本實(shí)用新型涉及圖像成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型圖像傳感器。

背景技術(shù)：

可以獲取彩色圖像的圖像傳感器通常從外到內(nèi)依次包括透鏡、彩色濾光單元和感光單元，外部的光線經(jīng)透鏡到達(dá)彩色濾光單元，再到達(dá)感光單元，其中，彩色濾光單元上通常設(shè)有紅色(R)濾光單元、綠色(G)濾光單元和藍(lán)色(B)濾光單元。人眼一般能夠感知到的電磁波的波長在400～760nm，這部分頻譜范圍內(nèi)的光屬于可見光，但現(xiàn)有的彩色圖像傳感器中的紅色濾光單元、綠色濾光單元和藍(lán)色濾光單元均可透過不可見光，具體的，現(xiàn)有的紅色濾光單元、綠色濾光單元、藍(lán)色濾光單元對不同電磁波的透過率曲線見圖1中的曲線3、曲線2、曲線1所示，橫坐標(biāo)代表波長，單位為nm，縱坐標(biāo)代表光透過率，單位為％。由圖1可以看出，在可見光范圍內(nèi)均有紅色、綠色和藍(lán)色，紅色、綠色、藍(lán)色在不可見光范圍內(nèi)也有超過760nm的近紅外光譜，只是通常人們能感知到的紅色、綠色和藍(lán)色是在可見光范圍內(nèi)的紅色、綠色和藍(lán)色。在白天，利用現(xiàn)有的彩色濾光單元可以獲取到彩色圖像。但是在極微弱光環(huán)境下，由于紅色、綠色和藍(lán)色光子相對減少，當(dāng)R、G、B光子數(shù)少于圖像傳感器的靈敏度閾值時(shí)，現(xiàn)有的彩色圖像傳感器將無法獲取到彩色圖像。

公開號為CN202815393U的中國實(shí)用新型專利公開了一種圖像采集設(shè)備及其濾光片裝置和濾光片切換裝置，包括紅外截止濾光片、全通濾光片、偏正光濾光片、濾光片窗口、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和移動(dòng)滑軌，移動(dòng)滑軌承載紅外截止濾光片、全通濾光片和偏正光濾光片，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與移動(dòng)滑軌連接，驅(qū)動(dòng)移動(dòng)滑軌移動(dòng)，使得承載在移動(dòng)滑軌上的紅外截止濾光片、全通濾光片或者偏正光濾光片移動(dòng)到濾光片窗口位置處，切換到濾光片窗口位置的濾光片為當(dāng)前攝像機(jī)采集圖像時(shí)使用的濾光片類型。在透鏡、彩色濾光單元和感光單元的基礎(chǔ)上增加了紅外截止濾光片、全通濾光片或者偏正光濾光片，使用時(shí)，當(dāng)光源強(qiáng)度大于光源上限值，使用偏正光濾光片，當(dāng)光源強(qiáng)度小于光源下限值，使用全通濾光片，當(dāng)光源強(qiáng)度處于光源下限值與光源上限值之間，使用紅外截止濾光片，根據(jù)光源情況自動(dòng)進(jìn)行不同濾光片的切換，降低了圖像采集設(shè)備發(fā)生過曝的幾率，雖然可以保持圖像較好的色彩飽和度，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高，而且在極微弱光情況下，由于切換成全通濾光片，因此無法實(shí)現(xiàn)彩色成像；另外，當(dāng)使用紅外截止濾光片時(shí)可以得到接近于人眼看到的紅色值、綠色值和藍(lán)色值，因?yàn)閷⒓t外頻譜范圍內(nèi)的光子過濾掉了，當(dāng)不使用紅外截止濾光片時(shí)，得到的紅色值、綠色值和藍(lán)色值是包含可見光和紅外兩個(gè)頻譜范圍內(nèi)的紅色值、綠色值和藍(lán)色值，彩色圖像不真實(shí)。

