解为以滤光单元组172进行重复排列形成的，或者也可以理解为以滤光单元组173进行重复排列形成的，或者也可以理解为以滤光单元组174进行重复排列形成的。

图18示出的是以图11所示的滤光单元组按照阵列排列排布形成的滤光单元阵列。

在该滤光单元阵列中，第一列以1个红色滤光单元、1个白色滤光单元、1个绿色滤光单元进行交替排列，第二列以1个白色滤光单元、1个绿色滤光单元、1个白色滤光单元进行交替排列，第三列以1个绿色滤光单元、1个白色滤光单元、1个蓝色滤光单元进行交替排列，并且以该三列为周期进行循环排列；第一行以1个红色滤光单元、1个白色滤光单元、1个绿色滤光单元进行交替排列，第二行以1个白色滤光单元、1个绿色滤光单元、1个白色滤光单元进行交替排列；第三行以1个绿色滤光单元、1个白色滤光单元、1个蓝色滤光单元进行交替排列，并且以该三行为周期进行循环排列，如此形成滤光单元阵列。

从图18可以看出，该滤光单元阵列除了可以认为是以图11所示的滤光单元组进行重复排列形成的之外，也可以理解为是以滤光单元组181进行重复排列形成的，或者也可以理解为以滤光单元组182进行重复排列形成的，或者也可以理解为以滤光单元组183进行重复排列形成的，或者也可以理解为以滤光单元组184进行重复排列形成的。

应理解，对于本申请实施例中的滤光单元阵列210，由于在其中设置了至少一个白色滤光单元，因此在根据输入的光信号确定拍摄对象的目标图像时，与仅包括单色滤光单元的图像传感器(例如采用具有拜耳阵列的滤波器的图像传感器)也有所不同。

仍然以本申请实施例中的滤光单元阵列210包括白色、红色、蓝色和绿色四种颜色的滤光单元为例，图19和图20示出了确定拍摄对应的目标图像的过程的示意图，该过程可以由处理器执行，例如，可以由图像传感器200所在的电子设备中包括的处理器执行；或者，以图1为例，也可以由图像处理装置中的图像处理器105执行。

图19示出的是以图6所示的滤光单元组为例进行的融合过程，图20示出的是以图11所示的滤光单元组为例进行的融合过程。

经过本申请实施例中的滤光单元阵列210，例如，可以经过具有如图6-16中任意一种滤光单元组的滤光单元阵列210，获得的图像数据包括与白色滤光单元对应的白色(W)像素、与红色滤光单元对应的R像素、与绿色滤光单元对应的G像素和与蓝色滤光单元对应的B像素。

首先，可以将像素阵列中的白色像素与彩色像素分离，以获得两张图像。即经过多种彩色滤光单元的彩色光信号用于生成一张图像，即R像素、G像素和B像素感应的光信号用于生成一张图像；经过白色滤光单元的光信号用于生成另一张图像，即W像素感应的光信号用于生成另一张图像。

像素阵列中的白色像素的像素值用于生成拍摄对象的第一图像数据；像素阵列中的彩色像素的像素值用于生成拍摄对象的第二图像数据，该第一图像数据和第二图像数据用于生成拍摄对象的目标图像。

对于像素阵列中的彩色像素，可以将其变为RGGB组合，即生成第一图像数据，该第一图像数据为彩色图像数据。对于像素阵列中的白色像素，可以将其变为纯白色像素，生成第二图像数据，然后可以通过定制的remosaic算法，将白色像素的亮度信息以及彩色像素的亮度信息进行融合，得到一个含有更高亮度信息的RGGB数据，并将其送入后端进行图像处理。

以图19为例，可以将像素阵列中的2个B像素、1个R像素和1个G像素提取出来形成一个Bayer阵列，将5个W像素提取出来形成一个2×2的W像素阵列，其中，W’像素可以是该5个W像素中的2个W像素形成的，最后将Bayer阵列和2×2的W像素阵列进行融合，形成2×2像素阵列的图像数据。

以图20为例，可以将像素阵列中的3个G像素、1个R像素和1个B像素提取出来形成一个Bayer阵列，其中，G’像素可以是3个G像素中的2个G像素形成的，将4个W像素提取出来形成一个2×2的W像素阵列，最后将Bayer阵列和2×2的W像素阵列进行融合，形成2×2像素阵列的图像数据。

本申请实施例还提供另一种融合方式，如图21所示。在此融合过程中，可以将像素阵列中的W像素通过插值形成全分辨率的W像素，并作为边缘检测信息，检测RGB的边缘信息。R、G、B三种像素各自也通过插值形成全分辨率的R、G、B三色信息。最后，将全分辨率的W像素、R像素、G像素和B像素进行融合，并在全分辨率W像素的引导下，完成边缘检测和信息融合。在融合过程中，可以根据环境要求，根据W的边缘信息检测，动态地完成3×3像素阵列向2×2像素阵列的转换。

