CN111223882B - 一种图像传感器及图像处理方法、存储介质 - Google Patents

一种图像传感器及图像处理方法、存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供了一种图像传感器及图像处理方法、存储介质，该图像传感器包括：由第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵组成的彩色偏振叠层像素方阵，其中，第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，第一预设方向与对应的第二预设方向正交，第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵对应位置处排布相同尺寸的PD柱，彩色偏振叠层像素方阵利用三种尺寸的PD柱分别吸收成像光信号在多个第一预设方向和多个第二预设方向偏振的RGB三色光；图像处理器，用于利用RGB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

一种图像传感器及图像处理方法、存储介质
技术领域
本申请涉及图像处理领域，尤其涉及一种图像传感器及图像处理方法、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(互补金属氧化物半导体图像传感器，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需要通过四个像素获取四个不同角度的偏振信息，且需要微透镜阵列实现对成像光信号进行聚光的操作，导致像素偏振信息的利用率低。
发明内容
本申请实施例提供一种图像传感器及图像处理方法、存储介质，能够提高像素偏振信息的利用率。
本申请的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：
由第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵组成的彩色偏振叠层像素方阵，其中，所述第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，一个第一预设方向对应一个像素阵列，所述第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，一个第二预设方向对应一个像素阵列，所述第一预设方向与对应的所述第二预设方向正交，所述像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，所述第一层偏振像素方阵和所述第二层偏振像素方阵对应位置处排布相同尺寸的PD柱，所述彩色偏振叠层像素方阵利用三种尺寸的PD柱分别吸收成像光信号在所述多个第一预设方向和所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光；
与所述彩色偏振叠层像素方阵的输出端连接的图像处理器，用于利用所述RGB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。
在上述图像传感器中，所述一个像素阵列包括多个像素单元，所述三种尺寸的PD柱中的一种尺寸PD柱对应所述多个像素单元中的至少一个像素单元，其中，一个像素单元包括一组相同尺寸的PD柱；
一个像素单元利用一组相同尺寸的PD柱吸收对应的RGB单色光。
在上述图像传感器中，所述图像传感器还包括滤色片阵列，所述滤色片阵列覆盖在所述第一层偏振像素方阵的输入端；其中，所述滤色片阵列与所述第一层偏振像素方阵中像素阵列的色彩排布相同。
所述滤色片方阵，用于从所述成像光信号过滤出所述滤色片方阵的颜色信息对应的RGB三色光。
在上述图像传感器中，所述图像传感器还包括：CMOS像素读出电路；所述彩色偏振叠层像素方阵的输出端通过CMOS像素读出电路与所述图像处理器连接；
所述彩色偏振叠层像素方阵，还用于将RGB三色光对应的光信号转换成对应的电信号；
所述CMOS像素读出电路，用于对所述电信号进行信号放大并读出所述图像处理器。
在上述图像传感器中，所述第一层偏振像素方阵还包括多组转移门连接电路，其中，一组转移门电路对应第一层偏振像素方阵中的一个像素阵列，所述多组转移门连接电路分别穿过所述第二层偏振像素方阵，所述第一层偏振像素方阵中的多个像素阵列通过多组转移门连接电路与所述CMOS像素读出电路连接。
在上述图像传感器中，一个像素单元对应一个n区；一个像素单元吸收对应的RGB单色光的电信号集中到对应的一个n区。
在上述图像传感器中，相邻两个PD柱之间距离为预设距离，所述第一层偏振像素方阵中一个像素单元对应的PD柱的个数由一个像素单元的大小和所述预设距离确定，所述第二层偏振像素方阵中一个像素单元对应的PD柱的个数由所述转移门连接电路的尺寸、一个像素单元的大小和所述预设距离确定。
在上述图像传感器中，所述CMOS像素读出电路包括：与所述彩色偏振叠层像素方阵连接的转移晶体管、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RGB三色光对应的电信号转移至读出区，以从所述读出区读取所述电信号；
所述放大管，用于将所述读出区的电信号放大。
在上述图像传感器中，所述CMOS像素读出电路还包括：与所述读出区和所述放大管连接的复位晶体管；
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。
本申请实施例提供一种图像处理方法，应用于图像传感器，所述图像传感器包括由第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵组成的彩色偏振叠层像素方阵和图像处理器组成，所述第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，所述第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，所述像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，所述方法包括：
