[發明專利]具有寬動態范圍和良好顏色再現與分辨率的像素陣列以及采用該像素陣列的圖像傳感器

有效

• 申請號: 200780053414.9
• 申請日: 2007-11-06
• 公開（公告）號: CN101682700A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 李道永
• 申請（專利權）人: （株）賽麗康
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余 朦;王艷春

技術領域

本發明涉及圖像傳感器像素陣列，更具體地，涉及具有寬動態范 圍和良好顏色再現與分辨率的像素陣列以及采用該像素陣列的圖像傳 感器。

背景技術

理想的圖像傳感器對0lux強度的光作出反應。然而，實際的圖像 傳感器對大于0的預定lux強度值的光開始作出反應。該實際的圖像 傳感器開始作出反應的起點稱為像素的最小光強度。光強度增加而圖 像傳感器不再作出反應的點稱為像素的最大光強度。

動態范圍定義為系統能夠表示的相對光強度的反應范圍。通常， 該動態范圍的下限由最小光強度限定，而上限由最大光強度限定。圖 像傳感器不能感測和表示強度大于最大光強度的光。

圖1示出了當光探測器的曝光時間長和短時，對應于光強度的像 素輸出電壓。

參照圖1，當包含在圖像傳感器中的光探測器用短曝光時間獲取 圖像信號時，實線A表示產生與該圖像信號(光)對應的像素輸出電 壓數據的像素的響應。另一方面，當該光探測器用長曝光時間獲取圖 像信號時，點劃線B表示對應于該圖像信號的像素輸出電壓。

實線A，即光探測器用短曝光時間獲取圖像信號時的響應曲線， 表示為具有平緩坡度的直線，它隨著圖像信號強度的增加而增加，直 到對應于該圖像信號的像素輸出電壓數值數據飽和(稱為飽和點)。另 一方面，點劃線B，即光探測器具有長曝光時間時的響應曲線，表示 為具有陡峭坡度的直線，它隨著圖像信號強度的增加而增加，直到對 應于該圖像信號的像素輸出電壓數值數據飽和。

參見實線A，當曝光時間短時，對應于區域①、②、③和④的圖 像信號能夠被轉換為電信號。特別地，與圖像信號強度高的整個區域 ④對應的圖像信號能夠被轉換為電信號。參照點劃線B，當曝光時間 長時，對應于區域①、②、③和④的圖像信號也能夠被轉換成電信號。 然而，具有與作為圖像信號強度高的區域④的一部分的區域⑤對應的 強度的圖像信號具有相同的電信號。換言之，該像素的缺點是不能將 具有與區域⑤對應的強度的圖像信號彼此區分開。然而，該像素的優 點是更精確地表示與圖像信號強度低的區域①對應的圖像信號強度的 變化。

因此，當將亮圖像信號轉換成電信號時，用短曝光時間(相當于 A)來獲取所述圖像信號更可取。另一方面，當將暗圖像信號轉換成 電信號時，用長曝光時間(相當于B)來獲取所述圖像信號更可取。

通常，為了增加動態范圍，根據曝光時間將光強度分為幾個區域， 并且按如下步驟進行攝影(photographing)。首先，將用短曝光時間獲 取的圖像幀數據存儲在存儲器中。

第二，將用長曝光時間獲取的圖像幀數據存儲在存儲器中。

第三，將通過圖1所示的幾個區域彼此分開并存儲在存儲器中的 這兩種類型的幀數據適當地組合以產生具有寬動態范圍的新的圖像幀 數據。這里，第一攝影和第二攝影是用相同的圖像但不同的曝光時間 形成的。

當光強度屬于區域②和③時，像素輸出電壓數據能夠通過將用長 曝光時間得到的數量B以及用短曝光時間得到的數量A相加來獲得， 并可用公式1表示。

[公式1]

D(②)＝xA+yB

D(③)＝yA+xB

這里，D(②)表示光強度屬于區域②時的像素輸出電壓，而D(③) 表示光強度屬于區域③時的像素輸出電壓。變量x(x＞0)和變量y(y＞0) 的和為1，并且假定變量x小于變量y(x＜y)。

參照公式1，當光強度屬于區域②時，即，它為暗(稱為D(②)) 時，所應用的、用長曝光時間得到的數量B大于所應用的、用短曝光 時間得到的數量A。相反地，當光強度屬于比區域②亮的區域③(稱 為D(③))時，所應用的、用短曝光時間得到的數量A大于所應用的、 用長曝光時間得到的數量B。

通常，通過采用具有不同曝光時間的兩種攝影信息將圖像信號轉 換成電信號，以增加圖像傳感器的動態范圍。然而，這種方法的缺點 是：不得不用具有不同的曝光時間的兩種時間進行攝影，不容易將光 強度歸類到區域②和③，并且不容易確定應用于區域②和③的比率 (x，y)。由于這些缺點，移動圖像的應用受到了限制。

通用圖像傳感器的濾色器采用使用RGB(紅、綠和藍)顏色的拜 耳模式。這種情況中，RGB濾色器用于表示顏色的范圍受限于人所感 知的范圍。

圖2示出了由CIE(國際照明委員會)在1976年定義的采用均勻 色空間的色坐標。