[发明专利]像素阵列的排列方法、图像传感器及图像传感方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域。 

背景技术

图像传感器经常被用于同时具有非常明亮的景象和非常黑暗的景象的场景，例如背光的场景。对于这些场景，常规的图像传感器的图像阵列中的所有像素采用相同的曝光方式，使得捕捉的图像要么在暗处曝光不足、从而丢失暗处细节，要么在亮处曝光过度、从而丢失亮处细节，很难同时兼顾同一场景中明亮和黑暗的部分。随着图像传感器分辨率的不断提升，感光像素单元的面积将进一步的减小，这一问题表现得更为突出。因此，需要一些技术改进，来获取高动态范围的图像。 

目前获取高动态范围图像的方法主要有两种： 

●一种是基于图像的数据处理获取静态的高动态范围图像，具体为：对感光像素阵列的所有行进行长时间曝光，获得整帧的长时间曝光信号，并将这些信号存储到特定的存储空间；对感光像素阵列的所有行进行短时间曝光，并将获得的短时间曝光信号与存储于特定存储空间的长时间曝光信号进行合成，典型的合成方法为：y＝a*x1+b*x2，其中y为最终输出像素值，x1为该像素的长曝光值，x2为该像素的短曝光值，a和b为权重系数，且满足a+b＝1，a和b可以为常数，也可以随像素的明暗程度自动调节，最简单的是y＝0.5*x1+0.5*x2。从而，形成具有高动态范围的图像。这种方法需要存取整帧的像素单元数据，耗费较多的存储资源及处理时间，而且对同一场景不同时段的前后两次曝光，最终图像容易产生拖影，适用于软件方法处理静态图像。 

●另一种获取高动态范围图像的方法则是基于行方向的向下采样 (subsample)，对感光像素阵列中的某些行进行长时间曝光，对其它行进行短时间曝光。如图1中所示，其中灰色行为短曝光，白色行为长曝光，R、G、B分别代表红色、绿色和蓝色像素。在曝光之后，通过插值获得每个像素的长曝光和短曝光值，然后在长时间曝光行或短时间曝光行中选择或合成。选择策略一般是根据当前像素的明暗程度，暗处优先选择长曝光值，亮处优先选择短曝光值，中间处则长短曝光结合。这种方法不需要额外的存储空间，并且处理速度快。但是，行与列方向采样不同，数据恢复的难度由采样率低的方向决定。这里所提的这种现有方法，长曝光行和短曝光行交替，但是同一行内的所有像素采取的都是同一个曝光时间，这样列方向的长短曝光像素的采样率为0，恢复时只能利用同一列中上下行的数据，如图1中左部所示；或者利用斜方向的数据，如图2中右部所示。它的缺点是：由于基于向下采样，像素阵列的行方向和列方向采样率不一致，全尺寸图像输出时数据很难完美恢复，适用于在向下采样过程中输出较小尺寸的高动态范围图像。 

发明内容

现有的向下采样的技术中，对于采用上下行的方式，如图1中左部所示，为了恢复长曝光像素B₁的短曝光值，采用上下行的两个短曝光值进行插值，左右列的信息为0，恢复出的数据很容易与实际产生较大的偏差。而对于采用斜方向的方式时，例如恢复长曝光像素B₂的短曝光值时，如图1中右部所示，采用四个对角的像素的值来插值，而恢复相邻的长曝光像素B₃的短曝光值时，也采用四个对角的像素的值来插值，空间位置会发生交错，即前一列的像素用来恢复后一列，后一列的像素用来恢复前一列，并且长曝光像素B₂和B₃所用的插值像素没有相同的，容易出现锯齿等图像缺陷。 

为了解决这些技术问题，本发明的构思在于，在像素阵列中，同一行内的感光像素被间隔的分配不同的曝光时间，同一列内的感光像素也被间隔的分配不同的曝光时间。这样允许在插值时，在一种曝光时间像素位置处获取其另一种曝光的像素值时，能够同时使用与其同 一行和同一列的另一种曝光时间像素的像素值，插值的维度扩大为行向和列向，提高了采样率；并且不存在交错，减少了图像缺陷。 

根据本发明的第一个方面，提供了一种图像传感器，含有像素阵列，其特征在于，在该像素阵列的同一行中，具有不同曝光特性的相同色彩类型像素交替间隔分布，且，在该像素阵列的同一列中，具有不同曝光特性的该相同色彩类型像素交替间隔分布。 

相应地，还提供了一种对本发明的第一个方面的图像传感器所获的像素值进行处理的装置，其特征在于，对某第一曝光特性的色彩类型像素，获取该像素对应的第二曝光特性的数据时，该装置使用：与该像素处于同一行的、具有第二曝光特性的该色彩类型像素提供的像素值，和与该像素处于同一列的、具有第二曝光特性的该色彩类型像素提供的像素值。