CN110290334B - 像素单元电路及图像处理方法、存储介质及cmos图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了像素单元电路及图像处理方法、存储介质及CMOS图像传感器，应用于CMOS图像传感器，该像素单元电路包括：由至少两种预设直径的光电二极管PD柱组成的组合PD柱，用于利用至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将RGB组合光信号转换为组合电信号；至少两种预设直径的PD柱中一种预设直径的PD柱的数量为预设数量；与组合PD柱连接的像素读出电路，用于对组合电信号进行放大，并读出组合电信号。

Description

像素单元电路及图像处理方法、存储介质及CMOS图像传感器
技术领域
本申请涉及图像处理领域，尤其涉及像素单元电路及图像处理方法、存储介质及CMOS图像传感器。
背景技术
近年来，图像传感器在图像处理领域的应用越来越广泛，其中，图像传感器包括：电荷耦合器件(Charged Coupled Device，CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器，相较于CCD图像传感器，CMOS图像传感器由于其具有高灵敏度和快速输出能力等特性，使得CMOS图像传感器的应用更为广泛。
现有CMOS图像传感器中，每一个像素单元电路包括一个光电二极管(Photodiode，PD)结构，该PD结构用于吸收RGB单色光，当需要利用CMOS图像传感器获取黑白图像时，需要利用多个像素单元电路吸收多个RGB单色光。
然而，每种像素单元电路只能吸收RGB单色光，当需要获取黑白图像对应的RGB组合光时，需要多个像素单元电路吸收RGB单色光，进而导致CMOS图像传感器的尺寸增大，并导致采集黑白图像时极大的降低了入射光的吸收率。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例期望提供像素单元电路及图像处理方法、存储介质及CMOS图像传感器，能够利用一个像素单元电路就吸收到RGB组合光信号，从而降低了图像传感器的尺寸，提高了图像传感器对入射光的吸收率。
本申请的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种像素单元电路，应用于CMOS图像传感器，其特征在于，所述像素单元电路包括：
由至少两种预设直径的光电二极管PD柱组成的组合PD柱，用于利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号；所述至少两种预设直径的PD柱中一种预设直径的PD柱的数量为预设数量；
与所述组合PD柱连接的像素读出电路，用于对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号。
在上述像素单元电路中，所述至少两种预设直径的PD柱包括：第一预设直径的PD柱、第二预设直径的PD柱和第三预设直径的PD柱中的至少两种；所述RGB组合光信号包括：第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号；
所述第一预设直径的PD柱，用于吸收第一预设波段对应的所述第一RGB单色光信号，并将所述第一RGB单色光信号转换为第一电信号，所述第一预设波段为所述至少两种预设波段中所述第一预设直径的PD柱对应的波段；
所述第二预设直径的PD柱，用于吸收第二预设波段对应的所述第二RGB单色光信号，并将所述第二RGB单色光信号转换为第二电信号，所述第二预设波段为所述至少两种预设波段中所述第二预设直径的PD柱对应的波段；
所述第三预设直径的PD柱，用于吸收第三预设波段对应的所述第三RGB单色光信号，并将所述第三RGB单色光信号转换为第三电信号，所述第三预设波段为所述至少两种预设波段中所述第三预设直径的PD柱对应的波段。
在上述像素单元电路中，所述组合PD柱共用一个n区；
将所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号中的至少两种电信号在n区进行累加，得到所述组合电信号。
在上述像素单元电路中，所述像素读出电路包括：与所述组合PD柱连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；
所述转移晶体管，用于将所述组合电信号转移至所述读出区，以供所述读出区读出所述组合电信号；
所述放大管，用于对所述读出区的所述组合电信号进行放大。
在上述像素单元电路中，所述像素读出电路还包括：与所述读出区连接的复位晶体管；
所述复位晶体管，还用于存储复位电平，所述复位电平用于与所述组合电信号进行相关双采样；
所述读出区，还用于读出所述复位晶体管中的复位电平；
所述放大管，还用于对所述复位电平进行放大。
在上述像素单元电路中，所述PD柱的形状至少包括圆柱形和正多边形。
在上述像素单元电路中，所述至少两种预设直径的PD柱包括：所述第一预设直径的PD柱、所述第二预设直径的PD柱和所述第三预设直径的PD柱；所述RGB组合光信号为由所述第一RGB单色光信号、所述第二RGB单色光信号和所述第三RGB单色光信号组合成的白色光信号。
