TWI842098B - 一種圖像感測器及顏色還原方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種圖像感測器及顏色還原方法，圖像感測器包括：若干個重複排列的像素單元，像素單元內包含至少兩個不同波段範圍的紅外光像素，每一紅外光像素對應混合一個可見光像素組；可見光像素組包含紅色、藍色和綠色像素；像素單元包含感光層、濾色層和透鏡層；濾色層包括紅色、藍色和綠色濾色器，分別設置於紅色、藍色和綠色像素對應的感光層上方；濾色層還設置有紅外光濾色器位於紅外光像素的感光層上方；紅外光濾色器的數量取決於紅外光像素包含的波段範圍；透鏡層位於濾色層上方，透鏡層內包含若干個透鏡，每一像素對應設置一個透鏡。本發明的圖像感測器和顏色還原方法能提高在暗態光源環境下的感光能力，輸出準確的彩色圖像訊號。
Description
發明涉及影像處理技術領域，特別是涉及一種圖像感測器及顏色還原方法。
隨著安防行業的發展，使用監控器設備的行業和場合越來越多，例如金融行業、公安行業、平安城市、司法、交通、電力等。人們對監控系統的需求不斷提高，攝像頭呈現的畫面品質直接決定了監測區域的場景還原程度。尤其是在夜間陰暗等易發危險的場所，更希望監控設備回饋的圖像資訊可以還原或無限接近真實的場景資訊。目前市面上的可夜視的監控設備中，圖像感測器大多為根據傳統RGB拜耳結構進行調整的RGB-IR配置結構。現行的RGB-IR拜耳陣列結構包括紅色像素、綠色像素、藍色像素以及紅外光像素。由於紅色、綠色、藍色等可見光像素中的光電轉換器件對紅外光較為敏感，為了使感光的色彩結果更為準確，通常在上述可見光像素上方的透鏡上設置紅外截止濾色器。而紅外光像素則不設置濾光層，用於接收可見光波段至紅外光波段的光線。
在亮態環境下監控設備可以不間斷進行感測，根據接收的光線將監控區域的場景資訊還原為彩色圖像。但在暗態環境的使用場景下，監控設備中僅有紅外光像素可以接收環境中的光線，尤其是暗態環境下的紅外照明光源進行場景資訊還原。目前監控設備在暗態環境下大多只能將監控區域的場景資訊還原為黑白圖像，難以清晰、準確的還原場景資訊中的色彩特徵。由於暗態
環境下的生成的黑白影像缺失了色彩特徵，因此使用者在觀看暗態環境下監控設備的成像資料時，難以準確識別監控區域中的色彩，例如某一物體的顏色、某一人物的衣著顏色等，降低了監控設備的場景還原程度。如何在暗態環境下進行感測後依舊可以輸出彩色影像，是個亟待解決的技術問題。
本發明提供了一種圖像感測器及顏色還原方法，用於提高在暗態光源環境下的感光能力，輸出準確的彩色圖像訊號。
第一方面，本發明提供了一種圖像感測器，包括：若干個重複排列的像素單元，每一所述像素單元內包含至少兩個不同波段範圍的紅外光像素，具體為：每一所述紅外光像素至少對應混合一個可見光像素組；其中，所述可見光像素組包含紅色像素、藍色像素和綠色像素；所述像素單元內包含感光層、濾色層和透鏡層；所述濾色層包括紅色濾色器、藍色濾色器和綠色濾色器，分別設置於所述紅色像素、藍色像素、綠色像素對應的感光層上方；所述濾色層內還設置有紅外光濾色器位於所述紅外光像素對應的感光層上方；其中，所述紅外光濾色器的數量取決於所述像素單元內紅外光像素包含的波段範圍；所述透鏡層位於所述濾色層上方；其中，所述透鏡層內包含若干個透鏡，每一像素對應設置一個透鏡。
這樣，對圖像感測器的結構進行改進，相較於傳統的RGB拜耳陣列或者引入W全波段的像素排列方式，在保留傳統RGB像素排列結構的同時引入特定波長的紅外光像素組，豐富圖像感測器的感光色彩範圍。作為本領域人員可知的是，紅色濾色器主要允許透過光紅色光，綠色濾色器主要允許透過綠色光，藍色濾色器主要允許透過藍色光，本發明提供的一種圖像感測器還設置有
紅外光濾色器，可以使預設波長範圍內不可見的紅外光被吸收並穿透至紅外光像素對應的感光層，提高圖像感測器的感光色彩範圍。
在一種實現方式中，所述可見光像素組中每一紅色像素、藍色像素和綠色像素對應的感光層上方設置有紅外截止濾光層。
紅外截止濾光層用於截止紅外光的穿透，相較於直接在鏡頭上塗覆紅外截止濾光層，本發明實施例提供的一種圖像感測器在各像素對應的濾色器和感光層之間設置紅外截止濾光層，可以避免透鏡接收的光信號在到達感光層前因為紅外截止濾光層的波段限制而造成進光量的大量損失，圖像感測器的總進光量增加，提升了圖像感測器的感光靈敏度，進而提升了圖像感測器在暗光條件下的成像性能。
在一種實現方式中，所述濾色層內還設置有紅外光濾色器位於所述紅外光像素對應的感光層上方，具體為：所述濾色層中包含至少兩個不同穿透率波段範圍的紅外光濾色器；其中，所述紅外光濾波器中最大峰值波長與最小峰值波長的波長差至少為90奈米。
