子像素上有ir通過濾波器涂層的分裂子像素成像芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及子像素上有IR通過濾波器涂層的分裂子像素成像芯片。一種用于捕獲圖像的設(shè)備包括同軸地容納在鏡頭外殼內(nèi)的多個(gè)鏡頭元件。分裂子像素成像芯片包括施加在所選子像素上的IR通過濾波器涂層。子像素包括用于多個(gè)綠色、藍(lán)色和紅色像素中每一個(gè)的長曝光子像素和短曝光子像素。
【專利說明】子像素上有IR通過濾波器涂層的分裂子像素成像芯片
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本專利申請(qǐng)要求2012年12月26日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/746,055的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)以引用方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開涉及改善車內(nèi)視覺系統(tǒng)的性能。
【背景技術(shù)】
[0003]此部分中的陳述僅提供與本公開有關(guān)的背景信息。因此，這樣的陳述并非意圖構(gòu)成對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
[0004]車輛系統(tǒng)常常使用車內(nèi)視覺系統(tǒng)以捕獲表現(xiàn)主車輛后向、前向和/或側(cè)面的視場的圖像。已經(jīng)知道利用由不帶IR截止濾波器的車內(nèi)視覺系統(tǒng)獲得的紅外(IR)光(例如，環(huán)境照明內(nèi)的IR分量或有源IR光源)在夜間行駛期間或當(dāng)環(huán)境光因其它原因較低時(shí)增加可見度。雖然不描繪圖像的真實(shí)色彩，但I(xiàn)R光提供了增強(qiáng)的圖像敏感度。利用IR光捕獲的圖像常常描繪為無色圖像或接近灰度的圖像。因此，當(dāng)不采用IR截止濾波器時(shí)，獲得IR光的攝像機(jī)常常由于在最終圖像中捕獲的附加的IR分量而喪失彩色保真度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種用于捕獲圖像的設(shè)備包括同軸地容納在鏡頭外殼內(nèi)的多個(gè)鏡頭元件。分裂子像素成像芯片包括施加在所選子像素上的IR通過濾波器涂層。子像素包括用于多個(gè)綠色、藍(lán)色和紅色像素中每一個(gè)的長曝光子像素和短曝光子像素。
[0006]本發(fā)明提供下列技術(shù)方案。
[0007]1.一種用于捕獲圖像的設(shè)備，包括:
多個(gè)鏡頭元件，其同軸地容納在鏡頭外殼內(nèi)；以及
分裂子像素成像芯片，其包括施加在所選子像素上的IR通過濾波器涂層，所述子像素包括用于多個(gè)綠色像素、藍(lán)色像素和紅色像素中的每一個(gè)的長曝光子像素和短曝光子像素。
[0008]2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的設(shè)備，其中所述IR通過濾波器涂層被施加在對(duì)應(yīng)于所選色彩的所述像素中的僅所選那些的所述子像素中的所選那些上。
[0009]3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的設(shè)備，其中所述所選色彩包括綠色。
[0010]4.根據(jù)技術(shù)方案I所述的設(shè)備，其中所述IR通過濾波器涂層允許在預(yù)定波長范圍內(nèi)的近紅外光傳輸通過所述所選子像素，同時(shí)阻擋包括色彩信息的可見光。
[0011]5.根據(jù)技術(shù)方案I所述的設(shè)備，其中所述IR通過濾波器涂層允許超出預(yù)定波長的近紅外光傳輸通過所述所選子像素，同時(shí)阻擋包括色彩信息的可見光。
[0012]6.一種用于使用包括均包括長曝光子像素和短曝光子像素的多個(gè)感色像素的分裂子像素成像芯片為由攝像裝置捕獲的圖像提高圖像敏感度和色彩信息的方法，包括: 在所選子像素上施加IR通過濾波器涂層，所述IR通過濾波器涂層允許在預(yù)定部分的波長內(nèi)的近紅外光傳輸通過所述所選子像素，同時(shí)阻擋包括色彩信息的可見光傳輸通過所述所選子像素；以及
基于在所述所選子像素上的所述施加的IR通過濾波器涂層為所述多個(gè)感色像素的所述長曝光和短曝光子像素重構(gòu)可見光譜范圍內(nèi)的色彩信息。
[0013]7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的方法，其中將所述IR通過濾波器涂層施加在所選子像素上包括:
僅在對(duì)應(yīng)于所選色彩的所述像素中的僅所選那些的所述長曝光和短曝光子像素中的所選那些上施加所述IR通過濾波器涂層。
