不含運(yùn)動偽影的高動態(tài)范圍hdr圖像的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 所掲示的實(shí)施例大體上設(shè)及圖像傳感器，且特定來說（但不排除其他），設(shè)及用W 產(chǎn)生不含運(yùn)動偽影的高動態(tài)范圍圖像的圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在攝影術(shù)中，對比度可認(rèn)為是場景的亮區(qū)與暗區(qū)之間的差異；具有亮區(qū)及暗區(qū)兩 者的場景被視為具有高的對比度。使用相機(jī)很難捕獲運(yùn)些高對比度場景，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界場 景中的對比度常常超越消費(fèi)者的相機(jī)可捕獲的對比度。
[0003] 一現(xiàn)實(shí)世界實(shí)例為在明媚的一天拍一個人在沙灘上的照片。如果該人站在明媚的 陽光下，那么該人及周圍場景兩者都將為亮的，因?yàn)閮烧叨加申柟馑彰?。因?yàn)槿伺c周圍場 景之間存在很小對比度，所W較易捕獲好的圖片。但拍一個人在沙灘傘下的照片較難。如 果該人位于沙灘傘的陰影中，那么在傘下方的陰影區(qū)域與其后方的亮的沙子、海水及天空 之間存在高的對比度。運(yùn)些高對比度場景的單圖像通?？刹东@傘下方的圖像或背景圖像， 但不能同時捕獲兩者，因?yàn)樗鰞蓚€不同區(qū)域需要不同曝光時間。亮的背景所需要的較短 曝光時間將適當(dāng)捕獲背景但將使傘下的區(qū)域變暗且很難看到。且傘下區(qū)域所需要的較長曝 光時間將適當(dāng)捕獲傘下區(qū)域但使背景曝光過度且稱色。
[0004] 針對運(yùn)些情況，可通過使用不同曝光時間來捕獲所述場景的多個圖像且接著將它 們組合成到處都具有適當(dāng)曝光的一個圖像來產(chǎn)生高動態(tài)范圍（皿時圖像。但因?yàn)樗黾夹g(shù) 設(shè)及捕獲多個圖像，所W(例如）通過移動場景中的對象而引起的場景中的變化可在最終 圖像中產(chǎn)生實(shí)際上并非為所述場景的部分的偽影。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]本發(fā)明的方面設(shè)及一種用于高動態(tài)范圍（皿時圖像的過程，所述過程包括：使用 具有包括多個像素的像素陣列的圖像傳感器W捕獲具有第一曝光時間的第一圖像、具有第 二曝光時間的第二圖像及具有第=曝光時間的第=圖像，其中在所述第一、第二及第=曝 光時間中，所述第二曝光時間最短；W及將所述第一、第二及第=圖像組合成高動態(tài)范圍 師時圖像。
[0006] 本發(fā)明的另一方面設(shè)及一種設(shè)備，所述設(shè)備包括：包含多個像素的像素陣列；讀 出電路，其禪合到所述像素陣列W捕獲具有第一曝光時間的第一圖像、具有第二曝光時間 的第二圖像及具有第=曝光時間的第=圖像，其中在所述第一、第二及第=曝光時間中，所 述第二曝光時間最短；W及處理電路及功能邏輯，其禪合到所述讀出電路W將所述第一、第 二及第S圖像組合成高動態(tài)范圍化DR)圖像。
【附圖說明】
[0007] 參考W下圖式描述本發(fā)明的非限制性且非窮舉實(shí)施例，圖式中相似的元件符號指 代貫穿多個視圖的相似部件，除非另有說明。
[0008] 圖I為包含濾色器陣列的圖像傳感器的實(shí)施例的示意圖。
[0009] 圖2A到2B分別為一對前側(cè)經(jīng)照明像素的實(shí)施例的橫截面及一對背側(cè)經(jīng)照明像素 的實(shí)施例的橫截面。
[0010] 圖3為說明高動態(tài)范圍師時圖像的概念的示意圖。
[0011] 圖4為具有移動元件的簡化場景的實(shí)施例的示意圖。
[0012] 圖5A到5C為使用不同曝光時間捕獲圖4的場景的圖像的圖像捕獲序列的實(shí)施例 的圖（圖5A)、所得的圖像的強(qiáng)度特性的曲線圖（圖5B)及通過組合所捕獲到的圖像所獲得 的高動態(tài)范圍化DR)圖像的強(qiáng)度特性的曲線圖（圖50。
[0013] 圖6A到6C為使用不同曝光時間捕獲圖4的場景的圖像的圖像捕獲序列的實(shí)施例 的圖（圖6A)、所得的圖像的強(qiáng)度特性的曲線圖（圖6B)及通過組合所捕獲到的圖像而獲得 的皿R圖像的強(qiáng)度特性的曲線圖（圖6C)。
[0014] 圖7A到7C為使用不同曝光時間捕獲圖4的場景的圖像的圖像捕獲序列的實(shí)施例 的圖（圖7A)、所得的圖像的強(qiáng)度特性的曲線圖（圖7B)及通過組合所捕獲到的圖像而獲得 的皿R圖像的強(qiáng)度特性的曲線圖（圖7C)。
[0015] 圖8A到8C為使用不同曝光時間捕獲圖4的場景的圖像的圖像捕獲序列的實(shí)施例 的圖（圖8A)、所得的圖像的強(qiáng)度特性的曲線圖（圖8B)及通過組合所捕獲到的圖像而獲得 的皿R圖像的強(qiáng)度特性的曲線圖（圖8C)。
[0016] 圖8D到8E為圖像捕獲序列的其它實(shí)施例的圖。