利用所述第一层偏振像素方阵的向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光，将在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号；
利用所述第二层偏振像素方阵的向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光，将在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号；
利用所述图像处理器，确定出所述RGB三色光的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。
在上述方法中，图像传感器还包括：CMOS像素读出电路；所述彩色偏振叠层像素方阵的输出端通过CMOS像素读出电路与所述图像处理器连接；所述将在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号之后，所述方法还包括：
利用所述CMOS像素读出电路放大在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号，并读出所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号。
本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于图像传感器，其特征在于，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图像传感器及图像处理方法、存储介质，该图像传感器包括：由第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵组成的彩色偏振叠层像素方阵，其中，第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，一个第一预设方向对应一个像素阵列，第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，一个第二预设方向对应一个像素阵列，第一预设方向与对应的第二预设方向正交，像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵对应位置处排布相同尺寸的PD柱，彩色偏振叠层像素方阵利用三种尺寸的PD柱分别吸收成像光信号在多个第一预设方向和多个第二预设方向偏振的RGB三色光；与彩色偏振叠层像素方阵的输出端连接的图像处理器，用于利用RGB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。采用上述图像传感器实现方案，图像传感器设置第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵，且第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，以使的每个像素可以获取两种正交的偏振信息，提高了像素偏振信息的利用率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种图像传感器的结构示意图；
图2(a)为本申请实施例提供的一种示例性的第一层偏振像素方阵的像素截面示意图；
图2(b)为本申请实施例提供的一种示例性的第二层偏振像素方阵的像素截面示意图；
图3为本申请实施例提供的一种示例性的RGGB阵列对应的滤色片阵列的排布示意图；
图4为本申请实施例提供的一种示例性的图像传感器的截面电路示意图；
图5为本申请实施例提供的一种示例性的图像传感器的CMOS像素读出电路的电路结构示意图；
图6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图像传感器1，如图1所示，所述图像传感器1包括：
由第一层偏振像素方阵100和第二层偏振像素方阵101组成的彩色偏振叠层像素方阵10，其中，所述第一层偏振像素方阵100包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，一个第一预设方向对应一个像素阵列，所述第二层偏振像素方阵101包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，一个第二预设方向对应一个像素阵列，所述第一预设方向与对应的所述第二预设方向正交，所述像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，所述第一层偏振像素方阵100和所述第二层偏振像素方阵101对应位置处排布相同尺寸的PD柱，所述彩色偏振叠层像素方阵10利用三种尺寸的PD柱分别吸收成像光信号在所述多个第一预设方向和所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光；
与所述彩色偏振叠层像素方阵10的输出端连接的图像处理器11，用于利用所述RGB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。
本申请实施例提供的一种图像传感器应用于对采集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。
本申请实施例中，彩色偏振叠层像素方阵中的第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵垂直排布，第一层偏振像素方阵中的任一第一预设方向与相同位置处的第二层偏振像素方阵中的第二预设方向正交。