[0014]8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其中為所述多個(gè)感色像素的所述長曝光和短曝光子像素重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的色彩信息包括:
對(duì)于對(duì)應(yīng)于所述所選色彩的所有像素的所述長曝光子像素來說，基于用不具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層且對(duì)應(yīng)于所述所選色彩的所述長曝光子像素中的一個(gè)的響應(yīng)減去具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選長曝光子像素中的一個(gè)的響應(yīng)來重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的所述色彩信息；以及
對(duì)于對(duì)應(yīng)于所述第二色彩的所有像素的所述短曝光子像素來說，基于用不具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層且對(duì)應(yīng)于所述所選色彩的所述短曝光子像素中的一個(gè)的響應(yīng)減去具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選短曝光子像素中的一個(gè)的響應(yīng)來重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的所述色彩信息。
[0015]9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，還包括:
基于僅施加在所述長曝光和短曝光子像素中的所述所選那些上的所述IR通過濾波器為對(duì)應(yīng)于第一色彩的所有像素的所述長曝光和短曝光子像素重構(gòu)可見光譜范圍內(nèi)的色彩信息。
[0016]10.根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其中，為對(duì)應(yīng)于所述第一色彩的所有像素的所述長曝光和短曝光子像素重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的色彩信息包括:
對(duì)于對(duì)應(yīng)于所述第一色彩的所述長曝光子像素來說:
使用具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選長曝光子像素中的一個(gè)的所述響應(yīng)逼近指示具有施加到其的所述IR通過濾波器的響應(yīng)；
基于用對(duì)應(yīng)于所述第一色彩的所述長曝光子像素中的對(duì)應(yīng)一個(gè)的實(shí)際響應(yīng)減去所述逼近的響應(yīng)來重構(gòu)所述預(yù)定部分的波長內(nèi)的所述色彩信息；
對(duì)于對(duì)應(yīng)于所述第一色彩的所述短曝光子像素來說:
使用具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選短曝光子像素中的一個(gè)的所述響應(yīng)逼近指示具有施加到其的所述IR通過濾波器的響應(yīng)；以及
基于用對(duì)應(yīng)于所述第一色彩的所述短曝光子像素中的對(duì)應(yīng)一個(gè)的實(shí)際響應(yīng)減去所述逼近的響應(yīng)來重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的所述色彩信息。
[0017]11.根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，還包括:
基于僅施加在所述長曝光和短曝光子像素中的所述所選那些上的所述IR通過濾波器為對(duì)應(yīng)于第二色彩的所有像素的所述長曝光和短曝光子像素重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的色彩信息。[0018]12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，還包括:
對(duì)于響應(yīng)于所述第二色彩的所述長曝光子像素來說:
使用具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選長曝光子像素中一個(gè)的所述響應(yīng)逼近指示具有施加到其的所述IR通過濾波器的響應(yīng)；
基于用對(duì)應(yīng)于所述第二色彩的所述長曝光子像素中對(duì)應(yīng)的一個(gè)的實(shí)際響應(yīng)減去所述逼近的響應(yīng)來重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的所述色彩信息；
對(duì)于對(duì)應(yīng)于所述第二色彩的所述短曝光子像素來說:
使用具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選短曝光子像素中一個(gè)的所述響應(yīng)逼近指示具有施加到其的所述IR通過濾波器的響應(yīng)；以及
