TWI798940B - 光譜成像晶片及訊息處理方法 - Google Patents

Abstract

一種光譜成像晶片和設備及訊息處理方法、以及指紋活體識別裝置和指紋模組。光譜成像晶片可以在不影響所成圖像的空間分辨率及成像質量的同時，獲得被攝對象的光譜訊息，便於掌握待成像對象更全面的訊息。指紋活體識別裝置及指紋模組，通過光譜成像晶片可以實現指紋活體識別，有利於提高器件性能的穩定性，同時減小光譜器件的體積、重量和成本，極大提高了指紋識別系統的防偽能力。

Description

光譜成像晶片及訊息處理方法

本發明涉及成像技術領域，尤其涉及一種光譜成像晶片、光譜成像設備及其訊息處理方法，以及應用該光譜成像晶片和訊息處理方法的指紋活體識別裝置和指紋模組。

目前，成像晶片及成像設備被廣泛應用。以相機為例，其中包含有圖像傳感器(例如，CMOS圖像傳感器或者CCD傳感器)，用以獲取被攝對象的圖像訊息，例如，被攝對象的RGB色彩訊息。

但是，無論以CMOS圖像傳感器或者CCD傳感器作為成像晶片，其僅能獲取被攝對象的圖像訊息，而無法獲取被攝對象的光譜訊息。也就是，現有技術中的成像晶片及成像設備無法獲取物體的光譜訊息，導致所得到的圖像無法廣泛應用於需要物體的光譜訊息作為數據支撐的智能AI識別、物質組分定性定量分析等場景中。

另外，在現代訊息社會，日常生活中有大量需要使用者進行指紋身份驗證的場景，極大提升了人們生活的便利性。

而現有技術往往通過指紋圖像訊息來驗證使用者是否為本人，但此類技術可以通過貼紙、3D打印的模型等進行破解，無法保證其安全性。

本申請的一優勢在於提供一種光譜成像晶片及其製備方法和訊息處理方法，其中，所述光譜成像晶片通過特殊的晶片結構能夠獲得被攝對象的圖像訊息和/或光譜訊息。

為實現上述優勢，本申請提供一種光譜晶片，其包括：圖像傳感層，包括多個傳感單元；以及位於所述圖像傳感器的感光路徑上的光調製層，所述光調製層包括至少一調製單元和與所述至少一調製單元相間隔的至少一非調製單元，其中，每個所述調製單元沿著所述感光路徑對應於至少一所述傳感單元，每個所述非調製單元沿著所述感光路徑對應於至少一所述傳感單元；其中，所述光調製層的調製單元被配置為對進入其所對應的所述傳感單元的成像光線進行調製，其所對應的所述傳感單元適於獲取該成像光線的頻譜訊息；其中，所述光調製層的非調製單元被配置為不對進入其所對應的所述傳感單元的成像光線進行調製，其所對應的所述傳感單元適於獲取該成像光線的光強訊息。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述至少一調製單元和所述至少一非調製單元位於同一平面。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於0且小於等於25%，其中，所述光調製層的有效區域為所述光調製層的調製單元和非調製單元所設定的區域。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於等於5且小於等於15%。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於25%且小於等於45%，其中，所述光調製層的有效區域為所述光調製層的調製單元和非調製單元所設定的區域。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於25%且小於等於35%。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於45%且小於等於60%，其中，所述光調製層的有效區域為所述光調製層的調製單元和非調製單元所設定的區域。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於等於50%且小於等於55%。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於60%，其中，所述光調製層的有效區域為所述光調製層的調製單元和非調製單元所設定的區域。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於等於80%且小於等於95%。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的非調製單元位於所述光調製層的邊緣區域。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的非調製單元關於所述光調製層的中心對稱的佈置。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的調製單元位於所述光調製層的中間區域。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的非調製單元位於所述光調製層的邊緣區域。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光譜成像晶片進一步包括形成於所述光調製層的非調製單元處的濾光層。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光譜成像晶片進一步包括形成於所述光調製層的非調製單元處的濾光層。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的稀疏度大於0且小於等於0.5。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的稀疏度大於0且小於等於0.15。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的稀疏度大於等於0.5且小於1。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層的稀疏度大於等於0.85且小於1。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光譜成像晶片進一步包括：電連接於所述圖像傳感層的訊號處理電路層。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光譜成像晶片進一步包括：形成於所述濾光層和/或所述光調製層的調製單元的微透鏡層。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光譜成像晶片進一步包括：一體成型於所述圖像傳感層的可透光介質層，其中，所述可透光介質層的上表面為平整表面。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層一體地結合於所述可透光介質層。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層與所述可透光介質層的折射率之差大於等於0.5。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述光調製層通過結合層一體結合於所述可透光介質層，所述可透光介質層與所述結合層相鍵合。

在根據本申請的光譜成像晶片中，所述可透光介質層與所述結合層具有相同的製成材料。

在根據本申請的光譜成像晶片中，每個所述調製單元包括沿著所述感光路徑分設置的多個調製子單元。

在根據本申請的光譜成像晶片中，每個所述調製子單元具有孔狀結構或柱狀結構。

在根據本申請的光譜成像晶片中，每個所述調製單元中具有孔狀結構的不同調製子單元的孔截面形狀不完全相同；和/或，每個所述調製單元中具有孔狀結構的不同調製子單元的結構參數不完全相同。

根據本申請的另一方面，還提供了一種適於光譜成像晶片的訊息處理方法，其包括：獲取來自光譜成像晶片的調製層中每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息以及所述調製層中每個非調製單元對應的像素點的光強訊息；以及基於每個所述調製單元對應的像素點的頻譜訊息，確定被攝對象的光譜訊息，以及基於每個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述被攝對象的圖像訊息。

在根據本申請的適於光譜成像晶片的訊息處理方法中，所述光調製層的調製單元被配置為對進入其所對應的所述像素點的成像光線進行調製，其所對應的所述像素點適於獲取該成像光線的頻譜訊息；其中，所述光調製層的非調製單元被配置為不對進入其所對應的所述傳感單元的成像光線進行調製，其所對應的所述傳感單元適於獲取該成像光線的光強訊息。

在根據本申請的適於光譜成像晶片的訊息處理方法中，所述光調製層的調製單元位於所述光調製層的中間區域。

在根據本申請的適於光譜成像晶片的訊息處理方法中，所述光調製層的非調製單元位於所述光調製層的邊緣區域。

在根據本申請的適於光譜成像晶片的訊息處理方法中，基於每個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述被攝對象的圖像訊息，包括：基於每個所述調製單元周圍的至少一個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定每個所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息；以及，基於每個所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息和每個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述被攝對象的圖像訊息。

在根據本申請的適於光譜成像晶片的訊息處理方法中，基於每個所述調製單元周圍的至少一個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定每個所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息，包括：基於平滑濾波方法，對任一所述調製單元周圍的至少一個非調製單元對應的像素點的光強訊息進行濾波處理，得到任一所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息。

在根據本申請的適於光譜成像晶片的訊息處理方法中，基於每個所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息和每個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述被攝對象的圖像訊息，包括：將基於所有所述非調製單元對應的像素點的光強訊息得到的初始圖像輸入至擬合模型，得到由所述擬合模型輸出的所述被攝對象的圖像訊息；其中，所述擬合模型基於對抗神經網絡構建，所述擬合模型基於存在空白像素的空缺樣本圖像以及所述空缺樣本圖像對應的不存在空白像素的完整樣本圖像標簽訓練得到。

在根據本申請的適於光譜成像晶片的訊息處理方法中，所述擬合模型的訓練過程，包括：基於空缺樣本圖像以及所述空缺樣本圖像對 應的完整樣本圖像標簽對所述對抗神經網絡中的生成器進行訓練，並基於所述對抗神經網絡中的鑒別器對訓練後的生成器進行競爭鑒別；以及，將訓練得到的生成器作為所述擬合模型。

本申請的另一優勢在於提供一種光譜成像設備，其包括：光譜成像晶片和訊號處理電路模組，所述光譜成像晶片與所述訊號處理電路模組為獨立的兩個部分或者所述訊號處理電路模組集成在所述光譜成像晶片內；所述光譜成像晶片包括：沿厚度方向順次層疊設置的光調製層和圖像傳感層；所述光調製層沿表面分佈有至少一個調製單元和至少一個非調製單元；所述圖像傳感層沿表面分佈有多個傳感單元，且每個調製單元以及每個非調製單元沿所述厚度方向分別對應至少一個傳感單元；所述訊號處理電路模組與所述傳感單元電連接。

根據本發明的光譜成像設備，所述光調製層中的每個調製單元均包括多個調製子單元，每個調製子單元為孔狀結構或柱狀結構。

根據本發明的光譜成像設備，每個調製單元中為所述孔狀結構的不同調製子單元的孔截面形狀不完全相同；和/或，每個調製單元中為所述孔狀結構的不同調製子單元的結構參數不完全相同。

根據本發明的光譜成像設備，每個調製單元中為所述柱狀結構的不同調製子單元的結構形狀以及柱高度相同，且所有調製子單元在每個調製單元中的排列具有C4對稱性。

根據本發明的光譜成像設備，所述柱狀結構的調製子單元為一體成型，或由多層調製柱層疊而成。

本發明再一優勢在於提供一種指紋活體識別裝置，用以確定待檢測對象是否是使用者本人的活體指紋。

為實現上述優勢，本申請提供一種指紋活體識別裝置，包括：顯示螢幕、光源模組、光譜成像晶片、訊號處理電路模組以及識別模組，所述顯示螢幕上設置有指紋檢測區域；所述光源模組用於照射所述指紋檢測區域內的待檢測對象，經所述待檢測對象反射後得到的目標光束入射至所述光譜成像晶片上；所述光譜成像晶片與所述訊號處理電路模組為獨立的兩個部分或者所述訊號處理電路模組集成在所述光譜成像晶片內；所述光譜成像晶片用於確定所述目標光束照射後所述光譜成像晶片的光調製層中每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息以及所述光調製層中每個非調製單元對應的像素點的光強訊息；所述訊號處理電路模組用於基於所述頻譜訊息確定所述待檢測對象的光譜訊息，並基於所述光強訊息確定所述待檢測對象的圖像訊息；所述識別模組用於基於所述待檢測對象的光譜訊息以及圖像訊息，識別所述待檢測對象是否為目標使用者的活體指紋。

根據本發明一個實施例的指紋活體識別裝置，所述光譜成像晶片包括：沿厚度方向順次層疊設置的光調製層和圖像傳感層；所述光調製層沿表面分佈有至少一個調製單元和至少一個非調製單元；所述圖像傳感層沿表面分佈有多個感應單元，且每個調製單元以及每個非調製單元沿 所述厚度方向分別對應至少一個傳感單元；所述訊號處理電路模組與所述傳感單元電連接。

根據本發明一個實施例的指紋活體識別裝置，所述訊號處理電路模組具體用於：基於所述目標光束照射後每個調製單元周圍的多個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息；基於每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息，以及每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述待檢測對象的圖像訊息。

根據本發明一個實施例的指紋活體識別裝置，所述訊號處理電路模組具體用於：基於平滑濾波方法，對任一調製單元周圍的至少一個非調製單元對應的像素點的光強訊息進行濾波處理，得到所述任一調製單元對應的像素點的擬合光強訊息。

根據本發明一個實施例的指紋活體識別裝置，所述訊號處理電路模組還具體用於：將所述目標光束照射後所有非調製單元對應的像素點所述光譜成像晶片得到的初始圖像輸入至擬合模型，得到由所述擬合模型輸出的所述待檢測對象的圖像訊息；所述擬合模型基於對抗神經網絡構建，所述擬合模型基於存在空白像素的空缺樣本圖像以及所述空缺樣本圖像對應的不存在空白像素的完整樣本圖像訓練得到。

根據本發明一個實施例的指紋活體識別裝置，所述光調製層中的每個調製單元均包括多個調製子單元，每個調製子單元為孔狀結構或柱狀結構。

根據本發明一個實施例的指紋活體識別裝置，每個調製單元中為所述孔狀結構的不同調製子單元的孔截面形狀不完全相同；和/或，每個調製單元中為所述孔狀結構的不同調製子單元的結構參數不完全相同。

根據本發明一個實施例的指紋活體識別裝置，每個調製單元中為所述柱狀結構的不同調製子單元的結構形狀以及柱高度相同，且所有調製子單元在每個調製單元中的排列具有C4對稱性。

根據本發明一個實施例的指紋活體識別裝置，所述柱狀結構的調製子單元為一體成型，或由多層調製柱層疊而成。

根據本發明一個實施例的指紋活體識別裝置，還包括：透鏡組；所述光源模組設置於所述顯示螢幕與所述光譜成像晶片之間，所述透鏡組設置於所述光源模組與所述光譜成像晶片之間；或者，所述光源模組設置於所述顯示螢幕的非指紋檢測區域的下方，所述透鏡組與所述光譜成像晶片順次設置於所述指紋檢測區域的下方；所述透鏡組用於將所述目標光束准直入射至所述光譜成像晶片上，以使所述目標光束在所述光譜成像晶片上成像。

本發明還進一步提供一種指紋模組，包括：光譜成像晶片以及電路板，所述光譜成像晶片電連接於所述電路板； 其中，所述光譜成像晶片沿厚度方向順次層疊設置的光調製層、圖像傳感層和訊號處理電路模組；其中，所述光調製層沿表面分佈有至少一個調製單元和至少一個非調製單元；所述圖像傳感層沿表面分佈有多個傳感單元，且每個調製單元以及每個非調製單元沿所述厚度方向分別對應至少一個傳感單元。

