一种屏下成像系统及电子设备的制作方法

本实用新型涉及屏下成像技术领域，尤其涉及一种屏下成像系统及电子设备。

背景技术：

拍照与显示是目前许多电子设备的必备功能，在电子设备的正面同时设置前置相机以及显示器以满足多种需求，比如自拍、内容显示、手势交互等。

随着人们对手机美感的要求越来越高，比如全面屏手机逐渐成为手机创新的新方向，由于全面屏手机具有极高的屏占比，便于操控，同时具有极富美感的视觉冲击力，因此手机厂商都在朝着实现全面屏的方向努力。

当前全面屏电子设备所面临的挑战是前置相机与显示屏之间的冲突，为实现全面屏就需要将手机前置摄像头放置在显示屏之后。如此，当用户自拍时，光线需要先穿过手机显示屏才能进入前置摄像头中，由于受显示屏低透过率和衍射效应的影响，导致屏下摄像头拍照效果较差，难以满足用户的自拍需求。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有的问题，提供一种屏下成像系统及电子设备。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下所述：

一种屏下成像系统，包括：显示屏，用于显示图像；采集模组，设置于所述显示屏背面，用于获取灰度图像；彩色相机，设置于所述显示屏背面，用于获取第一彩色图像；控制与处理器，分别与所述采集模组和所述彩色相机连接，用于控制所述彩色相机与所述采集模组获取图像，以及对所述彩色图像与所述灰度图像进行校正、融合以输出第二彩色图像。

在本实用新型的一种实施例中，所述采集模组为ir相机。还包括泛光灯，用于为所述ir相机补光。或，还包括发射模组，与所述ir相机组成结构光深度相机。

在本实用新型的另一种实施例中，所述采集模组包括tof图像传感器。还包括发射模组，与所述采集模组组成tof深度相机。

在本实用新型的再一种实施例中，所述采集模组包括至少一个黑白相机。还包括滤光器，与所述黑白相机结合以形成带滤光器的黑白相机。进一步地，还包括泛光灯，用于为所述带滤光器的黑白相机补光。

本实用新型还提供一种电子设备，包括如上任一项所述的屏下成像系统。

本实用新型的有益效果为：提供一种屏下成像系统及电子设备，通过增加采集模组获取灰度图像、设置在显示屏之后的彩色相机获取彩色图像，对灰度图像和彩色图像进行校正融合输出高质量的彩色图像，减小由于显示屏衍射带来的影响，满足用户的需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例中第一种屏下成像系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中彩色相机和黑白相机拍摄区域的示意图。

图3是本实用新型实施例中第二种屏下成像系统的结构示意图。

图4是本实用新型实施例中第三种屏下成像系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行详细的介绍，以使更好的理解本实用新型，但下述实施例并不限制本实用新型范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构思，附图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1所示，是本实用新型一个实施例中一种屏下成像系统10的结构示意图。屏下成像系统10包括显示屏101、黑白相机102、彩色相机103、控制与处理器104。显示屏101用于显示图像；黑白相机102设置于显示屏101背面，用于拍摄灰度图像；彩色相机103设置于显示屏101背面，用于拍摄第一彩色图像；控制与处理器104分别与黑白相机102以及彩色相机103连接，用于控制彩色相机与黑白相机获取图像，以及对彩色图像与灰度图像进行校正、融合以输出第二彩色图像。可以理解的是，此处控制与处理器104所实现的方法通过现有技术中的方法可以实现，本实用新型不涉及对方法的改进。

本实用新型通过增加黑白相机获取灰度图像、设置在显示屏之后的彩色相机获取彩色图像，对灰度图像和彩色图像进行校正融合输出高质量的彩色图像，减小由于显示屏衍射带来的影响，满足用户的需求。

