專利名稱：在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法及圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，具體為在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法 及圖像傳感器。
背景技術(shù)：
目前獲取高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法基本上是基于圖像數(shù)據(jù)處理獲取靜態(tài)的高動(dòng)態(tài) 范圍圖像。方法是對(duì)感光像素陣列的所有行進(jìn)行長時(shí)間曝光，獲得整幀的長時(shí)間曝光信 號(hào)，并將獲得的長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)到特定的存儲(chǔ)空間；對(duì)感光像素陣列的所有行進(jìn)行短 時(shí)間曝光，獲得整幀的短時(shí)間曝光信號(hào)；將獲得的短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于特定的存儲(chǔ)空 間中的長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成，采基于此的高動(dòng)態(tài)范圍圖像獲取方式需要存取整幀的曝 光信號(hào)，耗費(fèi)較多的存儲(chǔ)資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為現(xiàn)有的獲取高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，要存儲(chǔ)多幀的 圖像信息，耗費(fèi)較多的存儲(chǔ)資源。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，所述圖像傳感器包括排列為行和列 的感光像素陣列，其特征在于，該方法包括A、對(duì)感光像素陣列每行分配長曝光時(shí)間和短曝光時(shí)間，其中所有行內(nèi)感光像素的 長曝光時(shí)間或短曝光時(shí)間相同；B、以長曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行長時(shí)間曝光，采樣第一當(dāng)前行的長時(shí)間曝光信 號(hào)；對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行復(fù)位；對(duì)第二前行進(jìn)行復(fù)位，開始第二前行短時(shí)間曝光；將采樣的第 一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)；將數(shù)字第 一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)至相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，并覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第一前行數(shù) 據(jù)；C、終止第二前行短時(shí)間曝光；采樣第二前行的短時(shí)間曝光信號(hào)，將采樣的第二前 行短時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第二前行短時(shí)間曝光信號(hào)；將數(shù)字第二前行短 時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中的數(shù)字第二前行長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；D、以長曝光時(shí)間對(duì)第二當(dāng)前行進(jìn)行長時(shí)間曝光，采樣第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信 號(hào)；對(duì)第二當(dāng)前行進(jìn)行復(fù)位；對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行復(fù)位，開始第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光；將采樣 的第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)；將數(shù) 字第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)于相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，并覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第二前行 數(shù)據(jù)；E、采樣第一當(dāng)前行的短時(shí)間曝光信號(hào)，終止第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光；將采樣的第 一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)；將數(shù)字第 一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中的數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；F、以步驟B、C、D、E對(duì)整個(gè)感光像素陣列進(jìn)行處理。進(jìn)一步地，所述感光像素陣列每一行長時(shí)間曝光信號(hào)的讀取與每一行短時(shí)間曝光 信號(hào)的讀取時(shí)間相同；所述感光像素陣列每一行的短曝光時(shí)間，為每一行長時(shí)間曝光信號(hào) 或短時(shí)間曝光信號(hào)的采樣的和讀取的時(shí)間之和。進(jìn)一步地，第一當(dāng)前行的長曝光時(shí)間的開始，與第二當(dāng)前行長曝光時(shí)間的開始，相 隔一行長時(shí)間曝光信號(hào)或短時(shí)間曝光信號(hào)的采樣時(shí)間和讀取所用時(shí)間的兩倍。進(jìn)一步地，所述第二當(dāng)前行的前一行為第一當(dāng)前行，所述第一當(dāng)前行的前一行為 第二前行，第二前行的前行為第一前行。