根據本發明一個實施例的指紋模組，還包括：補強板，所述補強板被貼附於所述電路板。

根據本發明一個實施例的指紋模組，還包括：封裝部，所述封裝部成型於所述電路板上表面。

根據本發明一個實施例的指紋模組，還包括：遮光部，所述遮光部被設置於所述封裝部上表面。

通過對隨後的描述和附圖的理解，本申請進一步的目的和優勢將得以充分體現。

100:光譜成像晶片

110:光調製層

111:調製單元

112,113,114,115:第一、第二、第三、第四調製單元

116:調製孔

117,118,119:第一、第二、第三子調製層

120:圖像傳感層

121:金屬線層

122:光探測層

130,130a:訊號處理電路模組(或稱訊號處理電路層)

140:透鏡

150:濾光片

160:透光介質層

200:待成像對象

200a:待檢測對象

300:光源模組

400:光譜晶片半成品

410:圖像傳感層

420:訊號處理電路層

430:可透光介質層

500:轉移件

501:光調製層

510:目標轉移層

511:矽基底層

512:矽化物層

513:矽晶體層

520:結合層

600:濾光層

700:微透鏡層

800:顯示螢幕

800a:指紋檢測區域

810:識別模組

900:透鏡組

1000:指紋模組

1001:電路板

1002:補強板

1003:封裝部

1004:遮光部

1005:支架

1101:調製單元

1102:非調製單元

1103:調製柱

1201:傳感單元

4101:傳感單元

5010:調製單元

5011:非調製單元

S1,S2:步驟

通過結合附圖對本申請實施例進行更詳細的描述，本申請的上述以及其他目的、特徵和優勢將變得更加明顯。附圖用來提供對本申請實施例的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本申請實施例一起用於解釋本申請，並不構成對本申請的限制。在附圖中，相同的參考標號通常代表相同部件或步驟。

第1圖圖示了本申請提供的訊息處理方法的流程示意圖；第2圖圖示了本申請提供的光譜成像設備的結構示意圖；第3圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的具體結構示意圖； 第4圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第5圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第6圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第7圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第8圖是本發明提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第9圖是本發明提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第10圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中調製柱的結構形狀示意圖；第11圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中調製柱的縱截面形狀示意圖；第12圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖；第13圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖；第14圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第15圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第16圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第17圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第18圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中光調製層的結構示意圖；第19圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中CIS晶圓的結構示意圖；第20圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片中CIS晶圓的結構示意圖；第21a圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖；第21b圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖；第22圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖； 第23圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖；第24圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖；第25圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖；第26圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖；第27圖圖示了本申請提供的光譜成像晶片的結構示意圖；第28圖圖示了根據本申請實施例的所述光譜成像晶片的光調製層的稀疏度的示意圖；第29圖圖示了根據本申請實施例的所述光譜成像晶片的製備過程的示意圖；第30圖圖示了根據本申請實施例的所述光譜成像晶片的製備過程的一個變形實施的示意圖；第31a圖是本發明提供的指紋活體識別裝置的結構示意圖；第31b圖是本發明提供的指紋活體識別裝置的俯視圖；第32圖是本發明提供的指紋活體識別裝置的結構示意圖；第33圖是本發明提供的指紋活體識別裝置的結構示意圖；第34圖是本發明提供的光學指紋識別組件的結構示意圖；第35圖是本發明提供的指紋模組的結構示意圖；第36圖是本發明提供的指紋模組的結構示意圖。

下面，將參考附圖詳細地描述根據本申請的示例實施例。顯然，所描述的實施例僅僅是本申請的一部分實施例，而不是本申請的全部實施例，應理解，本申請不受這裡描述的示例實施例的限制。

申請概述

如前所述，現有技術中的CMOS或者CCD成像晶片及成像設備無法獲取物體的光譜訊息，導致所得到的圖像無法廣泛應用於需要物體的光譜訊息作為數據支撐的智能AI識別、物質組分定性定量分析等場景中。

本領域普通技術人員應知曉，光與物質發生相互作用，如吸收、散射、熒光、拉曼等，會產生特定光譜，並且，每種物質的光譜都是獨一無二的。在現行的方案中，被攝對象的光譜訊息需要專門的設備(例如，光譜儀)去採集。因此，當需要同時獲得被攝對象的光譜訊息和圖像訊息時，往往需要多個攝像模組和/或設備進行配合工作，並通過算法將獲得的圖像訊息和光譜訊息進行整合。

應可以理解，由於需要多個攝像模組和/或設備，會導致成本增加。更為重要的是，這種方案會佔據相對較大的空間，導致這種方案的可移動性差，可集成性差，也就是，其很難被集成地應用到終端設備中。

基於此，本申請發明人通過對傳統感光晶片和光譜訊息測量技術的研究，提出了一種光譜成像晶片，其通過特殊的晶片結構能夠獲得被攝對象的圖像訊息和/或光譜訊息。與傳統的CMOS成像晶片或者CCD成像晶片相對，所述光譜成像晶片既能夠獲得被攝對象的光譜晶片，也能夠獲得被攝對象的圖像訊息，從而能夠有效地將這兩種訊息進行整合。

進一步地，與傳統的成像晶片相比，根據本申請的所述光譜成像晶片可以在不影響或者很小程度地影響被攝對象的圖像訊息的分辨率的前提下，獲得被攝對象的光譜訊息。通過適當的調整，根據本申請的 所述光譜成像晶片可以在不影響或者很小程度地影響被攝對象的光譜訊息的前提下，獲得被攝對象的至少部分圖像訊息。

應可以理解，由於被攝對象的光譜訊息可以唯一標識被攝對象，因此，可以基於被攝對象的光譜訊息對被攝目標進行定性或者定量的分析，例如，可以將本申請的所述光譜成像晶片應用於如水果新鮮度分析、大氣污染程度分析、AI場景識別等應用領域中。也就是，相較於傳統的CMOS成像晶片或者CCD成像晶片，根據本申請的所述光譜成像晶片的應用場景更廣。

基於此，本申請提供了一種光譜成像晶片，其包括：圖像傳感層，包括多個傳感單元；以及，位於所述圖像傳感器的感光路徑上的光調製層，所述光調製層包括至少一調製單元和與所述至少一調製單元相間隔的至少一非調製單元，其中，每個所述調製單元沿著所述感光路徑對應於至少一所述傳感單元，每個所述非調製單元沿著所述感光路徑對應於至少一所述傳感單元；其中，所述光調製層的調製單元被配置為對進入其所對應的所述傳感單元的成像光線進行調製，其所對應的所述傳感單元適於獲取該成像光線的頻譜訊息；其中，所述光調製層的非調製單元被配置為不對進入其所對應的所述傳感單元的成像光線進行調製，其所對應的所述傳感單元適於獲取該成像光線的光強訊息。所述傳感單元可以為成像晶片的一個物理像素或多個物理像素。進一步，以一個調製單元對應一個物理像素為例，所述調製單元可以按一定週期在所述成像晶片表面排布，例如相鄰所述調製單元之間具有兩個非調製單元，也可以理解為相鄰所述調製單元之間有兩個物理像素對應非調製單元。

基於此，本申請還提供了一種適於光譜成像晶片的訊息處理方法，其包括：獲取來自光譜成像晶片的調製層中每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息以及所述調製層中每個非調製單元對應的像素點的光強訊息；以及，基於每個所述調製單元對應的像素點的頻譜訊息，確定被攝對象的光譜訊息，以及基於每個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述被攝對象的圖像訊息。

所述調製部分主要包括調製單元以對入射光進行調製，所述調製部分可以理解具有寬帶透射譜，對入射光進行調製，被傳感單元接收，即所述調製單元具有對應的透射譜曲線對入射光進行調製；而所述非調製部分則在不同實施例中主要是對入射光進行濾光、轉折、彙聚、折射、衍射、擴散和/或准直等調整功能，其可以實施為具有濾波器、凹透鏡、凸透鏡、光學衍射等具有特定調整功能的結構。例如，所述非調製單元為濾光單元實現濾光功能，所述濾光單元可以是R、G、B、W、Y等濾光單元，例如，所述濾光單元可構成RGGB、RYYB、RGBW拜耳濾波器，也可以是單個濾光單元或多個濾光單元組合構成不規則的拜耳濾波器；所述非調製單元也可以為不施加任何結構，入射光可以直接全波段被傳感單元接收(不考慮濾光片)。

基於此，本申請進一步提供了一種光譜成像設備，其包括：光譜成像晶片和訊號處理電路模組，光譜成像晶片與訊號處理電路模組為獨立的兩個部分或者訊號處理電路模組集成在光譜成像晶片內；光譜成像晶片包括：沿厚度方向順次層疊設置的光調製層和圖像傳感層；光調製層沿表面分佈有至少一個調製單元和至少一個非調製單元；所述圖像傳感層 沿表面分佈有多個傳感單元，且每個調製單元以及每個非調製單元沿所述厚度方向分別對應至少一個傳感單元；訊號處理電路模組與所述傳感單元電連接。

基於此，本申請還提供了一種指紋活體識別裝置，其包括：顯示螢幕、光源模組、光譜成像晶片、訊號處理電路模組以及識別模組，所述顯示螢幕上設置有指紋檢測區域；所述光源模組用於照射所述指紋檢測區域內的待檢測對象，經所述待檢測對象反射後得到的目標光束入射至所述光譜成像晶片上；所述光譜成像晶片與所述訊號處理電路模組為獨立的兩個部分或者所述訊號處理電路模組集成在所述光譜成像晶片內；所述光譜成像晶片用於確定所述目標光束照射後所述光譜成像晶片的光調製層中每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息以及所述光調製層中每個非調製單元對應的像素點的光強訊息；所述訊號處理電路模組用於基於所述頻譜訊息確定所述待檢測對象的光譜訊息，並基於所述光強訊息確定所述待檢測對象的圖像訊息；所述識別模組用於基於所述待檢測對象的光譜訊息以及圖像訊息，識別所述待檢測對象是否為目標使用者的活體指紋。

基於此，本申請進一步提供了一種指紋模組，其特徵在於，包括：光譜成像晶片以及電路板，所述光譜成像晶片電連接於所述電路板；其中，所述光譜成像晶片沿厚度方向順次層疊設置的光調製層、圖像傳感層和訊號處理電路模組；其中，所述光調製層沿表面分佈有至少一個調製單元和至少一個非調製單元；所述圖像傳感層沿表面分佈有多個傳感單元，且每個調製單元以及每個非調製單元沿所述厚度方向分別對應至少一個傳感單元。

在介紹了本申請的基本原理之後，下面將參考附圖來具體介紹本申請功能的各種非限制性實施例。

示例性光譜成像晶片和適於所述光譜成像晶片的訊息處理方法

由於相機在各行各業中有極為廣泛的應用，但現有的相機中，圖像傳感器只能獲得被攝對象的圖像訊息，例如，被攝對象的RGB色彩訊息，卻無法獲得被攝對象的光譜訊息(或者說，丟失了大部分的光譜訊息)。因此，本申請提供了一種適用於光譜成像晶片訊息處理方法，並在相機中利用應用於該訊息處理方法的光譜成像晶片，以使得相機在成像時可以同時獲得物體的光譜訊息，可以在智能AI識別，物質組分定性定量分析等方面提供幫助。

第1圖為本申請實施例中提供的一種訊息處理方法，所述訊息處理方法適用於光譜成像晶片。如第1圖所示，適用於光譜成像晶片的所述訊息處理方法，包括：S1，獲取來自待成像對象的目標光束照射後光譜成像晶片的調製層中每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息以及所述調製層中每個非調製單元對應的像素點的光強訊息；S2，基於所述目標光束照射後每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息，確定所述待成像對象的光譜訊息，並基於所述目標光束照射後每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述待成像對象的圖像訊息。

具體地，本申請實施例中提供的訊息處理方法，可以應用於光譜成像晶片，其執行主體可以是光譜成像晶片中包含的訊號處理電路層，通過該訊號處理電路層實現對待成像對象進行成像，並獲取待成像對象的圖像訊息以及光譜訊息。其中，待成像對象可以是人物及相關人物識別特徵、場景等。

值得一提的是，上述方法並不是絕對的，在個別應用場景中，上述方法可以理解為所述光譜成像晶片只需要獲取待成像對象的圖像訊息或光譜訊息，此時步驟S1可以理解為只用獲取頻譜訊息或光強訊息；而對應S2則只需跟據S1獲取的訊息，確定對應待成像對象的圖像訊息。例如，使用該成像設備去獲取光譜圖像，則只需在步驟S1獲取光譜訊息，步驟S2輸出光譜圖像。

該方法的應用場景可以如第2圖所示，第2圖為光譜成像設備的結構示意圖，其提供了一種光譜成像設備，包括：光譜成像晶片和訊號處理電路模組，所述光譜成像晶片與所述訊號處理電路模組為獨立的兩個部分或者所述訊號處理電路模組集成在所述光譜成像晶片內。當訊號處理電路模組集成在光譜成像晶片內作為訊號處理電路層時，該光譜成像晶片就是光譜成像設備。光源模組300發出的光照射到待成像對象200上，光譜成像晶片100接收待成像對象200反射的目標光束，光譜成像晶片100經過對目標光束的處理後得到待成像對象的圖像訊息以及光譜訊息。光源模組300可以為可見光到近紅外的寬譜光源。

首先，執行步驟S1。光譜成像晶片的具體結構可以如第3圖所示，該光譜成像晶片100可以包括：光調製層110、圖像傳感層120和訊 號處理電路層(或稱訊號處理電路模組)130a，光調製層110、圖像傳感層120和訊號處理電路層130a沿厚度方向順次層疊設置。光調製層110沿表面分佈有至少一個調製單元1101和至少一個非調製單元1102，也就是，所述光調製層110包括沿著其所設定的表面分佈的至少一個調製單元1101和至少一個非調製單元1102。圖像傳感層120沿表面分佈有多個傳感單元1201，且每個調製單元1101以及每個非調製單元1102沿厚度方向分別對應至少一個傳感單元1201，每個調製單元1101以及每個非調製單元1102分別與對應的傳感單元120構成光譜成像晶片100的一個像素點。訊號處理電路層130a與傳感單元1201電連接，訊號處理電路層130a用於執行訊息處理方法，以確定待成像對象的圖像訊息以及光譜訊息。