在本实用新型的一个实施例中，黑白相机102与彩色相机103各自拍摄一帧或者拍摄多帧不同曝光参数下的灰度图像和第一彩色图像，控制与处理器104利用深度学习算法对黑白相机102与彩色相机103拍摄的图像进行校正，以减小由于显示屏101衍射带来的影响，并选择经过校正后的彩色图像和灰度图像，由于该黑白相机102没有设置滤光器，因此具有比彩色相机更高的透光量和图像信噪比，且黑白相机102接收光谱的宽度比彩色相机103宽，因此图像细节更丰富、分辨率更高，如此以灰度图像作为基准与彩色图像进行融合，能输出更高分辨率和更低噪声的第二彩色图像。可以理解的是，本实施例中以及如下的实施例中提及的深度学习算法都是现有技术中的方法，本实用新型不涉及对方法的改进。

在本实用新型的另一个实施例中，屏下成像系统10可以包括多个黑白相机102，多个黑白相机可以在有效提高图像信号强度的同时增加彩色相机103的有效视场。

如图2所示，彩色相机103拍摄区域用圆形表示，两个黑白相机102用方形表示，第一黑白相机拍摄的区域201仅覆盖了彩色相机103的一部分区域，第二黑白相机拍摄的区域202也仅覆盖了彩色相机103的一部分区域。当同时使用两个黑白相机的时候，第一黑白相机和第二黑白相机融合即可完全覆盖彩色相机103的拍摄区域，该融合区域即为彩色相机103的有效视场。

如图3所示，屏下成像系统10还包括滤光器105，滤光器105与黑白相机102结合以形成带滤光器的黑白相机20。带滤光器的黑白相机20和彩色相机103各自拍摄一帧或拍摄多帧不同曝光参数下的灰度图像和第一彩色图像，控制与处理器104利用深度学习算法对带滤光器的黑白相机20与彩色相机103拍摄的图像进行校正，以减小由于显示屏101衍射带来的影响，选择经过校正后的彩色图像和灰度图像，并以灰度图像作为基准与彩色图像进行融合。可以理解的是，带滤光器的黑白相机20拍摄的图像是由波长较为单一的光波形成，成像系统上的点扩散函数(pointspreadfunction，psf)相对稳定，不受拍摄场景中光源和物体反射率的影响，通过深度学习进行反卷积校正后，能得到更接近无屏拍摄图像的效果，从而提高图像质量。

在本实用新型的一个实施例中，屏下成像系统10还包括泛光灯(未图示)，该泛光灯波段处于窄带滤光片的选通范围内，当带滤光器的黑白相机20拍摄图像时，泛光灯可根据环境光中该波段光的强弱，判断是否需要开启补光。可以理解的是，带滤光器的黑白相机20虽然会阻挡一部分光进入相机，但通过泛光灯补光依然能达到较高的透光量和图像信噪比，通过深度学习修正显示屏的衍射影响后，以灰度图像作为基准与彩色图像进行融合后，图像的整体质量会有明显的提高。

可以理解的是，滤光器可以是独立的光学器件，也可以是与黑白相机102或显示屏结合，比如当滤光器是薄膜形式时，可以在显示屏101或黑白相机102表面镀膜形式设置滤光器。

如图4所示，是本实用新型另一个实施例中一种屏下成像系统40的结构示意图。屏下成像系统40包括显示屏401、采集模组402、彩色相机403、控制与处理器404。显示屏401用于显示图像；采集模组402设置于显示屏401背面，用于获取灰度图像；彩色相机403设置于显示屏401背面，用于获取第一彩色图像；控制与处理器404分别与采集模组402以及彩色相机403连接，用于控制彩色相机403与采集模组402获取图像，以及对彩色图像与灰度图像进行校正、融合以输出第二彩色图像。

本实用新型通过增加采集模组获取灰度图像、设置在显示屏之后的彩色相机获取彩色图像，对灰度图像和彩色图像进行校正融合输出高质量的彩色图像，减小由于显示屏衍射带来的影响，满足用户的需求。

在本实用新型的一个实施例中，采集模组402与彩色相机403各自拍摄一帧或者拍摄多帧不同曝光参数下的灰度图像和第一彩色图像，控制与处理器404利用深度学习算法对采集模组402与彩色相机403获取的图像进行校正，以减小由于显示屏401衍射带来的影响，选择经过校正后的彩色图像和灰度图像，并以灰度图像作为基准与彩色图像进行融合，输出更高分辨率和更低噪声的第二彩色图像。