[0017] 圖9為用于從兩個或兩個W上圖像組合高動態(tài)范圍師時圖像的過程的實(shí)施例的 流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 描述用W創(chuàng)建不含運(yùn)動偽影的高動態(tài)范圍圖像的圖像傳感器的設(shè)備、系統(tǒng)及方法 的實(shí)施例。描述特定細(xì)節(jié)W提供對所述實(shí)施例的透徹理解，但相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識 至IJ，可無需使用一或多個所描述的細(xì)節(jié)或使用其它方法、組件、材料等等來實(shí)踐本發(fā)明。在 一些例子中，未詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，但所述結(jié)構(gòu)、材料或操作然 而包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0019] 貫穿描述對"一個實(shí)施例"或"一實(shí)施例"的參考意味著所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特 性可包含于至少一個所描述的實(shí)施例中。因此，"在一個實(shí)施例中"或"在一實(shí)施例中"的出 現(xiàn)并不一定都指代相同的實(shí)施例。此外，在一或多個實(shí)施例中，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性 可W任何合適的方式組合。
[0020] 圖1說明包含彩色像素陣列105、禪合到所述像素陣列的讀出電路170、禪合到 所述讀出電路的功能邏輯115及禪合到所述像素陣列的控制電路120的互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體（CM0巧圖像傳感器100的實(shí)施例?？稍谇皞?cè)照明圖像傳感器中實(shí)施彩色像素陣列 105 (如圖2A中所展示），或作為背側(cè)照明圖像傳感器實(shí)施（如圖2B中所示）。彩色像素 陣列105為個別圖像傳感器或經(jīng)布置成X像素列及Y像素行的像素（舉例來說，像素PU P2……Pn)的二維畑）陣列。如所說明，將所述陣列中的每一個別像素布置成行（舉例來 說，行Rl到Ry)及列（舉例來說，列Cl到Cx)W獲取人、位置或物體的圖像數(shù)據(jù)。接著可使 用所述圖像數(shù)據(jù)或像素數(shù)據(jù)來擅染所述人、位置或物體的2D圖像。彩色像素陣列105(如 果存在）使用禪合到所述像素陣列的濾色器陣列（"CFA")將顏色指派到每一像素。
[0021] 在像素陣列105中的每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷后，由讀出電路170 從所述個別像素讀出所述圖像數(shù)據(jù)且將其轉(zhuǎn)移到功能邏輯115W供存儲、額外處理等等。 讀出電路170可包含放大電路、模/數(shù)（"ADC")轉(zhuǎn)換電路或其它電路。功能邏輯115可存 儲所述圖像數(shù)據(jù)及/或通過應(yīng)用后圖像效果（舉例來說，剪裁、旋轉(zhuǎn)、消除紅眼、調(diào)整亮度、 調(diào)整對比度、高動態(tài)范圍（皿時圖像組合或其它）操縱所述圖像數(shù)據(jù)。在一個實(shí)施例中，還 可使用功能邏輯115來處理所述圖像數(shù)據(jù)W校正（減小或消除）固定的圖案噪聲。控制電 路120禪合到像素陣列105W控制像素陣列105的操作特性。舉例來說，控制電路120可 產(chǎn)生用于控制圖像獲取的快口信號。 陽02引圖2A說明CMOS圖像傳感器中的一對前側(cè)照明（FSI)像素200的實(shí)施例的橫截面。FSI像素200的前側(cè)為襯底202的其上安置光敏區(qū)域204及相關(guān)聯(lián)的像素電路的一側(cè)，且 在其上方形成用于重新分布信號的金屬堆疊206。金屬堆疊206包含金屬層Ml及M2,金屬 層Ml及M2經(jīng)圖案化W產(chǎn)生光學(xué)通道，入射到FSI像素200的光通過所述光學(xué)通道可到達(dá) 光敏或光電二極管（"PD")區(qū)域204。為了實(shí)施彩色圖像傳感器，所述前側(cè)可包含濾色器 布置201，其中其個別濾色器中的每一者（在此特定橫截面中說明個別濾色器203及205) 安置于幫助將入射光聚焦到PD區(qū)域204上的微透鏡206下方。 陽02引圖2B說明CMOS圖像傳感器中的一對背側(cè)照明度SI)像素250的實(shí)施例的橫截面。 如在FSI像素200中，像素250的前側(cè)為襯底202的其上安置光敏區(qū)域204及相關(guān)聯(lián)的像 素電路的一側(cè)，且在其上方形成用于重新分布信號的金屬堆疊206。所述背側(cè)為襯底202的 與前側(cè)相對的側(cè)。為了實(shí)施彩色圖像傳感器，所述背側(cè)可包含濾色器陣列201，其中其個別 濾色器中的每一者（在此特定橫截面中說明個別濾波器203及205)安置于微透鏡206下 方。微透鏡206幫助將入射光聚焦到光敏區(qū)域204上。像素250的背側(cè)照明意味著金屬堆 疊206中的金屬互連線不混淆經(jīng)成像的對象與光敏區(qū)域204之間的路徑，使得光敏區(qū)域204 產(chǎn)生更大信號。
[0024] 圖3為組合高動態(tài)范圍師R)圖像的實(shí)施例的示意說明。為了形成皿R圖像，捕 獲場景的兩個或兩個W上圖像且接著將其組合成皿R圖像（舉例來說，在一個實(shí)施例中使 用圖9中所展示的過程）。在所說明的實(shí)例中，捕獲具有長曝光時間的第一圖像302連同 包含具有短曝光時間的第二圖像304的一或多個隨后圖像。用W描述曝光時間的術(shù)語"長" 及"短"為相對的；所述兩者的實(shí)際持續(xù)時間不重要，只要一者比另一者長即可。接著可將 第一圖像302、第二圖像304及任何其它捕獲到的圖像組合成單皿R圖像306。
[0025] 圖4說明包含