CN113038046B - 像素传感阵列和视觉传感器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种像素传感阵列和视觉传感器。像素传感阵列包括像素结构，像素结构包括：第一像素传感单元和第二像素传感单元，第一像素传感单元用于接收第一波段的光线，第二像素传感单元用于接收第二波段的光线；第二像素传感单元包括多个子像素传感单元，多个子像素传感单元环绕第一像素传感单元设置。本发明的技术方案，有利于通过包括像素传感阵列的视觉传感器获取不同种类的图像信息，以提升视觉传感器的性能，拓宽视觉传感器的应用场景，并且还有利于提升像素传感阵列的像素集成度，进而提升视觉传感器获取的图像质量。

Description

像素传感阵列和视觉传感器

技术领域

本发明实施例涉及图像传感技术领域，尤其涉及一种像素传感阵列和视觉传感器。

背景技术

视觉传感器是指利用光学元件和成像装置获取外部环境图像信息的仪器，目前，现有技术中的视觉传感器仅能获取一种图像信息，例如现有视觉传感器包括有源像素传感器(Active Pixel Sensor，APS)和动态视觉传感器(Dynamic Vision Sensor，DVS)，有源像素传感器主要对颜色信息进行感知，动态视觉传感器主要对光强的变化进行感知。

然而，现有技术中缺乏能够同时获取两种图像信息的传感器，限制了视觉传感器的性能及应用。另外，视觉传感器一般通过感光器件构成的像素阵列来获取图像信息，然而，现有视觉传感器的像素集成度较低，影响了视觉传感器获取的图像质量。

发明内容

本发明实施例提供一种像素传感阵列和视觉传感器，以提升视觉传感器的性能，拓宽视觉传感器的应用场景，并提升像素传感阵列的像素集成度。

第一方面，本发明实施例提供了一种像素传感阵列，包括像素结构，所述像素结构包括：

第一像素传感单元和第二像素传感单元，所述第一像素传感单元用于接收第一波段的光线，所述第二像素传感单元用于接收第二波段的光线；

所述第二像素传感单元包括多个子像素传感单元，所述多个子像素传感单元环绕所述第一像素传感单元设置。

可选地，所述子像素传感单元的感光面积小于所述第一像素传感单元的感光面积。

可选地，每个所述像素结构均包括一个所述第一像素传感单元和一个所述第二像素传感单元；

所述多个子像素传感单元环绕所述第一像素传感单元的四侧边缘，环绕所述第一像素传感单元的每一侧边缘的所述子像素传感单元的数量相等，且环绕所述第一像素传感单元相邻边缘的一行所述子像素传感单元与一列所述子像素传感单元相接，并共用一个所述子像素传感单元。

可选地，所述第一像素传感单元还用于将所述第一波段的光线转换为表征其光强信息的电信号；所述第二像素传感单元还用于将所述第二波段的光线转换为表征其色彩光强信息的电信号；

所述第一波段和所述第二波段中的至少一者包括红外波段；或者，所述第一波段和所述第二波段中的至少一者包括紫外波段。

可选地，所述多个子像素传感单元包括至少三种所述子像素传感单元，至少三种所述子像素传感单元分别用于接收不同色彩分量的光线，并输出表征对应色彩分量的光强信息的电信号。

可选地，在所述像素结构中，所述第一像素传感单元用于模拟视杆细胞，以获取表征所述第一波段的光线的光强变化量的电信号；

所述第二像素传感单元用于模拟视锥细胞，以获取表征所述第二波段的光线的色彩光强信息的电信号。

可选地，所述第二像素传感单元至少包括中心频率为红色的子像素传感单元、中心频率为绿色的子像素传感单元和中心频率为蓝色的子像素传感单元。

可选地，在所述像素结构中，环绕所述第一像素传感单元的每一侧边缘的所述子像素传感单元均包括中心频率为红色的子像素传感单元、中心频率为绿色的子像素传感单元和中心频率为蓝色的子像素传感单元，环绕所述第一像素传感单元各相邻边缘的一行所述子像素传感单元与一列所述子像素传感单元共用的所述子像素传感单元的中心频率相同。

可选地，所述第一波段包括红外波段；所述第一像素传感单元包括第一感光器件，所述第一感光器件为红外光敏器件；或者，所述第一像素传感单元包括第一感光器件以及设置在所述第一感光器件上的第一滤光器件，且所述第一感光器件为红外光敏器件和/或所述第一滤光器件为红外滤光器件；

或者，所述第一波段包括紫外波段；所述第一像素传感单元包括第一感光器件，所述第一感光器件为紫外光敏器件；或者，所述第一像素传感单元包括第一感光器件以及设置在所述第一感光器件上的第一滤光器件，且所述第一感光器件为紫外光敏器件和/或所述第一滤光器件为紫外滤光器件。

可选地，所述子像素传感单元包括第二感光器件以及设置在所述第二感光器件上的第二滤光器件，至少三个所述子像素传感单元中的所述第二滤光器件的滤光颜色不同。

可选地，所述第二波段包括红外波段，所述第二滤光器件包括红外滤光器件；或者，所述第二波段包括紫外波段，所述第二滤光器件包括紫外滤光器件。

可选地，多个所述像素结构呈阵列排布，以形成像素传感阵列；任意两个相邻的所述像素结构共用二者相邻的一行或一列所述子像素传感单元。

第二方面，本发明实施例还提供了一种视觉传感器，包括传感控制单元以及第一方面所述的像素传感阵列；

所述传感控制单元与所述第一像素传感单元和所述第二像素传感单元电连接，所述传感控制单元用于对所述第一波段的光线和所述第二波段的光线进行处理。

可选地，所述第一像素传感单元还用于将所述第一波段的光线转换为表征其光强信息的电信号；所述第二像素传感单元还用于将所述第二波段的光线转换为表征其色彩光强信息的电信号；多个所述像素结构呈阵列排布，以形成像素传感阵列；任意两个相邻的所述像素结构共用二者相邻的一行或一列所述子像素传感单元；

