技术摘要：
本发明提供一种图像传感器及信号处理方法。所述图像传感器包括：滤光层，用于对入射光的波段进行选择，以及光电转换层，用于将透过所述滤光层的光信号转换为电信号。其中，所述滤光层包括滤光区域的阵列，至少一个所述滤光区域中设置有特定颜色的滤光片，且设置有滤光  全部
背景技术：
图像传感器广泛应用于各种数字成像设备，用来捕获数字图像。图1为现有技术中 一种图像传感器的RGB滤光层的平面图，图2为现有技术中一种图像传感器的断面图。每个 像素10包括三个子像素：红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，三个子像素分别覆盖有红 色滤光片11、绿色滤光片12和蓝色滤光片13，从而使得入射光在滤光层被过滤成三原色的 光线。 如图2所示，在滤光层10的下方设置有光电转换层30，每个像素10分别包括三个光 电转换元件31、32、33，经过红色滤光片11、绿色滤光片12和蓝色滤光片13后的光线分别投 射到三个光电转换元件31、32、33，得到单色的电信号，并最终合成彩色图像。每个子像素还 包括开关晶体管和其他电子元件，比如复位和放大用的晶体管(图中未示出)。在不同颜色 的滤光片之间填充有不透光的黑色遮光层14，通常是掺碳粉的有机薄膜，称为黑矩阵或BM (Black  Matrix)。黑色遮光层14的作用是防止相邻不同颜色的光线发生串扰导致混色，以 及防止光电转换层中的信号线和控制线的金属反光。在黑色遮光层14的下方通常是金属线 34，例如信号线和控制线。 图3为一种自然太阳光在透过RGB滤光层后的功率频谱图。其中，L1表示自然太阳 光的功率频谱，L2、L3和L4分别表示自然太阳光在透过蓝色滤光片、绿色滤光片和红色滤光 片后的光线的功率频谱。从图3中可以看出，对于每个滤光片来说，除了对特定颜色的单色 光有一定的透过衰减之外，对其他颜色的光线基本上不透过。也就是说，使用RGB滤光层至 少阻隔了2/3的入射光通量。对于图像传感器来说，除了有辅助照明的情况以外，入射光的 光谱和强度通常是有限的，因此采用RGB滤光层对于图像信噪比有极大的衰减作用。 为了提高图像传感器在低光照场景下的摄像能力，产生了各种彩色滤光层的新技 术。例如，在一种图像传感器的结构中，每个像素包括RG双色子像素以及一个透明的白色子 像素，得到RGW像素结构，在另一种图像传感器的结构中，每个像素包括RGB三色子像素以及 一个透明的白色子像素，得到了RGBW像素结构。这两种结构通过加入了全透明的白色子像 素，提高了滤光层的入射光通量，使得图像传感器对于入射光的灵敏度有了一定的提高。为 了确保获得足够的颜色信息，白色子像素数量不能过多，因此该种像素结构中仍然有相当 多的光能量被彩色滤光层所吸收或阻隔。 另外，为了进一步提高在极低光照环境下的图像传感器的光灵敏度，现有技术中 还出现了一种稀疏彩色矩阵。在该稀疏彩色矩阵中，超过半数的子像素是没有彩色滤光片 的白色子像素，从而可以大幅度地提高入射光的利用率或图像传感器的光灵敏度。然而，采 用该种结构在采集图像时，如果整个画面上存在若干个小面积的彩色图形，这些小面积的 彩色图形则有很大几率正好落入没有彩色滤光片的子像素范围内，从而被图像传感器所遗 漏。当这些小面积的彩色图形是重要颜色标识，例如交通信号灯时，就会给观察者带来十分 4 CN 111601022 A 说　明　书 2/12 页 不利的后果。虽然增加覆盖彩色滤光片的像素的数目可以降低遗漏重要彩色图形的风险， 但是难以在提高光灵敏度和不遗漏重要彩色图形之间获得平衡，无法同时满足这两个要 求。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种图像传感器及信号处理方 法，提高图像传感器光灵敏度的同时可以避免遗漏彩色图形。 根据本发明的一个方面，提供一种图像传感器，沿入射光的方向依次包括滤光层， 用于对入射光的波段进行选择，以及光电转换层，用于将透过所述滤光层的光信号转换为 电信号。其中，所述滤光层包括滤光区域的阵列，至少一个所述滤光区域中设置有特定颜色 的滤光片，且设置有滤光片的滤光区域对其他颜色光的透过率与对特定颜色光的透过率的 比值为20％～80％，从而提高了滤光层对于白色光线的光通过量，进而提高图像传感器的 光灵敏度。 在一些实施例中，所述滤光片的面积为所述滤光区域的有效透光面积的20％～ 80％，从而提高了滤光区域对于白色光线的光通过量，不同颜色的滤光片的面积可以相同， 也可以彼此不同。 在一些实施例中，所述滤光片位于所述滤光区域的中部。 在一些实施例中，所述滤光区域的阵列上相邻的所述滤光区域之间未设置黑色遮 光层。 