[发明专利]获取图像数据的方法、供使用的HDR成像系统及像素

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2014年1月10日申请的第61/925,840号美国临时申请案的权益

技术领域

本发明大体上涉及图像传感器，且更具体来说，本发明涉及高动态范围图像传感器。

背景技术

标准图像传感器具有大致60dB到70dB的有限动态范围。然而，现实世界的亮度动态范围要大得多。自然景象通常跨越90dB及以上的范围。为同时捕获强光及阴影，已在图像传感器中使用HDR技术来增大所捕获的动态范围。用于增大动态范围的最常见技术为将用标准(低动态范围)图像传感器捕获的多个曝光合并成单个线性HDR图像，所述单个线性HDR图像具有比单个曝光图像大得多的动态范围。

最常见的HDR传感器解决方案中的一者为使多个曝光进入一个单个图像传感器。在具有不同曝光积分时间或不同灵敏度(例如通过插入中性密度滤光片)的情况下，一个图像传感器可在单个图像传感器中具有2个、3个、4个或甚至更多的不同曝光。使用此HDR图像传感器，可在单次拍摄中得到多个曝光图像。然而，与正常全分辨率图像传感器相比，在使用此HDR传感器的情况下，总图像分辨率降低了。举例来说，对于在一个图像传感器中组合4个不同曝光的HDR传感器，每一HDR图像传感的分辨率将仅为全分辨率图像的四分之一。

发明内容

本发明的一个方面提供一种在高动态范围(HDR)图像传感器中从单个图像捕获的单个曝光从像素获取图像数据的方法，其包括：在包含在所述像素中的多个子像素中的每一者中的光电检测器中于单个积分时间期间光生电荷载流子；复位所述像素的共享浮动扩散；取样所述共享浮动扩散以产生复位输出样本信号；将在所述多个子像素的第一部分中光生的电荷载流子转移到所述共享浮动扩散；取样所述共享浮动扩散以产生第一输出样本信号；将在所述多个子像素的第二部分中光生的电荷载流子转移到所述共享浮动扩散；以及取样所述共享浮动扩散以产生第二输出样本信号。

本发明的另一方面提供一种用于高动态范围(HDR)图像传感器中的像素，其包括：多个子像素，其中所述多个子像素中的每一者包含：光电检测器，其用于在单个图像捕获的单个积分时间期间响应于入射光而光生图像电荷载流子；以及转移晶体管，其耦合到所述光电检测器；共享浮动扩散，其耦合到所述多个子像素，其中所述多个子像素的第一部分的转移晶体管经耦合以将在所述多个子像素的所述第一部分的相应光电检测器中光生的图像电荷载流子选择性地转移到所述共享浮动扩散，且其中所述多个子像素的第二部分的转移晶体管经耦合以将在所述多个子像素的所述第二部分的相应光电检测器中光生的图像电荷载流子选择性地转移到所述共享浮动扩散。

本发明的进一步方面一种高动态范围(HDR)成像系统，其包括：像素的像素阵列，其中所述像素中的每一者包含：多个子像素，其中所述多个子像素中的每一者包含：光电检测器，其在单个图像捕获的单个积分时间期间响应于入射光而光生图像电荷载流子；以及转移晶体管，其耦合到所述光电检测器；共享浮动扩散，其耦合到所述多个子像素，其中所述多个子像素的第一部分的转移晶体管经耦合以将在所述多个子像素的所述第一部分的相应光电检测器中光生的图像电荷载流子选择性地转移到所述共享浮动扩散，且其中所述多个子像素的第二部分的转移晶体管经耦合以将在所述多个子像素的所述第二部分的相应光电检测器光生的图像电荷载流子选择性地转移到所述共享浮动扩散；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素读出图像数据。

附图说明

参看以下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中除非另外指定，否则相似参考数字贯穿各视图指相似部分。

图1A为说明实例色彩像素阵列的一部分的图式。

图1B为说明根据本发明的教示的实例色彩像素阵列的一部分的图式，在所述色彩像素阵列中每一像素包含多个子像素以提供高动态范围(HDR)成像。

图2为展示根据本发明的教示的具有多个子像素以提供HDR成像的电路的电路图。

图3为说明根据本发明的教示在具有多个子像素以提供HDR成像的像素的实例电路中发现的信号的实例关系的时序图。

图4为说明根据本发明的教示的另一实例色彩像素阵列的一部分的图式，其中每一像素包含多个子像素以提供HDR成像。

图5为说明根据本发明的教示的包含色彩像素阵列的成像系统的一个实例的图式，在所述色彩像素阵列中每一像素包含多个子像素。