所述像素传感阵列中具有多个重复单元，每个所述重复单元均包括三行三列所述像素结构中位于中心的一个所述像素结构，以及位于四角的四个所述像素结构；所述传感控制单元用于根据所述重复单元中位于四角的所述第一像素传感单元中的至少一个，以及位于中心的所述第一像素传感单元所转换的电信号之间的差异，生成表征所述第一波段的光信号的光强变化量的电信号。

可选地，在所述像素传感阵列的行方向上，相间隔的两个所述重复单元共用二者相邻的两个所述像素结构中的两个所述第一像素传感单元；在所述像素传感阵列的列方向上，相间隔的两个所述重复单元共用二者相邻的两个所述像素结构中的所述第一像素传感单元。

可选地，所述传感控制单元还用于根据表征所述第一波段的光信号的光强变化量的电信号，以及所述重复单元中的所述第二像素传感单元转换的表征所述第二波段的光线的色彩光强信息的电信号，生成图像信号。

本发明实施例提供的像素传感阵列包括像素结构，像素结构包括第一像素传感单元和第二像素传感单元，每个像素结构可通过第一像素传感单元接收对应的像素区域的第一波段的光线，并通过第二像素传感单元接收对应的像素区域的第二波段的光线，当第一波段和第二波段为不同波段时，本方案还可实现通过第一像素传感单元和第二像素传感单元感知目标光信号中的不同信息。第二像素传感单元包括多个子像素传感单元，多个子像素传感单元环绕第一像素传感单元设置，这样有助于减小每个像素结构中的第一像素传感单元与子像素传感单元之间的距离，并减小相邻的子像素传感单元之间的距离。本发明的技术方案，有助于解决现有技术中视觉传感器仅能获取单一种类的图像信息以及像素集成度较低的问题，有利于通过包括像素传感阵列的视觉传感器获取不同种类的图像信息，以提升视觉传感器的性能，拓宽视觉传感器的应用场景，并且还有利于提升像素传感阵列的像素集成度，进而提升视觉传感器获取的图像质量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种像素结构的示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种像素结构的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种像素传感阵列的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种视觉传感器的模块结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种重复单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种像素传感阵列，该像素传感阵列包括像素结构，图1是本发明实施例提供的一种像素结构的示意图，如图1所示，本发明实施例提供的像素传感阵列包括像素结构100，该像素结构100包括：第一像素传感单元10和第二像素传感单元，第一像素传感单元10用于接收第一波段的光线，第二像素传感单元用于接收第二波段的光线；第二像素传感单元包括多个子像素传感单元21，多个子像素传感单元21环绕第一像素传感单元10设置。

本发明实施例提供的像素传感阵列可应用于视觉传感器中，以通过像素传感阵列实现目标光信号的采集，进而通过视觉传感器将目标光信号转换为相应的图像信号或者视频信号，其中，目标光信号可来自静态人物、动态人物、静态场景或动态场景等，本发明实施例对此不进行限制。

具体地，第一像素传感单元10和第二像素传感单元均可包括感光单元，第一像素传感单元10和第二像素传感单元可用于构成像素传感阵列中的多个像素结构，图1仅示意性地示出了像素传感阵列中的一个像素结构，像素传感阵列中的每个像素结构均可对应于图像中的一个像素，以使每个像素结构通过其中的第一像素传感单元10和第二像素传感单元将对应的像素区域中的光信号转换为相应的电信号。

第一像素传感单元10用于接收第一波段的光线，是指第一像素传感单元10能够提取目标光信号中的第一波段的光线，例如第一像素传感单元10包括感光单元时，可通过感光单元直接提取目标光信号中的第一波段的光线，并将第一波段的光线转换为相应的电信号，第一像素传感单元10包括感光单元和滤光单元时，可通过滤光单元提取目标光信号中的第一波段的光线，并通过感光单元将第一波段的光线转换为相应的电信号。其中，第一波段的光线，可以是可见光、红外线和紫外波段中的至少部分波段的光线。

同理，第二像素传感单元用于接收第二波段的光线，是指第二像素传感单元能够通过子像素传感单元21提取目标光信号中的第二波段的光线，例如第二像素传感单元20中的子像素传感单元21包括感光单元时，可通过感光单元直接提取目标光信号中的第二波段的光线，并将第二波段的光线转换为相应的电信号，第二像素传感单元20中的子像素传感单元21包括感光单元和滤光单元时，可通过滤光单元提取目标光信号中的第二波段的光线，并通过感光单元将第二波段的光线转换为相应的电信号。其中，第二波段的光线，可以是可见光、红外线和紫外波段中的至少部分波段的光线。

第一波段和第二波段既可以是相同波段，又可以是不同波段。当第一波段和第二波段为不同波段时，有助于通过第一像素传感单元10和第二像素传感单元20感知目标光信号中的不同信息，以提升包括该像素结构的视觉传感器的性能，并拓宽该视觉传感器的应用场景。