在上述像素单元电路中，所述PD柱的预设直径是基于RGB单色光信号的共振波长和所述RGB单色光信号的折射率确定。
本申请实施例提供一种图像处理方法，应用于由像素单元电路组成的CMOS图像传感器，所述像素单元电路包括由至少两种预设直径的PD柱组成的组合PD柱和与所述组合PD柱连接的像素读出电路，所述方法包括：
利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号；
对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号。
在上述方法中，所述至少两种预设直径的PD柱包括：第一预设直径的PD柱、第二预设直径的PD柱和第三预设直径的PD柱中的至少两种；所述RGB组合光信号包括：第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号；所述利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号，包括：
利用所述第一预设直径的PD柱吸收第一预设波段对应的所述第一RGB单色光信号；并将所述第一RGB单色光信号转换为第一电信号，所述第一预设波段为所述至少两种预设波段中所述第一预设直径的PD柱对应的波段；
利用所述第二预设直径的PD柱吸收第二预设波段对应的所述第二RGB单色光信号；并将所述第二RGB单色光信号转换为第二电信号，所述第二预设波段为所述至少两种预设波段中所述第二预设直径的PD柱对应的波段；
利用所述第三预设直径的PD柱吸收第三预设波段对应的所述第三RGB单色光信号；并将所述第三RGB单色光信号转换为第三电信号，所述第三预设波段为所述至少两种预设波段中所述第三预设直径的PD柱对应的波段；
将所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号中的至少两种电信号进行累加，得到组合电信号。
在上述方法中，所述像素读出电路包括：与所述组合PD柱连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区、与所述读出区连接的复位晶体管和放大管，所述对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号，包括：
利用所述转移晶体管将所述组合电信号转移至所述读出区；
利用所述读出区读取所述组合电信号和所述复位晶体管中的复位电平；
利用放大管对所述组合电信号和所述复位电平进行放大，以利用所述复位电平对所述电信号进行相关双采样。
本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于像素单元电路，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。
本申请实施例提供一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器利用上述任一项所述的像素单元电路实现图像处理方法。
本申请实施例提供了像素单元电路及图像处理方法、存储介质及CMOS图像传感器，应用于CMOS图像传感器，该像素单元电路包括：由至少两种预设直径的光电二极管PD柱组成的组合PD柱，用于利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号；所述至少两种预设直径的PD柱中一种预设直径的PD柱的数量为预设数量；与所述组合PD柱连接的像素读出电路，用于对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号。采用上述像素单元电路的实现方案，通过在每个像素单元电路中都设置有至少两种预设直径的PD柱，该至少两种预设直径的PD柱分别吸收不同预设波段的RGB单色光信号，并将该不同预设波段的RGB单色光信号进行组合得到RGB组合光信号，当需要获取黑白图像对应的RGB组合光信号时，可根据该黑白图像设置不同直径的PD柱，将该不同直径的PD柱进行组合得到至少两种预设直径的PD柱，利用该至少两种预设直径的PD柱获取到黑白图像对应的RGB组合光信号，使得CMOS图像传感器通过一个像素单元电路就可以得到RGB组合光信号，从而减小了CMOS图像传感器的尺寸，提高了CMOS图像传感器采集图像时入射光的吸收率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种像素单元电路结构示意图一；
图2为本申请实施例提供的一种示例性的像素单元的排布示意俯视图；
图3为本申请实施例提供的一种示例性的像素单元的截面图；
图4为本申请实施例提供的一种示例性的像素读出电路结构示意图二；
图5为本申请实施例提供的一种图像处理方法流程图一；
图6为本申请实施例提供的一种图像处理方法流程图二。
具体实施方式
应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请。并不用于限定本申请。
实施例一
本申请实施例提供一种像素单元电路，应用于CMOS图像传感器，如图1所示，该像素单元电路包括：
由至少两种预设直径的光电二极管PD组成的组合PD柱，用于利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号；所述至少两种预设直径的PD柱中一种预设直径的PD柱的数量为预设数量；
