彩色影像傳感器及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種影像傳感器，具體地，涉及一種可通過(guò)后處理以消除紅外光成分影響的彩色影像傳感器及其彩色濾光層配置與操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]公知的彩色影像傳感器(color image sensor)中，影像感測(cè)陣列的各像素上分別覆蓋有紅色、綠色及藍(lán)色彩色濾光層(color filter)，以使彩色濾光層下方的像素僅能感測(cè)特定光譜范圍的能量。
[0003]例如，圖1分別顯示紅色、綠色及藍(lán)色彩色濾光層的歸一化波長(zhǎng)響應(yīng)(normalizedwavelength response)。從圖1中可清楚看出大約800納米(nm)以上的紅外光(IR light)仍能夠穿過(guò)紅色、綠色及藍(lán)色彩色濾光層。由于像素是用于感測(cè)照射至其感測(cè)面的光能量，當(dāng)其上方的彩色濾光層無(wú)法有效阻擋紅外光時(shí)，各像素所輸出的偵測(cè)信號(hào)則同時(shí)包含有紅外光成分的光能量。例如，被紅色彩色濾光層覆蓋的像素的偵測(cè)信號(hào)同時(shí)包含了紅光及紅外光的光成分，被綠色彩色濾光層覆蓋的像素的偵測(cè)信號(hào)同時(shí)包含了綠光及紅外光的光成分，被藍(lán)色彩色濾光層覆蓋的像素的偵測(cè)信號(hào)同時(shí)包含了藍(lán)光及紅外光的光成分。尤其，當(dāng)環(huán)境中另外存在紅外光光源時(shí)，偵測(cè)信號(hào)中的紅外光成分的能量有可能超過(guò)紅、綠、藍(lán)光成分的能量，則可能導(dǎo)致無(wú)法正確偵測(cè)各色光的情形。
[0004]上述紅外光成分會(huì)在某些應(yīng)用中產(chǎn)生明顯的影響。例如，若想要根據(jù)紅色光、綠色光及藍(lán)色光的偵測(cè)信號(hào)重建環(huán)境光光譜(ambient light spectrum)時(shí)，可能會(huì)因紅外光成分的存在而無(wú)法重建正確的波長(zhǎng)響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提出一種可克服上述公知的彩色影像傳感器缺點(diǎn)的彩色影像傳感器及其彩色濾光層配置與操作方法。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種彩色影像傳感器及其操作方法，其可通過(guò)后處理(post-processing)消除紅外光成分以提高色彩感測(cè)的精確度及重建寬廣的可見(jiàn)光響應(yīng)(broad visible light response)。
[0007]本發(fā)明另一目的在于提供一種彩色影像傳感器的彩色濾光層配置，其可同時(shí)實(shí)現(xiàn)手勢(shì)辨識(shí)以及環(huán)境光偵測(cè)的功效。
[0008]本發(fā)明提供一種彩色影像傳感器，其包含感測(cè)陣列及處理單元。所述感測(cè)陣列包含紅色像素、綠色像素、藍(lán)色像素、紅綠色像素以及紅藍(lán)色像素，分別用于輸出偵測(cè)信號(hào)。所述處理單元用于計(jì)算所述紅色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)與所述紅綠色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)的信號(hào)差以作為紅色偵測(cè)信號(hào)，計(jì)算所述綠色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)與所述紅綠色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)的信號(hào)差以作為綠色偵測(cè)信號(hào)，并計(jì)算所述藍(lán)色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)與所述紅藍(lán)色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)的信號(hào)差以作為藍(lán)色偵測(cè)信號(hào)。藉此，可建立紅、綠、藍(lán)色光的正確波長(zhǎng)響應(yīng)。