進(jìn)一步地，在以短曝光時(shí)間對(duì)第二前行進(jìn)行短時(shí)間曝光的期間，將采樣的第一當(dāng) 前行長時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)，并存儲(chǔ)至相應(yīng) 的存儲(chǔ)空間；數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第一前行數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，在以短曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行短時(shí)間曝光的期間；將采樣的第二 當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)，并存儲(chǔ)于相 應(yīng)的存儲(chǔ)空間；數(shù)字第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第二前行數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，當(dāng)對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行短時(shí)間曝光時(shí)，與其相鄰的下一行已經(jīng)被復(fù)位。進(jìn)一步地，所述將長時(shí)間曝光信號(hào)和短時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成的方法滿足下列公 式Zij = ΑΦΧυ+ΒΦΥυ，其中Α+Β = 1且A彡0，B彡0，A、B為權(quán)重系數(shù)，Xij為位于第i 行第j列感光像素的長時(shí)間曝光信號(hào)，Yu為位于第i行第j列感光像素的短時(shí)間曝光信號(hào)。優(yōu)選地，權(quán)重系數(shù)A = B = 0. 5。圖像傳感器，包括排列為行和列的感光像素陣列，根據(jù)長曝光控制信號(hào)，以長曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng)前 行或第二當(dāng)前行進(jìn)行長時(shí)間曝光；根據(jù)長時(shí)間曝光采樣信號(hào)，采樣第一當(dāng)前行或第二長時(shí) 間曝光信號(hào)；根據(jù)復(fù)位信號(hào)，對(duì)第一當(dāng)前行或第二當(dāng)前行進(jìn)行復(fù)位；根據(jù)短曝光控制信號(hào)， 以短曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng)前行或第二當(dāng)前行進(jìn)行短時(shí)間曝光，根據(jù)短時(shí)間曝光采樣信號(hào)，采 樣第一當(dāng)前行或第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)；曝光信號(hào)讀取單元，根據(jù)長曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第一當(dāng)前行長時(shí)間 曝光信號(hào)并輸出；根據(jù)短曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)并 輸出；根據(jù)長曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)并輸出；根據(jù) 短曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)并輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，將逐列讀取后的第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和第一當(dāng)前行短時(shí)間 曝光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和數(shù)字第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)，并輸 出；將逐列讀取后的第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字 第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和數(shù)字第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)，并輸出；存儲(chǔ)單元，用以將第一當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)至相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，并覆 蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第一前行數(shù)據(jù)；用以將第二當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)至相應(yīng)的 存儲(chǔ)空間，并覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第二前行數(shù)據(jù)；合成單元，用以將第一當(dāng)前行數(shù)字短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中相應(yīng)的第一當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；用以將第二當(dāng)前行數(shù)字短時(shí)間曝光信號(hào)與 存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中相應(yīng)的第二當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；時(shí)序控制單元，用以產(chǎn)生長曝光控制信號(hào)，短曝光控制信號(hào)，長曝光讀取控制信 號(hào)，短曝光讀取控制信號(hào)，復(fù)位信號(hào)，長時(shí)間曝光采樣信號(hào)，短時(shí)間曝光采樣信號(hào)；行/列譯碼單元，用以對(duì)時(shí)序控制單元產(chǎn)生的長曝光控制信號(hào)，短曝光控制信號(hào)， 長曝光讀取控制信號(hào)，短曝光讀取控制信號(hào)，復(fù)位信號(hào)，長時(shí)間曝光采樣信號(hào)，短時(shí)間曝光 采樣信號(hào)進(jìn)行行/列譯碼并輸出至感光像素陣列。