相應地，在步驟S1中，每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息，以及，每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，表示，所述調製單元所屬的像素點的頻譜訊息和每個非調製單元所屬的像素點的光強訊息。也就是，這裡的對應並非表示所述非調製單元或所述調製單元與所述像素點之間的位置關係，而是指所述調製單元/所述非調製單元與所述像素點之間的從屬關係。

光調製層110的厚度為60nm~1200nm，光調製層110可以是直接在圖像傳感層120上製備得到。具體可以是在圖像傳感層120上直接生長一層或多層材料再通過刻蝕製備出調製單元，或者，在圖像傳感層120上直接刻蝕製備出調製單元，進而得到光調製層110。圖像傳感層120具體可以是CIS晶圓，圖像傳感層120中的每個傳感單元1201均對應為CIS晶圓中的一個像素單元，用於對經過光調製層110的光束進行探測。舉例 但不限定，可以是從晶圓級別直接在CIS晶圓上單片集成微納結構光調製層110，利用CMOS製程一次流片可完成光譜成像晶片的製備。

每個調製單元1101可以是微納結構單元，用於對目標光束進行調製，每個非調製單元1102不具有調製能力，無法對目標光束進行調製，而是直接使目標光束透過。光調製層110上的每個調製單元1101可以直接製備在CIS晶圓的感光區域表面上，而CIS晶圓上未製備調製單元的區域還是傳統的RGB或黑白像素，CIS晶圓上未製備調製單元的區域對應於光調製層上的非調製單元。由於光譜成像晶片的光調製層包括調製單元以及非調製單元，則既可以獲取每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息，即經過每個調製單元調製後得到並被對應的傳感單元檢測到的頻譜訊息，還可以獲取每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，即經過每個非調製單元直接得到對應的傳感單元檢測到的光強訊息。頻譜訊息是指每個調製單元對應的像素點處不同波長的光對應的光強訊息。不同的調製單元對不同波長光調製作用可能相同也可能不同，可以根據需要進行設定，本方面實施例中對此不作具體限定。

然後，執行步驟S2。根據目標光束照射後每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息，可以確定出待成像對象的光譜訊息。具體地，可以通過將每個調製單元得到的頻譜訊息編碼到CIS晶圓的對應傳感單元上，然後採用單元陣列響應處理方法重構得到。光譜重構算法具體可以包括但不限於最小二乘法、非負最小二乘法、模擬退火法、Tikhonov正則化方法、截斷奇異值分解方法、稀疏優化方法等。

由於每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息有可能無法用於確定待成像對象的完整圖像訊息，因此需要根據目標光束照射後每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定出待成像對象的圖像訊息。具體的方式可以忽略每個調製單元對應的像素點的光強訊息，僅僅採用所有非調製單元對應的像素點的光強訊息確定出待成像對象的圖像訊息；還可以先通過每個非調製單元對應的像素點的光強訊息確定出每個調製單元對應的像素點的光強訊息，然後結合所有非調製單元對應的像素點的光強訊息共同確定出待成像對象的圖像訊息。本申請實施例中對此不作具體限定。

本申請實施例中提供的訊息處理方法，可以應用於光譜成像晶片，通過獲取來自待成像對象的目標光束照射後光譜成像晶片的調製層中每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息，確定出待成像對象的光譜訊息，根據目標光束照射後調製層中每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定出待成像對象的圖像訊息。與傳統的圖像傳感器相比，可以不影響所成圖像的空間分辨率及成像質量的同時，獲得光譜訊息，便於掌握待成像對象更全面的訊息。而且，由於待成像對象的光譜訊息可以用於唯一標識待成像對象，因此可以通過待成像對象的光譜訊息實現對待成像對象進行定性或定量分析，可以使光譜成像晶片應用於如水果新鮮度、大氣污染程度、AI場景識別、活體識別等領域，增加了光譜成像晶片的應用場景，為光譜成像晶片的廣泛應用提供理論基礎。另外，本申請實施例中將光調製層與圖像傳感層單片集成，無分立元件，有利於提高器件的穩定性，降低器件的大小和成本。

在上述實施例的基礎上，在本申請實施例中提供的訊息處理方法中，步驟S1，所述基於所述目標光束照射後每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述待成像對象的圖像訊息的過程，包括：首先，基於所述目標光束照射後每個調製單元周圍的至少一個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息；然後，基於每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息，以及每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述待成像對象的圖像訊息。

具體地，本申請實施例中在確定待成像對象的圖像訊息時，首先可以根據目標光束照射後每個調製單元周圍的至少一個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定出每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息。每個調製單元周圍是指與該調製單元距離最近的左方、左上方、上方、右上方、右方、右下方、下方以及左下方等8個位置。每個調製單元周圍的非調製單元的數量與光調製層的結構有關，光調製層一般為矩形結構，頂點位置處的每個單元周圍均分別有3個單元，除頂點位置外的其他邊緣位置處的每個單元周圍均分別有5個單元，除頂點位置以及其他邊緣位置處的每個單元周圍均分別有8個單元。如果光調製層的結構如第4圖所示，則每個調製單元周圍最多有5個非調製單元，最少有3個非調製單元；如果光調製層的結構如第5圖所示，則每個調製單元周圍最多有6個非調製單元，最少有0個非調製單元；如果光調製層的結構如第6圖所示，則每個調製單元周圍最多有4個非調製單元，最少有0個非調製單元；如果光調製層的結構如第7圖所示，則每個調製單元周圍均有8個非調製單元。本申請 以矩形結構為例，只是為了便於理解，具體光調製層結構可以根據需求設計。

以第7圖示出的光調製層的結構為例，可以對每個調製單元周圍的至少一個非調製單元對應的像素點的光強訊息進行擬合，進而確定出每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息。擬合方式可以是算術平均、加權平均或者選取其中光強訊息的中位數等方式，本申請實施例中對此不作具體限定。

然後，根據每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息，以及每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，即可確定出待成像對象的圖像訊息。該圖像訊息為完整的圖像訊息，其中包含有每個像素點的光強訊息。

本申請實施例中，通過目標光束照射後每個調製單元周圍的至少一個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息，可以使得根據每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息，以及每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定的待成像對象的圖像訊息為完整的圖像訊息，保證了圖像的完整性，從而不影響整體成像。

在上述實施例的基礎上，本申請實施例中提供的訊息處理方法，所述基於所述目標光束照射後每個調製單元周圍的多個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息，具體包括： 基於平滑濾波方法，對任一調製單元周圍的多個非調製單元對應的像素點的光強訊息進行濾波處理，得到所述任一調製單元對應的像素點的擬合光強訊息。

具體地，本申請實施例中在確定每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息時，具體可以通過平滑濾波方法實現。其中，平滑濾波方法可以包括中值濾波、平滑濾波、高斯濾波器等。

對於中值濾波，如果取濾波窗口的大小為3*3個像素點，則任一調製單元A對應的像素點的光強訊息為：f(x,y)=median[f(x-1,y-1),f(x,y-1),f(x+1,y-1),f(x-1,y),f(x+1,y),f(x-1,y+1),f(x,y+1),f(x+1,y+1)]

其中，median表示取中值操作，f(x,y)為調製單元A對應的像素點的光強訊息，(x,y)為調製單元A對應的像素點的坐標值；f(x-1,y-1)為調製單元A左下方的非調製單元對應的像素點的光強訊息，如果調製單元A左下方不是非調製單元，則該值為0；f(x,y-1)為調製單元A下方的非調製單元對應的像素點的光強訊息，如果調製單元A下方不是非調製單元，則該值為0；f(x+1,y-1)為調製單元A右下方的非調製單元對應的像素點，如果調製單元A右下方不是非調製單元，則該值為0；f(x-1,y)為調製單元A左方的非調製單元對應的像素點，如果調製單元A左方不是非調製單元，則該值為0；f(x+1,y)為調製單元A右方的非調製單元對應的像素點，如果調製單元A右方不是非調製單元，則該值為0；f(x-1,y+1)為調製單元A左上方的非調製單元對應的像素點，如果調製單元A左上方不是非 調製單元，則該值為0；f(x,y+1)為調製單元A上方的非調製單元對應的像素點，如果調製單元A上方不是非調製單元，則該值為0；f(x+1,y+1)為調製單元A右上方的非調製單元對應的像素點，如果調製單元A右上方不是非調製單元，則該值為0。

對於均值濾波，如果取濾波窗口的大小為3*3個像素點，則任一調製單元A對應的像素點的光強訊息為：f(x,y)=[f(x-1,y-1)+f(x,y-1)+f(x+1,y-1)+f(x-1,y)+f(x+1,y)+f(x-1,y+1)+f(x,y+1)+f(x+1,y+1)]/8

對於高斯濾波，如果去濾波窗口的大小為3*3個像素點，則任一調製單元A對應的像素點的光強訊息為：f(x,y)=0.111*[f(x-1,y-1)+f(x+1,y-1)+f(x-1,y+1)+f(x+1,y+1)]+0.139*[f(x,y-1)+f(x-1,y)+f(x+1,y)+f(x,y+1)]

其中，0.11、0.139分別為對應的像素點的光強訊息的權重。

在上述實施例的基礎上，在本申請實施例中提供的訊息處理方法中，步驟：所述基於所述目標光束照射後每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述待成像對象的圖像訊息，包括：將所述目標光束照射後基於所有非調製單元對應的像素點的光強訊息得到的初始圖像輸 入至擬合模型，得到由所述擬合模型輸出的所述待成像對象的圖像訊息；其中，所述擬合模型基於對抗神經網絡構建，所述擬合模型基於存在空白像素的空缺樣本圖像以及所述空缺樣本圖像對應的不存在空白像素的完整樣本圖像標簽訓練得到。

具體地，本申請實施例中在確定待成像對象的圖像訊息時，具體可以通過對抗神經網絡等機器學習方法實現。本申請實施例中通過對抗神經網絡構建擬合模型，並通過存在空白像素的空缺樣本圖像以及空缺樣本圖像對應的不存在空白像素的完整樣本圖像標簽對擬合模型進行訓練。最後將目標光束照射後基於所有非調製單元對應的像素點的光強訊息得到的初始圖像輸入至擬合模型，得到由所述擬合模型輸出的所述待成像對象的圖像訊息。其中，完整樣本圖像標簽是指空缺樣本圖像對應的實際完整樣本圖像。

本申請實施例中，引入基於對抗神經網絡構建的擬合模型，可以更快速更準確地確定出待成像對象的圖像訊息。

在上述實施例的基礎上，本申請實施例中提供的訊息處理方法，所述擬合模型基於存在空白像素的空缺樣本圖像以及所述空缺樣本圖像對應的不存在空白像素的完整樣本圖像標簽訓練得到，具體包括：基於空缺樣本圖像以及所述空缺樣本圖像對應的完整樣本圖像標簽對所述對抗神經網絡中的生成器進行訓練，並基於所述對抗神經網絡中的鑒別器對訓練後的生成器進行競爭鑒別；將訓練得到的生成器作為所述擬合模型。

具體地，對抗神經網絡包括生成器和鑒別器，生成器以空缺樣本圖像作為輸入，生成空缺樣本圖像對應的完整樣本圖像作為輸出。鑒別器以多幅完整樣本圖像作為輸入，這些完整樣本圖像包括完整樣本圖像標簽和生成器生成的完整樣本圖像。在訓練時，生成器和鑒別器相互競爭。生成器的目標是儘量輸出經過鑒別器判別得分高的完整樣本圖像，鑒別器的目標是儘量使完整樣本圖像標簽得分高，同時使生成器輸出的完整樣本圖像的得分儘量低。經過訓練後，得到生成器，並將訓練得到的生成器作為擬合模型。

如第3圖所示，在上述實施例的基礎上，本申請實施例中提供了一種光譜成像晶片，包括：沿厚度方向順次層疊設置的光調製層110、圖像傳感層120和訊號處理電路層130a；其中，光調製層110沿表面分佈有至少一個調製單元1101和至少一個非調製單元1102。圖像傳感層120沿表面分佈有多個傳感單元1201，且每個調製單元1101以及每個非調製單元1102沿厚度方向分別對應至少一個傳感單元1201，每個調製單元1101以及每個非調製單元1102分別與對應的傳感單元1201構成光譜成像晶片100的一個像素點。訊號處理電路層130a與傳感單元1201電連接，訊號處理電路層130a用於上述各實施例中提供的訊息處理方法，以確定待成像對象的圖像訊息以及光譜訊息。光調製層110的厚度為60nm~1200nm，光調製層110可以是直接在圖像傳感層120上製備得到。具體可以是在圖像傳感層120上直接生長一層或多層材料再通過刻蝕製備出調製單元，或者在圖像傳感層120上直接刻蝕製備出調製單元，進而得到光調製層110。圖像傳感層120具體可以是CIS晶圓， 圖像傳感層120中的每個傳感單元均對應為CIS晶圓中的一個像素，用於對經過光調製層的光束進行探測。從晶圓級別直接在CIS晶圓上單片集成微納結構光調製層，利用CMOS製程一次流片可完成光譜成像晶片的製備。

本申請實施例中提供的光譜成像晶片，可以同時確定出待成像對象的圖像訊息以及光譜訊息，使得光譜成像晶片可以應用於如水果新鮮度、大氣污染程度、AI場景識別等領域，增加了光譜成像晶片的應用場景，為光譜成像晶片的廣泛應用提供理論基礎。另外，本申請實施例中將光調製層與圖像傳感層單片集成，無分立元件，有利於提高器件的穩定性，降低器件的大小和成本。

作為優選方案，光調製層可以是厚度為200nm-500nm的氮化矽。光調製層上可以分佈有1000~250000個單元，每個單元的尺寸為100μm²~40000μm²。其中，調製單元占總單元數的10%，其餘90%為非調製單元。

