[发明专利]多光谱传感器

说明书

本发明涉及色彩和不可见光(例如IR)传感器(即多光谱传感器)，该传感器可在相机(诸如用于深度测量、反射率测量和色彩测量，并用于生成3D图像数据或3D图像的TOF相机)中使用，还涉及相机本身和操作相机的方法。

技术背景

相机具有平面接收表面，并且坐标系可基于这个表面来定义，其中x，y处于该相机的那个表面的平面中，且z是沿着该相机的光学路径的轴。飞行时间成像系统测量在从LED或激光器(例如，激光二极管)发出的脉冲光和反射脉冲之间的时间差或相位差。在3D飞行时间成像系统中，关键的功能性是不仅提供处于该相机的视野中的场景的z数据(z是测量到的深度图)，还提供所观察的场景的IR照明和色彩数据，并且甚至还以例如嵌有至少一些色彩分量和深度值的3D形式提供该场景本身的图像。为了这么做，可使用两个相机。另一实现选项是在一个单独相机中具有两组像素阵列(两个传感器)。以任一方式，这样的色彩数据随后由系统利用2个分开的传感器和透镜系统来构建。在增加的材料账单之上，该方法要求仔细的校准和密集的计算以将像素色彩数据映射在深度数据上并反之亦然。所谓的图像配准过程是因为这2个成像系统未必包括具有相同光学属性的透镜，并因为它们还可不包括相同的分辨率，并因为它们也未必被很好地对准。

US20110074989提供了将R、G或B像素与深度测量像素组合，而无需考虑对深度测量活性区域进行优化的需要，也无需考虑对可能由于深度感测像素空间排列而发生的空间混叠进行优化的需要的方式。此外，RGBZ图像是通过在RGB像素上内插Z像素来产生的，这种内插容易导致配准误差。

发明概述

本发明的目的是提供替换的不可见光(例如，IR)和色彩传感器(即多光谱传感器)，该传感器可在相机(诸如至少提供3D数据，以及在甚至更优选的实施例中提供色彩数据和与取决于距离的因素(例如，不可见光反射率)有关的附加数据(例如，IR反射数据测量)的TOF相机)中使用，以及提供相机本身以及操作相机的方法。

本发明的各实施例的优点在于它可通过在单个传感器中组合至少2个功能性(即，色彩图像和距离图像测量)并优选为组合3个功能性(即，色彩/深度/诸如反射率测量之类的依赖于距离的因素)来至少提供色彩/深度图。在优选实施例中，还可提供基于取决于距离的因素(诸如不可见光)的图，该图为例如与不可见光(例如，由该场景中的对象在预定感测综合时间期间反射的IR光)的量相对应的IR反射率图。本发明的各实施例提供以最小的性能损失将两个功能性组合的最优方式。本发明的实施例的另一优点在于使像素的光学活性部分(尤其是深度测量区域)最大化。本发明的各实施例的又一优点在于创建色彩/深度3D图像(例如，RGBZ图像)，而无需空间地(即，在各色彩像素(例如RGB像素)上)内插Z像素，由此避免了配准误差也避免了空间混叠误差。空间混叠可在色彩像素与不可见光(例如IR像素)处于不同的位置时发生。在这样的情形中，内插对于补偿不同位置之间的距离可能是必要的。

本发明的各实施例提供色彩或多光谱图像传感器设备，该图像传感器设备包括与图像的单个像素相关联的像素传感器，其中该像素传感器包括：

-基板，其中电荷载流子可响应于光入射在该基板上而生成，

-用于电接触该像素传感器的第一和第二接触元件，其中该第一和第二接触元件彼此毗邻安置，

-第一检测元件(314、404、504、604)，该第一检测元件被配置用于检测在第一检测区域中生成的电荷载流子，

-用于控制第一检测区域的检测能力的装置(301)

-第二检测元件(316、401、500、600)，该第二检测元件被配置用于检测在第二检测区域中生成的电荷载流子，

-第一滤波器元件，该第一滤波器元件被配置用于令第一波长范围的光通过，其中该第一滤波器元件重叠在该基板的包括第一和第二接触元件的部分上，以及

-第二滤波器元件，该第二滤波器元件被配置用于令第二波长范围的光通过，其中该第二滤波器元件重叠在该基板的包括第二检测元件的部分上，其中第二波长范围不同于第一波长范围，并且与一色彩波长范围相关联。

本发明的各实施例提供具有根据本发明的色彩或多光谱图像传感器设备的3D图像传感器，该3D图像传感器设备包括多个像素传感器，其中此多个像素传感器中的每一像素传感器与单个像素相关联。

本发明的各实施例提供包括根据本发明的各实施例的图像传感器设备以及以下的相机：

-连接到第一组检测元件的色彩计算单元，该色彩计算单元的输出是色彩值，

-IR计算单元，该IR计算单元的输出是：