与所述组合PD柱连接的像素读出电路，用于对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号。
本申请实施例提供的一种像素单元电路适用于利用COMS图像传感器对吸收到的光信号进行图像处理，得到光信号对应的图像的场景下。
在本申请实施例中，CMOS图像传感器由像素单元电路和CMOS电路组成，其中，像素单元电路用于将采集到的光信号转换成电信号，并将电信号读出，CMOS电路用于对电信号进行图像处理，得到光信号对应的图像。
在本申请实施例中，像素单元电路1利用组合PD柱11的光学共振原理吸收RGB组合光信号，其中，组合PD柱中不同预设直径的PD柱对应吸收不同颜色的RGB单色光信号，像素单元电路将不同颜色的RGB单色光进行组合，从而得到RGB组合光信号，像素单元电路利用光学共振提高了圆柱形的PD结构内的光学态密度，进而提高了CMOS图像传感器的量子效率和信噪比，进一步缩小了图像传感器的厚度。
在本申请实施例中，每个像素单元电路由组合PD柱和像素读出电路12组成，其中，组合PD柱包括至少两种预设直径的PD柱，至少两种预设直径的PD柱分别对应吸收至少两种预设波段的RGB单色光信号，并将该至少两种单色光信号进行累加，得到RGB组合光信号。
本申请实施例中，组合PD柱可以由两种预设直径的PD柱组成，也可以由三种预设直径的PD柱组成，其中，组合PD柱中每一种预设直径的PD柱的数量为预设数量，组合PD柱的组成方式和预设数量可根据所需的RGB组合光的颜色决定，本申请实施例不做具体的限定。
在本申请实施例中，RGB组合光信号包括：第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号，至少两种预设直径的PD柱分别用于吸收第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号。
示例性地，第一RGB单色光信号可以为蓝光信号，第二RGB单色光信号可以为绿光信号，第三RGB单色光信号可以为红光信号，其中，用于吸收蓝光的PD柱的预设直径为60nm；用于吸收绿光的PD柱的预设直径为90nm；用于吸收红光的PD柱的预设直径为120nm；则，当至少两种预设直径的PD柱分别为60nm的PD柱和120nm的PD柱时，则至少两种预设直径的PD柱对应吸收蓝光和红光；当至少两种预设直径的PD柱分别为60nm的PD柱、90nm的PD柱和120nm的PD柱时，则至少两种预设直径的PD柱对应吸收蓝光、绿光和红光。
示例性的，如图2所示，每个像素单元电路中排布多根百纳米级别的PD柱，其中，直径为60nm的PD柱用于吸收蓝光，直径为90nm的PD柱用于吸收绿光，直径为120nm的PD柱用于吸收红光，由于白光为蓝光、绿光和红光的叠加，故，直径为60nm的PD柱、90nm的PD柱和直径为120nm的PD柱混合排列，共同作用吸收白光，其中，R、G、B三个通道的像素截面如图3所示(图3中的每个像素画出了4根PD柱，仅用于示意)，将三种直径的PD柱进行组合，与金属布线连接。
可选的，所述至少两种预设直径的PD柱包括：第一预设直径的PD柱、第二预设直径的PD柱和第三预设直径的PD柱中的至少两种；所述RGB组合光信号包括：第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号；
所述第一预设直径的PD柱，用于吸收第一预设波段对应的所述第一RGB单色光信号，并将所述第一RGB单色光信号转换为第一电信号，所述第一预设波段为所述至少两种预设波段中所述第一预设直径的PD柱对应的波段；
所述第二预设直径的PD柱，用于吸收第二预设波段对应的所述第二RGB单色光信号，并将所述第二RGB单色光信号转换为第二电信号，所述第二预设波段为所述至少两种预设波段中所述第二预设直径的PD柱对应的波段；
所述第三预设直径的PD柱，用于吸收第三预设波段对应的所述第三RGB单色光信号，并将所述第三RGB单色光信号转换为第三电信号，所述第三预设波段为所述至少两种预设波段中所述第三预设直径的PD柱对应的波段。
在本申请实施例中，第一预设波段对应第一RGB单色光信号，第一预设直径的PD柱对应吸收第一预设波段的光信号，即，第一预设直径的PD柱对应吸收第一RGB单色光信号，并将该第一RGB单色光信号转换为第一电信号；第二预设波段对应第二RGB单色光信号，第二预设直径的PD柱对应吸收第二预设波段的光信号，即，第二预设直径的PD柱对应吸收第二RGB单色光信号，并将该第二RGB单色光信号转换为第二电信号；第三预设波段对应第三RGB单色光信号，第三预设直径的PD柱对应吸收第三预设波段的光信号，即，第三预设直径的PD柱对应吸收第三RGB单色光信号，并将该第三RGB单色光信号转换为第三电信号。
示例性地，第一RGB单色光信号为蓝光信号，蓝光信号对应的波长为400nm，即第一预设波段为400nm，且直径为60nm的PD柱能够吸收波长为400nm的光信号，故，直径为60nm的PD柱用于吸收蓝光信号，并将该蓝光信号转换为第一电信号；第二RGB单色光信号为绿光信号，绿光信号对应的波长为500nm，即第二预设波段为500nm，且直径为90nm的PD柱能够吸收波长为500nm的光信号，故，直径为90nm的PD柱用于吸收绿光信号，并将该绿光信号转换为第二电信号；第三RGB单色光信号为红光信号，红光信号对应的波长为700nm，即第三预设波段为700nm，且直径为120nm的PD柱能够吸收波长为700nm的光信号，故，直径为120nm的PD柱用于吸收红光信号，并将该红光信号转换为第三电信号。