進(jìn)一步地，將第一當(dāng)前行的數(shù)字短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中相應(yīng)的第一 當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成；以及將第二當(dāng)前行的數(shù)字短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于 存儲(chǔ)空間中相應(yīng)的第二當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成；滿足下列公式Zi, j = ΑΦΧυ+ΒΦΥυ，其中 Α+Β = 1 且 A > 0，B > 0，A、B 為權(quán)重系數(shù)，Xij 為位于第 i行第j列感光像素的長時(shí)間曝光信號(hào)，Yij為位于第i行第j列感光像素的短時(shí)間曝光信 號(hào)。優(yōu)選地，，權(quán)重系數(shù)A = B = 0. 5。進(jìn)一步地，所述感光像素陣列包括排列成行和列的感光像素單元，所述像素單元 包括用于產(chǎn)生光電荷的光檢測(cè)元件；用于存儲(chǔ)所述光電荷的存儲(chǔ)裝置；采樣晶體管；采樣晶體管的源極與所述存儲(chǔ)裝置電連接；采樣晶體管的柵極與行 /列譯碼單元匹配電連接；在采樣晶體管的柵極接收長時(shí)間曝光采樣信號(hào)或短時(shí)間曝光 采樣信號(hào)時(shí)，響應(yīng)于接收到的采樣信號(hào)，將由光檢測(cè)元件產(chǎn)生的光電荷轉(zhuǎn)移到所述存儲(chǔ)裝 置；復(fù)位晶體管；復(fù)位晶體管的漏極與電源電相連，復(fù)位晶體管與采樣晶體管的源極 以及存儲(chǔ)裝置電連接；復(fù)位晶體管的柵極與行/列譯碼單元匹配電連接；在復(fù)位晶體管的 柵極接收復(fù)位信號(hào)時(shí)，響應(yīng)于所接收的復(fù)位信號(hào)將所述存儲(chǔ)裝置的電荷設(shè)置到期望值以及 將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的電荷放電以復(fù)位存儲(chǔ)裝置；驅(qū)動(dòng)晶體管；驅(qū)動(dòng)晶體管的漏極與電源電連接；驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極與復(fù)位晶體管 的源極電連接；驅(qū)動(dòng)晶體管響應(yīng)于加載至其柵極的信號(hào)作為源跟隨緩沖放大器；選通晶體管；選通晶體管的漏極與驅(qū)動(dòng)晶體管的源極電連接；選通晶體管的柵極 與行/列譯碼單元匹配電連接；選通晶體管，響應(yīng)于加載至其柵極的選通信號(hào)，輸出長時(shí)間 曝光信號(hào)或短時(shí)間曝光信號(hào)。本發(fā)明公開的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，通過對(duì)圖像傳感器中 感光像素陣列分配長曝光時(shí)間和短曝光時(shí)間，并重復(fù)利用同樣的存儲(chǔ)空間分別對(duì)各行的長 曝光時(shí)間信號(hào)和短曝光時(shí)間信號(hào)進(jìn)行合成處理，與現(xiàn)有技術(shù)相比節(jié)約了較多的存儲(chǔ)資源。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例圖像傳感器的原理圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例感光像素陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意7
圖4為本發(fā)明實(shí)施例感光像素陣列中感光像素的電路圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例感光像素控制時(shí)序圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖2為本發(fā)明實(shí)施例感光像素陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例存儲(chǔ)單元 的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例感光像素控制時(shí)序圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的流程圖； 如圖2、圖3、圖5和圖6所示，在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，所述圖像傳感 器包括排列為m行和η列的感光像素陣列，該方法包括對(duì)感光像素陣列每行分配長曝光時(shí)間Tl和短曝光時(shí)間Τ2，其中所有行內(nèi)感光像 素的長曝光時(shí)間或短曝光時(shí)間相同；所述長曝光時(shí)間Tl和短曝光時(shí)間Τ2由被捕獲的圖像 背景所決定；感光像素陣列每一行的短曝光時(shí)間，為每一行長時(shí)間曝光信號(hào)或短時(shí)間曝光 信號(hào)的采樣和讀取所用時(shí)間之和。