[发明专利]一种可实现彩色成像的多光谱成像芯片及彩色成像方法

权利要求书

1.一种可实现彩色成像的多光谱成像芯片，其特征在于，该芯片包括多光谱芯片本体、色彩还原模块；其中，所述多光谱芯片本体包括光谱调制模块、光谱反演模块；所述光谱调制模块，通过由已知且透光率不同的N种材料形成的滤光薄膜来实现光谱分光；通过滤光薄膜下的光电转换基底将经过滤光薄膜分光后的光信号转换成为电信号，经过放大及模数转换后转为数字信号或者编码输出；

所述光谱反演模块与光谱调制模块电连接，用于根据光谱调制模块输出的光信号强度信息和对应像素位置信息，反演出入射光谱信息；

所述色彩还原模块，根据人眼的视觉响应曲线建立由光谱到颜色变换矩阵，将多光谱芯片本体输出的光谱信息转换为RGB图像，转换方法为光谱信息乘以光谱到颜色变化矩阵；

所述光谱到颜色变化矩阵的确定方法为：

步骤S1、获取已知三基色值色块或样品的光谱数据：利用多光谱芯片本体分别测量多种色块或单一颜色样品的光谱信息，其用I_j(N)表示，即I_j(N)为光谱测量值，是已知数，N表示N种光谱透过率不同的滤光薄膜材料，j表示第j个色块；

步骤S2、计算光谱到颜色变化矩阵：由于每个色块的三基色值是已知的，即I_j(R、G、B)已知；假设存在变换矩阵[M]，使得下式成立，则上述过程描述为：

I_j(R、G、B)＝[M]·I_j(N)      (1)

其中，I_j(R、G、B)和I_j(N)均为已知，所以[M]由下式给出；

矩阵[M]即为光谱到颜色变化矩阵。

2.根据权利要求1所述的可实现彩色成像的多光谱成像芯片，其特征在于，所述光谱调制模块包括光电转换基底、设置在光电转换基底上面的滤光薄膜；其中，所述光电转换基底，用于将光信号转化为电信号并以数字信号或者编码输出；所述滤光薄膜，用于将入射光光谱进行区分，滤光薄膜为单层结构，其是由已知且透光率不同的N种材料通过逐一涂覆、刻蚀后拼接而成，滤光薄膜包括N个周期，每个周期包括T₁、T₂......T_n个单元，每个单元覆盖光电转换基底上的M个像素，其中M大于等于1，所有单元构成周期性结构，覆盖光电转换基底上的所有像素，与每个像素对应的滤光薄膜具有相同或者不同的光谱透过率，实现光谱分光。

3.根据权利要求1所述的可实现彩色成像的多光谱成像芯片，其特征在于，所述色彩还原模块集成于多光谱芯片本体内部，或独立安装在计算机、云端、手机上。

4.根据权利要求2所述的可实现彩色成像的多光谱成像芯片，其特征在于，在所述滤光薄膜上设置有微透镜阵列，所述微透镜阵列上的每个微透镜与光电转换基底的光电转换基底像素一一对应，用于将入射光光束进行汇聚。

5.根据权利要求2所述的可实现彩色成像的多光谱成像芯片，其特征在于，所述光电转换基底为硅基图像传感器，具体为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。