[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

说明书

可实现彩色成像的多光谱成像芯片及彩色成像方法，该芯片包括多光谱芯片本体、色彩还原模块；其中，多光谱芯片本体包括光谱调制模块、光谱反演模块；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；光谱反演模块，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；色彩还原模块，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。该芯片将光谱信息转换为RGB图像，充分利用光谱图像信息量大的优点，实现高保真的彩色成像功能。

技术领域

本发明属于多光谱芯片领域，涉及可实现彩色成像的多光谱成像芯片及彩色成像方法。

背景技术

虽然成像技术和光谱技术均有着广阔的应用前景，然而从目前可以公开检索到论文和专利等资料来分析，尚未检索到可实现彩色成像的多光谱成像芯片及其色彩还原技术。与本专利有部分相关的技术有基于液晶可调变滤色器的光谱图像获取及颜色重建方法。在颜色重建方面的资料有：[田立勋,廖宁放,王佳佳,柴阿丽,谭博能,廉玉生.基于液晶可调变滤色器的光谱图像获取及颜色重建方法[J].光学技术,2012,38(05):593-597]；然而，该液晶可调谐滤色器体积大，需要时间调谐才能获得图像，无法集成到芯片上；同时液晶可调谐滤色器每个时刻只能采集单一波长的图像，需要经过一段时间的扫描才能获得全谱段的信息，进而进行颜色的重建，耗时长。

在光谱芯片方面，可以检索到的相关资料有：一是以欧洲IMEC为代表的采用法布里-珀罗干涉滤光的方法，其专利包括[国外专利:EP2746740,2014-06-25.Gonzalez,Pilar；Jayapala,Murali；Lambrechts,Andy；Tack,Nicolaas.Spectral imaging deviceand method to calibrate the same[P]]；二是以中国科学院西安光机所等单位为代表的基于表面超材料的技术方案，其专利和论文包括[CN 106847849 B,一种基于超表面窄带滤光的多光谱芯片及其制备方法[P]]，[Zhu Wang，Soongyu Yi etc，Single-shot on-chipspectral sensors based on photonic crystal slab，nature，doi：10.1038/s41467-019-08994-5[J]]；三是以清华大学为代表基于量子点和浙江大学基于碳纳米线等新型材料的技术方案，其论文包括[Jie BaoMoungi G.Bawendi，nature--A colloidal quantumdot spectrometer doi:10.1038/nature14576[J]]，[Yang et al.,Single-nanowirespectrometers，Science 365,1017–1020(2019)，DOI:10.1126/science.aax8814[J]]。从上述公开的材料来看，上述光谱芯片均未报导可以实现彩色图像的功能，主要原因是色散单元结构尺寸较大，难以做到与每个像素对应，降低了空间分辨率，难以实现较好的彩色成像效果。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种可实现彩色成像的多光谱成像芯片，以解决现有多光谱成像芯片无法实现彩色成像的功能。

为实现上述目的，本发明具体是采用如下技术方案实现的：

一种可实现彩色成像的多光谱成像芯片，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；