基于用對(duì)應(yīng)于所述第二色彩的所述短曝光子像素中對(duì)應(yīng)的一個(gè)的實(shí)際響應(yīng)減去所述逼近的響應(yīng)來重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的所述色彩信息。
[0019]13.根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，其中所述所選色彩、所述第一色彩和所述第二色彩各自包括綠色、紅色和藍(lán)色中不同的一個(gè)。
[0020]14.根據(jù)技術(shù)方案6所述的方法，其中所述所選色彩包括綠色。
[0021]15.根據(jù)技術(shù)方案6所述的方法，其中所述預(yù)定部分的波長包括下列之一:
超出預(yù)定波長的所有波長；以及
在預(yù)定波長范圍內(nèi)的所有波長。
[0022]16.—種用于捕獲圖像的設(shè)備，包括:
分裂子像素成像芯片，其接收傳輸通過非球面鏡頭元件的光并包括多個(gè)綠色像素、藍(lán)色像素和紅色像素，每個(gè)像素包括長曝光子像素和短曝光子像素，所述分裂子像素成像芯片包括施加在用于所述綠色像素中所選那些的所述長曝光子像素和短曝光子像素中的所選那些上的IR通過濾波器涂層。
[0023]17.根據(jù)技術(shù)方案16所述的設(shè)備，其中所述IR通過濾波器涂層被構(gòu)造成允許超出預(yù)定波長的近紅外光傳輸通過所述所選子像素，同時(shí)阻擋包括色彩信息的可見光傳輸通過所述所選子像素。
[0024]18.根據(jù)技術(shù)方案16所述的設(shè)備，還包括處理裝置，其被構(gòu)造成:
基于具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選子像素的獲得的量子效率響應(yīng)來為所述綠色、紅色和藍(lán)色像素中每一個(gè)重構(gòu)在可見光譜內(nèi)的色彩信息。
[0025]19.根據(jù)技術(shù)方案18所述的設(shè)備，其中，使用所述獲得的量子效率響應(yīng)，基于具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選子像素的累積強(qiáng)度來重構(gòu)所述綠色、紅色和藍(lán)色像素中每一個(gè)的所述可見光譜內(nèi)的所述色彩信息。
[0026]20.根據(jù)技術(shù)方案16所述的設(shè)備,還包括:
多個(gè)鏡頭元件，其同軸地容納在鏡頭外殼內(nèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]現(xiàn)在將以舉例方式參照附圖描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，在附圖中:
圖1示出根據(jù)本公開的包括沿縱向軸線同軸設(shè)置的多個(gè)鏡頭元件和成像芯片的示例性的攝像裝置；
圖2示出根據(jù)本公開的感色成像芯片的非限制性示例； 圖3示出根據(jù)本公開的多種色彩相對(duì)于波長的量子效率響應(yīng)分布的圖線；
圖4示出根據(jù)本公開的分裂子像素成像芯片的示例性實(shí)施例；
圖5示出根據(jù)本公開的包括施加在所選子像素上的IR通過濾波器涂層的分裂子像素成像芯片的示例性實(shí)施例；
圖6示出根據(jù)本公開的對(duì)于包括施加在所選子像素上的IR通過濾波器涂層的分裂子像素成像芯片來說多種色彩相對(duì)于波長的量子效率響應(yīng)分布的圖線；以及
圖7示出根據(jù)本公開的用于使用圖5的示例性的分裂子像素成像芯片提高由圖1的攝像裝置捕獲的圖像的圖像敏感度和色彩信息的示例性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]現(xiàn)在參看附圖，其中所示內(nèi)容僅僅是為了示出某些示例性實(shí)施例而不是為了限制這些實(shí)施例，圖1示意性地示出包括鏡頭20、紅外(IR)截止濾波器40、至少一個(gè)減炫光元件41、蓋玻璃42、成像芯片44和攝像機(jī)板46的攝像裝置100。鏡頭外殼30容納包括多個(gè)鏡頭元件22、24、25、26和28的鏡頭20。多個(gè)鏡頭元件22-28、IR截止濾波器40、至少一個(gè)減炫光元件41、蓋玻璃42、成像芯片44和攝像機(jī)板46與光學(xué)軸線150同軸。應(yīng)當(dāng)理解，IR截止濾波器40和至少一個(gè)減炫光元件41僅僅為了舉例說明而描繪，并且不適用于本文所述實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，雖然光學(xué)軸線150由于攝像機(jī)坐標(biāo)系被限定而在圖示實(shí)施例中為“縱向的”，但光學(xué)軸線150可包括從坐標(biāo)系基于其限定的原點(diǎn)起的任何角度。例如，光學(xué)軸線150可從車輛后部延伸并且包括當(dāng)世界坐標(biāo)系被限定時(shí)朝地面略微向下的俯仰角。來自光源的光102順序穿過鏡頭元件22-28中的每一個(gè)、IR截止濾波器40、至少一個(gè)減炫光元件41和蓋玻璃42，然后在成像芯片44處被接收。在圖示實(shí)施例中，蓋玻璃42被置于成像芯片44的頂部上。雖然術(shù)語“玻璃”被用來描述蓋玻璃42，但應(yīng)當(dāng)理解，可使用聚碳酸酯或塑料來代替玻璃。