可选的，所述组合PD柱共用一个n区；
将所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号中的至少两种电信号在n区进行累加，得到所述组合电信号。
在本申请实施例中，组合PD柱由至少两种预设直径的PD柱组成，其中，至少两种预设直径的PD柱共用一个n区，当像素单元电路中的组合PD柱得到第一电信号、第二电信号和第三电信号时，就在n区将第一电信号、第二电信号和第三电信号进行累加，从而得到组合电信号。
需要说明的是，组合电信号可以为第一电信号、第二电信号和第三电信号的累加和信号。
在本申请实施例中，像素读出电路的电路结构如图4所示，组合PD柱包括60nm的PD柱、90nm的PD柱和120nm的PD柱(图4中的每个像素画出了4根PD柱，仅用于示意)，三种PD柱将吸收到的蓝光信号、绿光信号和红光信号经过光电转换，得到与蓝光信号对应第一电信号、与绿光信号对应的第二电信号和与红光信号对应的第三电信号，之后，CMOS图像传感器分别将第一电信号、第二电信号和第三电信号转移至三种PD柱共同的n区进行累加，得到组合电信号。
可选的，所述像素读出电路包括：与所述组合PD柱连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；
所述转移晶体管，用于将所述组合电信号转移至所述读出区，以供所述读出区读出所述组合电信号；
所述放大管，用于对所述读出区的所述组合电信号进行放大。
在本申请实施例中，转移晶体管的源极与组合PD柱的n区连接，如图4所示，转移晶体管的漏极与读出区连接，转移晶体管用于将组合PD柱中的组合电信号转移至读出区，以供读出区读出组合电信号。
在本申请实施例中，放大管的栅极和读出区连接，用于对读出区读出的组合电信号进行放大。
可选的，所述像素读出电路还包括：与所述读出区连接的复位晶体管；
所述复位晶体管，还用于存储复位电平，所述复位电平用于与所述组合电信号进行相关双采样；
所述读出区，还用于读出所述复位晶体管中的复位电平；
所述放大管，还用于对所述复位电平进行放大。
在本申请实施例中，复位晶体管的源极和电源连接，复位晶体管的漏极和读出区连接，如图4所示，复位晶体管中存储有复位电平，复位电平用于与组合电信号进行相关双采样，以降低组合电信号的噪声。
在本申请实施例中，放大管的源极和电源连接，如图4所示，放大管的漏极和选通管的源极连接，选通管的漏极和输出端连接。
在本申请实施例中，读出区还用于读出复位晶体管中的复位电平，放大管还用于放大复位电平。
可选的，所述PD柱的形状至少包括圆柱形和正多边形。
在本申请实施例中，PD柱的形状可以为圆柱形和正多边形，也可以为其他形状，具体的PD柱的形状可根据实际情况进行选择，本申请实施例对此不做限定。
可选的，所述至少两种预设直径的PD柱包括：所述第一预设直径的PD柱、所述第二预设直径的PD柱和所述第三预设直径的PD柱；所述RGB组合光信号为由所述第一RGB单色光信号、所述第二RGB单色光信号和所述第三RGB单色光信号组合成的白色光信号。
在本申请实施例中，当CMOS图像传感器需要采集黑白图像信息时，CMOS图像传感器中的组合PD柱包括：第一预设直径的PD柱、第二预设直径的PD柱和第三预设直径的PD柱。其中，第一预设直径的PD柱可以吸收蓝光信号；第二预设直径的PD柱可以吸收绿光信号；第三预设直径的PD柱可以吸收红光信号；组合PD柱将吸收到的蓝光信号、绿光信号和红光信号进行组合，可得到白色光信号。
需要说明的是，当像素单元电路接收到入射光时，可利用组合PD柱中不同预设直径的PD柱分别吸收蓝光信号、绿光信号和红光信号，之后，组合PD柱将蓝光信号、绿光信号和红光信号进行累加，得到了白色光信号，当像素单元电路接收不到入射光时，像素单元电路无法吸收到蓝光信号、绿光信号和红光信号，不能将蓝光信号、绿光信号和红光信号进行组合，从而可得到黑色光信号。
在本申请实施例中，像素单元电路可根据接收到的蓝光信号、绿光信号和红光信号的强弱，组合得到不同程度亮度的白光信号，当像素单元电路没有接收到蓝光信号、绿光信号和红光信号时，就得到了黑光信号，故，像素单元电路根据接收到的蓝光信号、绿光信号和红光信号的强弱可得到黑白图像信息。
可选的，所述PD柱的预设直径是基于RGB单色光信号的共振波长和所述RGB单色光信号的折射率确定。
本申请实施例中，PD柱的预设直径是基于RGB单色光的共振波长和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柱的预设直径
PD柱的预设直径＝(共振波长-预设常数)/折射率(1)
可以理解的是，本申请中一个像素单元电路包括一个至少两种预设直径的PD柱，通过至少两种预设直径的PD柱分别吸收不同预设波段的RGB单色光信号，并将不同预设波段的RGB单色光信号进行组合得到RGB组合光信号，当需要获取黑白图像对应的RGB组合光信号时，可根据该黑白图像设置不同直径的PD柱，将该不同直径的PD柱进行组合得到至少两种预设直径的PD柱，利用该至少两种预设直径的PD柱获取到黑白图像对应的RGB组合光信号，使得CMOS图像传感器通过一个像素单元电路就可以得到RGB组合光信号，从而减小了CMOS图像传感器的尺寸，提高了CMOS图像传感器采集图像时入射光的吸收率。