作為優選方案，光調製層可以為厚度100-400nm的矽。光調製層上可以分佈有1000~250000個單元，每個單元的尺寸為100μm²~40000μm²。其中，調製單元占總單元數的15%，其餘85%為非調製單元。

在上述實施例的基礎上，本申請實施例中提供的光譜成像晶片，所述光調製層中的調製單元具體可以為微納結構單元，通過刻蝕得到。光調製層的結構如第4圖至第7圖所示。第4圖中，光調製層的邊緣位置分佈有多個不同的調製單元，每個調製單元均可以對應一個或多個傳感 單元，調製單元可以占滿或不占滿邊緣位置，可以連續或不連續分佈，可位於任意邊緣位置，光調製層的其餘位置為非調製單元，即不刻有調製單元，為空白單元，目標光束可以直接透射到光調製層下方的CIS晶圓RGB或黑白像素上。光調製層的每個單元(包括調製單元與非調製單元)下方有對應的傳感單元。光調製層中每個調製單元對不同波長的光有不同的調製作用，各個調製單元之間對輸入光譜的調製方式可以相同也可以不同，不同的調製方式可包括但不限於散射、吸收、透射、反射、干涉、激元、諧振增強等作用，調製作用的最終效果是不同波長的光通過調製單元後的透射譜不同。光通過調製單元調製作用後，由調製單元下方對應的傳感單元探測到光強訊息。每個單元與其下方的傳感單元構成一個像素點。通過算法可以得到一個像素點上各個波長的強度分佈。

第5圖中，光調製層的邊緣位置和中間位置分佈有多個不同的調製單元，每個調製單元可以對應一個或多個傳感單元，調製單元可以位於任意邊緣位置或中間位置，可以連續或不連續分佈，位置可以任意選擇。每個調製單元可以是由多個相同的調製子單元構成的陣列，也可以是由多個不同的調製子單元構成的陣列。

第6圖中，光調製層上每四個調製單元為一組調製單元，每四個非調製單元為一組非調製單元，每組調製單元與每組非調製單元間隔分佈。

第7圖中，光調製層上每個調製單元周圍的8個位置均為非調製單元，不存在其他調製單元。

第8圖和第9圖所示，光調製層110沿光調製層110的表面分佈有至少一組調製單元111，每組調製單元111包括沿每組調製單元111的表面分佈的多個調製單元，每個調製單元均具有C4對稱性。C4對稱性表現為調製單元沿對稱軸旋轉90°、180°或270°後調製單元中的結構與原來的結構重合，可選的調製單元的結構包括圓、十字、正多邊形、正方形等。光調製層上每組調製單元周圍的8個位置均為非調製單元，不存在其他調製單元。

在一些實施例中，如第8圖、第9圖所示，每組調製單元111中的至少一部分調製單元具有沿厚度方向設置的多個調製孔，多個調製孔沿每個調製單元的表面分佈形成調製孔陣列，調製孔陣列表示設有調製孔的調製單元上的多個調製孔呈行列排布，比如第8圖中第一調製單元112、第二調製單元113、第三調製單元114和第四調製單元115示出的調製孔陣列均排布為4行*4列。當然，第8圖中僅為示意性，並不表示本發明實施例中的調製孔陣列局限於4行*4列。

如第8圖和第9圖所示，每組調製單元111中的多個調製單元具有調製孔，且每個調製單元中的多個調製單元的調製孔的形狀不同。其中每個調製單元對不同波長的光有不同的調製作用，各個調製單元之間對輸入光譜的調製方式不同，不同的調製方式可包括但不限於散射、吸收、透射、反射、干涉、激元、諧振增強等作用，調製作用的最終效果是不同波長的光通過調製單元的調製孔陣列後的透射譜不同。光通過調製孔陣列調製作用後，由調製孔陣列下方的感應單元探測到光強。每個調製單元與其下方的感應單元構成一個像素點。通過算法可以得到一個像素點上各個 波長的強度分佈。通過不同調製單元的相同調製孔陣列像素可獲得某一調製方式下的圖像，多個像素點構成一幅包含多個頻譜訊息的圖像。

任意兩組調製單元111中位於相同位置的調製子單元的調製孔陣列相同。比如第8圖所示的實施例中，每組調製單元111均包括第一調製單元112、第二調製單元113、第三調製單元114和第四調製單元115，第一調製單元112、第二調製單元113、第三調製單元114和第四調製單元115中的調製孔陣列均不相同。各組調製單元111中的第一調製單元112的調製孔陣列均相同，各組調製單元111中的第二調製單元113的調製孔陣列均相同，各組調製單元111中的第三調製單元114的調製孔陣列均相同，各組調製單元111中的第四調製單元115的調製孔陣列均相同。

其中，每組調製單元111中的至少一部分調製單元具有沿厚度方向設置的多個調製孔，表示至少有如下兩種實施方式。

其一，如第8圖所示，光調製層110上設有一組或多組重複的調製單元111，比如第8圖所示的實施例中，示出了6組重複的調製單元111，每組調製單元111內劃分出多個調製單元，在第8圖所示的實施例中，每組調製單元111包括第一調製單元112、第二調製單元113、第三調製單元114和第四調製單元115，第一調製單元112、第二調製單元113、第三調製單元114和第四調製單元115內均設有調製孔陣列，調製單元具有C4對稱性，對應地調製孔陣列也具有C4對稱性，C4對稱性表現為調製單元沿對稱軸旋轉90°、180°或270°後調製單元中的結構與原來的結構重合。

其二，如第9圖所示，光調製層110上設有一組或多組重複的調製單元111，比如第9圖所示的實施例中，示出了6組重複的調製單元111，每組調製單元111內劃分出多個調製單元，在第9圖所示的實施例中，每組調製單元111包括第一調製單元112、第二調製單元113、第三調製單元114和第四調製單元115，第一調製單元112、第二調製單元113和第三調製單元114內均設有調製孔陣列，但是第四調製單元115為整個單元刻透，入射光直通，可用於該單元直通光強的標定。其餘各調製孔陣列分別對應特定某一個波長的光，有窄帶濾波作用。不同組調製單元111中相同位置的調製孔陣列相同，每一調製孔陣列下方有對應的感應單元。光通過調製孔陣列窄帶濾波後，有調製孔陣列下方的感應單元探測到光強，分別與直通的入射光進行差分，可得到每一個波長的光經過窄帶濾波後的光強。每組調製單元111與調製單元111下方的感應單元構成一個像素點，通過不同組調製單元111的相同調製孔陣列的像素可獲得某一波長下的圖像，多個像素點構成一幅包含多個頻譜訊息的圖像。

對於以上兩種方案，可通過改變調製子單元或調製孔陣列的形狀來改變這種調製作用，調製孔陣列的幾何形狀可包括但不限於圓、十字、正多邊形、矩形以及它們的任意組合。還可通過改變調製孔陣列的參數來改變這種調製作用，結構參數的改變可包括但不限於調製孔陣列週期、半徑、邊長、占空比、厚度等參數以及它們的任意組合。以上兩種方案可以選其一或者組合選用，光調製層110上的調製孔陣列可以為貫穿平板的孔，也可為具有一定深度的盲孔。

在上述實施例的基礎上，本申請實施例中提供的光譜成像晶片，所述光調製層中的每個調製單元均包括沿所述厚度方向設置的多個調製子單元，每個調製子單元為孔狀結構或柱狀結構。

具體地，本申請實施例中，光調製層中的每個調製單元均包括沿厚度方向設置的多個調製子單元。調製子單元可以為孔狀結構，也可以為柱狀結構。為孔狀結構的調製子單元可以稱為調製孔，為柱狀結構的調製子單元可以稱為調製柱。需要說明的是，同一調製單元中只能包含有調製孔或調製柱，不能同時包含有調製孔和調製柱，因此包含有調製孔的調製單元可以稱為孔調製單元，包含有調製柱的調製單元可以稱為柱調製單元。

在上述實施例的基礎上，本申請實施例中提供的光譜成像晶片，每個調製單元中為所述孔狀結構的不同調製子單元的孔截面形狀不完全相同；和/或，每個調製單元中為所述孔狀結構的不同調製子單元的結構參數不完全相同。

具體地，本申請實施例中每個調製單元中不同的調製孔的孔截面形狀可以相同、也可以完全不同或部分相同部分不同。也就是說，同一調製單元內的所有調製孔具有相同或不同的孔截面形狀。每個調製單元中調製孔的結構參數也可以相同、也可以完全不同或部分相同部分不同。每個調製單元中不同的調製孔的孔截面形狀是否相同不影響結構參數是否相同。孔截面形狀包括圓形、橢圓形、十字形、正多邊形、星形或矩形。結構參數可包括但不限於每個調製單元中調製孔的週期、半徑、邊長、占 空比、厚度、長軸長度、短軸長度、旋轉角度、或角數等參數。各個調製孔可以按照預設週期順序逐行或逐列排布，或按照結構參數大小的漸變順序呈陣列式排布。

由於調製單元中調製孔的孔截面形狀不同和/或結構參數不同，均會對其調製作用產生影響，因此可以通過改變調製單元中調製孔的形狀來改變其調製作用。結構參數的改變可以是改變上述任意組合的結構參數。

每個柱調製單元中調製孔的週期可以在50nm-800nm之間取值，占空比可以在5%-95%之間取值。調製孔的週期也可以在80nm-600nm之間取值，占空比也可以在10%-90%之間取值。

不同調製單元對光譜的調製作用不同，光譜調製作用可包括但不限於散射、吸收、透射、反射、干涉、表面等離子激元、諧振等作用。改變柱調製單元內的調製孔的結構參數(包括但不限於週期、半徑、邊長、占空比和厚度等參數中的一種或各參數的任意組合)和排列方式，即可改變調製作用，通過增加調製柱的數量可以提高對不同光譜之間差異的靈敏度。

在上述實施例的基礎上，本申請實施例中提供的光譜成像晶片，每個調製單元中為所述柱狀結構的不同調製子單元的結構形狀以及柱高度相同，且所有調製子單元在每個調製單元中的排列具有C4對稱性。

具體地，每個柱調製單元包含若干調製柱，同一柱調製單元內的所有調製柱具有相同的結構形狀，各個調製柱按照預設週期順序逐行或逐列排布，具有C4對稱性。同一柱調製單元內的所有調製柱高度均相 同，不同柱調製單元的調製柱高度可以相同或不同。調製柱的結構參數可以包括高度、縱截面結構參數、橫截面結構參數等。調製柱的結構形狀可以如第10圖所示，包括但不限於圓柱體、立方體、圓台、圓錐、鐘形等。調製柱的縱截面形狀可以如第11圖所示，包括但不限於矩形、梯形、三角形、鐘形等。調製柱的橫截面形狀包括矩形、圓形等。

調製柱的高度可以在100nm-400nm之間取值。對於圓柱形調製柱，調製柱的直徑可以在10nm-300nm之間取值。對於立方體調製柱，調製柱的截面可以是正方形或矩形，邊長可以在10nm-400nm之間取值。對於圓台形調製柱，調製柱的兩個圓截面的直徑可以在10nm-400nm之間取值。對於圓錐形調製柱，調製柱的底面圓的直徑可以在10nm-400nm之間取值。對於鐘形調製柱，調製柱的底面圓的直徑可以在10nm-400nm之間取值。

在上述實施例的基礎上，本申請實施例中提供的光譜成像晶片，所述柱狀結構的調製子單元為一體成型，和/或層疊而成。

具體地，如第12圖所示，光譜成像晶片包括：光調製層110、圖像傳感層120和訊號處理電路層130a，光調製層110的調製單元包含有調製柱，該調製柱為一體成型。如第13圖所示，調製柱還可以由多層子調製柱堆疊而成，每層子調製柱的結構形狀可以相同或不同，每層的子調製柱可為立方體、圓柱體等，每層子調製柱的材料可以相同或不同，可為金屬或介質中的任意一種。第13圖中，調製柱由多層長方體層疊而成。

同一柱調製單元中可以只包含有一體成型得到的調製柱，也可以只包含有層疊而成的調製柱，還可以同時包含有一體成型以及層疊而成的不同調製柱。

在上述實施例的基礎上，調製單元包括但不限於一維光子晶體、二維光子晶體、表面等離子激元、超材料、超表面等。具體材料可包括矽、鍺、鍺矽材料、矽的化合物、鍺的化合物、金屬、III-V族材料等，其中矽的化合物包括但不限於氮化矽、二氧化矽、碳化矽等。

在上述實施例的基礎上，在縱向上，光調製層可以包括沿厚度方向設置的至少一層子調製層，每層子調製層的材料可以相同，也可以不同，以增加光調製層對目標光束在頻譜上的調製能力，使得對目標光束採樣能力更強，有利於提高光譜恢復精度。光調製層縱向上可有以下四種情況。

1)如第14圖所示，偏振無關的光調製層為單一材料層，包括第一子調製層117，光調製層的厚度為60nm~1200nm。

2)如第15圖和第16圖所示，偏振無關的光調製層110可以包括多層子調製層，各子調製層的材料不同。各子調製層的厚度為60nm~1200nm。各子調製層的材料可包括矽、鍺、鍺矽材料、矽的化合物、鍺的化合物、金屬、III-V族材料等，其中矽的化合物包括但不限於氮化矽、二氧化矽、碳化矽等。比如第15圖所示的實施例中，光調製層包括第一子調製層117和第二子調製層118；比如第16圖所示的實施例中，光調製層包括第一子調製層117、第二子調製層118和第三子調製層119。

3)如第17圖所示，偏振無關的光調製層110可以包括多層子調製層，各子調製層的材料不同。各子調製層的厚度為60nm~1200nm。其中一層或多層子調製層可以不被調製孔116貫穿。各子調製層的材料可包括矽、鍺、鍺矽材料、矽的化合物、鍺的化合物、金屬、III-V族材料等，其中矽的化合物包括但不限於氮化矽、二氧化矽、碳化矽等。

