CN110087005A - 一种彩色偏振式cis及图像处理方法、存储介质 - Google Patents

一种彩色偏振式cis及图像处理方法、存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供了一种彩色偏振式CIS及图像处理方法、存储介质，该彩色偏振式CIS包括：在预设方向排布三种尺寸光电二极管PD柱的亚波长像素单元，亚波长像素单元用于利用三种尺寸PD柱分别吸收预设波长的成像光信号在预设方向偏振的RGB对应的三色光；与亚波长像素单元连接的图像处理器，用于利用RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息，并基于偏振信息和色彩信息得到成像光信号对应的彩色偏振图像。

Description

一种彩色偏振式CIS及图像处理方法、存储介质
技术领域
本申请涉及图像处理领域，尤其涉及一种彩色偏振式CIS及图像处理方法、存储介质。
背景技术
互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal-Oxide Semiconductor)图像传感器(CIS，CMOS Image Sensor)具有集成度高、功耗小、速度快和成本低等特点，在高分辨率像素产品方面应用广泛。CIS包括单色偏振和多色偏振这两种形式，而彩色偏振由于获取到的色彩更加丰富，使得彩色偏振较单色偏振而言，生成的图像色彩更加鲜艳。
现有的偏振式CIS的结构如图1所示，包括微透镜阵列、偏振器阵列和像素阵列，其中，每个像素包括一个光电二极管(PD，Photo Diode)结构，在PD结构上放置一个角度的偏振片以及一个微透镜，每四个像素分别放置了四个不同角度的偏振片，将每四个像素作为一个计算单元，通过不同方向偏振器之间的关联计算偏振程度和偏振方向，进而根据偏振程度和偏振方向得到偏振图像。
然而，现有的偏振式CIS需要在四个PD柱上放置四个不同角度的偏振片，其中每个像素只能吸收一个角度的偏振光，当成像光信号的波长小于四个像素的波长之和时，会降低偏振式CIS的量子效率。
发明内容
本申请实施例提供一种彩色偏振式CIS及图像处理方法、存储介质，能够提高偏振式CIS的量子效率。
本申请的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种彩色偏振式互补金属氧化物半导体图像传感器CIS，所述彩色偏振式CIS包括：
在预设方向排布三种尺寸光电二极管PD柱的亚波长像素单元，用于分别利用所述三种尺寸PD柱分别吸收预设波长的成像光信号在所述预设方向偏振的RGB对应的三色光；
与所述亚波长像素单元连接的图像处理器，用于利用所述RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息；并基于所述偏振信息和所述色彩信息得到所述成像光信号对应的彩色偏振图像。
在上述彩色偏振式CIS中，所述亚波长像素单元的像素尺寸小于所述预设波长。
在上述彩色偏振式CIS中，所述PD柱的三种尺寸是分别基于RGB对应的三色光的共振波长和所述成像光信号的折射率确定的，所述PD柱的形状至少包括长方形、圆形、平行四边形和菱形。
在上述彩色偏振式CIS中，所述PD柱的尺寸度量级别为百纳米级，所述预设方向排布的每一种PD柱的尺寸和形状相同。
在上述彩色偏振式CIS中，所述预设方向至少包括0度、45度、90度和135度。
在上述彩色偏振式CIS中，所述彩色偏振式CIS还包括：与所述三种尺寸PD柱连接的读出电路，所述读出电路与所述图像处理器连接；
所述三种尺寸PD柱，具体用于将所述RGB对应的三色光转换为所述预设方向的电信号；
所述读出电路，用于将所述预设方向的电信号转换为数字信号，得到RAW数据，并将所述RAW数据传输至所述图像处理器；
所述图像处理器，具体用于通过预设关联方式将所述RAW数据进行关联，得到偏振程度和偏振方向，将所述偏振程度和所述偏振方向作为所述偏振信息；按照预设色彩恢复方法对所述RAW数据进行色彩恢复，得到色彩信息，并根据所述偏振信息和色彩信息得到所述偏振图像。