本申请实施例中，第一层偏振像素方阵中的像素阵列与第二层偏振像素方阵中的像素阵列的排布方式和像素阵列类型均相同，即一个像素阵列在第一层排布的第一预设方向和在第二层排布的第二预设方向互相垂直；图像传感器可以通过一个叠层的像素阵列获取一个颜色通道两个正交方向的偏振信号。
可选的，像素阵列为RGGB、BGGR、GBRG、GRBG等，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，预设方向可以包括0°，45°，90°，135°这四个偏振方向，具体的可以根据实际情况进行进一步细化，本申请实施例不做具体的限定。
示例性的，第一层偏振像素方阵中的位置1处的像素阵列的偏振方向为0°，则第二层偏振像素方阵中同样的位置1处的像素阵列的偏振方向为90°；第一层偏振像素方阵中的位置2处的像素阵列的偏振方向为45°，则第二层偏振像素方阵中同样的位置2处的像素阵列的偏振方向为135°。
本申请实施例中，像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，这三种尺寸的PD柱在像素阵列的排布规则按照像素阵列对应的色彩排布方式进行排布的，如，像素阵列为RGGB时，则该像素阵列的规格为2*2，在该像素的(1，1)位置处排布用于吸收蓝光的PD柱，在该像素阵列的(1,2)和(2,1)位置处排布用于吸收绿光的PD柱，在该像素阵列的(2,2)位置处排布用于吸收红光的PD柱。
可选的，PD柱的形状包括长方形、圆形、平行四边形和菱形等，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柱的尺寸
PD柱的尺寸＝(共振波长-预设常数)/折射率 (1)
例如，对于圆柱形PD柱而言，当吸收绿光时，圆柱形PD柱的直径为90nm；当吸收蓝光时，圆柱形PD柱的直径为60nm；当吸收红光时，圆柱形PD柱的直径为120nm。
例如，对于长方体PD柱而言，当吸收绿光时，长方体PD柱的尺寸为90nm*50nm；当吸收蓝光时，长方体PD柱的尺寸为60nm*50nm；当吸收红光时，长方体PD柱的尺寸为120nm*50nm。
可选的，所述一个像素阵列包括多个像素单元，所述三种尺寸的PD柱中的一种尺寸PD柱对应所述多个像素单元中的至少一个像素单元，其中，一个像素单元包括一组相同尺寸的PD柱；
一个像素单元利用一组相同尺寸的PD柱吸收对应的RGB单色光。
以RGGB为例，一个RGGB阵列包括四个像素单元，每一个像素单元由一组相同尺寸的PD柱组成，其中，一个像素单元利用120nm*50nm的长方体PD柱吸收R光、两个像素单元利用90nm*50nm的长方体PD柱吸收G光、一个像素单元利用60nm*50nm的长方体PD柱吸收B光。每一个像素单元中包含的一组PD柱的个数至少由相邻两个PD柱之间的预设距离、PD柱的尺寸和像素单元的大小决定。
在一种可选的实施例中，RGGB阵列对应的彩色偏振叠层像素方阵中两层PD柱的设置方式如图2(a)和2(b)所示，其中，图2(a)为彩色偏振叠层像素方阵的第一层偏振像素方阵，图2(b)为彩色偏振叠层像素方阵的第二层偏振像素方阵，每层偏振像素方阵包括四个RGGB阵列，每个RGGB阵列由四个像素单元组成，每个像素单元包括4*4个PD柱，对于第一个RGGB阵列而言，其第一层PD柱的偏振方向为0°，其第二层PD柱的偏振方向为90°；对于第二个RGGB阵列而言，其第一层PD柱的偏振方向为45°，其第二层PD柱的偏振方向为135°；对于第三个RGGB阵列而言，其第一层PD柱的偏振方向为90°，其第二层PD柱的偏振方向为0°；对于第四个RGGB阵列而言，其第一层PD柱的偏振方向为135°，其第二层PD柱的偏振方向为45°。
可选的，所述图像传感器1还包括滤色片阵列12，所述滤色片阵列12覆盖在所述第一层偏振像素方阵100的输入端；其中，所述滤色片阵列12与所述第一层偏振像素方阵100中像素阵列的色彩排布相同。
所述滤色片方阵12，用于从所述成像光信号过滤出所述滤色片方阵的颜色信息对应的RGB三色光。
本申请实施例中，在第一层偏振像素方阵中的每一个像素单元的输入端覆盖一个滤色片，该滤色片的颜色信息由对应的像素单元所吸收的RGB单色光决定，由于多个像素单元组成了像素阵列，故，多个像素单元上的滤色片组成了滤色片阵列。
示例性的，如图3所示为RGGB阵列对应的滤色片阵列的具体排布方式。
本申请实施例中，以滤色片方阵中的一个滤色片为例，光源发出的成像光信号透过滤色片，经滤色片的颜色信息的过滤，过滤掉成像光信号中的紫外光、红外光和其他颜色的杂光，得到滤色片对应的RGB单色光，之后，该RGB单色光透过第一层偏振像素方阵中与该滤色片位置对应的第一层像素单元，第一层像素单元利用向第一预设方向偏振的、一种尺寸的PD柱吸收向第一预设方向偏振的RGB单色偏振光，之后，剩余光透过第二层偏振像素方阵中与该滤色片位置对应的第二层像素单元，第二层像素单元利用向第二预设方向偏振的、与第一层像素单元同一种尺寸的PD柱吸收向第二预设方向偏振的RGB单色偏振光，由此，得到了两个正交方向的RGB单色偏振光。
可选的，所述图像传感器1还包括：CMOS像素读出电路13；所述彩色偏振叠层像素方阵10的输出端通过CMOS像素读出电路13与所述图像处理器11连接；
所述彩色偏振叠层像素方阵10，还用于将RGB三色光对应的光信号转换成对应的电信号；
所述CMOS像素读出电路13，用于对所述电信号进行信号放大并读出所述图像处理器。
可选的，所述第一层偏振像素方阵100还包括多组转移门连接电路，其中，一组转移门电路对应第一层偏振像素方阵中的一个像素阵列，所述多组转移门连接电路分别穿过所述第二层偏振像素方阵，所述第一层偏振像素方阵100中的多个像素阵列通过多组转移门连接电路与所述CMOS像素读出电路13连接。