如圖2、圖3所示，在此假設(shè)感光像素陣列的第1行和第2行已經(jīng)處理完畢，第一當(dāng) 前行為感光像素陣列的第3行和第二當(dāng)前行為感光像素陣列的第4行，該方法具體為以長 曝光時(shí)間Tl對(duì)第3行進(jìn)行長時(shí)間曝光，采樣第3行的長時(shí)間曝光信號(hào)Χ31，Χ32···Χ3η ；將第 3行進(jìn)行復(fù)位；開始以短曝光時(shí)間Τ2對(duì)第2行進(jìn)行短時(shí)間曝光；采樣將第3行的長時(shí)間曝 光信號(hào)并以時(shí)間Τ3將采樣的第3行長時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第3行長時(shí)間 曝光信號(hào)Χ31，Χ32···Χ3η，并存儲(chǔ)至相應(yīng)的存儲(chǔ)空間即S11，S12…Sln;數(shù)字第3行長時(shí)間曝光 信號(hào)X31, 乂32"43 覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第一前行即第1行的數(shù)據(jù)X11, X12-Xln ；以短曝光時(shí)間T2對(duì)第2行進(jìn)行短時(shí)間曝光，終止第2行的短時(shí)間曝光采樣第2行 的短時(shí)間曝光信號(hào)；采樣第2行的短時(shí)間曝光信號(hào)，以時(shí)間T4將采樣的第2行短時(shí)間曝光 信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第2行短時(shí)間曝光信號(hào)；將數(shù)字第2行短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ) 于存儲(chǔ)空間中的數(shù)字第2行長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；在本實(shí)施例中T3 = T4。在本實(shí)施例中，具體合成方法為=Zij = ΑΦΧα+ΒΦΥ^其中△+8=1且六彡0，8彡0， A、B為權(quán)重系數(shù)，Xu為位于第i行第j列感光像素的長時(shí)間曝光信號(hào)，Yu為位于第i行第j 列感光像素的短時(shí)間曝光信號(hào)，優(yōu)選地，權(quán)重系數(shù)A = B = 0.5 ；在本實(shí)施例中，第2行的長 時(shí)間曝光信號(hào)和短時(shí)間曝光信號(hào)合成的結(jié)果為=Z21 = 0. 5X21+0. 5Y21 ；Z22 = O. 5X22+0. 5Y22 ；… Z2n = 0· 5Χ2η+0· 5Y2nο以長曝光時(shí)間Tl對(duì)第4行進(jìn)行長時(shí)間曝光；第4行的長曝光時(shí)間的開始，與第3 行長曝光時(shí)間的結(jié)束，相隔的時(shí)間tx為一行長時(shí)間曝光信號(hào)或短時(shí)間曝光信號(hào)的采樣時(shí) 間和讀取所用時(shí)間之和的兩倍，即tx = 2*T3采樣第4行的長時(shí)間曝光信號(hào)Χ41，Χ42···Χ4η ； 將第4行進(jìn)行復(fù)位；開始對(duì)第3行進(jìn)行短時(shí)間曝光；以Τ3時(shí)間將采樣的第4行長時(shí)間曝光 信號(hào)Χ41，Χ42···Χ4η逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第4行長時(shí)間曝光信號(hào)X41，X4^X4n,并存儲(chǔ)于 相應(yīng)的存儲(chǔ)空間S21，S22…S2n ；數(shù)字第4行長時(shí)間曝光信號(hào)覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第2行數(shù) 據(jù)；終止第3行短時(shí)間曝光，采樣第3行的短時(shí)間曝光信號(hào)；采樣第3行短時(shí)間曝光信
8號(hào)；并以時(shí)間T4將采樣的的第3行短時(shí)間曝光信號(hào)Y31，Y32…Y3n逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù) 字第3行短時(shí)間曝光信號(hào)Y31，Υ32···Υ3η，將數(shù)字第3行短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中 的數(shù)字第3行長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；在本實(shí)施例中Τ3 = Τ4。在本實(shí)施例中，具體合成方法為=Zij = ΑΦΧα+ΒΦΥ^其中△+8=1且六彡0，8彡0， A、B為權(quán)重系數(shù)，Xu為位于第i行第j列感光像素的長時(shí)間曝光信號(hào)，Yu為位于第i行第j 列感光像素的短時(shí)間曝光信號(hào)，優(yōu)選地，權(quán)重系數(shù)A = B = 0.5 ；在本實(shí)施例中，第4行的長 時(shí)間曝光信號(hào)和短時(shí)間曝光信號(hào)合成的結(jié)果為=Z31 = O. 5X31+0. 5Y31 ；Z32 = O. 5X32+0. 5Y32 ；... z^ 3n = 0. 5Χ3η+0.
α 1 3η °合成后的信號(hào)均被輸出至下一級(jí)的數(shù)字信號(hào)處理單元進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，最后獲 得高動(dòng)態(tài)范圍圖像；數(shù)字信號(hào)處理部分為現(xiàn)有技術(shù)，在此不做贅述。如果第一當(dāng)前行和第二 當(dāng)前行分別是感光像素陣列的第1行和第2行，則其讀取至存儲(chǔ)空間中覆蓋的數(shù)據(jù)為空數(shù) 據(jù)。所述存儲(chǔ)空間由存儲(chǔ)裝置提供，在本發(fā)明的實(shí)施例中的存儲(chǔ)裝置可以是SRAM(Static Random AccessMemory，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)。在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)第3前行進(jìn)行短時(shí)間曝光時(shí)，與其相鄰的下一行即第4行 已經(jīng)被復(fù)位；在短曝光時(shí)間行的空間上，增加了一行被復(fù)位的像素單元，使其與相鄰的長曝 光時(shí)間行被隔離，可有效減輕圖像亮度區(qū)域的邊界上相鄰行的長時(shí)間曝光信號(hào)對(duì)本行短時(shí) 間曝光信號(hào)的竄擾。