在本实用新型的另一个实施例中，采集模组为ir相机，用于拍摄灰度图像。可以理解的是，当采集模组402为ir相机时，屏下成像系统40还包括泛光灯，用于为ir相机补光。泛光灯可根据环境光的强弱，判断是否需要开启补光。可以理解的是，ir相机虽然会阻挡一部分光进入相机，但通过泛光灯补光依然能达到较高的透光量和图像信噪比，通过深度学习修正显示屏的衍射影响后，以灰度图像作为基准与彩色图像进行融合后，图像的整体质量会有明显的提高。

在本实用新型的再一个实施例中，屏下成像系统40还包括发射模组(未图示)，发射模组与采集模组402组成深度相机，其分别负责深度相机的信号发射与接收，深度相机还可以包括深度计算处理器，用于对接收的信号进行处理以获取深度图像信息，深度计算处理器可以是专用处理器，比如asic芯片，也可以是屏下成像系统40中的控制与处理器404。例如，发射模组与ir相机组成结构光深度相机，发射模组可以为红外激光斑点图案投影仪，红外激光斑点图案投影仪用于向空间物体表面发射特定波长的预设斑点图案，该预设斑点图案经物体表面反射后成像在ir相机中，由此ir相机可以获取被物体调制后的红外斑点图像，进一步地，红外斑点图像会被深度计算处理器计算以生成相应的深度图像。一般地，投影仪中的光源可以选择如850nm、940nm等波长的近红外光源，光源的种类可以包含边发射激光器、垂直腔面激光器或相应的光源器阵列等。预设斑点图案中斑点的分布一般为随机分布以实现沿某一方向或多个方向上的子区域不相关性，即沿某一方向选择的任一个子区域均满足较高的唯一性要求。可以选择的是，在一些实施例中，发射模组也可以是由可发射可见光、紫外光等波长的led、激光等光源组成，用于发射如条纹、散斑、二维编码等结构光图案。

在本实用新型的再一个实施例中，采集模组402包括tof图像传感器、滤光元件以及透镜(未图示)，tof图像传感器用于生成灰度图像，tof图像传感器可以是ccd(chargecoupleddevice，电荷耦合器件)或cmos(complementarymetal-oxide-semiconductortransistor，互补金属氧化物半导体)等，滤光元件可以是红外滤光片等。光接收模组也可以包括其他结构形式，比如光场相机、光电二极管等。透镜即可以是单个透镜，也可以是透镜组或者透镜阵列。

在一个实施例，屏下成像系统40还包括发射模组，发射模组与采集模组402也可以组成基于时间飞行法(timeofflight，tof)深度相机。对于tof深度相机，发射模组用于向外发射脉冲光束或者经调制(比如振幅调制)的连续波光束，tof图像传感器接收由物体反射的光束后，可以生成灰度图像，并且可以由深度计算处理器计算出光束发射与接收之间的时间间隔来进一步计算出物体的深度信息，该深度计算处理器可以是专用处理器，比如asic芯片，也可以是屏下成像系统40中的控制与处理器404。

显示屏401包括等离子体显示屏、lcd、led、oled等透明显示屏，显示屏中包括多个用于显示的周期性排列的像素单元，比如沿横向以及纵向周期性排列的像素单元。为了使显示屏透明化以使得光束通过，可以通过对多个像素单元进行合理的设计来实现，比如在像素单元之间设置间隙或者像素单元内部的部分结构采用透明材质制成，由此可以让显示屏达到一定的开口率，比如50％的开口率等。在一些实施例中，也可以将显示屏的各个像素单元的全部结构均用透明材质制成，由此可以提升透明度。

一种电子设备，包括如上所述的屏下成像系统，可以理解的是，此处的电子设备包括手机、平板电脑、人体可穿戴设备等。可以理解的是，采用本实用新型的屏下成像系统能够有效的实现全面屏，并且能够提高屏下成像质量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。