在上述彩色偏振式CIS中，所述彩色偏振式CIS还包括：与所述亚波长像素单元连接的透镜单元；
所述透镜单元，用于对所述预设波长的成像光信号进行聚焦。
本申请实施例提供一种图像处理方法，应用于彩色偏振式CIS，所述彩色偏振式CIS上设置有在预设方向排布三种尺寸PD柱的亚波长像素单元，所述预设方向排布的每一种PD柱的尺寸和形状相同，所述方法包括：
当获取到预设波长的成像光信号时，利用所述亚波长像素单元的三种尺寸PD柱分别吸收所述成像光信号在预设方向偏振的RGB对应的三色光；
利用所述RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息；并基于所述偏振信息和所述色彩信息得到所述成像光信号对应的彩色的偏振图像。
在上述方法中，所述利用所述RGB彩色光确定出偏振信息，包括：
将所述RGB对应的三色光转换为所述预设方向的电信号；
将所述预设方向的电信号转换为数字信号，得到RAW数据；
通过预设关联方式，将所述RAW数据进行关联，得到所述偏振信息。
本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于彩色偏振式CIS，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的方法。
本申请实施例提供了一种彩色偏振式CIS及图像处理方法、存储介质，该彩色偏振式CIS包括：在预设方向排布三种尺寸光电二极管PD柱的亚波长像素单元，用于分别利用三种尺寸PD柱分别吸收预设波长的成像光信号在预设方向偏振的RGB对应的三色光；与亚波长像素单元连接的图像处理器，用于利用RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息；并基于偏振信息和色彩信息得到成像光信号对应的彩色偏振图像。采用上述彩色偏振式CIS实现方案，每个亚波长像素单元能够吸收多个角度的RGB对应的三色光，且亚波长像素单元的波长小于成像光信号的预设波长，使得提高了偏振式CIS的量子效率；PD柱的结构能够实现光学共振，其吸收效率远高于传统的PD结构，进而能够提高偏振式CIS的量子效率。
附图说明
图1为现有技术提出的一种偏振式CIS的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种彩色偏振式CIS的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种示例性的亚波长像素单元10的三种尺寸的PD柱排布图；
图4为本申请实施例提供的一种图像处理方法的流程图。
具体实施方式
应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请。并不用于限定本申请。
实施例一
本申请实施例提供一种彩色偏振式互补金属氧化物半导体图像传感器CIS1，如图2所示，该彩色偏振式CIS1可以包括：
在预设方向排布三种尺寸光电二极管PD柱100的亚波长像素单元10，用于分别利用所述三种尺寸PD柱吸收预设波长的成像光信号在所述预设方向偏振的RGB对应的三色光；
与所述亚波长像素单元10连接的图像处理器11，用于利用所述RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息；并基于所述偏振信息和所述色彩信息得到所述成像光信号对应的彩色偏振图像。
本申请实施例中，亚波长像素单元10的像素尺寸小于成像光信号对应的预设波长；示例性的，在实际情况下，成像光信号对应的预设波长为400nm，故，亚波长像素单元10的像素小于或者等于400nm。
本申请实施例中，每个亚波长像素单元10内沿着预设方向排布三种尺寸的PD柱，多个亚波长像素单元10组成了亚波长像素阵列。
本申请实施例中，在一个亚波长像素单元10中，每个预设方向排布三种尺寸的PD柱，其中，每一种尺寸对应吸收一种RGB对应的三色光。
可选的，预设方向包括0度、45度、90度和135度，具体的可以根据实际情况进行增删，本申请实施例不做具体的限定。