4)如第18圖所示，偏振無關的光調製層110是在背照式CIS晶圓的光探測層122上直接刻蝕結構進行製備的，刻蝕深度為60nm~1200nm。光調製層110的調製孔陣列可以是上述兩種方案中的一種或任意組合。

在上述實施例的基礎上，在縱向結構上，光調製層可以不被調製柱或調製孔貫穿，調製柱可以具有一定厚度，具體可以為60nm~1200nm，整個光調製層的厚度可以為120nm~2000nm。調製孔的厚度可以為160nm~1000nm，整個光調製層的厚度為220nm~1500nm。

在上述實施例的基礎上，在縱向結構上，光調製層可由矽層和金層這兩層不同材料構成，矽層的厚度可以為60nm~1200nm，金層的厚度可以為60nm~1200nm。

綜上所述，本申請實施例中提供的光譜成像晶片有以下效果：1)該光譜成像晶片可以實現圖像訊息和光譜訊息的採集，在提供完整圖像訊息的同時，還提供了視野內不同點的光譜訊息。2)可以通過CMOS製程一次流片完成光譜晶片的製備，有利於降低器件失效率，提高器件的成品良率，並降低成本。3)將光調製層與圖像傳感層單片集成，無分立元件，有利於提高器件的穩定性，極大促進圖像傳感器的小型化和 輕量化。4)在晶圓級別實現單片集成，可以最大程度減小傳感器與光調製層之間的距離，有利於縮小單元的尺寸，實現更高的分辨率並降低封裝成本。

在上述實施例的基礎上，本申請實施例中的圖像傳感層具體為CIS晶圓，CIS晶圓既可以是前照式也可以是背照式。如第19圖所示，為前照式CIS晶圓，前照式CIS晶圓包括沿圖像傳感層的厚度方向連接的光探測層122和金屬線層121；光探測層122在金屬線層121下方，CIS晶圓未集成微透鏡和濾光片，光調製層直接集成到金屬線層121上。金屬線層121用於對晶圓接收到的光譜訊號進行初步的訊號處理，以將光訊號數據先行轉化為電訊號，可以加快訊號處理電路層的處理效率，使訊號轉化和訊號運算處理更穩定和更精確。

如第20圖所示，為背照式CIS晶圓，背照式CIS晶圓包括沿圖像傳感層的厚度方向連接的光探測層122和金屬線層121；光探測層122在金屬線層121上方，CIS晶圓未集成微透鏡和濾光片，光調製層直接集成到光探測層122上。由於目標光束經過光調製層後，直接照射到光探測層122，這樣可以有效消除金屬線層對目標光束的不利影響，提高光譜成像晶片的量子效率。

在上述實施例的基礎上，如第21a圖、第21b圖所示，光譜成像晶片還包括：透光介質層160，透光介質層160位於光調製層110與圖像傳感層120之間。第21a圖中光調製層110的調製單元中包含有調製孔116，第21b圖中光調製層110的調製單元中包含有調製柱1103。透光介質層160厚度為50nm~1μm，材料可為二氧化矽。若為直接沉積生長的製程 方案，可在圖像傳感層120上通過化學氣相沉積、濺射、旋塗等方式覆蓋該透光介質層160，然後在其上方進行光調製層的沉積、刻蝕即可。若為轉移的製程方案，則可在二氧化矽上先進行光調製層的加工，然後將這兩部分整體轉移到圖像傳感層120上。

值得一提的是，在一些應用場景中，使用所述光譜成像晶片及其對應的攝像模組或設備的目的是：為了獲得被攝對象的具有相對較高成像質量的圖像，例如，通過所述光譜成像晶片獲得更接近被攝對象的實際色彩情況和實際紋理情況的圖像。相應地，在這些應用場景中，所述訊息處理方法的重點在於獲取被攝對象的圖像訊息，再利用所獲得的光譜訊息對所獲得的圖像進行調整。

在這些應用場景中，優選地，所述光譜成像晶片所獲得的所述被攝對象的圖像訊息是相對完整的且精確的，從而基於所述被攝對象的圖像訊息所生成的圖像也是相對完整的且精確的，而相對地，所述光譜成像晶片所獲得的所述被攝對象的光譜訊息可以理解為用於輔助圖像調整的輔助訊息。

相應地，在這些應用場景中，優選地，所述光譜成像晶片的所述調製單元1101整體面積占所述光譜成像晶片的有效區域面積的範圍為0~25%之間，這裡，所述光譜成像晶片的有效區域表示所述光譜成像晶片中用於獲取光頻訊息和光強訊息的區域。也就是，優選地，在這些應用場景中，所述光譜成像晶片中所述調製單元1101的總面積占所述光譜成像晶片的有效區域面積的比例不超過25%，這樣，相對佔據較小面積比例的所述調製單元1101能夠獲取用於圖像調整的關於被攝對象的光譜訊息，而 相對佔據較大面積比例的所述非調製單元1102可以確保獲取足夠多的光強訊息從而還原出較高質量的圖像，進而，再通過所獲得的光譜訊息對所述圖像進行調整，以使得最終獲得圖像具有相對更高的成像質量，使得所述圖像的成像效果更為真實。

值得一提的是，在這些應用場景中，所述調製單元1101的整體所佔據的面積比例可根據實際情況作出設定與調整，例如，可選擇5%、10%、15%，20%等。本申請發明人通過測試發現，當所述面積比例為5%~15%時，所獲得的最終圖像的成像質量趨近甚至在算法的匹配下超過現有的基於CMOS和CCD成像晶片所採集的圖像的成像質量。

此外，在另外一些應用場景中，期待所述光譜成像晶片獲得相對較多的光譜訊息，從而能夠利用相對較多的光譜訊息獲得被攝對象的更為準確的特徵或訊息描述，同時，也期待所述光譜成像晶片所獲得的圖像訊息不受過多的影響。

例如，當配置有所述光譜成像晶片的終端設備被應用於生物特徵檢測時(例如，虹膜識別、指紋識別等)，現有的生物特徵識別方案，一般需要對待識別的虹膜或指紋進行成像以獲得被攝虹膜和指紋的紋理訊息，再將所獲得的紋理訊息與預設標準進行匹配，以實現識別功能。然而，在實際應用中，一些不法分子通過在假體上複製生物特徵來進行破解，因此，在這些應用場景中，期待活體檢測功能。而基於被攝對象的光譜訊息便能夠實現活體檢測的功能。

相應地，在這些應用場景中，優選地，所述光譜成像晶片的所述調製單元1101整體面積占所述光譜成像晶片的有效區域面積的範圍 為20~45%之間，這裡，所述光譜成像晶片的有效區域表示所述光譜成像晶片中用於獲取光譜訊息和光強訊息的區域。也就是，優選地，在這些應用場景中，所述光譜成像晶片中所述調製單元1101的總面積占所述光譜成像晶片的有效區域面積的比例為20%~45%，這樣，具有相對較大面積比例的所述非調製單元1102也能夠確保獲取足夠多的光強訊息從而還原出較高質量的圖像，具有該面積比例的所述調製單元1101能夠獲取用於圖像調整的被攝對象的光譜訊息，進而，基於所述光譜訊息去判斷被攝對象是否活體。

值得一提的是，在這些應用場景中，所述調製單元1101的整體所佔據的面積比例可根據實際情況作出設定與調整，例如，可選擇25%、30%、35%等。本申請發明人通過測試發現，當所述面積比例為25%~35%時，所述光譜成像晶片既能夠獲得高質量的生物特徵圖像，並且，其所獲得的光譜訊息也足以準確的判斷被攝對象是否為活體。

此外，在另外一些應用場景中，期待獲得被攝對象的圖像訊息和光譜訊息的需求是相近的，例如，在一些應用場景中，首先需通過圖像去識別或感知場景，再利用光譜訊息對該場景進行光譜分析。

相應地，在這些應用場景中，優選地，所述光譜成像晶片的所述調製單元1101整體面積占所述光譜成像晶片的有效區域面積的範圍為45~65%之間，這裡，所述光譜成像晶片的有效區域表示所述光譜成像晶片中用於獲取光譜訊息和光強訊息的區域。也就是，優選地，在這些應用場景中，所述光譜成像晶片中所述調製單元1101的總面積占所述光譜成像晶片的有效區域面積的比例為45%~65%，這樣，比例大體與所述調製 單元1101相當的所述非調製單元1102也能夠確保獲取足夠多的光強訊息從而還原出較高質量的圖像，所述調製單元1101能夠獲取用於圖像調整的被攝對象的光譜訊息。

值得一提的是，在這些應用場景中，所述調製單元1101的整體所佔據的面積比例可根據實際情況作出設定與調整，例如，可選擇55%、60%等。本申請發明人通過測試發現，當所述面積比例為50%~55%時，所述光譜成像晶片既能夠獲得高質量的生物特徵圖像，並且，其所獲得的光譜訊息也足以判斷被攝對象是否為活體。也就是，更優選地，在這些應用實例中，所述面積比例為50%~55%。

此外，在另外一些應用場景中，對於所述光譜成像晶片的核心訴求為通過對被攝對象進行精確地光譜分析，以獲得所需要的訊息，進行基於所獲得的訊息進行定量或者定性分析。例如，通過所述光譜成像晶片對牛奶中蛋白質進行檢驗，對水果中的成分、酸度等進行檢測、對水質進行監控等。在這些應用場景中，需要精確度更高的光譜訊息而對被攝對象的圖像訊息的需求相對較低或者說基本上不需要。也就是，在這些應用場景中，被攝目標的圖像訊息僅作為輔助訊息(例如，對一些突發狀況進行監督)甚至是作為無用訊息。

相應地，在這些應用場景中，優選地，所述光譜成像晶片的所述調製單元1101整體面積占所述光譜成像晶片的有效區域面積的範圍大於60%，更優選地，在80%~95%之間，這裡，所述光譜成像晶片的有效區域表示所述光譜成像晶片中用於獲取光譜訊息和光強訊息的區域。

值得一提的是，在這些應用場景中，所述調製單元1101的整體所佔據的面積比例可根據實際情況作出設定與調整，例如，可選擇85%、90%等。當然，在這些應用場景的具體示例中，該面積比例可大於95%，對此，並不為本申請所局限。

此外，在一些應用場景中，根據本申請的所述光譜成像晶片適於與光學元件相結合，以形成光學模組，其中，所述光學元件位於所述光譜成像晶片的感光路徑上，用於對進入所述光譜成像晶片的光線進行調製。在具體示例中，所述光學元件，包括但不限於透鏡(或者透鏡組)、衍射元件、擴散元件(例如，毛玻璃等)。

本領域普通技術人員應知曉，對於以傳統的CMOS成像晶片或者CCD成像晶片作為感光晶片的攝像模組而言，當光學鏡頭的視場角過大時(例如，超過75°時)，會導致所成的圖像在其四個轉角區域和/或邊緣區域產生畸變，影響圖像的成像效果。而在本申請實施例中，通過所述光譜成像晶片所獲得的光譜訊息並不應用於成像，也就是，圖像畸變並不影響光譜訊息的獲取和分析。

優選地，在這些應用場景中，將所述光譜成像晶片的所述調製單元1101佈置於所述光譜成像晶片的轉角區域和/或邊緣區域(也就是，將所述調製單元1101佈置於所述光調製層110的轉角區域和/或邊緣區域)，而選擇將所述光調製層110的所述非調製單元1102佈置於所述光譜成像晶片的中間區域。這樣，即不影響成像，又能夠獲得被攝對象的光譜訊息。

值得注意的是，在這些應用場景中，所述光譜成像晶片的轉角區域和邊緣區域包括所述光譜成像晶片的有效區域的邊緣和轉角，以及，鄰近於轉角和邊緣的部分區域。例如，在一個具體的示例中，可將離所述光譜成像晶片的中心軸的距離小於等於該方向的有效區域的距離總長的70%的區域定位為中心區域，而將有效區域的其他區域定義為邊緣區域和轉角區域。

此外，在一些應用場景中，期待所述光譜成像晶片能夠獲得被攝對象的精確更高的光譜訊息。應可以理解，對於所述光譜成像晶片而言，不管是否配置光學元件，其中間區域所採集的訊息的精確度是更高的。

因此，在這些應用場景中，優選地，將所述光譜成像晶片的所述調製單元1101佈置於所述光譜成像晶片的有效區域的中間區域，這裡，所述光譜成像晶片的有效區域表示所述光譜成像晶片中用於獲取光譜訊息和光強訊息的區域。也就是，通過位置的調整來優化所述光譜成像晶片所採集的被攝對象的光譜訊息的質量。在這些應用場景中，所述非調製單元1102可以環繞地佈設於所述調製單元1101的周圍。

值得一提的是，在根據本申請實施例的所述光譜成像晶片中，所述調製單元1101的疏密程度也會影響其成像質量和光譜分析。因此，本申請發明人還嘗試找到適合的疏密程度來提高所述光譜成像晶片的性能。

具體地，在本申請的一個具體示例中，採用如下程度來定義稀疏度：首先，對所述光譜成像晶片的邊長進行歸一化處理，且以所述調製單元1101的幾何中心表示對應的調製單元1101；接著，對所述調製單 元1101對應的點進行從1到n進行編碼，並以d_ij表示第i個調製單元1101的幾何中心到第j個調製單元1101的幾何中心之間的距離(如第28圖所示)，相應地，在該具體示例中，稀疏度A可以如下公式計算獲得：

這裡，值得一提的是，在上述定義過程中，如果相鄰兩個所述調製單元1101具有相同的結構，則可將這兩個調製單元1101視為一個調製單元1101並以兩個調製單元1101的幾何中心標識該整合的調製單元1101，以利於計算。