图1仅示意性地示出了一个第二像素传感单元包括环绕第一像素传感单元10设置的十二个子像素传感单元21的情况，实际应用中，第二像素传感单元中个的子像素传感单元21的数量可根据需求进行设置，本实施例对此不进行具体限定。多个子像素传感单元21环绕第一像素传感单元10设置，是指第二像素传感单元中的多个子像素传感单元21首尾相接，且环绕于第一像素传感单元10的四周。在现有技术的像素传感阵列中，每个像素传感单元的感光面积均相等，且像素传感阵列中的不同像素传感单元一般交替设置，与现有技术相比，本实施例中的第二像素传感单元包括多个子像素传感单元21，且多个子像素传感单元21环绕第一像素传感单元10设置，使第一像素传感单元10能够接收像素结构100对应的像素区域的第一波段的光线，多个子像素传感单元21能够接收该像素区域中第一像素传感单元10四周的第二波段的光线，有助于确定该像素区域的图像信号或者视频信号，同时，还有助于减小第一像素传感单元10的中心与子像素传感单元21的中心之间的距离，并减小相邻的子像素传感单元21之间的距离，这样设置的好处在于，有利于提升像素传感阵列的像素集成度，进而提升该像素传感阵列获取的图像精度。

本发明实施例提供的像素传感阵列包括像素结构，像素结构包括第一像素传感单元和第二像素传感单元，每个像素结构可通过第一像素传感单元接收对应的像素区域的第一波段的光线，并通过第二像素传感单元接收对应的像素区域的第二波段的光线，当第一波段和第二波段为不同波段时，本方案还可实现通过第一像素传感单元和第二像素传感单元感知目标光信号中的不同信息。第二像素传感单元包括多个子像素传感单元，多个子像素传感单元环绕第一像素传感单元设置，这样有助于减小每个像素结构中的第一像素传感单元与子像素传感单元之间的距离，并减小相邻的子像素传感单元之间的距离。本发明的技术方案，有助于解决现有技术中视觉传感器仅能获取单一种类的图像信息以及像素集成度较低的问题，有利于通过包括像素传感阵列的视觉传感器获取不同种类的图像信息，以提升视觉传感器的性能，拓宽视觉传感器的应用场景，并且还有利于提升像素传感阵列的像素集成度，进而提升视觉传感器获取的图像质量。

在上述方案的基础上，可选地，参见图1，设置子像素传感单元21的感光面积小于第一像素传感单元10的感光面积。

在现有技术的像素传感阵列中，每个像素传感单元的感光面积均相等，与现有技术相比，本发明实施例设置子像素传感单元21的感光面积小于第一像素传感单元10的感光面积，不仅有助于减小每个像素结构100中的第一像素传感单元10与子像素传感单元21之间的距离，还有助于减小相邻的子像素传感单元21之间的距离，以提升像素传感阵列的像素集成度，进而提升视觉传感器获取的图像质量。示例性地，可设置每个子像素传感单元21的感光面积均为第一像素传感单元10的感光面积的四分之一，与子像素传感单元21和第一像素传感单元10的感光面积相等的设置方式相比，本方案使得第一像素传感单元10的每一侧边缘均与两个子像素传感单元21相邻，有助于通过减小相邻像素传感单元之间的距离来提升像素传感阵列的像素集成度，进而提升该像素传感阵列获取的图像精度。

可选地，参见图1，设置每个像素结构100均包括一个第一像素传感单元10和一个第二像素传感单元；多个子像素传感单元21环绕第一像素传感单元10的四侧边缘，环绕第一像素传感单元10的每一侧边缘的子像素传感单元21的数量相等，且环绕第一像素传感单元10相邻边缘的一行子像素传感单元21与一列子像素传感单元21相接，并共用一个子像素传感单元21。

示例性地，图1示出了第一像素传感单元10和子像素传感单元21的感光区域均近似为正方形的情况，以每个子像素传感单元21的感光面积均是第一像素传感单元10的感光面积的四分之一为例进行说明：一个第二像素传感单元包括十二个子像素传感单元21，十二个子像素传感单元21环绕第一像素传感单元10的四侧边缘，第一像素传感单元10的每一侧边缘均对应设置有四个子像素传感单元21，位于第一像素传感单元10的相邻两个边缘的一行子像素传感单元21与一列子像素传感单元21相接，并共用一个子像素传感单元21，即位于像素结构100的四角的四个子像素传感单元21中的每一个，均被其所属的一行子像素传感单元21和一列子像素传感单元21共用。这样设置的好处在于，使得第一像素传感单元10的每一侧边缘均与两个子像素传感单元21相邻，且第一像素传感单元10的四角还与四个子像素传感单元21相邻，有助于利用每个像素结构100中的第一像素传感单元10接收第一波段的光线，并利用子像素传感单元21接收第二波段的光线，进而辅助确定像素结构100对应的像素区域的图像信号或者视频信号，同时还有助于提升像素传感阵列的像素集成度，进而提升该像素传感阵列获取的图像精度。

在上述方案的基础上，可选地，继续参见图1，第一像素传感单元10还用于将第一波段的光线转换为表征其光强信息的电信号；第二像素传感单元还用于将第二波段的光线转换为表征其色彩光强信息的电信号；第一波段和第二波段中的至少一者包括红外波段；或者，第一波段和第二波段中的至少一者包括紫外波段。

具体地，第一像素传感单元10将第一波段的光线转换为表征其光强信息的电信号，该光强信息具体为第一波段的光线的光强信息，也可以理解为光强对应的灰度信息。第二像素传感单将第二波段的光线转换为表征其色彩光强信息的电信号，其中色彩光强信息不但包括绝对光强信息，还包括光的色度信息。