[0029]在本文所述實(shí)施例中，攝像裝置100被構(gòu)造成捕獲主車輛后方的視場(FOV);然而，還應(yīng)當(dāng)理解，攝像裝置100可擴(kuò)展至捕獲主車輛前方和主車輛側(cè)面的F0V。在非限制性的示例性實(shí)施例中，攝像裝置100被構(gòu)造成以朝主車輛在上面行駛的地平面的向下俯仰捕獲180°的F0V。攝像裝置100能夠接收光或其它輻射，并且使用例如電荷耦合裝置(CXD)傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器中的一個(gè)將光能轉(zhuǎn)化為像素格式的電信號(hào)。攝像裝置可安裝在作為車輛一部分的任何合適的結(jié)構(gòu)內(nèi)部或上面，例如，保險(xiǎn)杠、擾流板、行李箱蓋、儀表板、格柵、側(cè)視鏡、門板等，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分理解和體會(huì)的那樣。來自攝像裝置100的圖像數(shù)據(jù)可通過與攝像機(jī)板46信號(hào)連通的非暫時(shí)性處理裝置48來處理以產(chǎn)生可顯示在包括主車輛內(nèi)的后視鏡顯示裝置50在內(nèi)的任何車輛顯示單元上的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，后視鏡顯示裝置50集成在車輛的人機(jī)界面(HMI)內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，后視鏡顯示裝置50集成在安裝在主車輛內(nèi)部的后視鏡內(nèi)。
[0030]控制模塊、模塊、控制、控制器、控制單元、處理器和類似的術(shù)語表示下列中的一個(gè)或多個(gè)的任一個(gè)或各種組合:(多個(gè))專用集成電路(ASIC)、(多個(gè))電子電路、(多個(gè))中央處理器(優(yōu)選(多個(gè))微處理器)和執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序或例程的相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)裝置(只讀、可編程只讀、隨機(jī)存取、硬盤驅(qū)動(dòng)器等)、(多個(gè))組合邏輯電路、(多個(gè))輸入/輸出電路和裝置、合適的信號(hào)調(diào)節(jié)和緩沖電路、以及提供所述功能的其它部件。軟件、固件、程序、指令、例程、代碼、算法和類似術(shù)語表示包括標(biāo)定值和查找表的任何指令集?？刂颇K具有為提供所需功能而執(zhí)行的一組控制例程。例程例如通過中央處理器執(zhí)行，并操作用于監(jiān)測來自感測裝置和其它聯(lián)網(wǎng)控制模塊的輸入，并且執(zhí)行控制和診斷例程以控制致動(dòng)器的操作。例程可以以規(guī)則的間隔執(zhí)行，例如，在進(jìn)行中的發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛操作期間每隔3.125、6.25、12.5、25和100毫秒進(jìn)行一次。備選地，可以響應(yīng)于事件的發(fā)生而執(zhí)行例程。
[0031]成像芯片44可以是具有像素傳感器的陣列的集成電路的感色成像芯片，每個(gè)像素傳感器包括光電檢測器和有源放大器，或者成像芯片44可以是單色傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，成像芯片是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器。在另一個(gè)實(shí)施例中，成像芯片是電荷耦合裝置(CXD)傳感器并且安裝到攝像裝置的攝像機(jī)板。C⑶和CMOS傳感器均通過采用對(duì)光做出反應(yīng)并將模擬信號(hào)存儲(chǔ)為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(即，捕獲的圖像)的感光電路而起作用。IR截止濾波器40可用來阻擋在超出預(yù)定波長的波長范圍內(nèi)的紅外光。阻擋紅外光的預(yù)定波長在一個(gè)實(shí)施例中可包括650nm。然而，預(yù)定波長不限于任何一個(gè)特定值并且在可設(shè)想的其它實(shí)施例中可包括680nm或700nm的波長。因此，可將IR截止濾波器40從圖1的示例性攝像裝置100移除。