本申请实施例中，第一层偏振像素方阵中的每一个像素单元对应一个转移门连接电路，该转移门连接电路将第一层偏振像素方阵中的像素单元与CMOS像素读出电路连接，当第一层偏振像素方阵将吸收的、向多个第一预设方向偏振的RGB三色光转换为对应的电信号之后，通过多组转移门连接电路分别将两种向多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号传输至CMOS像素读出电路，以供CMOS像素读出电路将向多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号进行放大并读出。
可选的，一个像素单元对应一个n区；一个像素单元吸收对应的RGB单色光的电信号集中到对应的一个n区。
本申请实施例中，在每一层偏振像素方阵的下方设置一个n区，该n区等同于对应的每一层偏振像素方阵的输出端，第一层偏振像素方阵中的像素单元对应的n区与其对应的转移门电路连接，第一层偏振像素方阵中的像素单元将光电转换之后的电信号集中到n区，并由对应的转移门连接电路传输至CMOS像素读出电路，第二层偏振像素方阵中的像素单元对应的n区直接与CMOS像素读出电路连接，第二层偏振像素方阵中的像素单元将光电转换之后的电信号集中到n区，以供CMOS像素读出电路从n区读出该电信号。
进一步地，每一个PD柱对应一个p区，第一层偏振像素方阵的p区等同于第一层偏振像素方阵的输入端，滤色片覆盖在第一层偏振像素方阵的输入端上。
示例性的，彩色偏振叠层像素方阵的像素截面图如图4所示，彩色偏振叠层像素方阵包括蓝色偏振叠层像素、红色偏振叠层像素和绿色偏振叠层像素，以蓝色偏振叠层像素为例，蓝色偏振叠层像素包括覆盖蓝色滤色片的第一层蓝色偏振像素、第二层蓝色偏振像素和CMOS读出电路，其信号流通方向为先经过蓝色滤色片，再依次经过第一层蓝色偏振像素和第二层蓝色偏振像素，之后再经过CMOS像素读出电路。第一层蓝色偏振像素由一组向第一预设方向偏振的长方体PD柱组成，在向第一预设方向偏振的长方体PD柱的下方设置一个n区，该一个n区连接第一层蓝色偏振像素的转移门连接电路，第一层蓝色偏振像素的转移门连接电路连接CMOS像素读出电路；第二层蓝色偏振像素由一组向第二预设方向偏振的长方体PD柱组成，在向第二预设方向偏振的长方体PD柱的下方设置有一个n区，该一个n区连接CMOS像素读出电路。
需要说明的是，像素阵列的厚度越长吸收率越高，对于用于吸收蓝光的像素阵列而言，其厚度设置在80nm以上，且其在1um时的吸收率可达98％以上；对于用于吸收绿光的像素阵列而言，其厚度设置在500nm以上；用于吸收红光的像素阵列而言，其厚度设置在1um-2um之间。
可选的，相邻两个PD柱之间距离为预设距离，所述第一层偏振像素方阵中一个像素单元对应的PD柱的个数由一个像素单元的大小和所述预设距离确定，所述第二层偏振像素方阵中一个像素单元对应的PD柱的个数由所述转移门连接电路的尺寸、一个像素单元的大小和所述预设距离确定。
本申请实施例中，每一层偏振像素方阵中一个像素单元中的相邻两个PD柱100之间距离为预设距离，第一层偏振像素方阵中一个像素单元中的PD柱的个数由叠层像素单元的大小和预设距离确定，第二层偏振像素方阵中一个像素单元中的PD柱的个数由转移门连接电路的尺寸、叠层像素单元的大小和预设距离确定。
本申请实施例中，每一层偏振像素方阵中一个像素单元中的相邻两个PD柱之间的预设距离大于或者等于50nm，由此可以避免相邻PD柱之间的相互干扰。
本申请实施例中，由于第一层偏振像素方阵不存在其他层偏振像素方阵对应的转移门连接电路，故，第一层偏振像素方阵中一个像素单元中的PD柱的个数由像素单元的大小除以预设距离得到；由于第二层偏振像素方阵还包括第一层偏振像素方阵对应的转移门连接电路，故，第二层偏振像素方阵中一个像素单元中的PD柱的个数由像素单元的大小减去第一转移门电路的尺寸之后，除以预设距离得到，具体的计算方法根据实际情况进行设置及调整，本申请实施例不做具体的限定。
可选的，所述CMOS像素读出电路13包括：与所述彩色偏振叠层像素方阵连接的转移晶体管、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RGB三色光对应的电信号转移至读出区，以从所述读出区读取所述电信号；
所述放大管，用于将所述读出区的电信号放大。
本申请实施例中，转移晶体管的源极与转移门连接电路或者第二层偏振像素方阵中的像素阵列的n区连接；所述转移晶体管的漏极与FD(读出区)连接；PD柱将电信号聚焦到转移晶体管的n+区，并经过转移晶体管转移到FD。
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，之后转移晶体管将电信号聚集到转移晶体管的n+区沟道中；并将n+区沟道中的电信号转移到FD。
可选的，所述CMOS像素读出电路13还包括：与所述读出区和所述放大管连接的复位晶体管；
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。
本申请实施例中，复位管的源极和电源连接；复位管的漏极和FD连接，其中，复位管中存储有复位电平，通过FD读出复位电平。
本申请实施例中，分别从复位管读出复位电平、从转移晶体管读出电信号，之后，对复位电平和电信号进行放大之后，对放大的电信号和放大的复位电平进行相关双采样，从而降低读出电信号的噪声。
如图5所示，为彩色偏振叠层像素方阵电路的简化示意图，蓝色偏振叠层像素1的第一层PD柱吸收向0°偏振的蓝光，第二层PD柱吸收向90°偏振的蓝光，在蓝色偏振叠层像素1的第一层PD柱上覆盖蓝色滤色片；绿色偏振叠层像素2的第一层PD柱吸收向0°偏振的绿光，第二层PD柱吸收向90°偏振的绿光，在绿色偏振叠层像素1的第一层PD柱上覆盖绿色滤色片；红色偏振叠层像素3的第一层PD柱吸收向0°偏振的红光，第二层PD柱吸收向90°偏振的红光，在红色偏振叠层像素1的第一层PD柱上覆盖红色滤色片；其中，以蓝色偏振叠层像素1的第一层PD柱为例，该第一层PD柱对应的转移门连接电路和转移晶体管的源极连接，转移晶体管的漏极与FD连接；FD还与复位管的漏极连接，复位管的源极和电源连接；FD还与BSF的栅极连接，BSF的源极和电源连接，BSF的漏极与选通管的源极连接，选通管的漏极和输出端连接。
