[发明专利]一种具有多通道窄带滤色片阵列的图像传感器

说明书

本发明提供一种具有多通道窄带滤色片阵列的图像传感器。该图像传感器包括二维光敏像素阵列和多通道窄带滤色片阵列，滤色片阵列位于光敏像素阵列感光面的上方，且每一个光敏像素对应一个带宽的窄带滤色片；光敏像素阵列和滤色片阵列均由最小重复单元重复排列组成，最小重复单元分别由n*n个光敏像素或者窄带滤色片构成，其中n为大于2的正整数。本发明的图像传感器具有多通道窄带滤色片阵列，能够进行高光谱成像，可以同时获得光谱分辨率和空间分辨率，可以快速、高性能地获得光谱信息和空间信息，集成度高，成本低。

技术领域

本发明涉及图像传感器的高光谱成像技术，尤其将成像技术和光谱技术相结合，同时获得目标的空间信息和光谱信息。更重要的是通过多通道窄带滤色片阵列的方案实现了图像传感器对光谱信息的直接获取，实现容易，集成度高，是一种具有多通道窄带滤色片阵列用于高光谱成像的图像传感器。

背景技术

高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其最突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机地结合在一起的一门新兴技术。

高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外(200-2500nm)的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。

高光谱成像技术具有超多波段(上百个波段)、高的光谱分辨率(几个nm)、波段窄(≤10-2λ)、光谱范围广(200-2500nm)和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹”效应，根据不同物不同谱，同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。

然而，现有的高光谱成像技术除需要通常的图像传感器外，还需要有各种光谱仪或分光设备的配合，整个成像系统体积较大，集成度低，工作速度慢，设备复杂，造价高昂，难以满足人们日常使用的要求。

发明内容

如何能够快速、高性能的进行高光谱成像并且系统集成度高、成本低是需要解决的技术问题，因此本发明提出了一种具有多通道窄带滤色片阵列用于高光谱成像的图像传感器。

本发明采用的技术方案如下：

一种具有多通道窄带滤色片阵列的图像传感器，包括二维光敏像素阵列和多通道窄带滤色片阵列，滤色片阵列位于光敏像素阵列感光面的上方，且每一个光敏像素对应一个带宽的窄带滤色片；所述光敏像素阵列和滤色片阵列均由最小重复单元重复排列组成，所述最小重复单元分别由n*n个光敏像素或者窄带滤色片构成，其中n为大于2的正整数。

进一步地，所述光敏像素为全色像素。

进一步地，所述滤色片阵列的最小重复单元由响应波段不同的窄带滤色片构成。

进一步地，所述窄带滤色片的响应带宽<40nm，所述滤色片阵列的响应波段为200nm～2500nm。

进一步地，所述滤色片为带通滤色片或截止滤色片。

进一步地，当所述最小重复单元排列为偶数行列时，每一个光敏像素的高光谱数据为以该像素为左上角、左下角、右上角或右下角的最小重复单元内所有像素在其各自对应波段内的光谱响应之合；当所述最小重复单元排列为奇数行列时，每一个光敏像素的高光谱数据为以该像素为中心点的最小重复单元内所有像素在其各自对应波段内的光谱响应之合。

本发明的有益效果是：通过滤色片阵列控制每一个光敏像素所感知的波段，再利用滤色片阵列最小重复单元内各像素数据的插值或加权算法获得单个光敏像素所对应目标点的各个波段的光谱响应，得到最终的高光谱图像。其具体的特点和优越性有：