在本申請實施例中，所述稀疏度的取值為大於0且小於等於1。優選地，所述稀疏度小於等於0.5。這裡，當所述稀疏度的取值小於等於0.5時，所述光譜成像晶片的所述調製單元1101的佈置密度相對較為稀疏，因此，所述調製單元1101對所述光譜成像晶片的成像影響較小，即，利於圖像還原。尤其是，當所述稀疏度的取值為小於等於0.15時，所述光譜成像晶片可以被定義為稀疏式光譜成像晶片，其中，所述稀疏式光譜成像晶片的所述調製單元1101的佈置密度相對較為稀疏，而對應的所述非調製單元1102的佈置密度相對較高，通過這樣的配置模式，所述光譜成像晶片可獲得更多的且更為豐富的光強訊息，以利於提高圖像的成像質量。並且，還可以將所述稀疏式光譜成像晶片所採集的被攝對象的光譜訊息與所述圖像相整合，以提高所述圖像的真實性。

在本申請的一些示例中，所述稀疏度也可以被設定為0.15至0.35之間。可以理解的是，如果所述光譜成像晶片的稀疏度過低，會導致光譜訊息可能不完整或者準確度偏低，因此，可適當地提高所述稀疏度的值來提高光譜訊息的密度，以提高光譜訊息測量的精度。

在本申請的另外一些示例中，所述稀疏度的取值範圍被設定為0.5至1之間(不包括0.5)。應可以理解，當所述光譜成像晶片的稀疏度取值較高時，所述光譜成像晶片的所述調製單元1101的佈置密度較大，因此，所述光譜成像晶片可被更多地應用於光譜採集與分析的應用領域中。而相應地，所述光譜成像晶片所獲得的圖像可作為輔助訊息來提高光譜訊息的準確度。在這些示例中，優選地，所述光譜成像晶片的稀疏度的取值大於等於0.85，以確保有充足的光譜訊息可使用。當然，在本申請的一些示例中，所述稀疏度的取值範圍被設定為0.65至0.85，此時，所述光譜成像晶片能夠採集到相對較為充分的光譜訊息，同時，也能夠得到一張較為合適用於輔助分析的圖像，以輔助和/或配合完整光譜分析。

在一些實施例中，如第22圖至第27圖所示，光譜成像晶片100還包括：透鏡140和濾光片150中的至少一種，透鏡140和濾光片150中的至少一種連接在光調製層110的背離或靠近圖像傳感層120的一側。

如第22圖所示，該光譜成像晶片100集成了透鏡140，且透鏡140位於光調製層110的靠近圖像傳感層120的一側，即透鏡140位於光調製層110與圖像傳感層120之間。

如第23圖所示，該光譜成像晶片100集成了透鏡140，且透鏡140位於光調製層110的背離圖像傳感層120的一側。

如第24圖所示，該光譜成像晶片100集成了濾光片150，且濾光片150位於光調製層110的靠近圖像傳感層120的一側，即濾光片150位於光調製層110與圖像傳感層120之間。

如第25圖所示，該光譜成像晶片100集成了濾光片150，且濾光片150位於光調製層110的背離圖像傳感層120的一側。

如第26圖所示，該光譜成像晶片100集成了透鏡140和濾光片150，且透鏡140和濾光片150位於光調製層110的背離圖像傳感層120的一側，濾光片150位於透鏡140與光調製層110之間。

如第27圖所示，該光譜成像晶片100集成了透鏡140和濾光片150，且透鏡140和濾光片150位於光調製層110的靠近圖像傳感層120的一側，即透鏡140和濾光片150位於光調製層110與圖像傳感層120之間，且濾光片150位於透鏡140與圖像傳感層120之間。

如第1圖所示，基於本申請各實施例提出了一種光譜識別設備，該設備包括光源模組300和光譜成像晶片100。光源模組300用於向待成像對象200發射光譜，以使光譜經過待成像對象200反射後，作為目標光束射入光譜成像晶片100上。光譜成像晶片100與光源模組300同時設置在待成像物體200的同一側。光源模組300產生的可見-近紅外光的光譜能照射到待成像對象200內，並在反射作用下全部光譜形成射入光譜成像晶片100中的目標光束。該結構設置能夠擴大檢測空間，提高物體成像和識別的使用便利性。

可理解的是，本申請所述的光譜成像晶片100和光譜識別設備可對任一待成像對象200進行成像識別，只需根據成像需要，對光譜成 像晶片100的各個調製單元111的體積以及入射光的對應波長等參數進行調整即可。

示例性光譜成像晶片的製備方法

第29圖圖示了根據本申請實施例的所述光譜成像晶片的製備方法的再一個具體示例的示意圖。這裡，本申請所涉及的所述光譜成像晶片被應用於計算光譜儀，其中，計算光譜儀與傳統光譜儀之間最顯著的區別在於濾光的不同。在傳統的光譜儀中，用於進行波長選擇的濾光片為帶通濾光片。光譜分辨率越高，就必須使用通帶越窄和越多的濾光片，這增加了整個系統的體積和複雜度。同時，當光譜響應曲線變窄時，光通量下降，導致信噪比降低。

而對於計算光譜儀，每個濾光片均採用寬譜濾光片，這使得計算光譜儀系統探測到的數據看起來與原始光譜完全不同。然而，通過應用計算重建算法，原始光譜可以通過計算恢復。由於寬帶濾光片比窄帶濾光片有更多的光通過，因此，計算光譜儀可以從較暗的場景中檢測光譜。此外，根據壓縮感知理論，可以適當地設計濾光片的光譜曲線來高概率地恢復稀疏光譜，且濾光片的數量遠小於期望的光譜通道數(從較低維向量恢復較高維向量)，這無疑是非常有利於小型化的。另一方面，通過使用更多數量的濾光片，可以使用正則化算法(由更高維向量獲得降噪後的較低維向量)來降低噪聲，這增加了信噪比並使得整個系統有更高的魯棒性。

相對來講，傳統的光譜儀在設計的時候需要根據需要的波長去設計濾波器(其效果等同於光譜晶片的光調製結構)，使得特定波長的光可以透過(一般其設計為增強特定波長的入射光投射，而非特定波長波 段的入射光無法投射，通過改變納米盤等結構週期和直徑可以控制共振條件，改變可增強投射的入射光中心波長，從而實現濾光特性)。也就是，傳統的光譜儀在設計過程中需要重點控制光調製結構的尺寸和位置精度，同時需要想辦法提高其特定波長的透過率。而對於計算光譜儀，需要的是可以接收較大範圍的波段(例如，350nm至900nm)的光，因此，需要在設計的時候更加專注於折射率。

特別地，在本申請實施例中，所述光譜成像晶片以所述製備方法進行製備，以使得所述光譜成像晶片在其表面形成具有規則的晶向結構的光調製層，所述光調製層具有相對較大的折射率，以使得相對較大範圍的波段的光能夠被採集並利用。並且，在本申請實施例中，所述光調製層沿著其表面設有至少一調製單元和至少一非調製單元，其中，所述調製單元被配置為採集光頻訊息以獲得被攝對象的光譜訊息，所述非調製單元被配置為採集光強訊息以獲得被攝對象的圖像訊息。

如第29圖所示，根據本申請實施例的所述光譜成像晶片的製備過程，首先包括提供一光譜晶片半成品400，其中，所述光譜晶片半成品400包括圖像傳感層410和連接於所述圖像傳感層410的訊號處理電路層420。

在該具體示例中，所述光譜晶片半成品400可以由廠家提供，也可以通過對現有的感光晶片進行加工獲得。本領域普通技術人員應知曉，現有的感光晶片，例如，CCD感光晶片，CMOS感光晶片，其包括為微透鏡層、彩色濾光層(這裡，如果是黑白晶片的話，則不包括彩色濾光層)、圖像傳感層410和訊號處理電路層420。相應地，可通過去除現 有的感光晶片的微透鏡層和彩色濾光層(如果是黑白晶片，則僅需去除微透鏡層)，以得到所述光譜晶片半成品400。

如第29圖所示，在該具體示例中，所述光譜成像晶片的製備過程，進一步包括對所述光譜晶片半成品400的表面進行預處理，以在所述光譜晶片半成品400的表面形成用於結合具有目標轉移層510的轉移件500的平整結合面。

具體地，在該具體示例中，對所述光譜晶片半成品400的表面進行預處理的過程，包括：在所述光譜晶片半成品400的表面形成一可透光介質層430，其中，所述可透光介質層430由可透光材料製成，且具有相對較高的光透過率，以使得其不會影響光線進入所述光譜晶片半成品400。

值得一提的是，在具體實施中，雖然所述可透光介質層430需要相對較高的折射率，但所述可透光介質層430的折射率也不宜過高，其原因在於：需要確保所述可透光介質層430與位於其上的半導體結構層之間的折射率的差值。

在該具體示例中，所述可透光介質層430的製成材料優選為矽化物，例如，二氧化矽、氮化矽等。本領域普通技術人員應知曉，二氧化矽的折射率為1.45左右，氮化矽的折射率在1.9至2.3之間。

在具體實施中，所述可透光介質層430可通過諸如非金屬氣相沉積製程形成於所述光譜晶片半成品400的表面，當然，在該具體實施的其他實施方式中，所述可透光介質層430還可以通過其他製程形成，對於形成製程，本申請不作限制。特別地，在該具體示例中，所述可透光介 質層430的厚度尺寸並不為本申請所局限，其具體取值可根據應用場景的具體需求做出調整，一般情況下，其厚度尺寸小於等於300nm，在一些特殊場景下其甚至小於100nm。

如第29圖所示，優選地，所述可透光介質層430的上表面為平整表面，或者說，所述可透光介質層430的上表面中用於結合所述轉移件500的部分具有相對較高的平整度，以利於將所述轉移件500遷移到所述光譜晶片半成品400上。

值得一提的是，在該具體示例的一些情況中，所述光譜晶片半成品400的表面可能是非平整的，通過沉積製程形成於所述光譜晶片半成品400的表面的所述可透光介質層430的上表面也可能是非平整的。因此，在該具體實施中，所述預處理過程，還包括：對所述光譜晶片半成品400的表現進行拋光打磨處理，和/或，對所述可透光介質層430的上表面進行拋光打磨處理。這裡，拋光打磨製程可以採取化學機械拋光製程(chemical mechanical polish)，或者，其他能夠使得表面平整度增加的製程，對此，本申請不作限制。

值得一提的是，在該具體示例中，如果所述光譜晶片半成品400的表面平整度滿足預設要求的話，也可以不在所述光譜晶片半成品400的表面設置所述可透光介質層430，即，不需要對所述光譜晶片半成品400進行預處理。

進一步地，如第29圖所示，所述光譜成像晶片的製備過程，進一步包括：提供一轉移件500。特別地，在該具體示例中，所述轉移件500選擇為SOI器件(Silicon on insolation，絕緣體上的矽器件)，其自 下而上依次包括：矽基底層511、矽化物層512和矽晶體層513，其中，所述矽晶體層513為所述待轉移件500的目標轉移層510，也就是，在該具體示例中，所述轉移件500的目標轉移層510位於所述轉移件500的最上層。本領域普通技術人員應知曉，SOI器件為現有的元器件，採用現成元器件作為所述轉移件500，這樣一方面可以降低成本，另一方面，現有的器件其技術發展已經成熟，具有穩定的可預期的性能。當然，本申請實施例中的所述轉移件500也可以為其他的類型的器件，例如，一矽棒、矽片或矽晶體和矽化物結合器件等。

並且，本領域普通技術人員應知曉，在所述SOI器件中，所述矽基底層511、所述矽化物層512和所述矽晶體層513中的原子的排布都是規則的，即，三者皆具有良好的晶向結構。優選地，在該具體示例中，所述矽晶體層513的表面為平整表面。

如第29圖所示，所述光譜成像晶片的製備過程，進一步包括：以轉移件500的上表面鍵合於所述光譜晶片半成品400的所述可透光介質層430的上表面的方式，將所述轉移件500耦接於所述光譜晶片半成品400。也就是，以所述SOI器件的所述矽晶體層513的表面鍵合於所述光譜晶片半成品400的所述可透光介質層430的上表面的方式，將所述SOI器件遷移至所述光譜晶片半成品400。

為了確保所述轉移件500與所述光譜晶片半成品400之間的結合強度，優選地，在本申請實施例中，所述轉移件500的上表面優選地與所述可透光介質層430的上表面具有良好的鍵合反應，以使得兩表面在鍵合時能夠產生良好的鍵合反應，產生更大的鍵合力。例如，在該具體示 例中，將所述轉移件500的上表面配置為與所述可透光介質層430具有相同的製成材料，從而兩者在鍵合時能夠產生良好的鍵合反應，產生更大的鍵合力。

以所述可透光介質層430為二氧化矽為例，應可以理解，在該具體示例中，所述轉移件500的上表面由所述矽晶體層513的表面形成。因此，在該具體實施中，在將所述轉移件500的上表面鍵合於所述可透光介質層430的上表面之前，進一步包括：對所述轉移件500的上表面進行處理，以使得所述轉移件500的上表面由二氧化矽材料製成。

在具體實施中，可採取將氧離子注入所述矽晶體層513的表面，以在所述矽晶體層513的表面部分形成一層二氧化矽層，以使得所述轉移件500的上表面由二氧化矽形成。應可以理解，所述矽晶體層513具有規則的晶向結構，因此，所述二氧化矽層也具有規則的晶向結構，以利於提高其與所述可透光介質層430的鍵合效果。

當然，在本申請的其他實施方案中，還可以在所述矽晶體層513的表面疊置結合層520，其中，所述結合層520由二氧化矽材料製成，例如，通過非金屬氣相沉積製程在所述矽晶體層513的表面疊置地形成所述結合層520，以通過所述結合層520提高所述轉移件500與所述光譜晶片半成品400之間的結合強度。