可以理解的是，图像传感器设置第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵，且第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，以使的每个像素可以获取两种正交的偏振信息，提高了像素偏振信息的利用率。
实施例二
本申请实施例提供一种图像处理方法，应用于图像传感器，图像传感器包括由第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵组成的彩色偏振叠层像素方阵和图像处理器组成，第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，如图6所示，该方法包括：
S101、利用第一层偏振像素方阵的向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在多个第一预设方向偏振的RGB三色光，将在多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号。
本申请实施例提供的一种图像处理方法适用于对采集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。
本申请实施例中，彩色偏振叠层像素方阵中的第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵垂直排布，第一层偏振像素方阵中的任一第一预设方向与相同位置处的第二层偏振像素方阵中的第二预设方向正交。
本申请实施例中，第一层偏振像素方阵中的像素阵列与第二层偏振像素方阵中的像素阵列的排布方式和像素阵列类型均相同，即一个像素阵列在第一层排布的第一预设方向和在第二层排布的第二预设方向互相垂直；图像传感器可以通过一个叠层的像素阵列获取一个颜色通道两个正交方向的偏振信号。
可选的，像素阵列为RGGB、BGGR、GBRG、GRBG等，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，预设方向可以包括0°，45°，90°，135°这四个偏振方向，具体的可以根据实际情况进行进一步细化，本申请实施例不做具体的限定。
示例性的，第一层偏振像素方阵中的位置1处的像素阵列的偏振方向为0°，则第二层偏振像素方阵中同样的位置1处的像素阵列的偏振方向为90°；第一层偏振像素方阵中的位置2处的像素阵列的偏振方向为45°，则第二层偏振像素方阵中同样的位置2处的像素阵列的偏振方向为135°。
本申请实施例中，像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，这三种尺寸的PD柱在像素阵列的排布规则按照像素阵列对应的色彩排布方式进行排布的，如，像素阵列为RGGB时，则该像素阵列的规格为2*2，在该像素的(1，1)位置处排布用于吸收蓝光的PD柱，在该像素阵列的(1,2)和(2,1)位置处排布用于吸收绿光的PD柱，在该像素阵列的(2,2)位置处排布用于吸收红光的PD柱。
本申请实施例中，在第一层偏振像素方阵中的每一个像素单元的输入端覆盖一个滤色片，该滤色片的颜色信息由对应的像素单元所吸收的RGB单色光决定，由于多个像素单元组成了像素阵列，故，多个像素单元上的滤色片组成了滤色片阵列。
本申请实施例中，以滤色片方阵中的一个滤色片为例，光源发出的成像光信号透过滤色片，经滤色片的颜色信息的过滤，过滤掉成像光信号中的紫外光、红外光和其他颜色的杂光，得到滤色片对应的RGB单色光，之后，该RGB单色光透过第一层偏振像素方阵中与该滤色片位置对应的第一层像素单元，第一层像素单元利用向第一预设方向偏振的、一种尺寸的PD柱吸收向第一预设方向偏振的RGB单色偏振光，之后，剩余光透过第二层偏振像素方阵中与该滤色片位置对应的第二层像素单元，第二层像素单元利用向第二预设方向偏振的、与第一层像素单元同一种尺寸的PD柱吸收向第二预设方向偏振的RGB单色偏振光，由此，得到了两个正交方向的RGB单色偏振光。
S102、利用第二层偏振像素方阵的向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在多个第二预设方向偏振的RGB三色光，将在多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号。
当图像传感器利用第一层偏振像素方阵的向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在多个第一预设方向偏振的RGB三色光，将在多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号之后，图像传感器利用第二层偏振像素方阵的向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在多个第二预设方向偏振的RGB三色光，将在多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号。
S103、利用图像处理器，确定出RGB三色光的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。
当图像传感器利用第二层偏振像素方阵的一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，并将一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号之后，图像传感器利用CMOS像素读出电路于放大多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号，并读出多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号。