公開號為CN104735427B的中國實(shí)用新型專利公開了一種圖像傳感器，保留了現(xiàn)有的拜耳格式的可見光感光單元，在邊緣區(qū)域增加了紅外感光單元，不需要額外使用紅外截止濾光片，只需要一片可見光和紅外光都可以通過的雙通濾光片來使白天的顏色準(zhǔn)確性更好，增加夜間亮度。在該專利中引入了紅外感光單元，紅外光屬于不可見光，近紅外(NIR)濾光單元對不同電磁波的反射率曲線見圖2所示，該專利將紅外感光單元設(shè)置在可見光感光單元的邊緣區(qū)域，雖然可以增加白天顏色的準(zhǔn)確性，增加夜晚的亮度，但是由于紅外線感光單元本身分布區(qū)域較小，距離又較遠(yuǎn)，透光性不高，因此對白天顏色的準(zhǔn)確性提高有限，僅能增加可見光感光單元邊緣區(qū)域的亮度，對夜晚圖像的亮度增加有限，而且IR感光單元分布在邊緣區(qū)域，只能感光而無法成像，所以在極微弱光情況下無法實(shí)現(xiàn)彩色成像。

另外，現(xiàn)有的彩色圖像傳感器中，為了獲取極微弱光情況下的圖像，需要采用W濾光片，即全通濾光單元，將近紅外光(NIR)也收入感光單元中。例如，公開號為CN105340079A的PCT進(jìn)入中國的實(shí)用新型專利公開了一種背面照射型圖像傳感器、成像裝置和電子設(shè)備，該專利的說明書圖9中在彩色濾光單元中還設(shè)置有白色(W)濾光片的圖像傳感器，這樣可以增大彩色濾光單元的透光率，提高彩色濾光單元的靈敏度，白色濾光片的比例越高，圖像傳感器的靈敏度越高，但是該種類型的圖像傳感器也僅能在白天獲得彩色圖像，在極微弱光情況下，雖然白色(W)濾光片能感知近紅外光(NIR)，具有一定的微弱光探測靈敏度，但是此感光單元不僅感應(yīng)可見光，而且感應(yīng)近紅外光，所以不能還原出色彩數(shù)值，因此也無法實(shí)現(xiàn)極微弱光的彩色成像。

再者，參見圖1，現(xiàn)有的彩色圖像傳感器中，紅色在接近于不可見光部分仍有大量光子存在，實(shí)際上這一光譜范圍的光會(huì)因?yàn)楣馓珡?qiáng)而影響色彩的還原。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種新型圖像傳感器，使彩色圖像的色彩還原效果更好。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種新型圖像傳感器，包括彩色濾光元件和負(fù)濾光片，所述彩色濾光元件包括按照陣列排布的紅色濾光單元、綠色濾光單元和藍(lán)色濾光單元，所述負(fù)濾光片的具有高反射率的光譜范圍為630～810nm，所述負(fù)濾光片與所述彩色濾光元件平行設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述負(fù)濾光片的具有高反射率的光譜范圍為660～780nm。

進(jìn)一步的，所述彩色濾光元件的每個(gè)陣列中還包括近紅外濾光單元。

進(jìn)一步的，所述彩色濾光元件的每個(gè)陣列中還包括近紅外濾光單元和全通單元。

進(jìn)一步的，還包括感光元件，所述感光元件位于所述彩色濾光元件的后方，所述負(fù)濾光片位于所述感光元件的前方，所述彩色濾光元件、負(fù)濾光片和感光元件的中心在一條直線上。

進(jìn)一步的，所述負(fù)濾光片位于所述彩色濾光元件和所述感光元件之間，或者位于所述彩色濾光元件之前，或者以鍍膜的方式集成在所述彩色濾光元件上。

進(jìn)一步的，還包括鏡頭，所述鏡頭與所述彩色濾光元件平行設(shè)置，所述鏡頭位于所述彩色濾光元件之前。

進(jìn)一步的，所述負(fù)濾光片位于所述鏡頭之前，或者位于所述鏡頭之后，或者以鍍膜的方式集成在所述鏡頭上。

進(jìn)一步的，所述彩色濾光元件按照4×4陣列的方式排布，每個(gè)4×4陣列中包含有至少一個(gè)的紅色濾光單元、至少一個(gè)的綠色濾光單元、至少一個(gè)的藍(lán)色濾光單元和至少一個(gè)的近紅外濾光單元，其他均為全通單元。