示例性地，当像素传感阵列应用于视觉传感器中时，本方案有利于使视觉传感器根据像素传感阵列的不同像素结构100中的第一像素传感单元10所转换的电信号之间的差异，确定对应的像素区域中的第一波段的光线的光强变化量，以增大视觉传感器采集的图像的动态范围，并提高视觉传感器的拍摄速度，视觉传感器还可以根据第二像素传感单元中的各子像素传感单元21转换的电信号，确定对应的像素区域中的第二波段的光线的色彩光强信息，以提升视觉传感器采集的图像的色彩还原度及图像质量。本实施例的技术方案，有助于通过像素传感阵列中的像素结构同时获取高质量的色彩光强信号与高速的光强变化量信号，通过两种模态的图像信号的互补，丰富了像素传感阵列获取的图像的视觉信息。

第一波段和第二波段中的至少一者包括红外波段，或者第一波段和第二波段中的至少一者包括紫外波段，示例性地，第一波段包括可见光波段和红外波段，第二波段包括可见光波段；第一波段和第二波段均既包括可见光波段，又包括红外波段；第一波段包括可见光波段和紫外波段，第二波段包括可见光波段；第一波段和第二波段均既包括可见光波段，又包括紫外波段。这样设置的好处在于，当第一波段和第二波段为不同波段时，有助于通过第一像素传感单元10和第二像素传感单元感知目标光信号中的不同信息，以提升包括该像素结构的视觉传感器的性能，并拓宽该视觉传感器的应用场景，例如第一波段和第二波段中的至少一者包括红外波段时，该视觉传感器可应用于红外摄像场景中，第一波段和第二波段中的至少一者包括紫外波段时，该视觉传感器可应用于紫外摄像场景中。

图2是本发明实施例提供的另一种像素结构的示意图，可选地，在上述实施例的基础上，设置多个子像素传感单元21包括至少三种子像素传感单元21，至少三种子像素传感单元21分别用于接收不同色彩分量的光线，并输出表征对应色彩分量的光强信息的电信号。

示例性地，每个子像素传感单元21均可包括感光单元和滤光单元，通过滤光单元提取对应色彩分量的光线，并通过感光单元将该光线转换为表征其色彩分量的光强信息的电信号。可选地，第二像素传感单元20至少包括中心频率为红色的子像素传感单元21R、中心频率为绿色的子像素传感单元21G和中心频率为蓝色的子像素传感单元21B。

其中，中心频率为红色的子像素传感单元21R(下文简称红色子像素传感单元21R)，即主要提取第二波段的光线中的红色分量的光线，并将其转换为表征其色彩分量的光强信息的电信号的子像素传感单元。中心频率为绿色的子像素传感单元21G(下文简称绿色子像素传感单元21G)，即主要提取第二波段的光线中的绿色分量的光线，并将其转换为表征其色彩分量的光强信息的电信号的子像素传感单元。中心频率为蓝色的子像素传感单元21B(下文简称蓝色子像素传感单元21B)，即主要提取第二波段的光线中的蓝色分量的光线，并将其转换为表征其色彩分量的光强信息的电信号的子像素传感单元。这样设置的好处在于，能够实现对不同色彩分量的光线的绝对光强信息和色度信息的高精度的获取。

在上述方案的基础上，可选地，参见图2，在像素结构100中，环绕第一像素传感单元10的每一侧边缘的子像素传感单元21均包括红色子像素传感单元21R、绿色子像素传感单元21G和蓝色子像素传感单元21B，环绕第一像素传感单元10各相邻边缘的一行子像素传感单元21与一列子像素传感单元21共用的子像素传感单元21的中心频率相同。

本方案通过设置环绕第一像素传感单元10的每一侧边缘的子像素传感单元21均包括红色子像素传感单元21R、绿色子像素传感单元21G和蓝色子像素传感单元21B，使得像素结构100中环绕第一像素传感单元10的任意一侧边缘的红色子像素传感单元21R、绿色子像素传感单元21G和蓝色子像素传感单元21B，均可用于获取该像素区域中的不同色彩分量的光线的绝对光强信息和色度信息，以提升图像信息的获取的便利性。环绕第一像素传感单元10各相邻边缘的一行子像素传感单元21与一列子像素传感单元21共用的子像素传感单元21，即位于像素结构100的四角的子像素传感单元21，可以同为红色子像素传感单元21R，同为绿色子像素传感单元21G，或者同为蓝色子像素传感单元21B，图2示意性地示出了位于像素结构100的四角的子像素传感单元21同为蓝色子像素传感单元21B的情况，本方案通过设置环绕第一像素传感单元10各相邻边缘的一行子像素传感单元21与一列子像素传感单元21共用的子像素传感单元21的中心频率相同，能够实现位于像素结构100的四角的子像素传感单元21的复用，以提升像素传感阵列的像素填充因子。

在上述方案的基础上，可选地，参见图2，环绕第一像素传感单元10各相邻边缘的一行子像素传感单元21与一列子像素传感单元21共用的子像素传感单元21均为蓝色子像素传感单元21B，环绕第一像素传感单元10的各子像素传感单元21关于像素结构100呈中心对称式排布，且在像素结构100中，红色子像素传感单元21R、绿色子像素传感单元21G和蓝色子像素传感单元21B的数量比为1:1:1。