在一些实施例中，相邻两个光电转换元件之间设置有金属线，所述金属线的表面 涂覆有抗反光膜或光吸收膜，以减小金属反射。 在一些实施例中，各个所述滤光片的中心到相邻滤光片的中心的距离相等，即滤 光片均匀分布于滤光层中。 在一些实施例中，所述滤光片排列成蜂巢式阵列结构，且每个所述滤光区域被其 他颜色的滤光区域所环绕。 在一些实施例中，相邻两个所述滤光片之间设置有透明涂层。 在一些实施例中，所述滤光片的厚度满足：所述滤光片对其他颜色光的透过率与 对特定颜色光的透过率的比值为20％～80％，不同颜色的滤光片的面积可以相同，也可以 彼此不同。 在一些实施例中，所述滤光片的面积小于所述滤光区域的面积，且所述滤光片的 面积和厚度满足：所述滤光区域对其他颜色光的透过率与对特定颜色光的透过率的比值为 20％～80％。 在一些实施例中，至少一个所述滤光区域为没有滤光片的透明区域。 本发明另一方面还提供一种图像传感器的信号处理方法，应用于所述的图像传感 器，所述方法包括如下步骤： 接收每个光电转换元件的输出电信号； 根据预先测量好的每个滤光区域对各种颜色光的透过率，计算入射光中各种颜色 的实际入射光通量； 根据计算获得的所述各种颜色的实际入射光通量输出各种颜色和相应的亮度信 5 CN 111601022 A 说　明　书 3/12 页 号到显示器。 在一些实施例中，采用如下公式计算入射光中各种颜色的实际入射光通量： 其中，Si为第i种滤光区域对应的光电转换元件输出的电信号，i∈n，n为不同滤光 区域的种类数； j∈m，m为不同颜色的种类数，n≥m，ηj为光电转换元件对第j种颜色入射光的光电 转换量子效率， 为第j种颜色的实际入射光通量，Aij为第i种滤光区域对于第j种颜色入 射光的吸收系数，di为第i种滤光区域中滤光片的厚度。 在一些实施例中，采用如下公式计算入射光中各种颜色的实际入射光通量： 其中，Sj为第j种颜色对应的光电转换元件输出的电信号，j∈m，m为颜色的种类 数， 为第j种颜色的实际入射光通量，Kj为第j种颜色的滤光片的面积与所述滤光区域的 有效透光面积的比值，Ij为第j种颜色的滤光片对第j种颜色的光透过率和光电转换元件对 第j种颜色入射光的光电转换量子效率的乘积，ηj为光电转换元件对第j种颜色的光电转换 量子效率，Sw为所述滤光区域在没有滤光片时光电转换元件输出的电信号。 在一些实施例中，所述根据入射光中各种颜色的实际入射光通量输出颜色信号之 后，还包括如下步骤： 根据输出的颜色信号处理已获得的黑白图像，为所述黑白图像赋予颜色特征或者 进行染色处理。 综上所述，本发明的图像传感器通过设置具有滤光片的滤光区域中不同颜色的光 通量，减小滤光区域对其他颜色光的吸收，从而提高了滤光层对于白色光线的的光通过量， 提高了图像传感器的光灵敏度，提高了在微弱光照环境下采集到的图像的信噪比；进一步 地，通过控制设置滤光片的滤光区域的数量，无需大量设置完全透明的白色子像素，从而可 以避免遗漏任何微小的彩色图形甚至彩色斑点。 附图说明 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显。 图1为现有技术中一种图像传感器的滤光层的平面图； 图2为现有技术中一种图像传感器的断面图； 图3为一种自然太阳光在透过RGB滤光层后的功率频谱图； 图4为本发明第一实施例的单个滤光区域的光透射示意图； 图5为本发明第一实施例的图像传感器的滤光层的平面图； 图6为本发明第一实施例的图像传感器的断面图； 6 CN 111601022 A 说　明　书 4/12 页 图7为本发明第二实施例的图像传感器的滤光层的平面图； 图8是本发明第二实施例的图像传感器的断面图； 图9是本发明第三实施例的图像传感器的滤光层的平面图； 图10是本发明第三实施例的图像传感器的断面图； 图11是本发明第四实施例单个滤光区域的光透射示意图； 图12是本发明第四实施例的图像传感器的滤光层的平面图； 图13是本发明第四实施例的图像传感器的断面图； 图14是本发明第五实施例的图像传感器的滤光层的平面图； 图15是本发明第五实施例的图像传感器的断面图； 图16是本发明第六实施例的图像传感器的滤光层的平面图； 图17是本发明第六实施例的图像传感器的断面图； 图18是本发明第七实施例的图像传感器的滤光层的平面图； 图19是本发明第七实施例的图像传感器的断面图； 图20是本发明第八实施例的图像传感器的滤光层的平面图； 图21是本发明第九实施例的图像传感器的滤光层的平面图； 图22是本发明一种图像传感器的信号处理方法的流程图； 图23是一种图像传感器采集的信噪比和滤光片面积占比的关系示意图。