[发明专利]交替颜色的图像阵列及相关方法

说明书

技术领域

本申请案为2010年9月17日申请的国际申请案号第PCT/US2010/049368号的部分延续案，其主张2010年5月14日申请的美国临时申请案第61/334,886号的优先权，其内容以全文引用方式并入本文中。

本发明关于一种交替颜色的图像阵列及其方法。

背景技术

CMOS图像传感器一般形成像素阵列，在此每个像素包括一个将入射光子转换成为电流信号的光侦测器。每个像素亦可包括其它已知组件，例如重置开关、信号放大器以及输出电路，输出电路操作以设定光侦测器的曝光时间并执行一个代表入射于其上的光子的读取。在入射光对像素的设定的曝光时间而言太高的情况下，光侦测器一般会饱和。

图1显示一种现有技术的CMOS图像传感器像素阵列100。像素阵列100设置为用于执行列并行读取并具有多个列，每列具有供每行用的像素102。在列并行读取架构中，对每行而言，一个在每列中的像素102同时被读取及处理。亦即，行0的像素102被并行读取，然后行1的像素102被并行读取，接着行2的像素102被并行读取，以此类推，直到行M被读取为止。在每列内的像素102连接至列读取线105，以在行被触发以供输出时，使在该行的每个像素输出信号至其相关的列读取线105，同时在此列中的其它像素的输出维持无效。所显示的阵列100具有一个取样及保持组件104以供每条列读取线105用。取样及保持组件104与列读取线105共同合作以提供像素102的逐行读取。第二级放大器106连接至每一个取样及保持组件104。所有行一般被输出以形成图像(亦称为帧)。

CMOS图像传感器常被使用于会遭遇到很亮及很暗条件的应用中。已发展了多种技术以改善在各种光条件下的CMOS图像传感器的响应。举例而言，Xiangchen Xu等人的美国专利公开号2004/0141075，名称为“具有双自动曝光控制的图像传感器(Image sensor Having Dual Automatic Exposure Control)”，转让给Omnivision科技公司，在此以参考的方式并入。Xu教导可在一序列的帧上调整增益及曝光时间，以补偿变化的光条件。曝光时间的调整通过分析一个帧而决定，然后用来对后续帧进行调整。虽然这种方法控制在一连串的帧上的曝光时间以调整亮及暗条件，但并未导致关于一特定帧的图像传感器的动态范围的增加。如图像传感器的领域所熟知的，动态范围是最大与最小可侦测信号的比率，而CMOS图像传感器的动态范围常由最大不饱和信号与在暗条件下的噪声的标准差的比率所界定。

Xiaodong Luo等人的美国专利公开号2009/0059048，名称为“在向下取样模式下具有高动态范围的图像传感器(Image sensor with High Dynamic range in Down-Sampling Mode)”，亦转让给Omnivision科技公司，在此以参考的方式并入。Luo介绍一种系统及方法，用以在向下取样操作模式下，通过改变具有不同的曝光的不同的像素行与结合行的曝光时间来达到高动态范围，从而同时降低垂直分辨率并延伸动态范围。

在向下取样下，使用分级过程以结合来自两个以上的像素的数据以增加信号噪声比(SNR)，并使用高动态范围(HDR)组合过程以结合来自两个以上的像素的数据以增加动态范围。在分级过程中，所有行具有相同的曝光时间，而在HDR组合过程中，这些像素行可具有不同的曝光时间。

在HDR组合过程与分级过程的期间，对向下取样而言属于其中一个最常使用的模式的贝尔模式(Bayer pattern)都会产生锯齿边缘。虽然已发展对于这些锯齿边缘的矫正算法以供与贝尔模式一起使用，但这些矫正算法具有某些缺点，例如降低输出帧的清晰度与分辨率并增加图像传感器的成本。举例而言，分级再插补算法可部分地平滑由贝尔模式所导致的锯齿边缘，但牺牲掉合成帧的清晰度与分辨率。因为需要更多内存，所以再插补法亦变得非常昂贵。

发明内容

本发明可采用以下技术方案来实现的。

本说明书提供修正贝尔模式以作为已知的贝尔模式的替代。由具体形成于已知的贝尔模式中的像素值的分级或HDR组合所产生的的锯齿效应的向下取样问题，通过使用修正贝尔模式而获得解决。一种具有基于修正贝尔模式的像素的传感器在不会牺牲清晰度或分辨率的情况下输出具有平滑边缘的图像。基于修正贝尔模式的图像传感器具有较少的边缘锯齿形并具有改善的生成图像的清晰度及分辨率。