示例性地，仍以一个第二像素传感单元包括十二个子像素传感单元21为例进行说明。第一像素传感单元10的每一侧边缘均对应设置有四个子像素传感单元21，且位于像素结构100的四角的子像素传感单元21同为蓝色子像素传感单元21B，同时，由于各子像素传感单元21关于像素结构100呈中心对称式排布，且红色子像素传感单元21R、绿色子像素传感单元21G和蓝色子像素传感单元21B的数量比为1:1:1，使得对应于第一像素传感单元10的每一侧边缘设置的四个子像素传感单元21中，两侧的两个子像素传感单元21均为蓝色子像素传感单元21B，中间的两个子像素传感单元21中的一个为红色子像素传感单元21R，另一个为绿色子像素传感单元21G。这样设置的好处在于，自像素结构100的右上角的子像素传感单元21起的一列三个连续的子像素传感单元、自像素结构100的右下角的子像素传感单元21起的一行三个连续的子像素传感单元、自像素结构100的左下角的子像素传感单元21起的一列三个连续的子像素传感单元，以及自像素结构100的左上角的子像素传感单元21起的一行三个连续的子像素传感单元，其中每三个连续的子像素传感单元21中均包括红色子像素传感单元21R、绿色子像素传感单元21G和蓝色子像素传感单元21B，并且每三个连续的子像素传感单元21均可用于获取该像素区域中的不同色彩分量的光线的绝对光强信息和色度信息，以提升图像信息的获取的便利性。

参见图1和图2，可选地，在像素结构100中，第一像素传感单元10用于模拟视杆细胞，以获取表征第一波段的光线的光强变化量的电信号；第二像素传感单元用于模拟视锥细胞，以获取表征第二波段的光线的色彩光强信息的电信号。

具体地，本发明实施例可利用像素传感阵列中的像素结构100模拟人眼视网膜中的不同视觉感知细胞，通过第一像素传感单元10将第一波段的光线转换为表征其光强信息的电信号，并根据不同像素结构100中的第一像素传感单元10所转换的电信号之间的差异，确定表征对应的像素区域的第一波段的光线的光强变化量的电信号，以模拟视杆细胞获取光强梯度信息，从而提升像素结构对动态目标的感知能力，增大像素结构采集的图像的动态范围及拍摄速度；通过第二像素传感单元中的子像素传感单元21将第二波段的光线转换为表征其色彩光强信息的电信号，以模拟视锥细胞获取色彩光强信息，有利于提升像素结构采集的图像的色彩还原度及图像质量。

参见图1和图2，可选地，在本发明的一种实施方式中，第一波段包括红外波段；第一像素传感单元10包括第一感光器件，第一感光器件为红外光敏器件。

具体地，第一感光器件可以是光电二极管(Photo-Diode，PD)，能够将光信号转换成对应的电信号。当第一波段包括红外波段时，第一感光器件可以是对红外线敏感的感光器件，例如红外光敏二极管。以使第一像素传感单元能够通过第一感光器件感知目标光信号中红外线的光强变化信息。

可选地，在本发明的另一种实施方式中，第一像素传感单元10包括第一感光器件以及设置在第一感光器件上的第一滤光器件，且第一感光器件为红外光敏器件和/或第一滤光器件为红外滤光器件。

具体地，第一滤光器件用于对通过该器件的光的波段进行选择，第一滤光器件可以是彩色滤光片(Color filter)，或者是能够提取设定分量的光信号的光学透镜，例如拜伦透镜。第一滤光器件可以设置在第一感光器件的感光表面，这样，目标光信号首先照射至第一滤光器件的表面，第一滤光器件可对目标光信号中包括红外波段的第一波段的光线进行提取，以使第一波段的光线照射至第一感光器件的感光表面，通过第一感光器件将第一设定波段的光信号转换为对应的电信号。本发明实施例通过设置第一感光器件为红外光敏器件和/或第一滤光器件为红外滤光器件，有助于第一像素传感单元感知目标光信号中红外线的光强变化信息。

可选地，在本发明的另一种实施方式中，第一波段包括紫外波段；第一像素传感单元10包括第一感光器件，第一感光器件为紫外光敏器件。具体地，当第一波段包括紫外波段时，第一感光器件可以是对紫外线敏感的感光器件，例如紫外光敏二极管。以使第一像素传感单元能够通过第一感光器件感知目标光信号中紫外线的光强变化信息。

可选地，在本发明的另一种实施方式中，第一像素传感单元10包括第一感光器件以及设置在第一感光器件上的第一滤光器件，且第一感光器件为紫外光敏器件和/或第一滤光器件为紫外滤光器件。本发明实施例通过设置第一感光器件为紫外光敏器件和/或第一滤光器件为紫外滤光器件，有助于第一像素传感单元感知目标光信号中紫外线的光强变化信息。

可选地，在本发明的另一种实施方式中，子像素传感单元21包括第二感光器件以及设置在第二感光器件上的第二滤光器件，至少三个子像素传感单元21中的第二滤光器件的滤光颜色不同。

具体地，第二感光器件可以是光电二极管(Photo-Diode，PD)，能够将光信号转换成对应的电信号。第二滤光器件的用于对通过该器件的光的波段进行选择，第一滤光器件可以是彩色滤光片(Color filter)，或者是能够提取设定分量的光信号的光学透镜，例如拜伦透镜。第二滤光器件可以设置在第二感光器件的感光表面，第二滤光器件对目标光信号中第二波段的光信号进行提取后，第二感光器件可以将第二波段的光线转换为对应的电信号。

示例性地，当第二像素传感单元包括中心频率为红色的子像素传感单元21R、中心频率为绿色的子像素传感单元21G和中心频率为蓝色的子像素传感单元21B时，中心频率为红色的子像素传感单元21R、中心频率为绿色的子像素传感单元21G和中心频率为蓝色的子像素传感单元21B对应的第二滤光器件分别为红色、绿色和蓝色第二滤光器件。当目标光信号照射至第二像素传感单元时，各子像素传感单元21中的第二滤光器件分别对目标光信号中红色波段的光信号、绿色波段的光信号和蓝色波段的光信号进行提取，以使第二像素传感单元中的第二感光器件可以将对应波段的光信号转换为相应的电信号。第二像素传感单元通过感知目标光信号中不同分量的光信号，实现了对不同分量的光信号的绝对光强信息和色度信息的高精度的获取。

