[发明专利]具有有不同光敏感度的光电二极管的成像阵列及相关联图像恢复方法

说明书

相关专利申请案

本申请案主张2011年7月26日提出申请的第61/511,661号美国临时专利申请案的优先权。

技术领域

本发明涉及光电传感器及光电传感器的成像阵列。更特定来说，本发明涉及使用具有不同光敏感度的像素形成的成像阵列及用于恢复使用此些成像阵列捕获的数字图像中的视觉信息的方法。

背景技术

图像传感器为通常形成为光电二极管的光敏单元(光电传感器)的阵列。图像的质量及动态范围受像素传感器自身的性质的限制，尤其是在其中传感器单元通常饱和(即，达到传感器可收集的最大电荷)的亮图像区中。超过饱和电平会在所捕获的图像中产生“开化状假象(blooming artifact)”。

发明内容

图像传感器为通常形成为光电二极管的光敏单元(光电传感器)的阵列。不同于采用全部具有相同光敏感度的光电传感器的传统图像传感器，本发明呈现一种采用具有不同光敏感度的光电二极管的传感器。本发明增强图像的质量及动态范围两者，尤其是在其中传感器单元通常饱和的亮图像区中。

为了克服现有技术图像传感器中固有的问题，本发明针对一种包含具有正常光敏感度的光电二极管及具有较低光敏感度的光电二极管两者的图像传感器。具有正常光敏感度的光电二极管旨在捕获与介于从低值到不饱和的高值的范围内的光强度相关联的视觉信息。具有较低光敏感度的光电二极管旨在捕获其中具有正常光敏感度的光电二极管通常饱和的具有高光的区中的视觉信息。可以数种不同方式来实现光电二极管的较低敏感度，举例来说，通过阻挡落在光电二极管处的光或改变光电二极管的电容。

在不饱和的区中，通过应用适当增益使对应于具有较低光敏感度的光电二极管的像素值成为对应于具有正常光敏感度的光电二极管的像素值的水平来恢复高质量图像信息。通常在校准中获得这些增益(本文中称作高光像素增益)。或者，可根据任何高光像素的邻域中可用的不饱和正常光敏感度像素的平均值或加权平均值(举例来说，使用高斯权数)与高光像素值的比率来计算所述高光像素的高光像素增益。替代解决方案可旨在借助于图像内插或信号估计使用对应于具有正常光敏感度的光电二极管的相邻像素值来恢复对应于具有较低光敏感度的光电二极管的像素值。

根据本发明，揭示用于通过组合具有减小的敏感度的像素而恢复数字图像中的高光的方法。

本发明中所引入的概念适用于任何光电二极管布局，例如具有较低光敏感度的光电二极管在具有正常光敏感度的光电二极管的阵列中的各种周期性、伪随机及随机布置。另外，本发明并不限于任何特定敏感度设定，因为所呈现的概念为灵活的且允许具有不同敏感度的光电二极管。

附图说明

图1是典型的现有技术像素的横截面图。

图2是根据本发明的一个方面的敏感度减小的像素的横截面图。

图3是针对正常像素及敏感度减小的像素两者的面板曝光对像素输出的曲线图。

图4是展示根据本发明用于敏感度减小的像素的光屏蔽物的一个说明性实施例的图示。

图5是展示根据本发明用于敏感度减小的像素的光屏蔽物的另一说明性实施例的图示。

图6是展示根据本发明放置于像素阵列上方以界定敏感度减小的像素的栅格的一部分的说明性形式的图示。

图7是展示根据本发明包含以规则方式放置的敏感度减小的像素的根据本发明的说明性像素阵列的一部分的图示。

图8是展示根据本发明包含以规则方式放置成菱形图案的敏感度减小的像素的根据本发明的说明性像素阵列的一部分的图示。

图9是展示根据本发明的说明性图像恢复方法的流程图。

图10是展示根据本发明的另一说明性图像恢复方法的流程图。

图11是展示根据本发明的另一说明性图像恢复方法的流程图。

具体实施方式

所属领域的技术人员将认识到，本发明的以下描述仅为说明性而绝非为限制性。此些技术人员将容易联想到本发明的其它实施例。

根据本发明的成像阵列包含具有两种不同光敏感度的像素传感器。第一多个像素传感器具有第一光敏感度，且第二多个像素传感器具有小于第一光敏感度的第二光敏感度。本文中有时将第一多个像素称作“正常像素”，且本文中有时将第二多个像素称作“高光”像素。