在本發(fā)明實(shí)施例中，長時(shí)間曝光信號(hào)和短時(shí)間曝光信號(hào)的合成滿足下列公式如圖1、圖2、圖3所示本發(fā)明實(shí)施例還公開了一種圖像傳感器，包括排列為行和列的感光像素陣列100，根據(jù)長曝光控制信號(hào)，以長曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng) 前行或第二當(dāng)前行進(jìn)行長時(shí)間曝光；根據(jù)長時(shí)間曝光采樣信號(hào)，采樣第一當(dāng)前行或第二長 時(shí)間曝光信號(hào)；根據(jù)復(fù)位信號(hào)，對(duì)第一當(dāng)前行或第二當(dāng)前行進(jìn)行復(fù)位；根據(jù)短曝光控制信 號(hào)，以短曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng)前行或第二當(dāng)前行進(jìn)行短時(shí)間曝光，根據(jù)短時(shí)間曝光采樣信號(hào)， 采樣第一當(dāng)前行或第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)；曝光信號(hào)讀取單元101，根據(jù)長曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第一當(dāng)前行長 時(shí)間曝光信號(hào)并輸出；根據(jù)短曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信 號(hào)并輸出；根據(jù)長曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)并輸出； 根據(jù)短曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)并輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102，將逐列讀取后的第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和第一當(dāng)前行短 時(shí)間曝光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和數(shù)字第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)， 并輸出；將逐列讀取后的第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)轉(zhuǎn)換為 數(shù)字第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和數(shù)字第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)，并輸出；存儲(chǔ)單元103，用以將第一當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)至相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，并 覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第一前行數(shù)據(jù)；用以將第二當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)至相應(yīng) 的存儲(chǔ)空間，并覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第二前行數(shù)據(jù)；合成單元104，用以將第一當(dāng)前行數(shù)字短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中相應(yīng) 的第一當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；用以將第二當(dāng)前行數(shù)字短時(shí)間曝光信 號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中相應(yīng)的第二當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；合成后的 數(shù)據(jù)輸出至數(shù)字圖像處理單元107，數(shù)字圖像處理單元107對(duì)接收到的合成信號(hào)進(jìn)行數(shù)字圖像處理得到高動(dòng)態(tài)范圍圖像；上述合成單元104可以為加權(quán)求和單元。時(shí)序控制單元105，用以產(chǎn)生長曝光控制信號(hào)，短曝光控制信號(hào)，長曝光讀取控制 信號(hào)，短曝光讀取控制信號(hào)，復(fù)位信號(hào)，長時(shí)間曝光采樣信號(hào)，短時(shí)間曝光采樣信號(hào)；行/列譯碼單元106，用以對(duì)時(shí)序控制單元105產(chǎn)生的長曝光控制信號(hào)，短曝光控 制信號(hào)，長曝光讀取控制信號(hào)，短曝光讀取控制信號(hào)，復(fù)位信號(hào)，長時(shí)間曝光采樣信號(hào)，短時(shí) 間曝光采樣信號(hào)進(jìn)行行/列譯碼并輸出至感光像素陣列。本實(shí)施例公開的圖像傳感器的工作過程，與上述在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍 圖像的方法基本相同，在此不再贅述。圖4為本發(fā)明實(shí)施例感光像素陣列中感光像素單元的電路圖；如圖4，所述感光像 素單元包括用于產(chǎn)生光電荷的光檢測(cè)元件PD ；用于存儲(chǔ)所述光電荷的存儲(chǔ)裝置FD ；采樣晶體管M2 ；采樣晶體管的源極與所述存儲(chǔ)裝置電連接；采樣晶體管的柵極與 行/列譯碼單元匹配電連接；在采樣晶體管的柵極接收長時(shí)間曝光采樣信號(hào)或短時(shí)間曝光 采樣信號(hào)時(shí)，響應(yīng)于接收到的采樣信號(hào)Tx，將由光檢測(cè)元件產(chǎn)生的光電荷轉(zhuǎn)移到所述存儲(chǔ) 裝置；復(fù)位晶體管Ml ；復(fù)位晶體管的漏極與電源VDD_Pixel電相連，復(fù)位晶體管與采樣 晶體管的源極以及存儲(chǔ)裝置電連接；復(fù)位晶體管的柵極與行/列譯碼單元匹配電連接；在 復(fù)位晶體管的柵極接收復(fù)位信號(hào)Reset時(shí)，響應(yīng)于所接收的復(fù)位信號(hào)將所述存儲(chǔ)裝置的電 荷設(shè)置到期望值以及將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的電荷放電以復(fù)位存儲(chǔ)裝置；驅(qū)動(dòng)晶體管M3 ；驅(qū)動(dòng)晶體管的漏極與電源電連接；驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極與復(fù)位晶體 管的源極，存儲(chǔ)裝置，采樣晶體管的源極電連接；驅(qū)動(dòng)晶體管響應(yīng)于加載至其柵極的信號(hào)作 為源跟隨緩沖放大器；選通晶體管M4 ；選通晶體管的漏極與驅(qū)動(dòng)晶體管的源極電連接；選通晶體管的柵 極通過行/列譯碼單元與時(shí)序控制單元電連接；選通晶體管，響應(yīng)于加載至其柵極的選通 信號(hào)Sel，輸出長時(shí)間曝光信號(hào)或短時(shí)間曝光信號(hào)。