本申请实施例中，如图3所示，在每个亚波长像素单元10内分别沿0度、45度、90度和135度排布三种尺寸百纳米级别的PD柱，其中三种尺寸分别为长70nm宽50nm、长90nm宽50nm和长110nm宽50nm。0度、45度、90度和135度排布的长70nm宽50nm的PD柱分别吸收对应的0度、45度、90度和135度偏振的蓝光；0度、45度、90度和135度排布的长90nm宽50nm的PD柱分别吸收对应的0度、45度、90度和135度偏振的绿光；0度、45度、90度和135度排布的长110nm宽50nm的PD柱分别吸收对应的0度、45度、90度和135度偏振的红光；并将每个亚波长像素单元作为一个计算单元。
本申请实施例中，在亚波长像素单元中，预设方向排布的每一种PD柱的尺寸和形状相同。
可选的，三种PD柱的尺寸是基于RGB对应的三色光的共振波长和成像光信号的折射率确定的，或者通过光学模拟得到的，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
本申请实施例中，利用公式(1)确定PD柱的尺寸
PD柱的尺寸＝(共振波长-预设常数)/折射率 (1)
其中，RGB三原色中不同的单色对应不同的共振波长，折射率为透镜的折射率。
可选的，PD柱的形状至少包括长方形、圆形、平行四边形和菱形，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
本申请实施例中，彩色偏振式CIS利用PD柱的光学共振，实现了对在预设方向偏振的RGB对应的三色光的共振吸收。
本申请实施例中，彩色偏振式CIS还包括：与三种尺寸PD柱连接的读出电路，且读出电路与图像处理器连接。
本申请实施例中，当预设方向的三种尺寸PD柱分别吸收了对应的预设方向的RGB对应的三色光之后，预设方向的三种尺寸PD柱将对应的预设方向的RGB对应的三色光转换为预设方向的电信号，并将预设方向的电信号传输至读出电路，读出电路将预设方向的电信号转换为数字信号，得到RAW数据，并将RAW数据传输至图像处理器；图像处理器通过预设关联方式将RAW数据进行关联，得到偏振程度和偏振方向，将偏振程度和偏振方向作为偏振信息，按照预设色彩恢复方法对RAW数据进行色彩恢复，得到色彩信息，并根据偏振信息和色彩信息得到偏振图像。
本申请实施例中，读出电路利用模数转化器(ADC，Analog-to-DigitalConverter)将预设方向的电信号转换为数字信号。
本申请实施例中，预设关联方式可以为矢量相加的方式，读出电路通过将预设方向的电信号进行矢量相加，进而得到成像光信号的偏振程度和偏振方向，之后，读出电路过滤掉不同偏振的反射光和透射光，进而确定出拍摄对象的材质属性，由此能够提供更加清晰的图像。
需要说明的是，彩色偏振图像中对应的待成像偏正角度可以为任意角度，图像处理器通过将偏振角度映射成待成像偏振信息，来将RAW数据映射成彩色偏振图像。
本申请实施例中，彩色偏振式CIS还包括：与亚波长像素单元连接的透镜单元；透镜单元，用于对预设波长的成像光信号进行聚焦。
需要说明的是，由于PD柱的光学共振能够增强局部光强，故，透镜单元并非本申请实施例中彩色偏振式CIS中必须的部分，具体的在彩色偏振式CIS中是否增加透镜单元根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
可以理解的是，在本申请提出的彩色偏振式CIS中，每个亚波长像素单元能够吸收多个角度偏振的RGB对应的三色光，且亚波长像素单元的波长小于成像光信号的预设波长，使得提高了偏振式CIS的量子效率；PD柱的结构能够实现光学共振，其吸收效率远高于传统的PD结构，进而能够提高偏振式CIS的量子效率。
实施例二
本申请实施例提供一种图像处理方法，应用于彩色偏振式CIS，彩色偏振式CIS上设置有在预设方向排布三种尺寸PD柱的亚波长像素单元，预设方向排布的每一种PD柱的尺寸和形状相同，如图4所示，该方法可以包括：
S101、当获取到预设波长的成像光信号时，利用亚波长像素单元的三种尺寸PD柱分别吸收成像光信号在预设方向偏振的RGB对应的三色光。
本申请实施例提供的一种图像处理方法适用于利用彩色偏振式CIS进行图像处理的场景下。