在一種實現方式中，所述圖像感測器中，每一所述透鏡中塗覆有一層雙通濾光層以使可見光和紅外光穿透至所述感光層，並濾除預設波段範圍的光線。
在一種實現方式中，所述圖像感測器還包含光電轉換器、資料轉換器和顏色還原資料庫，具體為：所述像素單元中每個像素均包含光電轉換器；其中，所述光電轉換器用於將像素中接收的光線轉換為電荷；所述資料轉換器用於讀取所述光電轉換器累計的電荷並根據讀取的電荷生成數字量化值；所述顏色還原資料庫用於根據生成的數位量化值還原待測物體表面的顏色；其中，所述顏色還原資料庫內包含若干組不同塗料層及物體分別在亮態環境和暗態環
境下的數位量化值記錄，所述顏色還原資料庫以一個所述像素單元為記錄單位，記錄所述像素單元內每一像素的數位量化值。
第二方面，本申請還提供一種顏色還原方法，包括：將待測物體表面的反射光線輸入至如上所述的圖像感測器；獲取所述圖像感測器的感測數值；其中，當所述感測數值低於可見光感測基準值時，將所述待測物體表面置於預設紅外光源環境下，獲取所述圖像感測器的第一紅外光像素與第二紅外光像素的紅外光感測比例值；其中，所述第一紅外光像素為像素單元中最大波段範圍的紅外光像素，第二紅外光像素為所述像素單元中最小波段範圍的紅外光像素；將所述紅外光感測比例值輸入至顏色還原資料庫進行遍歷查詢，獲取所述顏色還原資料庫中與所述紅外光感測比例值偏差最小的紅外感測數值記錄；其中，所述顏色還原資料庫中包含若干組不同標準樣品分別在亮態環境和暗態環境下的數位量化值記錄；調用所述紅外光感測比例值記錄對應的可見光感測數值記錄，並根據所述可見光感測數值記錄還原所述待測物體表面的顏色。
這樣，應用如上所述的圖像感測器，在擴大圖像感測器進光量，提升圖像感測器感光靈敏度的同時，還建立顏色還原資料庫，獲取所述圖像感測器對待測物體表面的反射光線的感測數值，當感測數值大於可見光感測基準值時則直接根據感測數值進行色座標運算以還原待測光線；當感測數值小於可見光感測基準時則判定當前環境下圖像感測器無法感測到可見光或效果較差，將待測物體表面置於預設的紅外光源環境，在紅外光源下重新進行感測，生成紅外光感測比例值並在預先建立的顏色還原資料庫進行遍歷查詢，獲取與紅外光感測比例值偏差最小的感測數值記錄，調用該紅外光感測比例值記錄對應的可見光感測數值記錄，並根據可見光感測數值記錄還原待測物體表面的顏色。本申請提供的一種顏色還原方法，即便在暗態環境下獲取待測光線，依舊可以
輸出在亮態光源環境下的成像效果，進一步提高在暗態光源環境下的感光以及成像性能。
在一種實現方式中，所述顏色還原資料庫的建立過程，具體包括：將所述圖像感測器置於暗室環境，並在暗室環境中置入一個標準照明光源以模擬亮態環境照明；在所述標準照明光源環境下依次置入不同標準樣品；記錄在所述亮態環境和不同標準樣品下，所述圖像感測器對RGB像素的可見光感測數值記錄；其中，所述感測數值為RGB可見光數字量化值。
在一種實現方式中，所述顏色還原資料庫的建立過程，還包括：所述圖像感測器每生成一個可見光感測數值記錄後，關閉所述標準照明光源，並在暗室環境中置入一個紅外光源組以模擬暗態環境照明；其中，所述紅外光源組中至少包含兩個不同波段的紅外光源，生成每一所述可見光感測數值記錄對應在暗態環境下的紅外光感測比例值記錄；其中，所述紅外光感測比例值記錄為所述第一紅外光像素與所述第二紅外光像素的數位量化值比例值。
在一種實現方式中，所述標準樣品為表面有色料塗層的物體、動物皮毛或植物樹葉。
在一種實現方式中，所述紅外光源組可以為一個連續紅外光波段，也可以為兩個以為的紅外光波段。
在一種實現方式中，所述紅外光源組中至少包含兩個不同波段的紅外光源，具體為：所述紅外光源組中半波寬波段包含所述第一紅外光像素的濾光層峰值和所述第二紅外光像素的濾光層峰值。
在一種實現方式中，所述獲取所述顏色還原資料庫中與所述紅外光感測比例值偏差最小的紅外光感測比例值記錄，調用所述紅外光感測比例值記錄對應的可見光感測數值記錄，並根據所述可見光感測數值記錄還原所述物體表面的顏色，具體包括：獲取所述紅外光感測比例值錄對應的可見光感測數
值記錄；根據所述可見光感測數值記錄中的RGB可見光數位量化值逐一還原所述待測物體表面在亮態環境下的紅綠藍顏色。
本發明還提供一種終端設備，包括處理器、記憶體以及存儲在所述記憶體中且被配置為由所述處理器執行的電腦程式，所述處理器執行所述電腦程式時實現如上所述的顏色還原方法。
第四方面，本發明還提供一種電腦可讀存儲介質，所述電腦可讀存儲介質包括存儲的電腦程式，其中，在所述電腦程式運行時控制所述電腦可讀存儲介質所在設備執行如上所述的顏色還原方法。