本申请实施例中，图像传感器还包括：CMOS像素读出电路，图像传感器利用CMOS像素读出电路放大在多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号，并读出多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号。
本申请实施例中，CMOS像素读出电路包括：与第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵连接的转移晶体管、与转移晶体管连接的读出区和与读出区连接的放大管；图像传感器利用转移晶体管将多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号转移至读出区；从读出区读取电信号；利用放大管将读出区的电信号放大。
本申请实施例中，图像传感器将多个第一预设方向和多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应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，CMOS像素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。
可以理解的是，图像传感器设置第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵，且第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，以使的每个像素可以获取两种正交的偏振信息，提高了像素偏振信息的利用率。
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，应用于图像传感器1中，所述图像传感器包括由第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵组成的彩色偏振叠层像素方阵和图像处理器组成，所述第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，所述第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，所述像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，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：
利用所述第一层偏振像素方阵的向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光，将在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号；
利用所述第二层偏振像素方阵的向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光，将在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号；
利用所述图像处理器，确定出所述RGB三色光的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。
在本发明的实施例中，进一步地，图像传感器还包括：CMOS像素读出电路；所述彩色偏振叠层像素方阵的输出端通过CMOS像素读出电路与所述图像处理器连接；所述将在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号之后，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CMOS像素读出电路放大在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号，并读出所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号。
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)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
由第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵组成的彩色偏振叠层像素方阵，其中，所述第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，一个第一预设方向对应一个像素阵列，所述第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，一个第二预设方向对应一个像素阵列，所述第一预设方向与对应的所述第二预设方向正交，所述像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，所述第一层偏振像素方阵和所述第二层偏振像素方阵对应位置处排布相同尺寸的PD柱，所述彩色偏振叠层像素方阵利用三种尺寸的PD柱分别吸收成像光信号在所述多个第一预设方向和所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光，其中，所述三种尺寸的PD柱在所述像素阵列的排布规则为按照所述像素阵列对应的色彩排布方式进行排布；
与所述彩色偏振叠层像素方阵的输出端连接的图像处理器，用于利用所述RGB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所述的图像传感器，其特征在于，所述一个像素阵列包括多个像素单元，所述三种尺寸的PD柱中的一种尺寸PD柱对应所述多个像素单元中的至少一个像素单元，其中，一个像素单元包括一组相同尺寸的PD柱；