感光像素單元產(chǎn)生長時(shí)間曝光信號(hào)和短時(shí)間曝光信號(hào)的具體步驟為控制所述復(fù)位晶體管Ml的柵極電壓及采樣晶體管M2，對(duì)所述光檢測(cè)元件PD進(jìn)行 復(fù)位，所述選通晶體管M4不導(dǎo)通。中斷所述復(fù)位晶體管Ml及采樣晶體管M2的導(dǎo)通以開始光檢測(cè)元件PD的長曝光 時(shí)間，在所述感光像素單元累積光生載流子產(chǎn)生長時(shí)間曝光信號(hào)?？刂扑鰪?fù)位晶體管Ml導(dǎo)通及選通晶體管的導(dǎo)通，復(fù)位存儲(chǔ)裝置FD，對(duì)FD的復(fù)位 信號(hào)進(jìn)行采樣?？刂扑霾蓸泳w管M2及選通晶體管M4，將光檢測(cè)元件PD的長時(shí)間曝光信號(hào) Xij讀出至存儲(chǔ)裝置FDJf FD的曝光信號(hào)進(jìn)行采樣。在對(duì)所述感光像素單元長時(shí)間曝光信號(hào)讀取后，控制所述復(fù)位晶體管Ml的柵極 電壓及采樣晶體管M2的柵極，對(duì)所述光檢測(cè)元件PD進(jìn)行復(fù)位，所述選通晶體管M4不導(dǎo)通。中斷所述復(fù)位晶體管Ml及采樣晶體管M2的導(dǎo)通以開始光檢測(cè)元件PD的短曝光 時(shí)間，在所述像素單元累積光生載流子產(chǎn)生短時(shí)間曝光信號(hào)。
對(duì)所述長曝光時(shí)間的曝光信號(hào)進(jìn)行讀取并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)至存儲(chǔ)單元?？刂扑鰪?fù)位晶體管Ml導(dǎo)通及選通晶體管的導(dǎo)通，復(fù)位存儲(chǔ)裝置FD，對(duì)FD的復(fù)位 信號(hào)進(jìn)行采樣。控制所述采樣晶體管M2及選通晶體管M4，將光檢測(cè)元件PD的短時(shí)間曝光信號(hào) Yij讀出至存儲(chǔ)裝置FDJf FD的曝光信號(hào)進(jìn)行采樣。本發(fā)明公開的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，通過對(duì)圖像傳感器中 感光像素陣列分配長曝光時(shí)間和短曝光時(shí)間，并重復(fù)利用同樣的存儲(chǔ)空間分別對(duì)各行的長 曝光時(shí)間信號(hào)和短曝光時(shí)間信號(hào)進(jìn)行合成處理，與現(xiàn)有技術(shù)相比節(jié)約了較多的存儲(chǔ)資源。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，所述圖像傳感器包括排列為行和列的感光像素陣列，其特征在于，該方法包括A、對(duì)感光像素陣列每行分配長曝光時(shí)間和短曝光時(shí)間，其中所有行內(nèi)感光像素的長曝光時(shí)間或短曝光時(shí)間相同；B、以長曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行長時(shí)間曝光，采樣第一當(dāng)前行的長時(shí)間曝光信號(hào)；對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行復(fù)位；對(duì)第二前行進(jìn)行復(fù)位，開始第二前行短時(shí)間曝光；將采樣的第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)；將數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)至相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，并覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第一前行數(shù)據(jù)；C、終止第二前行短時(shí)間曝光；采樣第二前行的短時(shí)間曝光信號(hào)，將采樣的第二前行短時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第二前行短時(shí)間曝光信號(hào)；將數(shù)字第二前行短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中的數(shù)字第二前行長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；D、以長曝光時(shí)間對(duì)第二當(dāng)前行進(jìn)行長時(shí)間曝光，采樣第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)；對(duì)第二當(dāng)前行進(jìn)行復(fù)位；對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行復(fù)位，開始第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光；將采樣的第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)；將數(shù)字第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)于相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，并覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第二前行數(shù)據(jù)；E、終止第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光，采樣第一當(dāng)前行的短時(shí)間曝光信號(hào)；將采樣的第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)；將數(shù)字第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中的數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；F、以步驟B、C、D、E對(duì)整個(gè)感光像素陣列進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于， 