本发明实施例中，彩色偏振式CIS利用亚波长像素单元的三种尺寸PD柱分别吸收成像光信号在预设方向偏振的RGB对应的三色光，其中，预设方向包括0度、45度、90度和135度，每个亚波长像素单元在预设方向都设置三种尺寸PD柱，预设方向的三种尺寸PD柱基于自身的光学共振，分别在预设方向共振吸收对应的RGB对应的三色光。
本申请实施例中，预设方向的划分不仅限于0度、45度、90度和135度这一种划分形式，具体的划分形式可根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
可选的，PD柱的形状至少包括长方形、圆形、平行四边形和菱形，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
本申请实施例中，PD柱的尺寸是基于RGB对应的三色光的共振波长和成像光信号的折射率确定的，或者通过光学模拟得到的，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
本申请实施例中，利用公式(1)确定PD柱的尺寸
PD柱的尺寸＝(共振波长-预设常数)/折射率 (1)
其中，RGB三原色中不同的单色对应不同的共振波长，折射率为成像光信号的折射率。
S102、利用RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息；并基于偏振信息和色彩信息得到成像光信号对应的彩色的偏振图像。
当彩色偏振式CIS利用亚波长像素单元的但中尺寸PD柱分别吸收成像光信号在预设方向偏振的RGB对应的三色光之后，彩色偏振式CIS利用RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息，并基于偏振信息和色彩信息得到成像光信号对应的彩色偏振图像。
本申请实施例中，彩色偏振式CIS将RGB对应的三色光转换为预设方向的电信号；之后，彩色偏振式CIS将所述预设方向的电信号转换为数字信号，得到RAW数据，并通过预设关联方式，将RAW数据进行关联，得到偏振信息。
本申请实施例中，预设方向的三种尺寸PD柱将对应的预设方向的RGB对应的三色光转换为预设方向的电信号，并将预设方向的电信号传输至读出电路，读出电路将预设方向的电信号转换为数字信号，得到RAW数据，并将RAW数据传输至图像处理器；图像处理器通过预设关联方式将RAW数据进行关联，得到偏振程度和偏振方向，将偏振程度和偏振方向作为偏振信息，并根据偏振信息得到偏振图像，图像处理器按照预设色彩恢复方法对RAW数据进行色彩恢复，得到色彩信息，并根据偏振信息和色彩信息得到偏振图像。
本申请实施例中，预设关联方式可以为矢量相加的方式，读出电路通过将预设方向的电信号进行矢量相加，进而得到成像光信号的偏振程度和偏振方向，之后，读出电路过滤掉不同偏振的反射光和透射光，进而确定出拍摄对象的材质属性，由此能够提供更加清晰的图像。
本申请实施例中，RAW数据包含了RGB三个颜色通道的信息，预设色彩恢复方法可以包括插值的方法或者基于RGB的三个分量来确定，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
可以理解的是，在本申请提出的彩色偏振式CIS中，每个亚波长像素单元能够吸收多个角度偏振的RGB对应的三色光，且亚波长像素单元的波长小于成像光信号的预设波长，使得提高了偏振式CIS的量子效率；PD柱的结构能够实现光学共振，其吸收效率远高于传统的PD结构，进而能够提高偏振式CIS的量子效率。
实施例三
本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，上述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，应用于彩色偏振式CIS1中，该计算机程序实现如实施例二所述的图像处理方法。
具体来讲，本实施例中的一种图像处理方法对应的程序指令被一电子设备读取或被执行时，包括如下步骤：
当获取到预设波长的成像光信号时，利用所述亚波长像素单元的三种尺寸PD柱分别吸收所述成像光信号在预设方向偏振的RGB对应的三色光；