101:感光層
102:濾色層
103:透鏡層
104:紅外截止濾光層
1011:紅色像素
1012:藍色像素
1013:綠色像素
1014:紅外光像素
1031:透鏡
1032:透鏡
1033:透鏡
1034:透鏡
RF:紅色濾色器
BF:藍色濾色器
GF:綠色濾色器
IR:紅外光濾色器
P1:像素單元
圖1是本發明實施例提供的一種圖像感測器的部分截面圖；圖2是本發明實施例提供的一種像素單元的第一排列方式示意圖；圖3是本發明實施例提供的一種像素單元的第二排列方式示意圖；圖4是本發明實施例提供的一種像素單元的第三排列方式示意圖；圖5是本發明實施例提供的一種顏色還原方法的流程示意圖；圖6是本發明實施例提供的一種波長與色料樣品間反射率關係的變化示意圖；圖7是本發明實施例提供的一種可見光數位量值的示意圖。
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
本發明的說明書和申請專利範圍及所述附圖中的術語“第一”和“第二”等是用於區別不同物件，而不是用於描述特定順序。此外，術語“包括”和“具有”以及它們任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含。例如包含了
一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備沒有限定於已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還包括對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
在本文中提及“實施例”意味著，結合實施例描述的特定特徵、結構或特性可以包含在本申請的至少一個實施例中。在說明書中的各個位置出現該短語並不一定均是指相同的實施例，也不是與其它實施例互斥的獨立的或備選的實施例。本領域技術人員顯式地和隱式地理解的是，本文所描述的實施例可以與其它實施例相結合。
首先，對本申請中的部分用語進行解釋說明，以便於本領域技術人員理解：
(1)DN值：DN值(Digital Number)是遙感影像像元亮度值，記錄的地物的灰度值。無單位，是一個整數值，值大小與感測器的輻射解析度、地物發射率、大氣透過率和散射率等有關；像素值的通用術語是數位量化值或DN值，它通常被用來描述還沒有校準到具有意義單位的像素值。
(2)D65光源：又稱國際標準人工日光(Artificial Daylight)，其色溫為6500K。
實施例1：本發明實施例提供一種圖像感測器，包括若干個重複排列的像素單元，每一所述像素單元內包含至少兩個不同波段範圍的紅外光像素，具體為：每一所述紅外光像素至少對應混合一個可見光像素組；其中，所述可見光像素組包含紅色像素、藍色像素和綠色像素；所述像素單元內包含感光層、濾色層和透鏡層；所述濾色層包括紅色濾色器、藍色濾色器和綠色濾色器，分別設置於所述紅色像素、藍色像素、綠色像素對應的感光層上方；所述濾色層內還設置有紅外光濾色器IR位於所述紅外光像素對應的感光層上方；其中，所述紅外光濾色器的數量取決於所述像素單元內紅外光像素包含的波段範
圍；所述透鏡層103位於所述濾色層上方；其中，所述透鏡層內包含若干個透鏡，每一像素對應設置一個透鏡。
本發明實施例中，一個像素單元內至少包含兩個不同波段範圍的紅外光像素，優選的，若像素單元記憶體在三個或三個以上紅外光像素，在像素單元內滿足存在兩個不同波段範圍的紅外光像素的情況下，允許存在紅外光像素的波段範圍與前述兩個紅外光像素的波段範圍相同。對應的，紅外光濾色器的數量取決於像素單元內紅外光像素包含的波段範圍，一個波段範圍的紅外光像素對應設置一個紅外光濾色器件，若紅外光像素間為相同波段範圍則採用同一個紅外光濾色器。
參見圖1，圖1是本發明實施例提供的一種圖像感測器的部分截面圖。本發明實施例提供一種圖像感測器的部分截面圖，為一個紅外光像素對應混合一個可見光像素組的結構示意圖。其中，101為感光層，102為濾色層，103為透鏡層。1011、1012、1013和1014分別為紅色像素、藍色像素、綠色像素和紅外光像素對應的感光層。濾色層102包括紅色濾色器RF、藍色濾色器BF、綠色濾色器GF和紅外光濾色器IR。優選的，濾色層102中包含至少兩個不同穿透率波段範圍的紅外光濾色器IR；其中，所述紅外光濾波器中最大峰值波長與最小峰值波長的波長差至少為90nm(奈米)。各濾色器分別設置於對應像素的感光層101上方。每一像素還對應設置有一個透鏡位於濾色層102上方。紅色濾波器RF的波段範圍中的下截止波段約為575nm；藍色濾色器BF的波段範圍中，其中心波段為440nm~475nm左右，上截止波段約為550nm，同時藍色濾色器BF還允許透過波段大於800nm的紅外光；綠色濾色器GE的波段範圍中，其中心波段為520nm~550nm，上下截止波段分別約為620nm、460nm，同時綠色濾色器GE還允許透過波段大於700nm的紅外光。紅外光IR的波長範圍介於720nm~1000nm之間，藍色光的典型波長為435nm~450nm，綠色光的典型波長為492nm~577nm，紅色光的