進(jìn)一步的，所述彩色濾光元件的每個(gè)4×4陣列中包含有一個(gè)的紅色濾光單元、兩個(gè)的綠色濾光單元、一個(gè)的藍(lán)色濾光單元、四個(gè)的近紅外濾光單元和八個(gè)的全通單元。

進(jìn)一步的，一個(gè)的紅色濾光單元、兩個(gè)的綠色濾光單元、一個(gè)的藍(lán)色濾光單元分別位于4×4陣列的一個(gè)九宮格的四個(gè)角落，其中一個(gè)近紅外濾光單元位于該一個(gè)九宮格的中心，且四個(gè)近紅外濾光單元分別位于另外一個(gè)九宮格的四個(gè)角落。

進(jìn)一步的，兩個(gè)綠色濾光單元分別位于一個(gè)九宮格的斜對角落。

本實(shí)用新型的有益效果在于：從圖1的三條曲線可以看出，在630～810nm頻譜范圍內(nèi)，紅色、綠色和藍(lán)色對光的反射率差別較大，紅色在該頻譜范圍內(nèi)的反射率較小，綠色和藍(lán)色在高頻譜范圍內(nèi)的反射率較大，設(shè)置對該頻譜范圍具有高反射率的負(fù)濾光片，使紅色、綠色和藍(lán)色對光子的反射率基本一致，另外，在630～810nm頻譜范圍內(nèi)，其中一部分頻譜接近于近紅外部分，一部分頻譜屬于近紅外部分，該頻譜范圍內(nèi)光亮度較高，會(huì)影響紅色的色彩還原，因此，將該630～810nm頻譜范圍內(nèi)的光子均過濾掉，使紅色、綠色和藍(lán)色均具有較好的色彩還原性，得到的彩色圖像色彩飽和度更好。

附圖說明

圖1為紅色濾光單元、綠色濾光單元、藍(lán)色濾光單元對不同頻率電磁波的透過率曲線；

圖2為近紅外濾光單元對不同電磁波的反射率曲線；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的負(fù)濾光片對不同頻率電磁波的透過率曲線；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的彩色濾光元件的排列方式示意圖。

圖中標(biāo)號說明：

曲線1是指藍(lán)色濾光單元對不同頻率電磁波的透過率曲線；

曲線2是指綠色濾光單元對不同頻率電磁波的透過率曲線；

曲線3是指紅色濾光單元對不同頻率電磁波的透過率曲線。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖予以說明。

本實(shí)用新型最關(guān)鍵的構(gòu)思在于：通過設(shè)置負(fù)濾光片，使彩色濾光元件中的紅色、綠色和藍(lán)色在可見光和近紅外頻譜范圍內(nèi)的光譜響應(yīng)效率基本一致，使圖像傳感器的色彩還原效果好。

本實(shí)用新型涉及的技術(shù)術(shù)語解釋見表1:

表1

請參照圖3和圖4，本實(shí)用新型提供了一種新型圖像傳感器，包括彩色濾光元件和負(fù)濾光片，所述彩色濾光元件包括按照陣列排布的紅色濾光單元、綠色濾光單元和藍(lán)色濾光單元，所述負(fù)濾光片的具有高反射率的光譜范圍為630～810nm，所述負(fù)濾光片與所述彩色濾光元件平行設(shè)置。