实施例二
本申请实施例提供一种图像处理方法，应用于由像素单元电路组成的CMOS图像传感器，像素单元电路包括由至少两种预设直径的PD柱组成的组合PD柱和与组合PD柱连接的像素读出电路，如图5所示，该方法包括：
S101、利用至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将RGB组合光信号转换为组合电信号；
本申请实施例提供的一种像素单元电路适用于利用COMS图像传感器对吸收到的光信号进行图像处理，得到光信号对应的图像的场景下。
在本申请实施例中，CMOS图像传感器由像素单元电路和CMOS电路组成，其中，像素单元电路用于将采集到的光信号转换成电信号，并将电信号读出，CMOS电路用于对电信号进行图像处理，得到光信号对应的图像。
在本申请实施例中，像素单元电路利用组合PD柱的光学共振原理吸收RGB组合光信号，其中，组合PD柱中不同预设直径的PD柱对应吸收不同颜色的RGB单色光信号，像素单元电路将不同颜色的RGB单色光进行组合，从而得到RGB组合光信号，像素单元电路利用光学共振提高了圆柱形的PD结构内的光学态密度，进而提高了CMOS图像传感器的量子效率和信噪比，进一步缩小了图像传感器的厚度。
在本申请实施例中，每个像素单元电路由组合PD柱和像素读出电路组成，其中，组合PD柱包括至少两种预设直径的PD柱，至少两种预设直径的PD柱分别对应吸收至少两种预设波段RGB单色光信号，并将该至少两种单色光信号进行累加，得到组合光信号。
在本申请实施例中，像素单元电路在接收到入射光的情况下，至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将吸收到的RGB组合光信号转换为组合电信号。
在本申请实施例中，至少两种预设直径的PD柱可以由两种预设直径的PD柱组成，也可以由三种预设直径的PD柱组成，其中，组合PD柱中每一种预设直径的PD柱的数量为预设数量，组合PD柱的组成方式和预设数量可根据所需的RGB组合光的颜色决定，本申请实施例对此不做具体的限定。
可选的，PD柱的预设直径是基于RGB单色光信号的共振波长和RGB单色光信号的折射率确定。
本申请实施例中，PD柱的预设直径是基于RGB单色光的共振波长和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柱的预设直径
PD柱的预设直径＝(共振波长-预设常数)/折射率(1)
示例性的，吸收蓝光时对应的PD柱的直径为60nm左右；吸收绿光时对应的PD柱的直径为90nm；吸收红光时对应的PD柱的直径为120nm。
在本申请实施例中，至少两种预设直径的PD柱包括：第一预设直径的PD柱、第二预设直径的PD柱和第三预设直径的PD柱中的至少两种；RGB组合光信号包括：第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号。
在本申请实施例中，图6为本申请实施例提供的一种图像处理方法流程图二，如图6所示，S101具体可以包括S1011-S1014。如下：
S1011、利用第一预设直径的PD柱吸收第一预设波段对应的第一RGB单色光信号；并将第一RGB单色光信号转换为第一电信号，第一预设波段为至少两种预设波段中第一预设直径的PD柱对应的波段；
在本申请实施例中，第一预设波段对应第一RGB单色光信号，第一预设直径的PD柱对应吸收第一预设波段的光信号，即，第一预设直径的PD柱对应吸收第一RGB单色光信号，并将该第一RGB单色光信号转换为第一电信号。
需要说明的是第一预设波段可以为至少两种预设波段中的第一预设直径PD柱对应的波段。
示例性地，第一RGB单色光信号为蓝光信号，蓝光信号对应的波长为400nm，即第一预设波段为400nm，且直径为60nm的PD柱能够吸收波长为400nm的光信号，故，直径为60nm的PD柱用于吸收蓝光信号，并将该蓝光信号转换为第一电信号。
S1012、利用第二预设直径的PD柱吸收第二预设波段对应的第二RGB单色光信号；并将第二RGB单色光信号转换为第二电信号，第二预设波段为至少两种预设波段中第二预设直径的PD柱对应的波段；
在本申请实施例中，第二预设波段对应第二RGB单色光信号，第二预设直径的PD柱对应吸收第二预设波段的光信号，即，第二预设直径的PD柱对应吸收第二RGB单色光信号，并将该第二RGB单色光信号转换为第二电信号。
需要说明的是第二预设波段可以为至少两种预设波段中的第二预设直径PD柱对应的波段。
示例性地，第二RGB单色光信号为绿光信号，绿光信号对应的波长为500nm，即第二预设波段为500nm，且直径为90nm的PD柱能够吸收波长为500nm的光信号，故，直径为90nm的PD柱用于吸收绿光信号，并将该绿光信号转换为第二电信号。
S1013、利用第三预设直径的PD柱吸收第三预设波段对应的第三RGB单色光信号；并将第三RGB单色光信号转换为第三电信号，第三预设波段为至少两种预设波段中第三预设直径的PD柱对应的波段；