典型波長為622nm~760nm，因此藍色濾色器BF可以允許透過藍色光和紅外光，綠色濾色器GF可以透過綠色光和紅外光，紅色濾色器RF可以透過紅色光和紅外光；紅外光濾色器IR可以允許特定波長範圍的紅外光透過，具體波長範圍可以根據需求進行選擇。
紅色濾色器RF、藍色濾色器BF、綠色濾色器GF和紅外光濾色器IR上方分別對應設置有透鏡1031、透鏡1032、透鏡1033和透鏡1034。所述透鏡層103中每一所述透鏡中塗覆有一層雙通濾光層以使可見光和紅外光穿透至所述濾色層102，並濾除預設波段範圍的光線。優選的，低於380nm、680-800nm以及高於1400nm的波段均會被所述雙通濾光層濾除，起到進一步收光聚光，提高感光純度的作用。
作為本發明實施的一個優選方案，可見光像素組中每一紅色像素1011、藍色像素1012和綠色像素1013對應的感光層101上方還塗覆有一層紅外截止濾光層104，在保持可見光高透過的同時截止紅外光的穿透。
參見圖2，圖2是本發明實施例提供的一種像素單元P1的第一排列方式示意圖。像素單元P1內包含至少兩個不同波段範圍的紅外光像素，且每一紅外光像素至少對應混合一個可見光像素組。本發明實施例中，一個像素單元P1中包含兩個不同波段的IR像素，分別為IR1和IR2，且每一個IR像素對應混合一個完整的RGB像素。即，當像素單元P1中的紅外光像素組中存在兩個不同波段的IR像素時，像素單元P1中至少還包含兩個完整的可見光像素RGB構成的可見光像素組。參見圖3，圖3是本發明實施例提供的一種像素單元P1的第二排列方式示意圖。需要說明的是，本實施例提供的像素單元P1是以兩個不同波段的紅外光像素IR1和IR2的情況進行舉例說明，但並不用於限制像素單元的排列構成，當像素單元P1已存在兩個不同波段範圍的紅外光像素IR1、IR2時，像素單元P1不僅可以存在不同波長範圍的紅外光像素，還可以存在與前述兩個紅外光像素IR1、
IR2相同波長範圍的紅外光像素。且可以由任一像素作為像素單元P1的起始像素，也不限制IR像素與可見光像素RGB的排列關係。參見圖4，圖4是本發明實施例提供的一種像素單元P1的第三排列方式示意圖。圖4是本發明實施例提供的一種像素單元P1內包含3個不同IR像素IR1、IR2和IR3的排列情況示意圖。當像素單元P1中包含超過2個以上的IR像素時，對應調整其組成結構，保證像素單元P1中每一紅外光像素均與一個完整的GRB像素進行混合組成即可。
本發明實施例中，像素單元中每個像素組中的每個像素均包含光電轉換器，光電轉換器可以為光電二極體，用於將光信號轉換為電信號或電荷。進一步的，本實施例中的圖像感測器還包括資料轉換器，用於讀取光電轉換器累積的電荷並根據讀取的電荷生成數字量化值。具體的，資料轉換器可為模數轉換器。本發明實施例提供的一種圖像感測器還包括顏色還原資料庫，所述顏色還原資料庫用於根據生成的數位量化值還原待測物體表面的顏色；其中，所述顏色還原資料庫內包含若干組不同塗料層及物體分別在亮態環境和暗態環境下的數位量化值記錄，所述顏色還原資料庫以一個所述像素單元為記錄單位，記錄所述像素單元內每一像素的數位量化值。需要說明的是，本發明實施例中是以一個像素單元作為數位量化值的生成物件，本發明實施例根據像素單元的移動排列方向依次計算每一像素單元的數位量化值。
優選的，參見圖2，圖2中像素單元P1為向右移動一個像素進行排列，設虛線框包圍的像素單元P1為初始像素單元，則實線框包圍的像素單元為初始像素單元向右移動一個像素距離後的排列。
作為本發明實施例的又一實施例，參見圖3，圖3中像素單元P1為向下移動一個像素進行排列。可以發現的是，圖2和圖3中的初始像素單元P1結構是相同的，但其排列方向可以完全不同，像素單元P1還可以向上一個像素距離或向左一個像素距離進行排列，為了描述的簡潔與方便，在此不做贅述。