[0032]C⑶傳感器是將光在其每一個(gè)像素或單元中記錄為小電荷的感光模擬裝置。實(shí)質(zhì)上，CCD是CCD單元的集合。CCD電路可包括用于將模擬信號(hào)傳輸?shù)接糜诖鎯?chǔ)由時(shí)鐘信號(hào)控制的數(shù)據(jù)的正反器的陣列的多層電容器(例如，級(jí))。因此，當(dāng)光被CCD傳感器接收時(shí)，CCD傳感器根據(jù)有多少光入射到特定CCD單元而獲取電荷，其中每個(gè)CCD單元可將其電荷轉(zhuǎn)移到其相鄰單元，然后轉(zhuǎn)移到外部電路?？刹捎媚?shù)轉(zhuǎn)換器將電荷讀取為一定范圍內(nèi)的整數(shù)。
[0033]在CMOS傳感器中，每個(gè)像素具有局部地執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的相鄰晶體管。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)像素可以是有源像素傳感器(APS)。成像邏輯集成在CMOS傳感器自身上，取代了對(duì)CCD傳感器執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換所需的附加電路的需求。因此，可以減少用于操作CMOS傳感器的功耗。雖然CMOS傳感器的設(shè)計(jì)可能由于集成電路而比CCD傳感器更昂貴，但CMOS傳感器可以在任何標(biāo)準(zhǔn)硅生產(chǎn)線上廉價(jià)地制造。CMOS傳感器的一個(gè)缺點(diǎn)是其由于集成在傳感器上的附加電路而比CCD傳感器噪音更大。
[0034]在捕獲的圖像內(nèi)的運(yùn)動(dòng)模糊可由攝像裝置的長曝光時(shí)間導(dǎo)致。曝光時(shí)間指示由攝像裝置100接收的光的積聚。減少圖像運(yùn)動(dòng)模糊的一種方法是減少圖像曝光時(shí)間和提高圖像敏感度。IR截止濾波器阻擋IR光。如果不采用IR截止濾波器(例如，圖1的IR截止濾波器40)，則圖像敏感度增加，但彩色保真度降低。如果采用IR截止濾波器，則圖像敏感度降低，但彩色保真度得以保持。應(yīng)當(dāng)理解，來自IR光傳輸?shù)脑黾拥膱D像敏感度是在夜間或者說是黑暗環(huán)境條件下捕獲圖像所期望的。因此，希望增加白天駕駛條件下的彩色保真度，并且增加或提高夜間駕駛條件下的圖像強(qiáng)度/敏感度。
[0035]圖2示出根據(jù)本公開的感色成像芯片600的非限制性示例。感色成像芯片600包括多個(gè)彩色像素602和成像芯片604。像素602中的每一個(gè)可一次在短曝光時(shí)間和長曝光時(shí)間中的一個(gè)之間調(diào)整。在一些實(shí)施例中，長曝光時(shí)間是在低光照或夜間環(huán)境條件下所期望的，以增加所接收的光的量值。成像芯片604可以是CMOS傳感器或CCD傳感器。CMOS和CXD傳感器對(duì)在延伸至約1，OOOnm的近紅外范圍內(nèi)的波長敏感，這導(dǎo)致由于提高的圖像敏感度但較差的色彩信息而不自然的圖像。多個(gè)彩色像素602包括均具有對(duì)光的相應(yīng)的響應(yīng)(波長)的綠色(Gr和Gb)、藍(lán)色(B)和紅色(R)像素。多個(gè)彩色像素的配置使增加的色彩敏感度成為可能；然而，額外地捕獲IR光的長曝光時(shí)間可導(dǎo)致扭曲圖像色彩保真度的較差彩色敏感度。因此，IR截止濾波器(例如，IR截止濾波器40)可用來有效地阻擋在超出預(yù)定波長的波長下的IR光，使得彩色保真度增加。然而，阻擋IR光降低可能在夜間駕駛條件下期望的圖像敏感度并且增強(qiáng)圖像運(yùn)動(dòng)模糊。因此，可以設(shè)想其中不采用IR截止濾波器40的實(shí)施例。
[0036]圖3示出根據(jù)本公開的多種色彩相對(duì)于波長的量子效率響應(yīng)分布的圖線702-708。如本文所用，術(shù)語“量子效率”(QE)是指成像傳感器對(duì)光的電敏感性的量度。在一個(gè)實(shí)施例中，成像傳感器包括圖2的成像芯片600。QE可被測量為每光子電子的百分比。備選地，QE可以安培/瓦特來測量。在圖示實(shí)施例中，水平的X軸線表示波長(nm)，并且豎直的I軸線表示QE響應(yīng)(%)。色彩信息由分別包括藍(lán)色⑶、綠色(Gb)、綠色(GR)和紅色(R) QE響應(yīng)分布702、704、706、708中每一個(gè)的相應(yīng)的QE響應(yīng)峰的虛線區(qū)域710封閉。虛線豎直線715表示預(yù)定波長，例如650nm，在該波長下，IR截止濾波器被用來阻擋在超出該預(yù)定波長的波長下的IR光的傳輸。因此，虛線豎直線右側(cè)的區(qū)域表示提供增強(qiáng)的圖像敏感度信息的IR區(qū)域，并且虛線豎直線715左側(cè)的區(qū)域表示具有色彩信息的真彩色或可見光區(qū)域。因此，在虛線豎直線715處沒有IR截止濾波器的情況下，成像芯片以扭曲圖像彩色保真度為代價(jià)接收增加的能量(例如，光功率)以提高圖像敏感度。然而，在虛線豎直線715具有IR截止濾波器的情況下，IR光在超出虛線豎直線715的波長下被有效地阻擋，使得圖像敏感度降低，但彩色保真度得以保持。應(yīng)當(dāng)理解，降低的圖像敏感度在夜間或低光照行駛條件下是不期望的，并可進(jìn)一步加重捕獲的圖像內(nèi)的運(yùn)動(dòng)模糊。