[0009]本發(fā)明還提供一種彩色影像傳感器，其包含感測(cè)陣列以及多個(gè)紅色濾光層、多個(gè)綠色濾光層、多個(gè)藍(lán)色濾光層、多個(gè)紅綠色濾光層以及多個(gè)紅藍(lán)色濾光層。所述感測(cè)陣列包含多個(gè)感測(cè)像素，分別輸出偵測(cè)信號(hào)，其中所述多個(gè)感測(cè)像素被劃分為至少兩個(gè)像素區(qū)域且所述多個(gè)像素區(qū)域中每一者的所有感測(cè)像素的偵測(cè)信號(hào)用于形成偵測(cè)信號(hào)之和或平均偵測(cè)信號(hào)。所述多個(gè)紅色濾光層、所述多個(gè)綠色濾光層、所述多個(gè)藍(lán)色濾光層、所述多個(gè)紅綠色濾光層以及所述多個(gè)紅藍(lán)色濾光層分別形成于所述多個(gè)感測(cè)像素上以形成多個(gè)紅色像素、多個(gè)綠色像素、多個(gè)藍(lán)色像素、多個(gè)紅綠色像素以及多個(gè)紅藍(lán)色像素；其中，所述多個(gè)像素區(qū)域包含相同數(shù)目的所述紅色像素、相同數(shù)目的所述綠色像素、相同數(shù)目的所述藍(lán)色像素、相同數(shù)目的所述紅綠色像素以及相同數(shù)目的所述紅藍(lán)色像素。藉此，使用此種彩色濾光層配置的彩色影像傳感器可適用于手勢(shì)辨識(shí)的應(yīng)用。
[0010]本發(fā)明還提供一種彩色影像傳感器的操作方法。所述彩色影像傳感器的感測(cè)陣列包含至少一個(gè)紅色像素、至少一個(gè)綠色像素、至少一個(gè)藍(lán)色像素、至少一個(gè)紅綠色像素以及至少一個(gè)紅藍(lán)色像素。所述操作方法包含下列步驟:利用所述感測(cè)陣列感光以使各感測(cè)像素分別輸出偵測(cè)信號(hào)；利用處理單元計(jì)算所述紅色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)與所述紅綠色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)的信號(hào)差以作為紅色偵測(cè)信號(hào)；利用所述處理單元計(jì)算所述綠色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)與所述紅綠色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)的信號(hào)差以作為綠色偵測(cè)信號(hào)；以及利用所述處理單元計(jì)算所述藍(lán)色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)與所述紅藍(lán)色像素相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)信號(hào)的信號(hào)差以作為藍(lán)色偵測(cè)信號(hào)。藉此，可建立紅、綠、藍(lán)色光的正確波長(zhǎng)響應(yīng)。
[0011]本發(fā)明還提供一種彩色影像傳感器，其包含感測(cè)陣列以及多個(gè)第一顏色濾光層、多個(gè)第二顏色濾光層、多個(gè)第三顏色濾光層、多個(gè)第一濾光堆疊層以及多個(gè)第二濾光堆疊層。所述感測(cè)陣列包含多個(gè)感測(cè)像素，所述多個(gè)感測(cè)像素被劃分為至少兩個(gè)像素區(qū)域。所述多個(gè)第一顏色濾光層、所述多個(gè)第二顏色濾光層、所述多個(gè)第三顏色濾光層、所述多個(gè)第一濾光堆疊層以及所述多個(gè)第二濾光堆疊層分別形成于所述多個(gè)感測(cè)像素上以形成多個(gè)第一顏色像素、多個(gè)第二顏色像素、多個(gè)第三顏色像素、多個(gè)第一混色像素以及多個(gè)第二混色像素，其中，所述多個(gè)像素區(qū)域包含相同數(shù)目的所述第一顏色像素、相同數(shù)目的所述第二顏色像素、相同數(shù)目的所述第三顏色像素、相同數(shù)目的所述第一混色像素以及相同數(shù)目的所述第二混色像素。
[0012]在一實(shí)施例中，所述紅色像素可為在感測(cè)像素上形成紅色濾光層而成；所述綠色像素可為在感測(cè)像素上形成綠色濾光層而成；所述藍(lán)色像素可為在感測(cè)像素上形成藍(lán)色濾光層而成；所述紅綠色像素可為在感測(cè)像素上依序堆疊紅色濾光層及綠色濾光層而成；所述紅藍(lán)色像素可為在感測(cè)像素上依序堆疊紅色濾光層及藍(lán)色濾光層而成；其中，所述濾光層可利用涂層(coating)或設(shè)置濾光層板(overlaid)的方式形成。
[0013]在一實(shí)施例中，所述感測(cè)陣列還可包含至少一個(gè)全色像素用于輸出環(huán)境光偵測(cè)信號(hào)。例如，每一像素區(qū)域包含相同數(shù)目的全色像素；其中，所述全色像素是指未覆蓋任何顏色濾光層的感測(cè)像素，其可偵測(cè)環(huán)境光中所有發(fā)光二極管所能偵測(cè)的光譜能量。
[0014]在一實(shí)施例中，所述處理單元還可根據(jù)所述紅色偵測(cè)信號(hào)、所述綠色偵測(cè)信號(hào)及所述藍(lán)色偵測(cè)信號(hào)之比例建立混光響應(yīng)；其中，所述比例可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用而決定。