本發明實施例提供一種圖像感測器，對圖像感測器的結構進行改進，相較於傳統的RGB拜耳陣列或者引入W全波段的像素排列方式，在保留傳統RGB像素排列結構的同時引入特定波長的紅外光像素組，豐富圖像感測器的感光色彩範圍。作為本領域人員可知的是，紅色濾色器主要允許透過光紅色光，綠色濾色器主要允許透過綠色光，藍色濾色器主要允許透過藍色光，本發明實施例提供的一種圖像感測器還設置有紅外光濾色器，可以使預設波長範圍內不可見的紅外光被吸收並穿透至紅外光像素對應的感光層，進一步提高圖像感測器的感光色彩範圍。紅外截止濾光層用於截止紅外光的穿透，相較於直接在鏡頭上塗覆紅外截止濾光層，本發明實施例提供的一種圖像感測器在各像素對應的濾色器和感光層之間設置紅外截止濾光層，可以避免透鏡接收的光信號在到達感光層前因為紅外截止濾光層的波段限制而造成進光量的大量損失，圖像感測器的總進光量增加，提升了圖像感測器的感光靈敏度，進而提升了圖像感測器在暗光條件下的成像性能。
實施例2：
參見圖5，圖5是本發明實施例提供的一種顏色還原方法的流程示意圖。本發明實施例提供一種顏色還原方法，包括步驟201至步驟204，各項步驟具體如下：步驟201：將待測物體表面的反射光線輸入至如上所述的圖像感測器；步驟202：獲取所述圖像感測器的感測數值；其中，當所述感測數值低於可見光感測基準值時，將所述待測物體表面置於預設紅外光源環境下，獲取所述圖像感測器的第一紅外光像素與第二紅外光像素的紅外光感測比例值；其中，所述第一紅外光像素為像素單元中最大波段範圍的紅外光像素，第二紅外光像素為所述像素單元中最小波段範圍的紅外光像素；
步驟203：將所述紅外光感測比例值輸入至顏色還原資料庫進行遍歷查詢，獲取所述顏色還原資料庫中與所述紅外光感測比例值偏差最小的紅外感測數值記錄；其中，所述顏色還原資料庫中包含若干組不同標準樣品分別在亮態環境和暗態環境下的數位量化值記錄；步驟204：調用所述紅外光感測比例值記錄對應的可見光感測數值記錄，並根據所述可見光感測數值記錄還原所述待測物體表面的顏色。
所屬領域的技術人員可以清楚的瞭解到，為描述的方便和簡潔，圖像感測器的具體結構和工作過程，可以參考前述實施例1中的對應過程，在此不再贅述。
顏色還原對比資料庫的建立過程，具體包括：將圖像感測器置於暗室環境，並在暗室環境中置入一個標準照明光源以模擬亮態環境照明；在標準照明光源環境下依次置入不同標準樣品；記錄在所述亮態環境和不同標準樣品下，所述圖像感測器對RGB像素的可見光感測數值；其中，所述感測數值為RGB可見光數字量化值。同一波長經過不同染料後的吸收/反射圖譜大體是一致的，其波形曲線變化和特性峰值幾乎不變，只是強弱特性稍有差異。根據該特點，本發明實施例中，在一暗室下設置D65光源以模擬亮態環境，並且在該光源環境下置入色料樣品CB，獲取在亮態環境下圖像感測器感測到的可見光數位量化值。一實施例中，所述標準樣品為表面有色料塗層的物體、動物皮毛或植物樹葉。優選的，本發明實施例還包括在D50、D75、TL84、CWF、UV、F、A、U30、HOR等多種不同光源環境，以及CB、UB、PhB等多種色料樣品下，建立圖像感測器的感測數位量化值。根據建立的圖像感測器對可見光的感測數位量化值記錄，可確定該圖像感測器的可見光感測基準值，當圖像感測器的感測數值大於該可見光感測基準值時，圖像感測器可直接根據感測的可見光數位量化值對待測光線進行還原，需要說明的是，可見光感測數值包括紅色光數位量化值、藍
色光數位量化值和綠色光數字量化值。當圖像感測器的感測數值低於可見光感測基準值時，則判定此時檢測環境下的亮度較低，正常檢測情況下無法被圖像感測器還原。
進一步的，顏色還原資料庫的建立過程，還包括：圖像感測器每生成一個可見光感測數值記錄後，關閉標準照明光源，並在暗室環境中置入一個紅外光源組以模擬暗態環境照明；生成每一所述可見光感測數值記錄對應在暗態環境下的紅外光感測比例值記錄；其中，其中，所述紅外光感測比例值記錄為所述第一紅外光像素與所述第二紅外光像素的數位量化值比例值。本發明實施例中，在暗室環境中設置紅外光源組，其中光源組中包含至少兩個不同波段的紅外光源。優選的，所述紅外光源組可以為一個連續紅外光波段，也可以為兩個以為的紅外光波段。所述紅外光源組中至少包含兩個不同波段的紅外光源，具體為：所述紅外光源組中半波寬波段包含所述第一紅外光像素的濾光層峰值和所述第二紅外光像素的濾光層峰值。每生成一個可見光感測數值記錄後，關閉照明光源，並且開啟紅外光源組以類比暗態環境，需要說明的是，亮態環境和暗態環境下的檢測除光源不同外，其餘均保持一致。生成每一亮態環境下的可見光感測數值對應在暗態環境下的紅外感測數值。作為本發明實施例的一個優選方法，為了增強紅外光源組下的成像效果，兩紅外光濾色器中第一波段的峰值波長與第二波段的峰值波長間波長差至少為90nm。