所述感光像素陣列每一行長時(shí)間曝光信號(hào)的讀取與每一行短時(shí)間曝光信號(hào)的讀取時(shí)間相 同；所述感光像素陣列每一行的短曝光時(shí)間，為每一行長時(shí)間曝光信號(hào)或短時(shí)間曝光信號(hào) 的采樣的和讀取所用時(shí)間之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于， 第一當(dāng)前行的長曝光時(shí)間的開始，與第二當(dāng)前行長曝光時(shí)間的開始，相隔一行長時(shí)間曝光 信號(hào)或短時(shí)間曝光信號(hào)的采樣時(shí)間和讀取所用時(shí)間之和的兩倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于， 所述第二當(dāng)前行的前一行為第一當(dāng)前行，所述第一當(dāng)前行的前一行為第二前行，第二前行 的前行為第一前行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，其 特征在于，在以短曝光時(shí)間對(duì)第二前行進(jìn)行短時(shí)間曝光的期間，將采樣的第一當(dāng)前行長時(shí) 間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)，并存儲(chǔ)至相應(yīng)的存儲(chǔ)空 間；數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第一前行數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，其 特征在于，在以短曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行短時(shí)間曝光的期間；將采樣的第二當(dāng)前行長 時(shí)間曝光信號(hào)逐列讀取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)，并存儲(chǔ)于相應(yīng)的存儲(chǔ) 空間；數(shù)字第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第二前行數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，其 特征在于，當(dāng)對(duì)第一當(dāng)前行進(jìn)行短時(shí)間曝光時(shí)，與其相鄰的下一行已經(jīng)被復(fù)位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，其 特征在于，所述將長時(shí)間曝光信號(hào)和短時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成的方法滿足下列公式Zij = A*Xij+B*Yij，其中A+B = 1且A≥0，B≥0，Α、Β為權(quán)重系數(shù)，Xij為位于第i行第 j列感光像素的長時(shí)間曝光信號(hào)，Yij為位于第i行第j列感光像素的短時(shí)間曝光信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法，其特征在于， 權(quán)重系數(shù)A = B = 0. 5。
10.圖像傳感器，其特征在于，包括排列為行和列的感光像素陣列，根據(jù)長曝光控制信號(hào)，以長曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng)前行或 第二當(dāng)前行進(jìn)行長時(shí)間曝光；根據(jù)長時(shí)間曝光采樣信號(hào)，采樣第一當(dāng)前行或第二長時(shí)間曝 光信號(hào)；根據(jù)復(fù)位信號(hào)，對(duì)第一當(dāng)前行或第二當(dāng)前行進(jìn)行復(fù)位；根據(jù)短曝光控制信號(hào)，以短 曝光時(shí)間對(duì)第一當(dāng)前行或第二當(dāng)前行進(jìn)行短時(shí)間曝光，根據(jù)短時(shí)間曝光采樣信號(hào)，采樣第 一當(dāng)前行或第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)；曝光信號(hào)讀取單元，根據(jù)長曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光 信號(hào)并輸出；根據(jù)短曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)并輸 出；根據(jù)長曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)并輸出；根據(jù)短 曝光讀取控制信號(hào)逐列讀取采樣的第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)并輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，將逐列讀取后的第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光 信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字第一當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和數(shù)字第一當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)，并輸出； 將逐列讀取后的第二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字第 