優(yōu)選地，所述負(fù)濾光片的具有高反射率的光譜范圍的左端點(diǎn)為630、631、632、633、634、635、636、637、638、639、640、641、642、643、644、645、646、647、648、649、650、651、652、653、654、655、656、657、658、659、660、661、662、663、664、665、666、667、668、669、670、671、672、673、674、675、676、677、678、679、680中的任意一個(gè)，右端點(diǎn)為750、751、752、753、754、755、756、757、758、759、760、761、762、763、764、765、766、767、768、769、780、781、782、783、784、785、786、787、788、789、790、791、792、793、794、795、796、797、798、799、800、801、802、803、804、805、806、807、808、809、810中的任意一個(gè)。

優(yōu)選地，所述負(fù)濾光片的具有高反射率的光譜范圍為660～780nm。

由上述描述可知，將光譜范圍為660～780nm的紅色、藍(lán)色和綠色值均過濾掉，對綠色和藍(lán)色的影響較小，對紅色來說，雖然減少光亮度對紅色光子值的影響，但是對圖像真實(shí)度的影響較小，可以忽略影響。

進(jìn)一步的，所述彩色濾光元件的每個(gè)陣列中還包括近紅外濾光單元。

由上述描述可知，通過在彩色濾光元件中增加近紅外濾光單元(NIR)，使圖像傳感器可以獲取到圖像中的像素點(diǎn)對應(yīng)的近紅外值，又由于通過紅色濾光單元(R)、綠色濾光單元(G)、藍(lán)色濾光單元(B)得到的紅色值、綠色值和藍(lán)色值中包含有近紅外部分的紅色值、綠色值、藍(lán)色值，這三種顏色在近紅外頻譜范圍內(nèi)對光子值的透過率曲線見圖1中曲線3、曲線2、曲線1在760nm后的部分，可以看出，紅色、綠色和藍(lán)色在760nm后對光子的透過率接近于100％，而760～1000nm，范圍屬于近紅外頻譜范圍，對近紅外光子的透過率也為100％，因此，可以用近紅外濾光單元(NIR)得到的近紅外值，來校正圖像中的紅色值、綠色值和藍(lán)色值，使得到接近于人眼部分(可見光部分)的紅色值、綠色值和藍(lán)色值，從而使彩色圖像中的顏色更加真實(shí)，并且不管在明場還是極微弱光情況下，均可得到紅色值、綠色值和藍(lán)色值，即均可還原出彩色圖像；四種濾光單元按照陣列排布，使在每個(gè)陣列中均可得到紅色值、綠色值、藍(lán)色值和近紅外值，從而使彩色圖像成像較為準(zhǔn)確。

進(jìn)一步的，所述彩色濾光元件的每個(gè)陣列中還包括近紅外濾光單元和全通單元。

由上述描述可知，通過近紅外濾光單元來校正得到接近于人眼看到的紅色值、綠色值和藍(lán)色值，通過全通單元使圖像傳感器具有較好的透光性，提高其在明場或者極微弱光下圖像的透光性和靈敏度，在圖像還原的過程中，紅色值、綠色值、藍(lán)色值合成為圖像成像時(shí)的彩色通道圖像，近紅外值和全通光子值合成為圖像成像時(shí)的亮度通道圖像，彩色通道圖像與亮度通道圖像再疊加合成為一個(gè)整體圖像輸出，從而使最終獲得的彩色圖像色彩更加清晰，亮度更好。

進(jìn)一步的，還包括感光元件，所述感光元件位于所述彩色濾光元件的后方，所述負(fù)濾光片位于所述感光元件的前方，所述彩色濾光元件、負(fù)濾光片和感光元件的中心在一條直線上。