在本申请实施例中，第三预设波段对应第三RGB单色光信号，第三预设直径的PD柱对应吸收第三预设波段的光信号，即，第三预设直径的PD柱对应吸收第三RGB单色光信号，并将该第三RGB单色光信号转换为第三电信号。
需要说明的是第三预设波段可以为至少两种预设波段中的第三预设直径PD柱对应的波段。
示例性地，第三RGB单色光信号为红光信号，红光信号对应的波长为700nm，即第三预设波段为700nm，且直径为120nm的PD柱能够吸收波长为700nm的光信号，故，直径为120nm的PD柱用于吸收的红光信号，并将该红光信号转换为第三电信号。
S1014、将第一电信号、第二电信号和第三电信号中的至少两种电信号进行累加，得到组合电信号。
在本申请实施例中，当像素单元电路中的组合PD柱得到第一电信号、第二电信号和第三电信号时，就可以将第一电信号、第二电信号和第三电信号进行累加，从而得到组合电信号了。
需要说明的是，组合电信号可以为第一电信号、第二电信号和第三电信号的累加和信号。
S102、对组合电信号进行放大，并读出组合电信号。
在本申请实施例中，当像素单元电路利用组合PD柱吸收到RGB组合光信号后，就将该组合光信号转换为组合电信号，并利用像素读出电路将该组合电信号进行放大和读出。
在本申请实施例中，像素读出电路包括：与组合PD柱连接的转移晶体管、与转移晶体管连接的读出区、与读出区连接的复位晶体管和放大管。
需要说明的是，复位晶体管的源极和电源连接；复位管的漏极和读出区连接，其中，复位管中存储有复位电平。
在本申请实施例中，像素读出电路利用转移晶体管将组合电信号转移至读出区；读出区读取组合电信号和复位晶体管中的复位电平，放大管对组合电信号和复位电平进行放大，以利用该复位电平对该电信号进行相关双采样，从而降低读出电信号的噪声。
在本申请实施例中，转移晶体管的源极与组合PD柱的n区连接，转移晶体管的漏极与读出区连接，光照射在组合PD柱上产生的电子-空穴对会因PPD电场的存在而分开，组合电子移向n区，组合空穴移向p区，转移晶体管将n区的组合电子转移至读出区，读出区就可以读出组合电信号。
本申请实施例中，光线在PD柱的耗尽区发生光电转换，将光信号转换成电信号，电信号移向PD柱的n区，转移晶体管将n区的电信号转移到读出区。
可以理解的是，本申请中一个像素单元电路包括一个至少两种预设直径的PD柱，通过至少两种预设直径的PD柱分别吸收不同预设波段的RGB单色光信号，并将不同预设波段的RGB单色光信号进行组合得到RGB组合光信号，当需要获取黑白图像对应的RGB组合光信号时，可根据该黑白图像设置不同直径的PD柱，将该不同直径的PD柱进行组合得到至少两种预设直径的PD柱，利用该至少两种预设直径的PD柱获取到黑白图像对应的RGB组合光信号，使得CMOS图像传感器通过一个像素单元电路就可以得到RGB组合光信号，从而减小了CMOS图像传感器的尺寸，提高了CMOS图像传感器采集图像时入射光的吸收率。
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，应用于像素单元电路中，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：
利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号；
对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号。
在本申请的实施例中，进一步地，所述至少两种预设直径的PD柱包括：第一预设直径的PD柱、第二预设直径的PD柱和第三预设直径的PD柱中的至少两种；所述RGB组合光信号包括：第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号；上述一个或者多个程序被上述一个或者多个处理器执行，还实现以下步骤：
利用所述第一预设直径的PD柱吸收第一预设波段对应的所述第一RGB单色光信号；并将所述第一RGB单色光信号转换为第一电信号，所述第一预设波段为所述至少两种预设波段中所述第一预设直径的PD柱对应的波段；
利用所述第二预设直径的PD柱吸收第二预设波段对应的所述第二RGB单色光信号；并将所述第二RGB单色光信号转换为第二电信号，所述第二预设波段为所述至少两种预设波段中所述第二预设直径的PD柱对应的波段；
利用所述第三预设直径的PD柱吸收第三预设波段对应的所述第三RGB单色光信号；并将所述第三RGB单色光信号转换为第三电信号，所述第三预设波段为所述至少两种预设波段中所述第三预设直径的PD柱对应的波段；
将所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号中的至少两种电信号进行累加，得到组合电信号。
在本申请的实施例中，进一步地，像素读出电路包括：与所述组合PD柱连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区、与所述读出区连接的复位晶体管和放大管；上述一个或者多个程序被上述一个或者多个处理器执行，还实现以下步骤：
利用所述转移晶体管将所述组合电信号转移至所述读出区；
利用所述读出区读取所述组合电信号和所述复位晶体管中的复位电平；
利用放大管对所述组合电信号和所述复位电平进行放大，以利用所述复位电平对所述电信号进行相关双采样。
