[发明专利]用于静态图片或视频摄影的图像传感器

说明书

技术领域

本发明一般涉及图像传感器领域，特别地，涉及通过以预定方式采样图像传感器的整个阵列以及对全部像素值求和来产生每秒至少30帧(视频)。

背景技术

参照图1，一个隔行电荷耦合设备(CCD)图像传感器10包括光电二极管阵列20。该光电二极管被彩色滤光片覆盖以便仅允许光波长的窄带在该光电二极管中产生电荷。参照图2，典型地，图像传感器具有如图2所示以2×2子阵列布置在该光电二极管上的三个或更多不同彩色滤光片的模式。为了一般性讨论，假定该2×2阵列具有四种色彩A、B、C和D。用于数字相机中的最常见彩色滤光片模式是Bayer模式，其中色彩A是红色，色彩B和C是绿色，色彩D是蓝色。

回来参照图1，生成照片的电荷的图像读出从把该光电二极管电荷的一些或全部传送到垂直CCD(VCCD)30开始。在逐行扫描(progressivescan)CCD的情形中，每个光电二极管同时向VCCD 30传送电荷。在两个场交错的(two field interlaced)CCD的情形中，首先偶数光电二极管行向VCCD 30传送电荷以读出第一个场的图像，然后奇数光电二极管行向VCCD 30传送电荷以读出第二个场的图像。交错CCD不限于两个场读出。四个或更多交错场也是普遍使用的。

通过一次将一行中的所有列并行传送到水平CCD(HCCD)40中而读出VCCD 30中的电荷。然后该HCCD 40将电荷顺序传送到输出放大器50中。

图1示出了一个仅有24个像素的阵列。许多用于静态图片摄影的数字相机采用了具有百万像素的图像传感器。一个10兆像素的图像传感器以40MHz的数据速率将需要至少1/3秒来读出。如果该相机被用于记录视频，那么这是不适合的。视频记录器需要在1/30秒内读出一幅图像。本发明所针对的缺点是如何使用具有超过一百万像素的图像传感器同时作为高质量数字静拍相机(still camera)和30帧/秒的视频相机。

现有技术通过提供分辨率降低(典型地为640×480像素)的视频图像来解决这个问题。例如，如美国专利6342921中所述，一个具有3200×2400像素的图像传感器仅每隔五个像素被读出。这常常被称为子采样，或者有时被称为稀疏模式或省略模式(skipping mode)。以因子5来子采样图像的缺点是仅仅使用了4％的光电二极管。子采样的图像的缺点是感光性降低和出现虚假伪象。如果聚焦到该图像传感器上的锐线只是位于未采样像素上，那么该线将不会在该视频图像中再现。在美国专利5668597和5828406中记载了其他子采样方案。

包括美国专利6661451或美国专利申请公开2002/0135689A1的现有技术试图通过对像素求和来解决该子采样的问题。然而，这些现有技术仍然存在一些像素未采样。

美国专利申请公开2001/0010554A 1通过对像素求和而不进行子采样来增加帧速率。然而，它需要两个场交错读出。我们更需要的是通过逐行扫描读出来获得视频图像。交错视频在不同的时间采集该两个场。当采集每个交错场时，该图像中的活动对象将出现在不同的位置。

现有技术的另一缺点是它仅仅降低了垂直方向上的图像分辨率。在水平方向上，HCCD仍然必须读出每个像素。对于非常大(大于8百万像素)的图像传感器，通过子采样或其他方法降低垂直方向上的图像分辨率不能将帧速率增加到30帧/秒。

美国专利申请公开2003/0067550A1对于甚至更快的图像读出也能降低垂直和水平的图像分辨率。然而，这种现有技术需要条纹彩色滤波器模式(3×1彩色滤波器阵列)，这一般被认为是劣于Bayer或2×2彩色滤波器阵列模式。

美国专利申请公开2004/0150733A1通过对具有2n+1个像素的方块子阵列中的像素集合求和来克服子采样的缺点，其中n是整数。这仅仅是提供了一种对奇数个像素的像素子阵列求和的装置。它也没有公开使用多个水平CCD以全分辨率更快地读出图像。本发明公开了一种利用多个水平CCD对偶数个像素集合求和的装置。