一个像素单元利用一组相同尺寸的PD柱吸收对应的RGB单色光。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括滤色片阵列，所述滤色片阵列覆盖在所述第一层偏振像素方阵的输入端；其中，所述滤色片阵列与所述第一层偏振像素方阵中像素阵列的色彩排布相同；
所述滤色片阵列，用于从所述成像光信号过滤出所述滤色片阵列的颜色信息对应的RGB三色光。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：CMOS像素读出电路；所述彩色偏振叠层像素方阵的输出端通过CMOS像素读出电路与所述图像处理器连接；
所述彩色偏振叠层像素方阵，还用于将RGB三色光对应的光信号转换成对应的电信号；
所述CMOS像素读出电路，用于对所述电信号进行信号放大并读出所述图像处理器。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一层偏振像素方阵还包括多组转移门连接电路，其中，一组转移门电路对应第一层偏振像素方阵中的一个像素阵列，所述多组转移门连接电路分别穿过所述第二层偏振像素方阵，所述第一层偏振像素方阵中的多个像素阵列通过多组转移门连接电路与所述CMOS像素读出电路连接。
6.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，一个像素单元对应一个n区；一个像素单元吸收对应的RGB单色光的电信号集中到对应的一个n区。
7.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，相邻两个PD柱之间距离为预设距离，所述第一层偏振像素方阵中一个像素单元对应的PD柱的个数由一个像素单元的大小和所述预设距离确定，所述第二层偏振像素方阵中一个像素单元对应的PD柱的个数由转移门连接电路的尺寸、一个像素单元的大小和所述预设距离确定。
8.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述CMOS像素读出电路包括：与所述彩色偏振叠层像素方阵连接的转移晶体管、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RGB三色光对应的电信号转移至读出区，以从所述读出区读取所述电信号；
所述放大管，用于将所述读出区的电信号放大。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述CMOS像素读出电路还包括：与所述读出区和所述放大管连接的复位晶体管；
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。
10.一种图像处理方法，其特征在于，应用于图像传感器，所述图像传感器包括由第一层偏振像素方阵和第二层偏振像素方阵组成的彩色偏振叠层像素方阵和图像处理器组成，所述第一层偏振像素方阵包括向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列，所述第二层偏振像素方阵包括向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列，所述像素阵列包括三种尺寸的光电二极管PD柱，其中，所述第一预设方向与对应的所述第二预设方向正交，所述三种尺寸的PD柱在所述像素阵列的排布规则为按照所述像素阵列对应的色彩排布方式进行排布，所述方法包括：
利用所述第一层偏振像素方阵的向多个第一预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光，将在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号；
利用所述第二层偏振像素方阵的向多个第二预设方向偏振的多个像素阵列吸收成像光信号在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光，将在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号；
利用所述图像处理器，确定出所述RGB三色光的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。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，图像传感器还包括：CMOS像素读出电路；所述彩色偏振叠层像素方阵的输出端通过CMOS像素读出电路与所述图像处理器连接；所述将在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的光信号转换成在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号之后，所述方法还包括：
利用所述CMOS像素读出电路放大在所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号，并读出所述多个第一预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号和在所述多个第二预设方向偏振的RGB三色光对应的电信号对应的电信号。
12.一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于图像传感器，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10-11任一项所述的方法。
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