[發明專利]固態成像裝置及其驅動方法以及成像設備

無效

• 申請號: 201010158802.7
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN101877768A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 杉山壽伸
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335;H04N3/15
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 王安武;南霆

技術領域

本發明涉及固態成像裝置及其驅動方法以及成像設備，更具體地，涉及在通過使用多個曝光周期的圖像信號使動態范圍延伸的時候可以抑制虛色和殘留圖像的產生的固態成像裝置及其驅動方法以及成像設備。

背景技術

一般來說，對于用于監視等的成像設備，需要以下特性：寬動態范圍，能夠從暗部到亮部顯示圖像而在攝取背光景物中沒有任何缺陷；同時進行室內和室外攝影等。為了獲得寬動態范圍的特性，在分為用于長時間曝光和用于短時間曝光的組的預定的幀周期中，對不同曝光周期過程中積累的電荷執行讀出。

圖26A至26D表示相關技術的操作。在相關技術的操作中，對例如CMOS圖像傳感器的固態成像裝置設置長時間曝光周期和短時間曝光周期，并且在一個曝光周期過程中的圖像讀出完成后，執行另一個曝光周期過程中的圖像讀出。

圖26A示出了積累在行(n)的像素的光電二極管中的信號電荷的時間變化。此外，圖26B示出了行(n)的像素的操作。圖26C示出了行(n+1)的像素的操作，并且圖26D示出了圖像信號DS。根據其中執行長時間曝光和短時間曝光的兩種時間曝光方法，像素在一個視頻幀周期Tf中被掃掠兩次，從而讀出包括了由長時間曝光產生的信號和由短時間曝光產生的信號的兩個圖像信號。例如，當長時間曝光周期Tl設為一個視頻幀周期Tf的一半時，在時間點t91處讀出從時間點t90積累的信號電荷。此外，通過從一個視頻幀周期Tf中減去長時間曝光周期Tl和短時間曝光周期Ts獲得周期，在當該周期過去時的時間點處，執行所謂的快門操作。

換言之，在從時間點t91經過周期Tn(Tn＝Tf-Tl-Ts)的時間點t92處，通過復位操作對積累的信號電荷執行快門操作。之后，在從時間點t92經過短時間曝光周期Ts的時間點t93處，積累的信號電荷被讀出。這樣的行讀出操作從第一行的像素相繼地執行。因此，如圖26B和26C所示，在讀出行(n)的信號后讀出行(n+1)的信號。由此，如圖26D所示，作為固態成像裝置的輸出，在一個視頻幀周期Tf的一半的周期過程中，與一個屏幕對應的長時間曝光的數據和與一個屏幕對應的短時間曝光的數據交替地輸出。

圖27A和27B示出了在相關技術的操作中從中讀出信號電荷的行。當從第一行的像素相繼地執行信號電荷的讀出時，如圖27A所示，在時間點t91處，從行(n)的像素讀出通過長時間曝光積累的信號電荷。此外，如圖27B所示，在時間點t93處，從行(n)的像素讀出通過短時間曝光積累的信號電荷。此外，如圖27B所示，當在行(s)的像素中執行快門操作時，行(s)所在的位置中掃掠時間比行(n)的提早了短時間曝光周期Ts。換言之，執行快門操作的行(s)的像素被設為以滿足關系“Ts＝(s-n)×Th”。這里，“Th”是一個水平周期。

此外，根據JP2008-99158中公開的技術，在長時間曝光和短時間曝光在一個幀周期中執行的情況中，將用于根據短時間曝光的信號電荷積累的信號電荷復位，設定中間電壓以執行一部分信號電荷的注入。如上所述，通過設定中間電壓注入一部分信號電荷。因此，即使當為具有低亮度的一部分目標對短時間曝光進行信號電荷復位時，也產生具有長曝光周期的圖像信號，而不注入積累的電荷。

發明內容

然而，當設置長時間曝光周期和短時間曝光周期時，并且在一個曝光周期期間的圖像讀出之后執行另一個曝光周期期間的圖像讀出，圖像讀出之間的時間差使得出現長時間曝光和短時間曝光的圖像中相同的目標的同時性。

例如，如圖26A至圖26D所示，在長時間曝光圖像和短時間曝光圖像之間發生時間差(周期Tn+短時間曝光周期Ts)。因此，當目標在時間差內移動時，長時間曝光圖像和短時間曝光圖像的同時性消失。在長時間曝光圖像和短時間曝光圖像結合在一起的情況下，存在的問題是在目標中發生所謂的虛色的現象。換言之，對于設置在固態成像裝置中的顏色濾光片所區分的紅色、綠色和藍色像素，如果在選擇長時間曝光信號和短時間曝光信號中選擇不同的信號，在顏色信號之間出現同時性，從而顏色成分比率從實際的目標偏離。

因此，當在攝像機信號處理中執行去馬賽克處理時，產生原來不存在的顏色。在背景和目標的亮度級別之間存在大的差別的情況下，這樣的虛色成為引起目標的邊緣中的得到的圖像的質量嚴重劣化的因素。

此外，在曝光周期設定為執行三次或更多次的情況下，短時間曝光周期的設定被執行兩次或更多次。因此，當以高速移動的目標被拍攝時，獲得的結果與按兩次快門所獲得的結構相同。因此，在將圖像組合在一起的情況下，具有的問題是目標輪廓作為殘留圖像(重影)殘留下來。