由上述描述可知，感光元件位于彩色濾光元件的后方，用于感應(yīng)彩色濾光元件上每個(gè)濾光單元對應(yīng)的光子值。

進(jìn)一步的，所述負(fù)濾光片位于所述彩色濾光元件和所述感光元件之間，或者位于所述彩色濾光元件之前，或者以鍍膜的方式集成在所述彩色濾光元件上。

由上述描述可知，負(fù)濾光片可以單獨(dú)存在，位于彩色濾光元件之前或者之后，也可以以鍍膜的方式集成在彩色濾光元件上，結(jié)構(gòu)合理。

進(jìn)一步的，還包括鏡頭，所述鏡頭與所述彩色濾光元件平行設(shè)置，所述鏡頭位于所述彩色濾光元件之前。

由上述描述可知，鏡頭位于彩色濾光元件之前，一般作為圖像傳感器的窗口使用，具有防塵效果。

進(jìn)一步的，所述負(fù)濾光片位于所述鏡頭之前，或者位于所述鏡頭之后，或者以鍍膜的方式集成在所述鏡頭上。

由上述描述可知，負(fù)濾光片位于鏡頭之前或者之后，或者集成在鏡頭上，結(jié)構(gòu)合理。

進(jìn)一步的，請參照圖4，所述彩色濾光元件按照4×4陣列的方式排布，每個(gè)4×4陣列中包含有至少一個(gè)的紅色濾光單元、至少一個(gè)的綠色濾光單元、至少一個(gè)的藍(lán)色濾光單元和至少一個(gè)的近紅外濾光單元，其他均為全通單元。

由上述描述可知，彩色濾光元件按照4×4陣列的方式排布，每個(gè)4×4陣列中均可獲得紅色、綠色、藍(lán)色和近紅外值，使圖像整體色彩比較均衡。

進(jìn)一步的，所述彩色濾光元件的每個(gè)4×4陣列中包含有一個(gè)的紅色濾光單元、兩個(gè)的綠色濾光單元、一個(gè)的藍(lán)色濾光單元、四個(gè)的近紅外濾光單元和八個(gè)的全通單元。

由上述描述可知，彩色濾光元件的每個(gè)4×4陣列中均包含有紅色濾光單元、綠色濾光單元、藍(lán)色濾光單元，且每個(gè)陣列中的近紅外濾光單元占據(jù)四分之一，全通單元占據(jù)二分之一，使紅色、綠色、藍(lán)色較為均衡，獲取近紅外值的能力好，且光透過能力強(qiáng)，靈敏度高，在極微弱光情況下獲得彩色圖像的能力強(qiáng)。

進(jìn)一步的，一個(gè)的紅色濾光單元、兩個(gè)的綠色濾光單元、一個(gè)的藍(lán)色濾光單元分別位于4×4陣列的一個(gè)九宮格的四個(gè)角落，其中一個(gè)近紅外濾光單元位于該一個(gè)九宮格的中心，且四個(gè)近紅外濾光單元分別位于另外一個(gè)九宮格的四個(gè)角落。

由上述描述可知，在彩色濾光元件中，行和列交錯(cuò)設(shè)置的全通單元中穿插其他四種濾光單元，若其中一個(gè)九宮格的頂點(diǎn)為非近紅外濾光單元，則其中心為近紅外濾光單元，其四個(gè)角落分別設(shè)置一個(gè)的紅色濾光單元、兩個(gè)的綠色濾光單元和一個(gè)的藍(lán)色濾光單元，若其中一個(gè)九宮格的頂點(diǎn)為近紅外濾光單元，則其四個(gè)角落均為近紅外濾光單元，其中心為紅色濾光單元、綠色濾光單元、藍(lán)色濾光單元其中之一，使圖像傳感器感光元件對紅色、綠色、藍(lán)色的獲取較為均衡，獲取近紅外值的能力好，光通過能力強(qiáng)，靈敏度高，明場和光微弱環(huán)境下的成像能力好。

進(jìn)一步的，兩個(gè)綠色濾光單元分別位于一個(gè)九宮格的斜對角落。

由上述描述可知，兩個(gè)綠色濾光單元分別位于一個(gè)九宮格的斜對角落，使對綠色值的獲取較為準(zhǔn)確、均衡。

請參照圖3至圖4，本實(shí)用新型的實(shí)施例一為：

一種新型圖像傳感器，包括彩色濾光元件和負(fù)濾光片，所述彩色濾光元件包括按照陣列排布的紅色濾光單元、綠色濾光單元和藍(lán)色濾光單元，所述負(fù)濾光片的具有高反射率的光譜范圍為630～810nm，所述負(fù)濾光片與所述彩色濾光元件平行設(shè)置；優(yōu)選地，所述負(fù)濾光片的具有高反射率的光譜范圍為660～780nm。