利用所述RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息；并基于所述偏振信息和所述色彩信息得到所述成像光信号对应的彩色的偏振图像。
在本发明的实施例中，进一步地，利用所述RGB对应的三色光确定出偏振信息，上述一个或者多个程序被上述一个或者多个处理器执行，具体实现以下步骤：
将所述RGB对应的三色光转换为所述预设方向的电信号；
将所述预设方向的电信号转换为数字信号，得到RAW数据；
通过预设关联方式，将所述RAW数据进行关联，得到所述偏振信息。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种彩色偏振式互补金属氧化物半导体图像传感器CIS，其特征在于，所述彩色偏振式CIS包括：
在预设方向排布三种尺寸光电二极管PD柱的亚波长像素单元，用于分别利用所述三种尺寸PD柱分别吸收预设波长的成像光信号在所述预设方向偏振的RGB对应的三色光；
与所述亚波长像素单元连接的图像处理器，用于利用所述RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息；并基于所述偏振信息和所述色彩信息得到所述成像光信号对应的彩色偏振图像。
2.根据权利要求1所述的彩色偏振式CIS，其特征在于，所述亚波长像素单元的像素尺寸小于所述预设波长。
3.根据权利要求1所述的彩色偏振式CIS，其特征在于，所述PD柱的三种尺寸是分别基于RGB对应的三色光的共振波长和所述成像光信号的折射率确定的，所述PD柱的形状至少包括长方形、圆形、平行四边形和菱形。
4.根据权利要求1或3所述的彩色偏振式CIS，其特征在于，所述PD柱的尺寸度量级别为百纳米级，所述预设方向排布的每一种PD柱的尺寸和形状相同。
5.根据权利要求1所述的彩色偏振式CIS，其特征在于，所述预设方向至少包括0度、45度、90度和135度。
6.根据权利要求1所述的彩色偏振式CIS，其特征在于，所述彩色偏振式CIS还包括：与所述三种尺寸PD柱连接的读出电路，所述读出电路与所述图像处理器连接；
所述三种尺寸PD柱，具体用于将所述RGB对应的三色光转换为所述预设方向的电信号；
所述读出电路，用于将所述预设方向的电信号转换为数字信号，得到RAW数据，并将所述RAW数据传输至所述图像处理器；
所述图像处理器，具体用于通过预设关联方式将所述RAW数据进行关联，得到偏振程度和偏振方向，将所述偏振程度和所述偏振方向作为所述偏振信息；按照预设色彩恢复方法对所述RAW数据进行色彩恢复，得到色彩信息，并根据所述偏振信息和所述色彩信息得到所述偏振图像。
7.根据权利要求1所述的彩色偏振式CIS，其特征在于，所述彩色偏振式CIS还包括：与所述亚波长像素单元连接的透镜单元；
所述透镜单元，用于对所述预设波长的成像光信号进行聚焦。
8.一种图像处理方法，其特征在于，应用于彩色偏振式CIS，所述彩色偏振式CIS上设置有在预设方向排布三种尺寸PD柱的亚波长像素单元，所述预设方向排布的每一种PD柱的尺寸和形状相同，所述方法包括：
当获取到预设波长的成像光信号时，利用所述亚波长像素单元的三种尺寸PD柱分别吸收所述成像光信号在预设方向偏振的RGB对应的三色光；
利用所述RGB对应的三色光确定出偏振信息和色彩信息；并基于所述偏振信息和所述色彩信息得到所述成像光信号对应的彩色的偏振图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述RGB对应的三色光确定出偏振信息，包括：
将所述RGB对应的三色光转换为所述预设方向的电信号；
将所述预设方向的电信号转换为数字信号，得到RAW数据；
通过预设关联方式，将所述RAW数据进行关联，得到所述偏振信息。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于彩色偏振式CIS，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8-9任一项所述的方法。
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