此外，本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备可以包括上文描述的任一种图像传感器。

该电子设备还可以包括处理器，该处理器可用于根据所述像素阵列接收的光信号，生成所述拍摄对象的所述目标图像。

可选地，该处理器具体用于：根据所述像素阵列中的白色像素的像素值，生成所述拍摄对象的第一图像数据，根据所述像素阵列中的彩色像素的像素值，生成所述拍摄对象的第二图像数据，以及根据所述第一图像数据和所述第二图像数据，合成所述拍摄对象的所述目标图像；其中，所述白色像素为对应于所述白色滤光单元的像素，所述彩色像素为对应于所述彩色滤光单元的像素。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

滤光单元阵列，包括多个滤光单元组，所述多个滤光单元组中的每个滤光单元组包括3×3个滤光单元，所述每个滤光单元组均包括白色滤光单元和彩色滤光单元，且所述每个滤光单元组中的每行和每列均包括至少一个白色滤光单元和至少一个彩色滤光单元；

像素阵列，位于所述滤光单元阵列下方，所述像素阵列中的像素与所述多个滤光单元组中的滤光单元一一对应，所述像素阵列中的像素用于接收经过与其对应的滤光单元过滤后的光信号。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述每个滤光单元组中包括5个白色滤光单元和4个彩色滤光单元。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述4个彩色滤光单元包括2个绿色滤光单元、1个红色滤光单元和1个蓝色滤光单元。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述每个滤光单元组中两条对角线上的滤光单元均为白色滤光单元。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述4个彩色滤光单元中的2个绿色滤光单元间隔排列。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第一行第三列、第二行第二列、第三行第一列、第三行第三列；

所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列、第三行第二列；

所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第三列；

所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第一列。

7.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述每个滤光单元组中一条对角线上的滤光单元均为白色滤光单元，且所述红色滤光单元与所述蓝色滤光单元共边设置，所述2个绿色滤光单元共边设置。

8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第二行第二列、第二行第三列、第三行第二列、第三行第三列；

所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第一列、第三行第一列；

所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列；

所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第三列。

9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述每个滤光单元组中包括4个白色滤光单元和5个彩色滤光单元。

10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述5个彩色滤光单元包括3个绿色滤光单元、1个红色滤光单元和1个蓝色滤光单元。

11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述相同颜色的彩色滤光单元不共边设置。

12.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光单元与所述白色滤光单元交替排列。

13.根据权利要求12所述的图像传感器，其特征在于，所述每个滤光单元组中一条对角线上包括红色滤光单元、绿色滤光单元和蓝色滤光单元，另一条对角线上均为绿色滤光单元。

14.根据权利要求13所述的图像传感器，其特征在于，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列、第二行第一列、第二行第三列、第三行第二列；

所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第三列、第二行第二列、第三行第一列；

所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列；

所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第三行第三列。

15.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述4个白色像素中2个白色像素共边设置，另外2个白色像素间隔设置。

16.根据权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第一行第三列、第二行第二列、第三行第二列；

所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列、第二行第一列、第三行第三列；

所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第三行第一列；

所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第三列。

17.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述4个白色像素中2个白色像素共边设置，另外2个白色像素也共边设置。

18.根据权利要求17所述的图像传感器，其特征在于，所述白色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第二列、第一行第三列、第二行第一列、第三行第一列；

所述绿色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第一行第一列、第二行第三列、第三行第二列；

所述红色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第三行第三列；

所述蓝色滤光单元位于所述每个滤光单元组中的第二行第二列。

19.根据权利要求1-18中任一项所述的图像传感器，其特征在于，还包括：

微透镜阵列，包括多个微透镜，位于所述滤光单元阵列的上方，用于将所述拍摄对象返回的光信号会聚至所述滤光单元阵列，其中，所述多个微透镜中的一个微透镜对应所述滤光单元阵列中的至少一个滤光单元。

20.根据权利要求1-18中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列中的白色像素的像素值用于生成所述拍摄对象的第一图像数据，所述像素阵列中的彩色像素的像素值用于生成所述拍摄对象的第二图像数据，所述第一图像数据和所述第二图像数据用于合成所述拍摄对象的所述目标图像；

其中，所述白色像素为对应于所述白色滤光单元的像素，所述彩色像素为对应于所述彩色滤光单元的像素。

21.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1-20中任一项所述的图像传感器。

22.根据权利要求21所述的电子设备，其特征在于，还包括：

处理器，用于根据所述像素阵列接收的光信号，生成所述拍摄对象的所述目标图像。

23.根据权利要求22所述的电子设备，其特征在于，所述处理器具体用于：

根据所述像素阵列中的白色像素的像素值，生成所述拍摄对象的第一图像数据，根据所述像素阵列中的彩色像素的像素值，生成所述拍摄对象的第二图像数据，以及根据所述第一图像数据和所述第二图像数据，合成所述拍摄对象的所述目标图像；

其中，所述白色像素为对应于所述白色滤光单元的像素，所述彩色像素为对应于所述彩色滤光单元的像素。

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