值得一提的是，在該具體示例中，對所述轉移件500的上表面進行處理的過程，也可以在提供所述轉移件500的步驟中完成，對此，並不為本申請所局限。

如第29圖所示，所述光譜成像晶片的製備過程，進一步包括：暴露所述轉移件500的所述目標轉移層510，也就是，暴露所述轉移件500的所述矽晶體層513。在該具體示例中，可採用機械研磨、化學機械拋光、腐蝕製程中一種或幾種製程的組合來去除所述矽基底層511和所述矽化物層512，以使得所述轉移件500的所述矽晶體層513被暴露。

值得一提的是，機械研磨效率高但是精度差，而化學機械拋光和腐蝕製程的效率低但是精度高，因此，在該具體示例中，優選地，先採用機械研磨拋光對所述矽基底層511和所述矽化物層512進行第一階段的處理，接著，以化學機械拋光或者腐蝕製程對所述矽基底層511和所述矽化物層512進行第二階段的處理，以兼顧效率和精度。

特別地，在本申請實施例中，所述矽晶體層513的折射率在3.42左右，所述矽晶體層513與所述可透光介質層430之間的折射率之差大於等於0.5，優選地，大於等於0.7。

特別地，在該具體示例中，所述光譜晶片對所述矽晶體層513的厚度有一定的要求，所述矽晶體層513的厚度尺寸範圍在5nm至1000nm，優選地為50nm至750nm，該厚度有利於厚度對所述矽基底層511的加工，以使得所述光譜晶片的成像效果得以優化和保證。更優選地，所述矽晶體層513的厚度尺寸為150nm至250nm之間。

相應地，在該具體示例中，為了滿足厚度要求，在去除所述矽基底層511和所述矽化物層512的過程中，進一步包括去除所述矽晶體層513的一部分，以使得所述矽晶體層513的厚度尺寸滿足預設要求。

如第29圖所示，所述光譜成像晶片的製備過程，進一步包括：在暴露的所述矽晶體層513上形成光調製層501，這樣，在外界成像光線通過光調製層501進入所述光譜成像晶片的內部時，所述光調製層501能夠對成像光線進行調製，以提取和利用成像光線中的光頻訊息和光強訊息。

具體地，在本申請實施例中，在暴露的所述矽晶體層513層形成所述光調製層501的過程，包括：首先，在所述矽晶體層513上施加光刻膠，然後，以具有特定圖案的掩模對所述光刻膠進行曝光；接著，通過蝕刻製程基於所述掩模的特定圖案去除所述矽晶體層513的預定部分和所述光刻膠，其中，沒有被蝕刻的所述矽晶體層513形成光調製層501。

如第29圖所示，在本申請實施例中，所述光調製層501包括形成於其中間區域的調製單元5010和環繞地形成於所述調製單元5010周圍的非調製單元5011。也就是，在本申請實施例中，所述光調製層501的所述調製單元5010位於所述光調製層501的中間區域，其非調製單元5011位於所述光調製單元5010的周圍。應可以理解，在本申請其他示例中，所述光調製層501的調製單元5010和非調製單元5011還可以以其他樣式進行佈局，對此，並不為本申請所局限。

特別地，每個所述調製單元5010可以是微納結構單元，用於對進入所述光譜成像晶片的光束進行調製，每個非調製單元5011不具有調製能力，無法對目標光束進行調製，而是直接使成像光線透過。並且，在本申請實施例中，每個所述調製單元5010分別對應所述圖像傳感層410的至少一個傳感單元4101，其中，成像光線在經過所述調製單元5010的調 製後抵達對應的所述傳感單元4101，所述傳感單元4101用於獲取成像光線中的光頻訊息。同時，每個所述非調製單元5011同樣對應於所述圖像傳感器410的至少一個傳感單元4101，其中，成像光線在透過所述非調製單元5011後抵達對應的所述傳感單元4101，所述傳感單元4101用於獲取成像光線中的光強訊息。值得一提的是，不同的調製單元5010對不同波長光調製作用可能相同也可能不同，可以根據需要進行設定，本方面實施例中對此不作具體限定。

特別地，在該具體示例中，所述光調製層501的折射率為1至5之間，且，所述光調製層501的折射率與所述可透光介質層430的折射率之差大於等於0.5，優選地，大於等於0.7，這樣，相對較大範圍波長的光能夠在通過所述光調製層501後透過所述可透光介質層430並所述光譜晶片的所述圖像傳感層410。

值得一提的是，在該具體示例中，所述轉移件500的所述矽晶體層513內的原子具有規則的晶向分佈，並且，在通過如上所述的製備方法被遷移到所述光譜晶片半成品400的表面時，所述矽晶體層513的內部結構並沒有發生改變。因此，根據該具體示例所揭露的製備方法所制得的所述光譜晶片，具有形成其表面的具有較優晶向排布的光調製層410。

如第29圖所示，在本申請實施例中，所述光譜成像晶片的製備方法，進一步包括：在所述光調製層501的非調製單元5011處形成濾光層600，以使得在成像光線通過所述非調製單元5011時，所述濾光層600能夠對進入所述圖像傳感層410的傳感單元4101進行濾色處理，以獲取所 述成像光線中特定波段的光強訊息。這裡，所述濾光層600可被實施為拜耳濾鏡層。

特別地，在本申請一些特殊的示例中，所述濾光層600的厚度與所述光調製單元5010的厚度相近或者相等，以使得所述光調製層501和所述濾光層600形成相對較為平整的表面。

個別實施例中，所述光譜成像晶片並不需要形成濾光層600，此時，可選地對於非調製單元5011不進行處理，其被實施為矽晶體層513，光可以直接透過非調製單元5011。

如第29圖所示，在本申請實施例中，所述光譜成像晶片的製備方法，進一步包括：在所述光調製層501和/或所述濾光層的上表面上形成微透鏡層700，其中，所述微透鏡層700包括多個微透鏡單元，用於對進入所述光調製層501和所述濾光層600的成像光線進行會聚。

值得一提的是，在本申請實施例中，所述光譜成像晶片的製備方法也可以不在所述光調製層501和/或所述濾光層的上表面上形成微透鏡層700，也就是，在本申請一些示例中，所述光譜成像晶片不包括所述微透鏡層700，對此，並不為本申請所局限。

綜上，基於該具體示例的所述光譜成像晶片及其製備方法被闡明，其以特定的製備方法將具有較優晶向排布的矽晶體層513遷移到光譜晶片半成品400的表面，以使得最終制得的所述光譜成像晶片的表面具有較優晶向排布的光調製層501。

第30圖圖示了根據本申請實施例的所述光譜成像晶片的製備方法的一個變形實施的示意圖。如第30圖所示，在該變形實施中，在將 所述轉移件500通過鍵合製程遷移到所述光譜晶片半成品400之前，對所述轉移件500的所述矽晶體層513進行預處理，以形成所述光調製層501，其中，所述光調製層501的厚度為200-1000nm，優選地為350-600nm。相應地，在後續暴露所述矽晶體層513時，所述光調製層501也同步地被暴露。

也就是，相較於第29圖所示意的製備方案，在該變形實施例中，先在所述轉移件500上預製所述光調製層501，或者說，將形成所述光調製層501的工序往前調整。

示例性指紋活體識別裝置和指紋模組

第31a圖為本發明實施例中提供的一種指紋活體識別裝置的結構示意圖，第31b圖為本發明實施例中提供的一種指紋活體識別裝置的俯視圖。如第31a圖和第31b圖所示，該指紋活體識別裝置包括：顯示螢幕800、光源模組300、光譜成像晶片100、訊號處理電路模組以及識別模組810。第31a圖和第31b圖中並未單獨示出訊號處理電路模組，因為訊號處理電路模組既可以集成在光譜成像晶片100內，也可以在指紋活體識別裝置中作為一個獨立於光譜成像晶片100的部分，例如可以是計算機等，本發明實施例中對此不作具體限定。顯示螢幕800可以包括蓋板玻璃、觸控模組和顯示模組。顯示螢幕800上設置有指紋檢測區域800a，可以將待檢測對象200a放置於指紋檢測區域800a內。待檢測對象200a可以是使用者本人的活體指紋，也可以是其他人的活體指紋，還可以是攜帶有指紋訊息的貼紙、3D打印模型等，本發明實施例中對此不作具體限定。

光源模組300用於照射指紋檢測區域內的待檢測對象200a，光源模組300既可以是獨立於顯示螢幕的單獨部分，例如LED光源，或者是某個波長的激光光源，如940nm的激光等。除此之外，光源模組還可以集成於顯示螢幕800內，是顯示螢幕800中自發光顯示模組的一部分，本發明實施例中對此不作具體限定。光源模組300的上表面可以設置有透鏡，用於彙聚光源模組發出的光束。

經待檢測對象200a反射後可以得到目標光束，該目標光束入射至光譜成像晶片100上。目標光束照射後，光譜成像晶片100的光調製層中每個調製單元對應的像素點均具有頻譜訊息，光調製層中每個非調製單元對應的像素點均具有光強訊息。頻譜訊息是指每個調製單元對應的像素點處不同波長的光對應的光強訊息。不同的調製單元對不同波長光調製作用可能相同也可能不同，可以根據需要進行設定，本發明實施例中對此不作具體限定。因此，光譜成像晶片100可以確定出頻譜訊息以及光強訊息。然後由訊號處理電路模組根據頻譜訊息和光強訊息分別確定出待檢測對象200a的光譜訊息和圖像訊息。當訊號處理電路模組集成在光譜成像晶片內時，可以認為是光譜成像晶片具有確定待檢測對象200a的光譜訊息和圖像訊息的功能。

在指紋活體識別裝置中，光源模組到顯示螢幕的垂直距離可以在0mm-30mm之間取值，相應地，光源模組到光譜成像晶片的垂直距離可以在0mm-30mm之間取值。光源模組到顯示螢幕的垂直距離還可以在0.5mm-20mm之間取值，相應地，光源模組到光譜成像晶片的垂直距離可以在0.5mm-20mm之間取值。值得一說的，舉例個別實施例中光譜成像晶 片通過粘合劑被貼附於所述顯示螢幕，即使光譜成像晶片與所述顯示螢幕之間具有粘合劑，也可以理解為其距離為0mm，即由於組裝、固定等造成的誤差並不影響本發明出發點。

識別模組810與訊號處理電路模組電連接，識別模組810可以獲取訊號處理電路模組確定出的待檢測對象200a的光譜訊息和圖像訊息，並根據待檢測對象200a的光譜訊息以及圖像訊息，識別待檢測對象200a是否為目標使用者的活體指紋。在識別模組810中可以事先存儲有目標使用者的指紋圖像訊息以及指紋光譜訊息，首先可以將光譜成像晶片100確定的待檢測對象200a的圖像訊息與識別模組810中事先存儲的目標使用者的指紋圖像訊息進行比對，如果二者相同或誤差在預設範圍內，則可以確定待檢測對象是屬於目標使用者本人的對象。然後，再將光譜成像晶片100確定的待檢測對象200a的光譜訊息與識別模組810中事先存儲的指紋光譜訊息進行比對，如果二者相同或誤差在預設範圍內，則可以確定待檢測對象是目標使用者本人的活體指紋。

本發明實施例中提供的指紋活體識別裝置，包括顯示螢幕、光源模組、光譜成像晶片、訊號處理電路模組以及識別模組，所述顯示螢幕上設置有指紋檢測區域，通過光源模組照射指紋檢測區域內的待檢測對象，經待檢測對象反射後得到的目標光束入射至光譜成像晶片上，由光譜成像晶片確定出頻譜訊息以及光強訊息，並由訊號處理電路模組確定出待檢測對象的光譜訊息以及圖像訊息，最後通過識別模組根據待檢測對象的光譜訊息以及圖像訊息，識別出待檢測對象是否為目標使用者的活體指紋。本發明實施例中提供的指紋活體識別裝置，與現有的指紋識別裝置相 比，可以實現指紋活體識別，有利於提高器件性能的穩定性，同時減小光譜器件的體積、重量和成本，極大提高了指紋識別系統的防偽能力。而且，本發明實施例中採用的光譜成像晶片，與傳統的圖像傳感器相比，可以在不影響所成圖像的空間分辨率及成像質量的同時，獲得光譜訊息，便於掌握待檢測對象更全面的訊息。另外，由於待檢測對象的光譜訊息可以用於唯一標識待檢測對象，因此可以通過待檢測對象的光譜訊息判斷待檢測對象是否是目標使用者的活體指紋，可以提高檢測的準確性，使通過指紋活體識別裝置實現的指紋身份驗證更加安全可靠。

在上述實施例的基礎上，本發明實施例中提供的指紋活體識別裝置，所述光譜成像晶片包括：沿厚度方向順次層疊設置的光調製層和圖像傳感層；所述光調製層沿表面分佈有至少一個調製單元和至少一個非調製單元；所述圖像傳感層沿表面分佈有多個感應單元，且每個調製單元以及每個非調製單元沿所述厚度方向分別對應至少一個傳感單元；所述訊號處理電路模組與所述傳感單元電連接。具體地，於本發明實施例中的指紋活體識別裝置中應用第3圖的光譜成像晶片的結構。如第3圖所示，該光譜成像晶片100可以包括：光調製層110、圖像傳感層120和訊號處理電路模組(或稱訊號處理電路層)130，即本發明實施例中訊號處理電路模組130集成在光譜成像晶片100內。光調製層110、圖像傳感層120和訊號處理電路模組130沿厚度方向順次層疊設置。光調製層110沿表面分佈有至少一個調製單元1101和至少一個非調製單元1102。圖像傳感層120沿表面分佈有多個傳感單元1201，且每個調製單元1101以及每個非調製單元1102沿厚度方向分別對應至少一個傳感單元1201，至少一個調製單元1101以及 其周圍的多個非調製單元1102與對應的傳感單元120構成光譜成像晶片100的一個像素點。訊號處理電路模組130與圖像傳感層120上的傳感單元1201電連接，訊號處理電路模組130用於確定待檢測對象的圖像訊息以及光譜訊息。