二當(dāng)前行長時(shí)間曝光信號(hào)和數(shù)字第二當(dāng)前行短時(shí)間曝光信號(hào)，并輸出；存儲(chǔ)單元，用以將第一當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)至相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，并覆蓋存 儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第一前行數(shù)據(jù)；用以將第二當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)存儲(chǔ)至相應(yīng)的存儲(chǔ) 空間，并覆蓋存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間的第二前行數(shù)據(jù)；合成單元，用以將第一當(dāng)前行數(shù)字短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中相應(yīng)的第一當(dāng) 前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；用以將第二當(dāng)前行數(shù)字短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ) 于存儲(chǔ)空間中相應(yīng)的第二當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成并輸出；時(shí)序控制單元，用以產(chǎn)生長曝光控制信號(hào)，短曝光控制信號(hào)，長曝光讀取控制信號(hào)，短 曝光讀取控制信號(hào)，復(fù)位信號(hào)，長時(shí)間曝光采樣信號(hào)，短時(shí)間曝光采樣信號(hào)；行/列譯碼單元，用以對(duì)時(shí)序控制單元產(chǎn)生的長曝光控制信號(hào)，短曝光控制信號(hào)，長曝 光讀取控制信號(hào)，短曝光讀取控制信號(hào)，復(fù)位信號(hào)，長時(shí)間曝光采樣信號(hào)，短時(shí)間曝光采樣 信號(hào)進(jìn)行行/列譯碼并輸出至感光像素陣列。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器，其特征在于，將第一當(dāng)前行的數(shù)字短時(shí)間曝 光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中相應(yīng)的第一當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信號(hào)進(jìn)行合成；以及將第二 當(dāng)前行的數(shù)字短時(shí)間曝光信號(hào)與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)空間中相應(yīng)的第二當(dāng)前行數(shù)字長時(shí)間曝光信 號(hào)進(jìn)行合成；滿足下列公式Zi, j = A*Xij+B*Yij，其中A+B = 1且A≥0，B≥0，A、B為權(quán)重系數(shù)，Xij為位于第i行 第j列感光像素的長時(shí)間曝光信號(hào)，Yij為位于第i行第j列感光像素的短時(shí)間曝光信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其特征在于，權(quán)重系數(shù)A= B = 0. 5。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器，其特征在于，所述感光像素陣列包括排列成 行和列的感光像素單元，所述像素單元包括用于產(chǎn)生光電荷的光檢測(cè)元件； 用于存儲(chǔ)所述光電荷的存儲(chǔ)裝置；采樣晶體管；采樣晶體管的源極與所述存儲(chǔ)裝置電連接；采樣晶體管的柵極與行/列 譯碼單元匹配電連接；在采樣晶體管的柵極接收長時(shí)間曝光采樣信號(hào)或短時(shí)間曝光采樣信 號(hào)時(shí)，響應(yīng)于接收到的采樣信號(hào)，將由光檢測(cè)元件產(chǎn)生的光電荷轉(zhuǎn)移到所述存儲(chǔ)裝置；復(fù)位晶體管；復(fù)位晶體管的漏極與電源電相連，復(fù)位晶體管與采樣晶體管的源極以及 存儲(chǔ)裝置電連接；復(fù)位晶體管的柵極與行/列譯碼單元匹配電連接；在復(fù)位晶體管的柵極 接收復(fù)位信號(hào)時(shí)，響應(yīng)于所接收的復(fù)位信號(hào)將所述存儲(chǔ)裝置的電荷設(shè)置到期望值以及將存 儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的電荷放電以復(fù)位存儲(chǔ)裝置；驅(qū)動(dòng)晶體管；驅(qū)動(dòng)晶體管的漏極與電源電連接；驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極與復(fù)位晶體管的源 極電連接；驅(qū)動(dòng)晶體管響應(yīng)于加載至其柵極的信號(hào)作為源跟隨緩沖放大器；選通晶體管；選通晶體管的漏極與驅(qū)動(dòng)晶體管的源極電連接；選通晶體管的柵極與行 /列譯碼單元匹配電連接；選通晶體管，響應(yīng)于加載至其柵極的選通信號(hào)，輸出長時(shí)間曝光 信號(hào)或短時(shí)間曝光信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開的在圖像傳感器中獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法及圖像傳感器，通過對(duì)圖像傳感器中感光像素陣列每行分配長曝光時(shí)間和短曝光時(shí)間，并重復(fù)利用同樣的存儲(chǔ)空間分別對(duì)各行的長曝光時(shí)間信號(hào)和短曝光時(shí)間信號(hào)進(jìn)行合成處理，與現(xiàn)有技術(shù)相比節(jié)約了較多的存儲(chǔ)資源。
文檔編號(hào)H04N5/235GK101909157SQ20091010781
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者付璟軍, 馮衛(wèi), 張小軍, 彭茂, 胡文閣, 齊良頡 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司