实施例四
本申请实施例提供一种CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器利用如实施例一所述的像素单元电路实现图像处理方法。
具体来讲，本实施例中的一种CMOS图像传感器利用像素单元电路实现图像处理方法时，包括如下结构：
由至少两种预设直径的光电二极管PD柱组成的组合PD柱，用于利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号；所述至少两种预设直径的PD柱中一种预设直径的PD柱的数量为预设数量；
与所述组合PD柱连接的像素读出电路，用于对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号。
在本申请的实施例中，进一步地，所述至少两种预设直径的PD柱包括：第一预设直径的PD柱、第二预设直径的PD柱和第三预设直径的PD柱中的至少两种；所述RGB组合光信号包括：第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号；
所述第一预设直径的PD柱，用于吸收第一预设波段对应的所述第一RGB单色光信号，并将所述第一RGB单色光信号转换为第一电信号，所述第一预设波段为所述至少两种预设波段中所述第一预设直径的PD柱对应的波段；
所述第二预设直径的PD柱，用于吸收第二预设波段对应的所述第二RGB单色光信号，并将所述第二RGB单色光信号转换为第二电信号，所述第二预设波段为所述至少两种预设波段中所述第二预设直径的PD柱对应的波段；
所述第三预设直径的PD柱，用于吸收第三预设波段对应的所述第三RGB单色光信号，并将所述第三RGB单色光信号转换为第三电信号，所述第三预设波段为所述至少两种预设波段中所述第三预设直径的PD柱对应的波段。
在本申请的实施例中，进一步地，所述组合PD柱共用一个n区；
将所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号中的至少两种电信号在n区进行累加，得到所述组合电信号。
在本申请的实施例中，进一步地，所述像素读出电路包括：与所述组合PD柱连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；
所述转移晶体管，用于将所述组合电信号转移至所述读出区，以供所述读出区读出所述组合电信号；
所述放大管，用于对所述读出区的所述组合电信号进行放大。
在本申请的实施例中，进一步地，所述像素读出电路还包括：与所述读出区连接的复位晶体管；
所述复位晶体管，还用于存储复位电平，所述复位电平用于与所述组合电信号进行相关双采样；
所述读出区，还用于读出所述复位晶体管中的复位电平；
所述放大管，还用于对所述复位电平进行放大。
在本申请的实施例中，进一步地，所述PD柱的形状至少包括圆柱形和正多边形。
在本申请的实施例中，进一步地，所述至少两种预设直径的PD柱包括：所述第一预设直径的PD柱、所述第二预设直径的PD柱和所述第三预设直径的PD柱；所述RGB组合光信号为由所述第一RGB单色光信号、所述第二RGB单色光信号和所述第三RGB单色光信号组合成的白色光信号。
在本申请的实施例中，进一步地，所述PD柱的预设直径是基于RGB单色光信号的共振波长和所述RGB单色光信号的折射率确定。
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。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (12)

1.一种像素单元电路，应用于CMOS图像传感器，其特征在于，所述像素单元电路包括：
由至少两种预设直径的光电二极管PD柱组成的组合PD柱，用于利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号；所述至少两种预设直径的PD柱中一种预设直径的PD柱的数量为预设数量；所述PD柱的预设直径是基于RGB单色光信号的共振波长和所述RGB单色光信号的折射率确定；
与所述组合PD柱连接的像素读出电路，用于对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号；
其中，所述组合PD柱共用一个n区，所述RGB组合电信号中包括至少两种RGB单色光信号对应的至少两种RGB单色电信号；
所述像素单元电路，还用于将所述至少两种RGB单色电信号在n区进行累加，得到所述组合电信号。
2.根据权利要求1所述的像素单元电路，其特征在于，所述至少两种预设直径的PD柱包括：第一预设直径的PD柱、第二预设直径的PD柱和第三预设直径的PD柱中的至少两种；所述RGB组合光信号包括：第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号；
所述第一预设直径的PD柱，用于吸收第一预设波段对应的所述第一RGB单色光信号，并将所述第一RGB单色光信号转换为第一电信号，所述第一预设波段为所述至少两种预设波段中所述第一预设直径的PD柱对应的波段；
所述第二预设直径的PD柱，用于吸收第二预设波段对应的所述第二RGB单色光信号，并将所述第二RGB单色光信号转换为第二电信号，所述第二预设波段为所述至少两种预设波段中所述第二预设直径的PD柱对应的波段；
