[發明專利]獲取圖像數據的方法、高動態范圍成像系統及像素單元

有效

• 申請號: 201510011546.1
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104780326B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: J·索爾胡斯維克;R·約翰松
• 申請（專利權）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/378
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司11287
• 代理人: 齊楊

1.一種在高動態范圍HDR圖像傳感器中從單個圖像捕獲的單個曝光從像素獲取圖像數據的方法，其包括：

復位所述像素的光電檢測器；

積分在所述單個圖像捕獲的所述單個曝光內入射在所述光電檢測器上的光；

執行所述像素的浮動擴散的第一復位；

將所述浮動擴散設定為低轉換增益；

從所述浮動擴散取樣低轉換增益復位信號；

在從所述浮動擴散取樣所述低轉換增益復位信號之后且在從所述浮動擴散取樣高轉換增益復位信號之前，執行所述像素的所述浮動擴散的第二復位；

將所述浮動擴散設定為所述高轉換增益；

從所述浮動擴散取樣所述高轉換增益復位信號；

將在所述單個曝光期間光生的電荷載流子從所述光電檢測器轉移到所述浮動擴散；

從所述浮動擴散取樣高轉換增益圖像信號；

將所述浮動擴散設定為所述低轉換增益；

將在所述單個曝光期間光生的額外電荷載流子從所述光電檢測器轉移到所述浮動擴散；以及

從所述浮動擴散取樣低轉換增益圖像信號。

2.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括通過發現所述經取樣低轉換圖像信號與所述經取樣低轉換增益復位信號之間的差異確定所述單個圖像捕獲的所述單個曝光的低轉換增益相關雙取樣圖像信號輸出值。

3.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括通過發現所述經取樣高轉換增益圖像信號與所述經取樣高轉換增益復位信號之間的差異確定所述單個圖像捕獲的所述單個曝光的高轉換增益相關雙取樣圖像信號輸出值。

4.根據權利要求1所述的方法，其中復位所述像素的所述光電檢測器包括將所述光電 檢測器耦合到復位電壓。

5.根據權利要求4所述的方法，其進一步包括設定所述像素的所述復位電壓同時積分在所述單個圖像捕獲的所述單個曝光內入射在所述光電檢測器上的所述光，以提供從所述光電檢測器到所述浮動擴散節點的抗溢流路徑。

6.根據權利要求1所述的方法，其中復位所述像素的所述浮動擴散包括將所述浮動擴散耦合到升壓電壓。

7.根據權利要求1所述的方法，其中將所述浮動擴散設定到低轉換增益包括將像素中電容器耦合到所述浮動擴散。

8.根據權利要求7所述的方法，其中將所述浮動擴散設定到高轉換增益包括使所述像素中電容器與所述浮動擴散解耦。

9.根據權利要求1所述的方法，其中將在所述單個曝光期間光生的所述電荷載流子從所述光電檢測器轉移到所述浮動擴散包括在將所述浮動擴散設定到所述高轉換增益之后，通過轉移晶體管將所述光電二檢測器耦合到所述浮動擴散。

10.根據權利要求9所述的方法，其中將在所述單個曝光期間光生的所述額外電荷載流子從所述光電檢測器轉移到所述浮動擴散包括在將所述浮動擴散設定到所述低轉換增益之后，通過所述轉移晶體管將所述光電檢測器耦合到所述浮動擴散。

11.一種用于高動態范圍HDR圖像傳感器中的像素單元，其包括：

光電檢測器，其適于在所述HDR圖像傳感器的單個圖像捕獲的單個曝光期間響應于入射光而光生電荷載流子；

浮動擴散，其經耦合以接收在所述光電檢測器中光生的所述電荷載流子；

像素中電容器，其通過第一晶體管選擇性地耦合到所述浮動擴散，所述第一晶體管耦合在所述浮動擴散與復位晶體管之間，其中響應于所述像素中電容器耦合到所述浮動擴散將所述浮動擴散設定到低轉換增益，其中響應于所述像素中電容器與所述浮動擴散解耦將所述浮動擴散設定到高轉換增益；以及

轉移晶體管，其耦合在所述光電檢測器與所述浮動擴散之間，其中所述轉移晶體管適于在所述HDR圖像傳感器的所述單個圖像捕獲的所述單個曝光期間的第一時間處開啟，以將在所述光電檢測器中光生的所述電荷載流子轉移到設定到所述高轉換增益的所述浮動擴散，其中所述轉移晶體管適于在所述HDR圖像傳感器的所述單個圖像捕獲的所述單個曝光期間的第二時間處開啟以將在所述光電檢測器中光生的所述電荷載流子轉移到設定到所述低轉換增益的所述浮動擴散。

12.根據權利要求11所述的像素單元，其進一步包括放大器晶體管，所述放大器晶體管的柵極端子耦合到所述浮動擴散以產生到所述像素單元的輸出位線的所述像素單元的輸出信號。