[發明專利]圖像傳感器的多分量讀出

有效

• 申請號: 200880025375.6
• 申請日: 2008-07-08
• 公開（公告）號: CN101755463A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: J·F·小哈米爾頓;J·T·坎普頓
• 申請（專利權）人: 伊斯曼柯達公司
• 主分類號: H04N9/04
• 分類號: H04N9/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉春元;王忠忠

技術領域

本發明涉及電子圖像捕捉系統，并且更具體地說，涉及一種具有圖 像傳感器的系統，該圖像傳感器具有彩色像素和全色像素兩者，并且該 系統使用圖像傳感器的多分量讀出。

背景技術

電子成像系統依靠電子圖像傳感器來創建可視圖像的電子表示。這 樣的電子圖像傳感器的例子包括電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和有 源像素傳感器(APS)器件。APS器件，因為在互補金屬氧化物半導體 工藝中制造它們的能力，常常被稱作CMOS傳感器。典型地，這些圖像 傳感器包括按規則兩維模式或行和列的陣列排列的多個光敏像素(就是 說，像元)，其中每個單獨像素基于由透鏡投射到像素上的場景圖像的 部分的亮度級來提供信號。

由于尺寸和需要的緊湊性的原因，這樣的圖像傳感器通常包括比將 它們的信號數字化的模數轉換器(ADC)多得多的像素。為了節省空間， 通常的做法是，僅提供足以同時讀出單行像素的存儲器件。因此，像素 信號不能同時被測量或讀出，而是必須按串行方式等待輪到它們。例如， 在具有單個ADC的CCD中，以光柵方式：在行內逐像素地然后在像素 陣列內逐行地，讀出像素信號。圖像傳感器讀出的串行性質將整個傳感 器可被讀取的速率直接控制為讀出機構的帶寬。如果圖像傳感器的讀出 機構每秒可測量50兆像素，那么它讀出5兆像素的圖像傳感器必須用 十分之一秒。減少讀取整個圖像傳感器需要的時間一般要求增大功率消 耗以便更快地讀出，或者為了附加的讀出通道而增大圖像傳感器的尺 寸。增大的功率消耗和增大的尺寸都不是希望的。

因為它消除機械元件并且降低成本和空間要求，所以通常的做法 是，建造沒有遮光快門的圖像捕捉系統。這樣的系統代之以依靠電子快 門，該電子快門通過復位每個光電傳感器、積累光電子以及然后讀出光 電傳感器信號而工作。復位步驟可通過將殘余電荷從光電二極管轉移到 關聯的浮動擴散電路并且然后丟棄殘余電荷而完成。光電子然后開始在 光電二極管中積累達規定的積累時間，在那時，電荷被轉移到浮動擴散 中，并且在CMOS器件中被轉換成電壓。關聯電壓然后被存儲在諸如電 容器之類的存儲器件中。

如果傳感器具有用于浮動擴散的足夠低的暗電流和足夠良好的光 屏蔽，那么所轉移的光電子不必立即讀出。在這些條件下，人們可將來 自所有像素的電荷一起轉移到它們相應的浮動擴散中，并且然后等待短 時間，如滾動讀出逐行處理信號那樣。當然，為了使這樣的全局轉移起 作用，每個像素也需要具有其自己的光屏蔽浮動擴散。

可替換的圖像傳感器讀出布置(特別是由APS圖像傳感器提供的) 允許圖像傳感器的曝光和讀出跨圖像傳感器的行逐行地逐漸發生。這種 “滾動快門”序列避免了通過對于每一行進行相同時間長度的曝光而使 CCD的交錯域表現出的差別曝光問題。

作為另外的優點，滾動快門序列簡化傳感器元件設計，因為不是對 于每個像素都要求屏蔽的存儲。然而，由于用于每行的曝光獨立于其它 行的曝光，并且與其它行的曝光按順序(或滾動)的方式發生，所以每 行在稍微不同的時間捕捉場景圖像的該行的部分。

因此，場景(或場景的元素)與圖像傳感器之間的相對運動使場景 內的被攝體在由圖像傳感器捕捉的圖像中出現失真。被命名為圖像“錯 切(shear)”的這種效果是滾動快門布置的特性。例如，如果使用這樣 一種所謂的滾動快門或電子焦平面快門圖像傳感器來捕捉水平運動的 汽車的圖像，則當所捕捉的圖像的每行被曝光和讀出時汽車相對于圖像 傳感器運動，所以所捕捉的圖像的每一行示出在不同位置處的汽車。這 可使汽車的圓形輪胎看起來像橢圓，并且汽車的矩形車窗顯得像平行四 邊形。這種失真是讀出圖像傳感器的所有行需要的時間量的直接后果。 如果可以較快的速率讀取行，那么可減小這種失真。然而，如以前提到 的那樣，增大讀出速率一般要求增加圖像傳感器的成本和功率消耗。