所述第三预设直径的PD柱，用于吸收第三预设波段对应的所述第三RGB 单色光信号，并将所述第三RGB单色光信号转换为第三电信号，所述第三预设波段为所述至少两种预设波段中所述第三预设直径的PD柱对应的波段。
3.根据权利要求2所述的像素单元电路，其特征在于，所述组合PD柱共用一个n区；
将所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号中的至少两种电信号在n区进行累加，得到所述组合电信号。
4.根据权利要求1所述的像素单元电路，其特征在于，所述像素读出电路包括：与所述组合PD柱连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；
所述转移晶体管，用于将所述组合电信号转移至所述读出区，以供所述读出区读出所述组合电信号；
所述放大管，用于对所述读出区的所述组合电信号进行放大。
5.根据权利要求4所述的像素单元电路，其特征在于，所述像素读出电路还包括：与所述读出区连接的复位晶体管；
所述复位晶体管，还用于存储复位电平，所述复位电平用于与所述组合电信号进行相关双采样；
所述读出区，还用于读出所述复位晶体管中的复位电平；
所述放大管，还用于对所述复位电平进行放大。
6.根据权利要求1所述的像素单元电路，其特征在于，所述PD柱的形状至少包括圆柱形和正多边形。
7.根据权利要求2所述的像素单元电路，其特征在于，所述至少两种预设直径的PD柱包括：所述第一预设直径的PD柱、所述第二预设直径的PD柱和所述第三预设直径的PD柱；所述RGB组合光信号为由所述第一RGB单色光信号、所述第二RGB单色光信号和所述第三RGB单色光信号组合成的白色光信号。
8.一种图像处理方法，应用于由像素单元电路组成的COMS图像传感器，其特征在于，所述像素单元电路包括由至少两种预设直径的PD柱组成的组合PD柱和与所述组合PD柱连接的像素读出电路，所述方法包括：
利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号；所述PD柱的预设直径是基于RGB单色光信号的共振波长和所述RGB单色光信号的折射率确定；
对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号；
其中，所述组合PD柱共用一个n区，所述RGB组合电信号中包括至少两种RGB单色光信号对应的至少两种RGB单色电信号；
所述像素单元电路，还用于将所述至少两种RGB单色电信号在n区进行累加，得到所述组合电信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少两种预设直径的PD柱包括：第一预设直径的PD柱、第二预设直径的PD柱和第三预设直径的PD柱中的至少两种；所述RGB组合光信号包括：第一RGB单色光信号、第二RGB单色光信号和第三RGB单色光信号中的至少两种RGB单色光信号；所述利用所述至少两种预设直径的PD柱分别吸收至少两种预设波段的RGB组合光信号，并将所述RGB组合光信号转换为组合电信号，包括：
利用所述第一预设直径的PD柱吸收第一预设波段对应的所述第一RGB单色光信号；并将所述第一RGB单色光信号转换为第一电信号，所述第一预设波段为所述至少两种预设波段中所述第一预设直径的PD柱对应的波段；
利用所述第二预设直径的PD柱吸收第二预设波段对应的所述第二RGB单色光信号；并将所述第二RGB单色光信号转换为第二电信号，所述第二预设波段为所述至少两种预设波段中所述第二预设直径的PD柱对应的波段；
利用所述第三预设直径的PD柱吸收第三预设波段对应的所述第三RGB单色光信号；并将所述第三RGB单色光信号转换为第三电信号，所述第三预设波段为所述至少两种预设波段中所述第三预设直径的PD柱对应的波段；
将所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号中的至少两种电信号进行累加，得到组合电信号。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述像素读出电路包括：与所述组合PD柱连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区、与所述读出区连接的复位晶体管和放大管，所述对所述组合电信号进行放大，并读出所述组合电信号，包括：
利用所述转移晶体管将所述组合电信号转移至所述读出区；
利用所述读出区读取所述组合电信号和所述复位晶体管中的复位电平；
利用放大管对所述组合电信号和所述复位电平进行放大，以利用所述复位电平对所述电信号进行相关双采样。
11.一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于像素单元电路，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求8至10任一项所述的方法。
12.一种CMOS图像传感器，其特征在于，所述CMOS图像传感器利用如权利要求1至7任一项所述的像素单元电路实现图像处理方法。
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