參見圖6，圖6是本發明實施例提供的一種波長與色料樣品間反射率關係的變化示意圖，橫坐標為波長Wavelength，縱坐標為反射率R(%)。圖6中包含不同波長在經過染料PhB、染料UB、染料CB後的反射率變化。優選的，波長為850nm的紅外光在CB,PhB和UB染料下的數字感測值分別為80.5、87和70。波長為1350nm的紅外光在CB,PhB和UB染料下的數字感測值分別為38、75.5和72。本發明實施例中，紅外光源組內包含一個850nm和一個1350nm的紅外光源。
在該光源環境下置入色料樣品CB，獲取圖像感測器在該暗態環境下生成的紅外感測數值，其中，紅外感測數值為紅外光源組中兩個紅外光數位量化值的比例。其中，850nm的紅外光源經過染料CB後，圖像感測器感測到的數位量化值為80.5，1350nm的紅外光源經過染料CB後，圖像感測器感測到的數位量化值為38。因此，本次生成的紅外感測數值記錄為CB_Color(x,y)=80.5/38=2.118。優選的，本發明實施例還可以對應生成其餘不同色料樣品情況下的紅外感測數值記錄，當色料樣品為UB時，紅外感測數值記錄UB_Color(x,y)=70/72=0.972；色料樣品為PhB時，紅外感測數值記錄PhB_Color(x,y)=87/75.5=1.152。作為本發明實施例的一個優選方案，光源組內紅外光源還可設置為含一個940nm和一個1350nm的紅外光源等經典紅外光源，紅外光源組內也可包含三個甚至多個紅外光源。對應的，色料樣品也相應進行調整更換，以擴充不同紅光源組和色料樣品的資料記錄。
本發明實施例中，當圖像感測器對待測光線的感測數值小於可見光感測基準值時，將待測光線至於預設紅外光源環境下，獲取圖像感測器的紅外感測數值。該預設光源環境可為顏色還原資料庫生成紅外感測資料記錄所使用的任一紅外光源環境。獲取該圖像感測器生成的紅外感測數值並輸入至顏色還原資料庫進行遍歷查詢，獲取顏色還原資料庫與本次圖像感測器的紅外感測數值偏差最小的紅外感測數值記錄，並調用該紅外感測數值記錄對應的可見光感測數值記錄。根據可哥見光感測數值記錄中RGB可見光的數位量化值逐一還原待測光線在亮態環境下的紅綠藍顏色。參見圖7，圖7是本發明實施例提供的一種可見光數位量值的示意圖。其中，橫坐標為紅外光數字量化值的比例值，縱坐標為數位量化值的範圍。圖中依次包含紅色光、綠色光和藍色光的數位量化值。本發明實施例中，圖像感測器以8位元元還原可見光，數位量化值DN的範
圍在0-255之間。當圖像感測器的感測數值大於可見光感測基準值時，直接根據感測數值中每一可見光的數字量化值逐一還原待測光線的紅綠藍顏色。
本發明實施例中，還提供了一種感光設備，包括處理器、記憶體以及存儲在記憶體中且被配置為由處理器執行的電腦程式，處理器執行電腦程式時實現上述的顏色還原方法。
本發明實施例中，還提供了一種電腦可讀存儲介質，電腦可讀存儲介質包括存儲的電腦程式，其中，在電腦程式運行時控制電腦可讀存儲介質所在設備執行上述的顏色還原方法。示例性的，所述電腦程式可以被分割成一個或多個模組，所述一個或者多個模組被存儲在所述記憶體中，並由所述處理器執行，以完成本發明。所述一個或多個模組可以是能夠完成特定功能的一系列電腦程式指令段，該指令段用於描述所述電腦程式在顏色還原設備中的執行過程。
所述顏色還原設備的資料收集的設備可以是桌上型電腦、筆記本、掌上型電腦及雲端伺服器等計算設備。所述顏色還原設備的資料收集的設備可包括，但不僅限於，處理器、記憶體、顯示器。本領域技術人員可以理解，上述部件僅僅是顏色還原設備的示例，並不構成對顏色還原設備的限定，可以包括比所述部件更多或更少的部件，或者組合某些部件，或者不同的部件，例如所述顏色還原設備還可以包括輸入輸出設備、網路接入設備、匯流排等。
所稱處理器可以是中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，還可以是其他通用處理器、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、專用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、現成可程式設計閘陣列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可程式設計邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯器件、分立硬體元件等。通用處理器可以是微處理器或者該處理
器也可以是任何常規的處理器等，所述處理器是所述顏色還原設備的控制中心，利用各種介面和線路連接整個所述顏色還原設備的各個部分。