可选地，在上述方案的基础上，当第二波段包括红外波段时，第二滤光器件包括红外滤光器件。这样第二像素传感单元不但能够感知目标光信号中的红光分量的光信号、绿光分量的光信号和蓝光分量的光信号，还能感知红外分量的光信号，提升了像素结构对目标光信号中红外线的色彩光强信息的感知能力。可选地，当第二波段包括紫外波段时，第二滤光器件包括紫外滤光器件。这样第二像素传感单元不但能够感知目标光信号中的红光分量的光信号、绿光分量的光信号和蓝光分量的光信号，还能感知紫外分量的光信号，提升了像素结构对目标光信号中紫外线的色彩光强信息的感知能力。

图3是本发明实施例提供的一种像素传感阵列的结构示意图，该像素传感阵列可包括图1或图2所示的像素结构100。参见图1至图3，在上述各方案的基础上，可选地，多个像素结构100呈阵列排布，以形成像素传感阵列；任意两个相邻的像素结构100共用二者相邻的一行或一列子像素传感单元21。

具体地，像素传感阵列中的每个像素结构100均可对应于图像中的一个像素，以使每个像素结构100通过其中的第一像素传感单元10和第二像素传感单元将对应的像素区域中的光信号转换为相应的电信号。

其中，任意两个相邻的像素结构100共用二者相邻的一行或一列子像素传感单元21，是指每行中的任意两个相邻的像素结构100，共用二者相邻的一列子像素传感单元21，即该列子像素传感单元21同时属于两个相邻的像素结构100中，两个相邻的像素结构100均可利用该列子像素传感单元21接收第二波段的光线，并且每列中的任意两个相邻的像素结构100，共用二者相邻的一行子像素传感单元21，即该行子像素传感单元21同时属于两个相邻的像素结构100中，两个相邻的像素结构100均可利用该行子像素传感单元21接收第二波段的光线。示例性地，在像素传感阵列的第一行像素结构100中，第一个像素结构100和第二个像素结构100共用二者相邻的一列子像素传感单元21，即位于第一个像素结构100的第一像素传感单元10右侧的一列子像素传感单元21，可被第一个像素结构100和第二个像素结构100共用，在像素传感阵列的第一列像素结构100中，第一个像素结构100和第二个像素结构100共用二者相邻的一行子像素传感单元21，即位于第一个像素结构100的第一像素传感单元10下方的一行子像素传感单元21，可被第一个像素结构100和第二个像素结构100共用。本实施例这样设置的好处在于，不仅实现了相邻像素结构中的子像素传感单元的复用，还有利于提升像素传感阵列的像素填充因子。

本发明实施例还提供了一种视觉传感器，图4是本发明实施例提供的一种视觉传感器的模块结构示意图，如图1至图4所示，本发明实施例提供的视觉传感器，包括传感控制单元30以及本发明上述任意实施例中的像素传感阵列；传感控制单元30与第一像素传感单元10和第二像素传感单元20电连接，传感控制单元30用于对第一波段的光线和第二波段的光线进行处理。

示例性地，第一像素传感单元10能够提取目标光信号中的第一波段的光线，并将第一波段的光线转换为相应的电信号，第二像素传感单元20可通过其中的子像素传感单元21提取目标光信号中的第二波段的光线，并将第二波段的光线转换为相应的电信号，传感控制单元30能够对第一像素传感单元10转换的电信号，以及第二像素传感单元20中的子像素传感单元21转换的电信号进行处理，以得到像素传感阵列中的每个像素结构100对应的像素区域的图像信息。

本发明实施例提供的视觉传感器，包括本发明上述任意实施例提供的像素传感阵列，因此视觉传感器具有像素传感阵列相应的功能结构和有益效果，这里不再赘述。

图5是本发明实施例提供的一种重复单元的结构示意图，该重复单元具体可为图3所示像素传感阵列中的重复单元。参见图1至图5，可选地，第一像素传感单元10还用于将第一波段的光线转换为表征其光强信息的电信号；第二像素传感单元20还用于将第二波段的光线转换为表征其色彩光强信息的电信号；多个像素结构100呈阵列排布，以形成像素传感阵列；任意两个相邻的像素结构100共用二者相邻的一行或一列子像素传感单元21；像素传感阵列中具有多个重复单元，每个重复单元均包括三行三列像素结构100中位于中心的一个像素结构100，以及位于四角的四个像素结构100；传感控制单元30用于根据重复单元中位于四角的第一像素传感单元10(即第一像素传感单元10b)中的至少一个，以及位于中心的第一像素传感单元10(即第一像素传感单元10a)所转换的电信号之间的差异，生成表征第一波段的光信号的光强变化量的电信号。

图3示出了像素传感阵列中的偶数行像素结构100包括第一像素传感单元10a，奇数行像素结构100包括第一像素传感单元10b的情况，即像素传感阵列的偶数行像素结构100作为重复单元中位于中心的像素结构100的情况，在实际应用中，像素传感阵列中的任意三行三列像素结构100中，位于中心的一个像素结构100以及位于四角的四个像素结构100，均可构成一个重复单元，并且传感控制单元30可将每个重复单元中，位于中心的像素结构100中的第一像素传感单元10a转换的电信号对应的数值，与位于四角的像素结构100中的第一像素传感单元10b转换的电信号进行差分运算，以得到差分信号，从而模拟人眼的兴奋型视杆细胞和抑制型视杆细胞获取表征该像素区域的光线的光强变化量的电信号，以提升视觉传感器对动态目标的感知能力，增大视觉传感器采集的图像的动态范围，并提高视觉传感器的拍摄速度。