具體與光譜成像晶片的實施例相同，在此不再重複說明。

每個調製單元1101可以是微納結構單元，用於對目標光束進行調製，每個非調製單元1102不具有調製能力，無法對目標光束進行調製。每個非調製單元1102既可以是空白單元，也可以是不具有調製能力但可以直接使目標光束透過且與調製單元屬於同種材料的實體單元。光調製層110上的每個調製單元1101可以直接製備在CIS晶圓的感光區域表面上，而CIS晶圓上未製備調製單元的區域還是傳統的RGB或黑白像素，CIS晶圓上未製備調製單元的區域對應於光調製層上的非調製單元。由於光譜成像晶片的光調製層包括調製單元以及非調製單元，則既可以獲取每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息，即經過每個調製單元調製後並被對應的傳感單元檢測到的頻譜訊息，還可以獲取每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，即經過每個非調製單元後並被對應的傳感單元檢測到的光強訊息。

在上述實施例的基礎上，本發明實施例中提供的指紋活體識別裝置，所述訊號處理電路模組具體用於：基於所述目標光束照射後每個調製單元周圍的多個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息； 基於每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息，以及每個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述待檢測對象的圖像訊息。

具體地，本發明實施例中訊號處理電路模組在確定待檢測對象的圖像訊息時，首先可以根據目標光束照射後每個調製單元周圍的至少一個非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定出每個調製單元對應的像素點的擬合光強訊息。每個調製單元周圍是指與該調製單元的距離在預設範圍內的位置，預設範圍可以根據需要進行設置，本發明實施例中對此不作具體限定。例如，每個調製單元周圍可以是與該調製單元距離最近的左方、左上方、上方、右上方、右方、右下方、下方以及左下方等8個位置，也可以是與該調製單元距離次近的位置等。每個調製單元周圍的非調製單元的數量與光調製層的結構有關，光調製層一般為矩形結構，以每個調製單元周圍是與該調製單元距離最近的位置為例進行說明，則頂點位置處的每個單元周圍均分別有3個單元，除頂點位置外的其他邊緣位置處的每個單元周圍均分別有5個單元，除頂點位置以及其他邊緣位置處的每個單元周圍均分別有8個單元。如果光調製層的結構如第4圖所示，則每個調製單元周圍最多有5個非調製單元，最少有3個非調製單元；如果光調製層的結構如第5圖所示，則每個調製單元周圍最多有6個非調製單元，最少有0個非調製單元；如果光調製層的結構如第6圖所示，則每個調製單元周圍最多有4個非調製單元，最少有0個非調製單元；如果光調製層的結構如第7圖所示，則每個調製單元周圍均有8個非調製單元。

在上述實施例的基礎上，本發明實施例中提供的指紋活體識別裝置，還包括：透鏡組； 所述光源模組設置於所述顯示螢幕與所述光譜成像晶片之間，所述透鏡組設置於所述光源模組與所述光譜成像晶片之間；或者，所述光源模組設置於所述顯示螢幕的非指紋檢測區域的下方，所述透鏡組與所述光譜成像晶片順次設置於所述指紋檢測區域的下方；所述透鏡組用於將所述目標光束准直入射至所述光譜成像晶片上，以使所述目標光束在所述光譜成像晶片上成像。

具體地，如第32圖所示，透鏡組900設置於顯示螢幕800與光譜成像晶片100之間，且透鏡組900設置於光源模組300與光譜成像晶片100之間。

如第33圖所示，光源模組300設置於顯示螢幕800的非指紋檢測區域的下方，透鏡組900與光譜成像晶片100順次設置於顯示螢幕800的指紋檢測區域800a的下方。

透鏡組中可以集成有濾光片，用於濾出感興趣的特定波段範圍的光，例如濾出400nm~598nm的光，並去除其他干擾光。透鏡模組的垂直厚度可以為0.5mm-20mm。作為優選方案，透鏡模組的垂直厚度可以為5mm-10mm。

通過透鏡組可以順利將目標光束引導入射至光譜成像晶片上，以保證目標光束在光譜成像晶片上成像。

進一步，如第34圖所示，本發明提供一種光學指紋識別組件，所述光學指紋識別組件包括顯示螢幕800和指紋模組1000，其中所述指紋模組1000被設置於所述顯示螢幕800下端，其中所述顯示螢幕800可 以被實施為LCD螢幕、OLED螢幕等；進一步，所述光學指紋識別組件還包括一光源模組300，所述光源模組300被設置於指紋活體識別裝置，所述光源模組300與所述指紋模組1000相對應設置。在識別時，所述光源模組300發射光至待檢測對象200a，經待檢測對象200a反射後可以得到目標光束，該目標光束入射至指紋模組1000被接收。

在個別實施例中，所述指紋模組並不一定要與所述顯示螢幕組合使用，即在該實施例應用中，終端產品不需要設置所述顯示螢幕，所述指紋模組也可以實現指紋識別。

值得一提的是，個別實施例中，所述光源模組300被集成於所述顯示螢幕800，例如所述顯示螢幕800實施為OLED螢幕時，所述顯示螢幕自身投射出的光束可以用來輔助識別所述待檢測對象200a。

進一步，如第35圖所示，所述指紋模組1000包括光譜成像晶片100和電路板1001，所述光譜成像晶片100電連接於所述電路板1001，優選地，所述光譜成像晶片100貼附於所述電路板1001。所述電路板1001可被實施為硬板(Printed Circuit Board，PCB)、軟板(Flexible Printed Circuit，FPC)、軟硬結合板(F-PCB)、陶瓷基板等，其主要用於導通和/或支撐所述光譜成像晶片100。

進一步，舉例所述光譜成像晶片100被貼附於電路板1001，所述光譜成像晶片100可以通過打引線與所述電路板1001導通，也可以直接背置pad點進行導通；個別實施例中，所述指紋模組進一步包括一補強板1002，所述補強板1002被貼附於所述電路板1001用以增強所述指紋模組1000的可靠性強度。個別實施例中，所述指紋模組1000進一步所述指 紋模組1000還包括一封裝部1003，所述封裝部成型於所述電路板1001上表面，所述封裝部1003可以被實施為模塑製程一體成型於所述電路板，也可以被實施為膠狀物施加於所述電路板1001。值得一提的是，所述封裝部1003也可以一體包裹住用以導通的引線，所述封裝部1003有利於提高所述指紋模組的可靠性，進一步所述封裝部1003具備平整表面，使得所述指紋模組更好貼附於所述顯示螢幕800。由於所述補強板1002存在，所述電路板可被實施為軟板，從而降低指紋模組的厚度。個別實施例，進一步，所述指紋模組1000還可以包括一遮光部1004，所述遮光部1004被設置於所述封裝部1003上表面，用以防止雜散光進入，影響成像。所述遮光部可以被實施為泡棉。

本發明另一實施例，如第36圖所示，所述指紋模組1000包括一光譜成像晶片100、電路板1001、支架1005和光源模組300，所述光譜成像晶片100和所述支架1005被固定於所述電路板1001，所述光源模組300被固定於所述支架1005。

進一步，本發明實施例中指紋模組還可包括一透鏡組，用以光學對焦，所述透鏡組被設置於所述光譜成像晶片100的感光路徑上。所述透鏡組件可以為豎直准直鏡、薄膜透鏡、微透鏡陣列、廣角鏡頭等。

以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分佈到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模 組來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性的勞動的情況下，即可以理解並實施。

通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地瞭解到各實施方式可借助軟件加必需的通用硬體平台的方式來實現，當然也可以通過硬體。基於這樣的理解，上述技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品可以存儲在計算機可讀存儲介質中，如ROM/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一台計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。

最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。

110:光調製層

120:圖像傳感層

130,130a:訊號處理電路模組(或稱訊號處理電路層)

1101:調製單元

1102:非調製單元

1201:傳感單元

Claims (23)

1. 一種光譜成像晶片，其特徵在於，包括：圖像傳感層，包括多個傳感單元；以及位於所述圖像傳感層的感光路徑上的光調製層，所述光調製層包括至少一調製單元和與所述至少一調製單元相間隔的至少一非調製單元，其中，每個所述調製單元沿著所述感光路徑對應於至少一所述傳感單元，每個所述非調製單元沿著所述感光路徑對應於至少一所述傳感單元；其中，所述光調製層的調製單元被配置為對進入其所對應的所述傳感單元的成像光線進行調製，其所對應的所述傳感單元適於獲取該成像光線的頻譜訊息；其中，所述光調製層的非調製單元被配置為不對進入其所對應的所述傳感單元的成像光線進行調製，其所對應的所述傳感單元適於獲取該成像光線的光強訊息；其中，所述光譜成像晶片通過一稀疏度A來定義所述調製單元的疏密程度，所述稀疏度A的表達式如下：

   

   其中，n為所述調製單元對應的點從1到n進行編碼，d_ij表示第i個調製單元的幾何中心到第j個調製單元的幾何中心之間的距離；其中，所述調製單元的稀疏度A用以判斷所述光譜成像晶片的性能。
2. 如請求項1所述的光譜成像晶片，其中，所述至少一調製單元和所述至少一非調製單元位於同一平面。
3. 如請求項2所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於0且小於等於25%，其中，所述光調製層的有效區域為所述光調製層的調製單元和非調製單元所設定的區域。
4. 如請求項3所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於等於5%且小於等於15%。
5. 如請求項2所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於25%且小於等於45%，其中，所述光調製層的有效區域為所述光調製層的調製單元和非調製單元所設定的區域。
6. 如請求項5所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於25%且小於等於35%。
7. 如請求項2所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於45%且小於等於60%，其中，所述光調製層的有效區域為所述光調製層的調製單元和非調製單元所設定的區域。
8. 如請求項7所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於等於50%且小於等於55%。
9. 如請求項2所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於60%，其中，所述光調製層的有效區域為所述光調製層的調製單元和非調製單元所設定的區域。
10. 如請求項9所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的調製單元的面積占所述光調製層的有效區域的面積的比例為大於等於80%且小於等於95%。
11. 如請求項2所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的非調製單元位於所述光調製層的邊緣區域或者所述光調製層的中間區域。
12. 如請求項2所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的所述調製單元的稀疏度A大於0且小於等於0.5。
13. 如請求項12所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的所述調製單元的稀疏度A大於0且小於等於0.15。
14. 如請求項2所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的所述調製單元的稀疏度A大於等於0.5且小於1。
15. 如請求項14所述的光譜成像晶片，其中，所述光調製層的所述調製單元的稀疏度A大於等於0.85且小於1。
16. 如請求項1所述的光譜成像晶片，進一步包括：一體成型於所述圖像傳感層的可透光介質層，其中，所述可透光介質層的上表面為平整表面，所述光調製層與所述可透光介質層的折射率之差大於等於0.5。
17. 一種適於光譜成像晶片的訊息處理方法，其特徵在於，包括：獲取來自光譜成像晶片的調製層中每個調製單元對應的像素點的頻譜訊息以及所述調製層中每個非調製單元對應的像素點的光強訊息；以及基於每個所述調製單元對應的像素點的頻譜訊息，確定被攝對象的光譜訊息，以及基於每個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述被攝對象的圖像訊息；其中，所述光譜成像晶片通過一稀疏度A來定義所述調製單元的疏密程度，所述稀疏度A的表達式如下：

    

    其中，n為所述調製單元對應的點從1到n進行編碼，d_ij表示第i個調製單元的幾何中心到第j個調製單元的幾何中心之間的距離； 其中，所述調製單元的稀疏度A用以判斷所述光譜成像晶片的性能。
18. 如請求項17所述的適於光譜成像晶片的訊息處理方法，其中，所述光調製層的調製單元被配置為對進入其所對應的所述像素點的成像光線進行調製，其所對應的所述像素點適於獲取該成像光線的頻譜訊息；其中，所述光調製層的非調製單元被配置為不對進入其所對應的所述傳感單元的成像光線進行調製，其所對應的所述傳感單元適於獲取該成像光線的光強訊息。
19. 如請求項18所述的適於光譜成像晶片的訊息處理方法，其中，所述光調製層的調製單元位於所述光調製層的中間區域或者所述光調製層的邊緣區域。
20. 如請求項18所述的適於光譜成像晶片的訊息處理方法，其中，基於每個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述被攝對象的圖像訊息，包括：基於每個所述調製單元周圍的至少一個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定每個所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息；基於每個所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息和每個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述被攝對象的圖像訊息。
21. 如請求項20所述的適於光譜成像晶片的訊息處理方法，其中，基於每個所述調製單元周圍的至少一個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定每個所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息，包括：基於平滑濾波方法，對任一所述調製單元周圍的至少一個非調製單元對應的像素點的光強訊息進行濾波處理，得到任一所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息。
22. 如請求項21所述的適於光譜成像晶片的訊息處理方法，其中，基於每個所述調製單元對應的像素點的擬合光強訊息和每個所述非調製單元對應的像素點的光強訊息，確定所述被攝對象的圖像訊息，包括：將基於所有所述非調製單元對應的像素點的光強訊息得到的初始圖像輸入至擬合模型，得到由所述擬合模型輸出的所述被攝對象的圖像訊息；其中，所述擬合模型基於對抗神經網絡構建，所述擬合模型基於存在空白像素的空缺樣本圖像以及所述空缺樣本圖像對應的不存在空白像素的完整樣本圖像標簽訓練得到。
23. 如請求項22所述的適於光譜成像晶片的訊息處理方法，其中，所述擬合模型的訓練過程，包括： 基於空缺樣本圖像以及所述空缺樣本圖像對應的完整樣本圖像標簽對所述對抗神經網絡中的生成器進行訓練，並基於所述對抗神經網絡中的鑒別器對訓練後的生成器進行競爭鑒別；以及將訓練得到的生成器作為所述擬合模型。

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