[0037]圖4示出分裂子像素成像芯片800的示例性實(shí)施例。分裂子像素成像芯片800包括色彩過濾部分802和曝光部分804。雖然不是單獨(dú)地區(qū)分，但色彩過濾部分802和曝光部分804為了舉例說明而分離以描述本文所討論的示例性實(shí)施例。像素850包括均由于不同的色彩過濾器而具有對(duì)光的各自響應(yīng)的綠色(Gr和Gb)、藍(lán)色⑶和紅色(R)像素。例如，色彩信息由色彩過濾部分802提供，其中僅綠光被允許通過綠色(Gr和Gb)像素中的每一個(gè)，僅紅色被允許通過紅色(R)像素，并且僅藍(lán)色被允許通過藍(lán)色(B)像素。應(yīng)當(dāng)理解，人眼對(duì)綠光更敏感。另外，具有四像素色彩過濾器(Gr、Gb、B和R)比3像素色彩過濾器更容易實(shí)現(xiàn)。因此，由于人眼對(duì)綠光更敏感并且希望利用4像素色彩過濾器設(shè)計(jì)，利用了兩個(gè)綠色像素(例如，Gr和Gb色彩過濾器)。參看曝光部分，每個(gè)像素850為包括短曝光子像素(S) 851和長曝光子像素(L) 852的分裂子像素。分解圖860示出包括短曝光子像素(S)851和長曝光子像素(L) 852的像素850。具有較高量值的光傳輸進(jìn)入長曝光子像素(L)而不是短曝光子像素(S)。換言之，長曝光子像素(L) 852包括較長的快門時(shí)間(或更大的區(qū)域)以增加進(jìn)入該像素的光的積聚。在非限制性實(shí)施例中，長曝光子像素和短曝光子像素對(duì)應(yīng)于尺寸上不相等的相應(yīng)的像素。
[0038]圖5示出根據(jù)本公開的包括施加在所選子像素上的IR通過濾波器涂層的分裂子像素成像芯片的示例性實(shí)施例。分裂子像素成像芯片900與圖4的分裂子像素成像芯片800基本上相同，其中類似的數(shù)字描述類似的特征。在圖示實(shí)施例中，具有“I”的像素950表示綠色(Gr)像素，具有“2”的像素950表示綠色(Gb)像素，具有“3”的像素950表示紅色(R)像素，并且具有“4”的像素950表示藍(lán)色(B)像素。曝光部分904包括施加在所選子像素上的IR通過濾波器涂層975。為了舉例說明，具有施加在其上的IR通過濾波器涂層975的所選子像素表示為帶陰影的，相比之下，不具有施加在其上的IR通過濾波器涂層的子像素表示為虛線。如本文所用，術(shù)語“ IR通過濾波器涂層”是指預(yù)定部分的波長，在該波長下，IR光被允許傳輸通過所選子像素，同時(shí)包括色彩信息的可見光被阻擋。應(yīng)當(dāng)理解，不具有施加到其的IR通過濾波器的子像素仍然允許IR光傳輸通過其中，只要不采用IR截止濾波器，但不阻擋在指定色彩光譜內(nèi)例如在綠色(G)色彩光譜內(nèi)的可見光。在圖示實(shí)施例中，預(yù)定部分的波長包括預(yù)定范圍的波長(例如，720-950nm)。然而，可以設(shè)想其中預(yù)定部分的波長包括超出預(yù)定波長(例如，720nm)的任何波長的實(shí)施例。本文的實(shí)施例涉及包括圖5的分裂子像素成像芯片900的攝像裝置100的成像芯片41。
[0039]本文的實(shí)施例涉及僅施加在對(duì)應(yīng)于所選色彩的像素950中的僅所選那些的子像素951或952中的所選那些上的IR通過濾波器涂層975。在圖示實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于所選色彩的像素950中的所選那些包括如由“I”和“2”表示的綠色(Gr和/或Gb)像素950。然而，本公開不限制將IR通過濾波器涂層975施加在紅色(R)像素中的所選那些或藍(lán)色(B)像素中的所選那些上。應(yīng)當(dāng)理解，雖然曝光部分904在圖5的圖示實(shí)施例中描繪具有施加到其的IR通過濾波器975的用于由“2”表示的綠色(Gb)像素950的所有短曝光子像素951和用于由“I”表示的綠色(Gr)像素950的所有長曝光子像素952，但在多個(gè)像素950中這些子像素951和952的僅一部分將具有施加到其的IR通過濾波器。該部分將被稱為對(duì)應(yīng)于“所選色彩”的像素的“所選那些”。
[0040]由于IR光被允許傳輸通過在預(yù)定波長范圍內(nèi)的所選子像素951或952，同時(shí)包括色彩信息的可見光被阻擋在其外，因此將圖像敏感度與真色彩信息有效地分離。如參照?qǐng)D7的流程圖1100進(jìn)一步描述的，該阻擋的色彩信息可在可見光譜范圍內(nèi)被重構(gòu)以使得能夠?yàn)榫G色(Gr和/或Gb)像素950中所選那些的子像素951或952中的所選那些獲得和分離真色彩信息和圖像敏感度信息。如上文參照?qǐng)D2的非限制性的示例性感色成像芯片600所描述的，未分離地包括色彩信息和圖像敏感度信息導(dǎo)致扭曲的彩色保真度和增加的圖像運(yùn)動(dòng)模糊。類似地，雖然采用IR截止濾波器將保存和保持彩色保真度，但它以降低圖像敏感度為代價(jià)，圖像敏感度是在夜間和低光照行駛條件下所需的。因此，在所選的子像素上施加IR通過濾波器涂層使真色彩信息能夠與圖像敏感度信息分離，使得成像芯片900 (例如，圖1的成像芯片44)能夠保持敏感度并提高彩色保真度。另外，圖像總曝光時(shí)間可被減少以減少圖像運(yùn)動(dòng)模糊。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)攝像裝置100不采用圖1的IR截止濾波器40時(shí)，像素950的子像素951和952在夜間或低光照行駛條件下實(shí)現(xiàn)比采用IR截止濾波器時(shí)更高的低光照敏感度。