示例性地，传感控制单元30可仅根据第一像素传感单元10a转换的电信号对应的数值，与四个第一像素传感单元10b中的任意一个所转换的电信号对应的数值作差，以得到差分信号；或者，传感控制单元30也可根据第一像素传感单元10a转换的电信号对应的数值，与四个第一像素传感单元10b中的任意两个所转换的电信号对应的数值的平均值作差，以得到差分信号；或者，传感控制单元30也可根据第一像素传感单元10a转换的电信号对应的数值，与四个第一像素传感单元10b中的任意三个所转换的电信号对应的数值的平均值作差，以得到差分信号；或者，传感控制单元3还可根据第一像素传感单元10a转换的电信号对应的数值，与四个第一像素传感单元10b所转换的电信号对应的数值的平均值作差，以得到差分信号。

参见图1至图5，在上述方案的基础上，可选地，在像素传感阵列的行方向上，相间隔的两个重复单元共用二者相邻的两个像素结构100中的两个第一像素传感单元10；在像素传感阵列的列方向上，相邻重复单元共用二者相邻的两个像素结构100中的第一像素传感单元10。

图3中以粗线着重示出了像素传感阵列中的三个重复单元，即前三行像素结构100中的两个重复单元与后三行像素结构100中的两一个重复单元，以这三个重复单元为例进行说明。示例性地，在像素传感阵列的行方向上，相间隔的两个重复单元是指前三行像素结构100中的第一个和第三个重复单元，其中，第一个重复单元是指以第二行的第二个像素结构100为中心的重复单元，第三个重复单元是指以第二行的第四个像素结构100为中心的重复单元，第一个和第三个重复单元之间相间隔一个重复单元，即以第二行的第三个像素结构100为中心的重复单元。在像素传感阵列的行方向上，相间隔的两个重复单元共用二者相邻的两个像素结构100中的两个第一像素传感单元10b，即前三行像素结构100中的第一个和第三个重复单元，共用第一个重复单元右侧的两个像素结构100中的第一像素传感单元10b，这两个第一像素传感单元10b，同时也是第三个重复单元左侧的两个像素结构100中的第一像素传感单元10b，即像素传感阵列的第三列第一个和第三列第三个像素结构100中的第一像素传感单元10b。当前三行像素结构100中的第一个重复单元根据其中的第一像素传感单元10a和右侧的两个第一像素传感单元10b获取差分信号时，前三行像素结构100中的第三个重复单元也可以根据这两个第一像素传感单元10b以及自身的第一像素传感单元10a获取差分信号，从而得到对应的像素区域中表征第一波段的光信号的光强变化量的电信号。

同理，在像素传感阵列的列方向上，相间隔的两个重复单元是指前三列(从左边起的三列)像素结构100中的第一个和第三个重复单元，其中，第一个重复单元是指以第二行的第二个像素结构100为中心的重复单元，第三个重复单元是指以第四行的第二个像素结构100为中心的重复单元，第一个和第三个重复单元之间相间隔一个重复单元，即以第三行的第二个像素结构100为中心的重复单元。在像素传感阵列的列方向上，相间隔的两个重复单元共用二者相邻的两个像素结构100中的两个第一像素传感单元10b，即前三列像素结构100中的第一个和第三个重复单元，共用第一个重复单元下方的两个像素结构100中的第一像素传感单元10b，这两个第一像素传感单元10b，同时也是第三个重复单元上方的两个像素结构100中的第一像素传感单元10b，即像素传感阵列的第三行第一个和第三行第三个像素结构100中的第一像素传感单元10b。当前三列像素结构100中的第一个重复单元根据其中的第一像素传感单元10a和下方的两个第一像素传感单元10b获取差分信号时，前三列像素结构100中的第三个重复单元也可以根据这两个第一像素传感单元10b以及自身的第一像素传感单元10a获取差分信号，从而得到对应的像素区域中表征第一波段的光信号的光强变化量的电信号。本实施例这样设置的好处在于，不仅能够通过重复单元模拟人眼的兴奋型视杆细胞和抑制型视杆细胞获取表征该像素区域的光线的光强变化量的电信号，以提升视觉传感器对动态目标的感知能力，增大视觉传感器采集的图像的动态范围，并提高视觉传感器的拍摄速度，还有利于提升像素传感阵列的像素填充因子。

参见图1至图5，可选地，传感控制单元30还用于根据表征第一波段的光信号的光强变化量的电信号，以及重复单元中的第二像素传感单元20转换的表征第二波段的光线的色彩光强信息的电信号，生成图像信号。

示例性地，传感控制单元30还可以通过第二像素传感单元20中的子像素传感单元21将第二波段的光线转换为表征其色彩光强信息的电信号，以模拟视锥细胞获取色彩光强信息。优选地，传感控制单元30可以根据每个重复单元中的第一像素传感单元10a转换的电信号对应的数值，与四个第一像素传感单元10b所转换的电信号对应的数值的平均值作差，以得到差分信号，进而生成表征第一波段的光信号的光强变化量的电信号，并通过重复单元中围绕第一像素传感单元10a的各子像素传感单元21将第二波段的光线转换为表征其色彩光强信息的电信号，以通过重复单元同时获取高质量的色彩光强信号与高速的光强变化量信号，并通过传感控制单元根据每个重复单元获取的色彩光强信号和光强变化量信号得到相应的像素区域的图像信号，从而丰富视觉传感器获取的图像的视觉信息。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种像素传感阵列，其特征在于，包括像素结构，所述像素结构包括：