[0015]在一實(shí)施例中，所述處理單元還可計(jì)算所述感測(cè)陣列的多個(gè)像素區(qū)域的每一像素區(qū)域的所有感測(cè)像素輸出的所述偵測(cè)信號(hào)的偵測(cè)信號(hào)之和(sum of detect1n signal)或平均偵測(cè)信號(hào)(average of detect1n signal)，并據(jù)以進(jìn)行手勢(shì)判斷。
[0016]在一實(shí)施例中，所述處理單元可利用軟件、硬件或固件的方式實(shí)現(xiàn)所述紅色偵測(cè)信號(hào)、所述綠色偵測(cè)信號(hào)及所述藍(lán)色偵測(cè)信號(hào)的后處理。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例的彩色影像傳感器及其彩色濾光層配置與操作方法中，通過(guò)預(yù)設(shè)的彩色濾光層配置以及利用后處理運(yùn)算偵測(cè)信號(hào)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)手勢(shì)判斷、環(huán)境光偵測(cè)以及增進(jìn)顏色偵測(cè)精確度的功效。此外，還可通過(guò)所得到的各色光偵測(cè)信號(hào)來(lái)建立想要的混色光響應(yīng)，藉以增進(jìn)彩色影像傳感器的實(shí)用性。
[0018]為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細(xì)說(shuō)明如下。此外，在本發(fā)明的說(shuō)明中，相同的構(gòu)件是以相同的符號(hào)表示，于此先述明。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1示出彩色濾光層的歸一化波長(zhǎng)響應(yīng)的示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的彩色影像傳感器的示意圖。
[0021]圖3示出本發(fā)明實(shí)施例的彩色影像傳感器的歸一化波長(zhǎng)響應(yīng)的示意圖。
[0022]圖4示出本發(fā)明實(shí)施例的彩色影像傳感器的各色光偵測(cè)信號(hào)及混光響應(yīng)的示意圖。
[0023]圖5示出本發(fā)明實(shí)施例的彩色影像傳感器的彩色濾光層配置的示意圖。
[0024]圖6示出本發(fā)明實(shí)施例的彩色影像傳感器的操作方法的流程圖。
[0025]符號(hào)標(biāo)記
[0026]1彩色影像傳感器11感測(cè)陣列
[0027]13模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器15處理單元
[0028]A1?A4 畫(huà)素區(qū)域F1?F5 濾光層
[0029]P1?P6 感測(cè)畫(huà)素S1?S6 電信號(hào)
[0030]gl?g6 增益Sc控制信號(hào)
[0031]Sd/、Sd、Sr、Sg、Sb、Smix 偵測(cè)信號(hào)
【具體實(shí)施方式】
[0032]參考圖2，其示出本發(fā)明實(shí)施例的彩色影像傳感器1的示意圖。所述彩色影像傳感器1包含感測(cè)陣列11、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)13以及處理單元15。必須說(shuō)明的是，雖然圖2示出所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器13獨(dú)立于所述感測(cè)陣列11及所述處理單元15外，本發(fā)明并不以此為限。
[0033]在一實(shí)施例中，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器13可與所述感測(cè)陣列11共同形成光電裝置，用于偵測(cè)光能量并輸出數(shù)字電信號(hào)，所述處理單元15所處理的偵測(cè)信號(hào)Sd則為數(shù)字信號(hào)。
[0034]另一實(shí)施例中，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器13可包含于所述處理單元15中，所述處理單元15接收模擬偵測(cè)信號(hào)Sd'(電信號(hào))并進(jìn)行處理。例如，所述處理單元15可先進(jìn)行模擬偵測(cè)信號(hào)Sd'的差分運(yùn)算(詳述于后)后再將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字信