[0041]圖6示出根據(jù)本公開的對(duì)于包括施加在所選子像素上的IR通過濾波器涂層的示例性的分裂子像素成像芯片來說多種色彩相對(duì)于波長的QE響應(yīng)分布的非限制性圖線1000。水平的X軸線表示波長(nm)，并且豎直的y軸線表示響應(yīng)，即QR響應(yīng)(%)。多種色彩的QE響應(yīng)分布分別包括藍(lán)色(B)、綠色(Gb)、綠色(Gr)和紅色(R)像素響應(yīng)分布1002、1004、1006、1008。虛線豎直線1015表示預(yù)定波長，例如，720nm，在該波長下，IR通過濾波器涂層被施加到在Gr和Gb像素中的每一個(gè)中的長曝光和短曝光分裂子像素中的所選的那些。IR通過濾波器涂層可阻擋在可見光譜范圍內(nèi)的所有可見光。就本公開的目的而言，術(shù)語“可見光”和“色彩信息”將可互換使用。應(yīng)當(dāng)理解，虛線豎直線1015右側(cè)的區(qū)域表示具有增強(qiáng)的圖像敏感度信息的IR區(qū)域，例如，接近灰度圖像，并且虛線豎直線1015左側(cè)的區(qū)域表示具有增強(qiáng)的色彩信息的真色彩或可見區(qū)域。如在非限制性圖線1000中所示，由在Gr和Gb像素的所選子像素上的IR通過濾波器涂層阻擋的色彩信息可通過用Gr和Gb像素的不具有施加到其的IR通過濾波器涂層的剩余子像素的QE響應(yīng)(S卩，非IR通過濾波器QE響應(yīng))減去所選子像素的QE響應(yīng)(即，IR通過濾波器QE響應(yīng))而在可見范圍內(nèi)重構(gòu)。如本文所用，術(shù)語“IR通過濾波器QE響應(yīng)”是指具有施加到其的IR通過濾波器涂層的所選子像素的累積強(qiáng)度，并且術(shù)語“非IR通過濾波器QE響應(yīng)”是指不具有施加到其的IR通過濾波器涂層的剩余子像素的累積強(qiáng)度。例如，對(duì)于Gr和Gb像素來說，所選子像素的累積強(qiáng)度(即，IR通過濾波器QE響應(yīng))被從剩余子像素的累積強(qiáng)度(即，非IR通過濾波器QE響應(yīng))中減去。Gr和Gb像素的色彩信息的重構(gòu)有效地分離了圖像敏感度信息和色彩信息。
[0042]另外，所選子像素的IR通過濾波器QE響應(yīng)可用來使用非限制性圖線1000中描繪的相應(yīng)的QE響應(yīng)分布1002-1008來逼近R和B像素的子像素中的每一個(gè)的IR通過濾波器QE響應(yīng)。具體而言，具有施加到其的IR通過濾波器的所選子像素的累積強(qiáng)度被用來逼近不具有施加到其的IR通過濾波器涂層的R和B像素的子像素中的每一個(gè)的累積強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)理解，可利用諸如內(nèi)插法的方法來補(bǔ)償QE響應(yīng)分布之間的差值，從而可以獲得準(zhǔn)確的逼近。例如，由于具有施加到其的IR通過濾波器涂層的所選那些子像素非常接近相鄰的R、B、G子像素，可以作出在不具有施加到其的IR通過濾波器涂層的這些相鄰子像素上的累積強(qiáng)度非常類似的假設(shè)。因此，來自具有施加到其的IR通過濾波器涂層的子像素中的所選那些的累積強(qiáng)度可用來逼近相鄰子像素的累積強(qiáng)度，好像IR通過濾波器涂層被施加那樣，即使不存在這樣的施加。如本文所用，術(shù)語“逼近的IR通過濾波器QE響應(yīng)”是指與指示IR通過濾波器被施加到對(duì)應(yīng)的子像素的累積強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)的QE響應(yīng)，即使不存在這樣的施加。如本文所用，術(shù)語“對(duì)應(yīng)子像素”是指長曝光時(shí)間和短曝光時(shí)間中同一個(gè)的子像素。然后，為R和B像素中相應(yīng)的那些獲得的逼近的IR通過濾波器QE響應(yīng)可用來為對(duì)應(yīng)像素在可見光譜范圍內(nèi)重構(gòu)色彩信息，使得圖像敏感度信息和色彩信息被有效地分離。因此，可使用包括在所選子像素上施加IR通過濾波器涂層的示例性分裂子像素成像芯片來獲得提高的低光照?qǐng)D像敏感度以及正確的色彩信息。