第一像素传感单元和第二像素传感单元，所述第一像素传感单元用于接收第一波段的光线，所述第二像素传感单元用于接收第二波段的光线；

所述第二像素传感单元包括多个子像素传感单元，所述多个子像素传感单元环绕所述第一像素传感单元设置；

所述第一像素传感单元用于模拟视杆细胞，以获取表征所述第一波段的光线的光强变化量的电信号；

所述第二像素传感单元用于模拟视锥细胞，以获取表征所述第二波段的光线的色彩光强信息的电信号；所述第一像素传感单元还用于将所述第一波段的光线转换为表征其光强信息的电信号；所述第二像素传感单元还用于将所述第二波段的光线转换为表征其色彩光强信息的电信号；多个所述像素结构呈阵列排布，以形成像素传感阵列；任意两个相邻的所述像素结构共用二者相邻的一行或一列所述子像素传感单元；

所述像素传感阵列中具有多个重复单元，每个所述重复单元均包括三行三列所述像素结构中位于中心的一个所述像素结构，以及位于四角的四个所述像素结构；

在每个所述重复单元中位于中心的所述第一像素传感单元将转换的电信号发送至传感控制单元，位于四角的所述第一像素传感单元中的至少一个第一像素传感单元将转换的电信号传送至所述传感控制单元，以供所述传感控制单元基于所述重复单元中位于中心的所述第一像素传感单元所转换的电信号，与位于四角的所述第一像素传感单元中的至少一个转换的电信号进行差分运算，生成表征所述第一波段的光信号的光强变化量的差分信号。

2.根据权利要求1所述的像素传感阵列，其特征在于，所述子像素传感单元的感光面积小于所述第一像素传感单元的感光面积。

3.根据权利要求1所述的像素传感阵列，其特征在于，每个所述像素结构均包括一个所述第一像素传感单元和一个所述第二像素传感单元；

所述多个子像素传感单元环绕所述第一像素传感单元的四侧边缘，环绕所述第一像素传感单元的每一侧边缘的所述子像素传感单元的数量相等，且环绕所述第一像素传感单元相邻边缘的一行所述子像素传感单元与一列所述子像素传感单元相接，并共用一个所述子像素传感单元。

4.根据权利要求3所述的像素传感阵列，其特征在于，所述第一波段和所述第二波段中的至少一者包括红外波段；或者，所述第一波段和所述第二波段中的至少一者包括紫外波段。

5.根据权利要求4所述的像素传感阵列，其特征在于，所述多个子像素传感单元包括至少三种所述子像素传感单元，至少三种所述子像素传感单元分别用于接收不同色彩分量的光线，并输出表征对应色彩分量的光强信息的电信号。

6.根据权利要求1所述的像素传感阵列，其特征在于，所述第二像素传感单元至少包括中心频率为红色的子像素传感单元、中心频率为绿色的子像素传感单元和中心频率为蓝色的子像素传感单元。

7.根据权利要求4所述的像素传感阵列，其特征在于，所述第一波段包括红外波段；所述第一像素传感单元包括第一感光器件，所述第一感光器件为红外光敏器件；或者，所述第一像素传感单元包括第一感光器件以及设置在所述第一感光器件上的第一滤光器件，且所述第一感光器件为红外光敏器件和/或所述第一滤光器件为红外滤光器件；

或者，所述第一波段包括紫外波段；所述第一像素传感单元包括第一感光器件，所述第一感光器件为紫外光敏器件；或者，所述第一像素传感单元包括第一感光器件以及设置在所述第一感光器件上的第一滤光器件，且所述第一感光器件为紫外光敏器件和/或所述第一滤光器件为紫外滤光器件。

8.根据权利要求5所述的像素传感阵列，其特征在于，所述子像素传感单元包括第二感光器件以及设置在所述第二感光器件上的第二滤光器件，至少三个所述子像素传感单元中的所述第二滤光器件的滤光颜色不同。

9.根据权利要求8所述的像素传感阵列，其特征在于，所述第二波段包括红外波段，所述第二滤光器件包括红外滤光器件；或者，所述第二波段包括紫外波段，所述第二滤光器件包括紫外滤光器件。

10.根据权利要求1-9中任一所述的像素传感阵列，其特征在于，多个所述像素结构呈阵列排布，以形成像素传感阵列；任意两个相邻的所述像素结构共用二者相邻的一行或一列所述子像素传感单元。

11.一种视觉传感器，其特征在于，包括传感控制单元以及权利要求1-10中任一所述的像素传感阵列；

所述传感控制单元与所述第一像素传感单元和所述第二像素传感单元电连接，所述传感控制单元用于对所述第一波段的光线和所述第二波段的光线进行处理。

12.根据权利要求11所述的视觉传感器，其特征在于，在所述像素传感阵列的行方向上，相间隔的两个所述重复单元共用二者相邻的两个所述像素结构中的两个所述第一像素传感单元；在所述像素传感阵列的列方向上，相间隔的两个所述重复单元共用二者相邻的两个所述像素结构中的所述第一像素传感单元。

13.根据权利要求11所述的视觉传感器，其特征在于，所述传感控制单元还用于根据表征所述第一波段的光信号的光强变化量的电信号，以及所述重复单元中的所述第二像素传感单元转换的表征所述第二波段的光线的色彩光强信息的电信号，生成图像信号。