所述記憶體可用於存儲所述電腦程式和/或模組，所述處理器通過運行或執行存儲在所述記憶體內的電腦程式和/或模組，以及調用存儲在記憶體內的資料，實現所述顏色還原設備的各種功能。所述記憶體可主要包括存儲程式區和存儲資料區，其中，存儲程式區可存儲作業系統、至少一個功能所需的應用程式(比如聲音播放功能、文字轉換功能等)等；存儲資料區可存儲根據手機的使用所創建的資料(比如音訊資料、文字消息資料等)等。此外，記憶體可以包括高速隨機存取記憶體，還可以包括非易失性記憶體，例如硬碟、記憶體、插接式硬碟，智慧存儲卡(Smart Media Card,SMC)，安全數位(Secure Digital,SD)卡，快閃記憶體卡(Flash Card)、至少一個磁碟記憶體件、快閃記憶體器件、或其他易失性固態記憶體件。
其中，所述顏色還原設備集成的模組如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個電腦可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明實現上述實施例方法中的全部或部分流程，也可以通過電腦程式來指令相關的硬體來完成，所述的電腦程式可存儲於一個電腦可讀存儲介質中，該電腦程式在被處理器執行時，可實現上述各個方法實施例的步驟。其中，所述電腦程式包括電腦程式代碼，所述電腦程式代碼可以為原始程式碼形式、物件代碼形式、可執行檔或某些中間形式等。所述電腦可讀介質可以包括：能夠攜帶所述電腦程式代碼的任何實體或裝置、記錄介質、U盤、移動硬碟、磁碟、光碟、電腦記憶體、唯讀記憶體(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取記憶體(RAM，Random Access Memory)、電載波信號、電信信號以及軟體分發介質等。需要說明的是，所述電腦可讀介質包含的內容可以根據司法管轄區內立法和專利實踐的要求進行適當的增減，例如在某些司法管轄區，根據
立法和專利實踐，電腦可讀介質不包括電載波信號和電信信號。本領域普通技術人員在不付出創造性勞動的情況下，即可以理解並實施。
本發明實施例提供一種顏色還原方法，應用如實施例1所述的圖像感測器，在擴大圖像感測器進光量，提升圖像感測器感光靈敏度的同時，還建立顏色還原資料庫，獲取所述圖像感測器對待測光線的感測數值，當感測數值大於可見光感測基準值時則直接根據感測數值進行色座標運算以還原待測光線；當感測數值小於可見光感測基準時則判定當前環境下圖像感測器無法感測到可見光或效果較差，將待測光線置於預設的紅外光源環境，在紅外光源下重新進行感測，生成紅外感測數值並在預先建立的顏色還原資料庫進行遍歷查詢，獲取與紅外感測數值偏差最小的感測數值記錄，調用該紅外感測數值記錄對應的可見光感測數值記錄，並根據可見光感測數值記錄還原待測光線。本發明實施例提供的一種顏色還原方法，即便在暗態環境下獲取待測光線，依舊可以輸出在亮態光源環境下的成像效果，進一步提高在暗態光源環境下的感光以及成像性能。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護範圍。
101 感光層 102 濾色層
103 透鏡層 104 紅外截止濾光層
1011 紅色像素 1012 藍色像素
1013 綠色像素 1014 紅外光像素
1031 透鏡 1032 透鏡
1033 透鏡 1034 透鏡
RF 紅色濾色器 BF 藍色濾色器
GF 綠色濾色器 IR 紅外光濾色器
Claims (11)
- 一種圖像感測器，包括若干個重複排列的像素單元，每一所述像素單元內包含至少兩個不同波段範圍的紅外光像素，具體為：每一所述紅外光像素至少對應混合一個可見光像素組；其中，所述可見光像素組包含紅色像素、藍色像素和綠色像素；所述像素單元內包含感光層、濾色層和透鏡層；所述濾色層包括紅色濾色器、藍色濾色器和綠色濾色器，分別設置於所述紅色像素、藍色像素、綠色像素對應的感光層上方；所述濾色層內還設置有紅外光濾色器位於所述紅外光像素對應的感光層上方；其中，所述紅外光濾色器的數量取決於所述像素單元內紅外光像素包含的波段範圍；所述透鏡層位於所述濾色層上方；其中，所述透鏡層內包含若干個透鏡，每一像素對應設置一個透鏡；所述圖像感測器還包含光電轉換器、資料轉換器和顏色還原資料庫，具體為：所述像素單元中每個像素均包含光電轉換器；其中，所述光電轉換器用於將像素中接收的光線轉換為電荷；所述資料轉換器用於讀取所述光電轉換器累計的電荷並根據讀取的電荷生成數字量化值；所述顏色還原資料庫用於根據生成的數位量化值還原待測物體表面的顏色；其中，所述顏色還原資料庫內包含若干組不同塗料層及物體分別在亮態環境和暗態環境下的數位量化值記錄，所述顏色還原資料庫以一個所述像素單元為記錄單位，記錄所述像素單元內每一像素的數位量化值。