請參照圖3至圖4，本實(shí)用新型的實(shí)施例二為：

一種新型圖像傳感器，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，所述彩色濾光元件的每個(gè)陣列中還包括近紅外濾光單元。

請參照圖3至圖4，本實(shí)用新型的實(shí)施例三為：

一種新型圖像傳感器，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，所述彩色濾光元件的每個(gè)陣列中還包括近紅外濾光單元和全通單元。

請參照圖3至圖4，本實(shí)用新型的實(shí)施例四為：

一種新型圖像傳感器，在實(shí)施例一、二或三的基礎(chǔ)上，還包括感光元件，所述感光元件位于所述彩色濾光元件的后方，所述負(fù)濾光片位于所述感光元件的前方，所述彩色濾光元件、負(fù)濾光片和感光元件的中心在一條直線上，所述負(fù)濾光片位于所述彩色濾光元件和所述感光元件之間，或者位于所述彩色濾光元件之前，或者以鍍膜的方式集成在所述彩色濾光元件上。

請參照圖3至圖4，本實(shí)用新型的實(shí)施例五為：

一種新型圖像傳感器，在實(shí)施例四的基礎(chǔ)上，還包括鏡頭，所述鏡頭與所述彩色濾光元件平行設(shè)置，所述鏡頭位于所述彩色濾光元件之前，所述負(fù)濾光片位于所述鏡頭之前，或者位于所述鏡頭之后，或者以鍍膜的方式集成在所述鏡頭上。

請參照圖4，本實(shí)用新型的實(shí)施例六為：

一種新型圖像傳感器，在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上，舉例說明彩色濾光元件的結(jié)構(gòu)，具體地，所述彩色濾光元件按照4×4陣列的方式排布，每個(gè)4×4陣列中包含有至少一個(gè)的紅色濾光單元、至少一個(gè)的綠色濾光單元、至少一個(gè)的藍(lán)色濾光單元和至少一個(gè)的近紅外濾光單元，其他均為全通單元；優(yōu)選地，所述彩色濾光元件的每個(gè)4×4陣列中包含有一個(gè)的紅色濾光單元、兩個(gè)的綠色濾光單元、一個(gè)的藍(lán)色濾光單元、四個(gè)的近紅外濾光單元和八個(gè)的全通單元；優(yōu)選地，一個(gè)的紅色濾光單元、兩個(gè)的綠色濾光單元、一個(gè)的藍(lán)色濾光單元分別位于4×4陣列的一個(gè)九宮格的四個(gè)角落，其中一個(gè)近紅外濾光單元位于該一個(gè)九宮格的中心，且四個(gè)近紅外濾光單元分別位于另外一個(gè)九宮格的四個(gè)角落；優(yōu)選地，兩個(gè)綠色濾光單元分別位于一個(gè)九宮格的斜對角落。

綜上所述，本實(shí)用新型提供的新型圖像傳感器，通過負(fù)濾光片使感光元件的所有感光單元在近紅外區(qū)的光譜響應(yīng)效率基本一致，并減少光亮度對紅色值的影響，在彩色濾光元件上通過近紅外濾光單元來校正得到接近于人眼看到的紅色值、綠色值和藍(lán)色值，還設(shè)有全通單元來增加透光量和靈敏度，通過感光元件感應(yīng)近紅外濾光單元、紅色濾光單元、綠色濾光單元、藍(lán)色濾光單元、全通單元對應(yīng)的光子值，使所述圖像傳感器的色彩還原性好，并且在明場和極微弱光環(huán)境下均可獲得彩色圖像，且透光性好、靈敏度高，色彩飽和度好。

以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等同變換，或直接或間接運(yùn)用在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。