[0043]圖7示出根據(jù)本公開的用于使用圖5的示例性的分裂子像素成像芯片900提高由圖1的攝像裝置捕獲的圖像的圖像敏感度和色彩信息的示例性流程圖1100。示例性流程圖1100將參照?qǐng)D6所示QE響應(yīng)分布1002-1008的非限制性圖線1000來進(jìn)行描述。表I作為圖6的要點(diǎn)提供，其中帶數(shù)字編號(hào)的框和對(duì)應(yīng)的功能闡述如下。
[0044]表I
【權(quán)利要求】
1.一種用于捕獲圖像的設(shè)備，包括: 多個(gè)鏡頭元件，其同軸地容納在鏡頭外殼內(nèi)；以及 分裂子像素成像芯片，其包括施加在所選子像素上的IR通過濾波器涂層，所述子像素包括用于多個(gè)綠色像素、藍(lán)色像素和紅色像素中的每一個(gè)的長曝光子像素和短曝光子像素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述IR通過濾波器涂層被施加在對(duì)應(yīng)于所選色彩的所述像素中的僅所選那些的所述子像素中的所選那些上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述所選色彩包括綠色。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述IR通過濾波器涂層允許在預(yù)定波長范圍內(nèi)的近紅外光傳輸通過所述所選子像素，同時(shí)阻擋包括色彩信息的可見光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述IR通過濾波器涂層允許超出預(yù)定波長的近紅外光傳輸通過所述所選子像素，同時(shí)阻擋包括色彩信息的可見光。
6.一種用于使用包括均包括長曝光子像素和短曝光子像素的多個(gè)感色像素的分裂子像素成像芯片為由攝像裝置捕獲的圖像提高圖像敏感度和色彩信息的方法，包括: 在所選子像素上施加IR通過濾波器涂層，所述IR通過濾波器涂層允許在預(yù)定部分的波長內(nèi)的近紅外光傳輸通過所述所選子像素，同時(shí)阻擋包括色彩信息的可見光傳輸通過所述所選子像素；以及 基于在所述所選子像素上的所述施加的IR通過濾波器涂層為所述多個(gè)感色像素的所述長曝光和短曝光子像素重構(gòu)可見光譜范圍內(nèi)的色彩信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中將所述IR通過濾波器涂層施加在所選子像素上包括: 僅在對(duì)應(yīng)于所選色彩的所述像素中的僅所選那些的所述長曝光和短曝光子像素中的所選那些上施加所述IR通過濾波器涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中為所述多個(gè)感色像素的所述長曝光和短曝光子像素重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的色彩信息包括: 對(duì)于對(duì)應(yīng)于所述所選色彩的所有像素的所述長曝光子像素來說，基于用不具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層且對(duì)應(yīng)于所述所選色彩的所述長曝光子像素中的一個(gè)的響應(yīng)減去具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選長曝光子像素中的一個(gè)的響應(yīng)來重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的所述色彩信息；以及 對(duì)于對(duì)應(yīng)于所述第二色彩的所有像素的所述短曝光子像素來說，基于用不具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層且對(duì)應(yīng)于所述所選色彩的所述短曝光子像素中的一個(gè)的響應(yīng)減去具有施加到其的所述IR通過濾波器涂層的所述所選短曝光子像素中的一個(gè)的響應(yīng)來重構(gòu)所述可見光譜范圍內(nèi)的所述色彩信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括: 基于僅施加在所述長曝光和短曝光子像素中的所述所選那些上的所述IR通過濾波器為對(duì)應(yīng)于第一色彩的所有像素的所述長曝光和短曝光子像素重構(gòu)可見光譜范圍內(nèi)的色彩信息。
10.一種用于捕獲圖像的設(shè)備，包括: 分裂子像素成像芯片，其接 收傳輸通過非球面鏡頭元件的光并包括多個(gè)綠色像素、藍(lán)色像素和紅色像素，每個(gè)像素包括長曝光子像素和短曝光子像素，所述分裂子像素成像芯片包括施加在用于所述綠色像素中所選那些的所述長曝光子像素和短曝光子像素中的所選那些上的IR通過濾波 器涂層。
【文檔編號(hào)】H04N5/235GK103905801SQ201310725145
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】W.張, J.王, K.S.利貝克, J.S.皮亞塞基, R.M.弗拉克斯, T.S.赫斯特 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司