- 如請求項1所述的一種圖像感測器，其中，所述可見光像素組中每一紅色像素、藍色像素和綠色像素對應的感光層上方設置有紅外截止濾光層。
- 如請求項1所述的一種圖像感測器，其中，所述濾色層內還設置有紅外光濾色器位於所述紅外光像素對應的感光層上方，具體為：所述濾色層中包含至少兩個不同穿透率波段範圍的紅外光濾色器；其中，所述紅外光濾波器中最大峰值波長與最小峰值波長的波長差至少為90奈米。
- 如請求項1所述的一種圖像感測器，其中，所述圖像感測器中，每一所述透鏡中塗覆有一層雙通濾光層以使可見光和紅外光穿透至所述感光層，並濾除預設波段範圍的光線。
- 一種顏色還原方法，包括：將待測物體表面的反射光線輸入至如請求項1至4任意一項所述的圖像感測器；獲取所述圖像感測器的感測數值；其中，當所述感測數值低於可見光感測基準值時，將所述待測物體表面置於預設紅外光源環境下，獲取所述圖像感測器的第一紅外光像素與第二紅外光像素的紅外光感測比例值；其中，所述第一紅外光像素為像素單元中最大波段範圍的紅外光像素，第二紅外光像素為所述像素單元中最小波段範圍的紅外光像素；將所述紅外光感測比例值輸入至顏色還原資料庫進行遍歷查詢，獲取所述顏色還原資料庫中與所述紅外光感測比例值偏差最小的紅外感測數值記錄；其中，所述顏色還原資料庫中包含若干組不同標準樣品分別在亮態環境和暗態環境下的數位量化值記錄；調用所述偏差最小的紅外感測數值記錄對應的可見光感測數值記錄，並根據所述可見光感測數值記錄還原所述待測物體表面的顏色。
- 如請求項5所述的一種顏色還原方法，其中，所述顏色還原資料庫的建立過程，具體包括： 將所述圖像感測器置於暗室環境，並在暗室環境中置入一個標準照明光源以模擬亮態環境照明；在所述標準照明光源環境下依次置入不同標準樣品；記錄在所述亮態環境和不同標準樣品下，所述圖像感測器對RGB像素的可見光感測數值記錄；其中，所述感測數值為RGB可見光數字量化值。
- 如請求項6所述的一種顏色還原方法，所述顏色還原資料庫的建立過程，還包括：所述圖像感測器每生成一個可見光感測數值記錄後，關閉所述標準照明光源，並在暗室環境中置入一個紅外光源組以模擬暗態環境照明；其中，所述紅外光源組中至少包含兩個不同波段的紅外光源，生成每一所述可見光感測數值記錄對應在暗態環境下的紅外光感測比例值記錄；其中，所述紅外光感測比例值記錄為所述第一紅外光像素與所述第二紅外光像素的數位量化值比例值。
- 如請求項5所述的一種顏色還原方法，其中，所述標準樣品為表面有色料塗層的物體、動物皮毛或植物樹葉。
- 如請求項7所述的一種顏色還原方法，其中，所述紅外光源組可以為一個連續紅外光波段，也可以為兩個以為的紅外光波段。
- 如請求項7所述的一種顏色還原方法，其中，所述紅外光源組中至少包含兩個不同波段的紅外光源，具體為：所述紅外光源組中半波寬波段包含所述第一紅外光像素的濾光層峰值和所述第二紅外光像素的濾光層峰值。
- 如請求項5所述的一種顏色還原方法，其中，所述獲取所述顏色還原資料庫中與所述紅外光感測比例值偏差最小的紅外光感測比例值記錄，調用所述偏差最小的紅外感測數值記錄對應的可見光感測數值記錄，並根據所述可見光感測數值記錄還原所述待測物體表面的顏色，具體包括： 獲取偏差最小的紅外感測數值記錄對應的可見光感測數值記錄；根據所述可見光感測數值記錄中的RGB可見光數位量化值逐一還原所述待測物體表面在亮態環境下的紅綠藍顏色。
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202415054A TW202415054A (zh) | 2024-04-01 |
| TWI842098B true TWI842098B (zh) | 2024-05-11 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114071035A (zh) | 2021-11-30 | 2022-02-18 | 维沃移动通信有限公司 | 图像传感器、信号处理方法、装置、摄像模组及电子设备 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114071035A (zh) | 2021-11-30 | 2022-02-18 | 维沃移动通信有限公司 | 图像传感器、信号处理方法、装置、摄像模组及电子设备 |
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