CN102265176B

CN102265176B - 具有单光子计数能力的cmos成像器

Info

Publication number: CN102265176B
Application number: CN200980152142.7A
Authority: CN
Inventors: G·普雷舍尔; C·德根哈特; R·巴利扎尼; A·施米茨; T·弗拉赫
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: EP2380038A1; US8610808B2; JP2012513694A; EP2380038B1; WO2010073137A1; CN102265176A; US20110249148A1

Abstract

一种彩色成像装置包括：颜色选择光电探测器(R，G，B)的一个或多个阵列(10，RA，GA，BA)，配置为获取对象的彩色图像；一组雪崩光电二极管光电探测器(APD)，布置为获取所述对象的亮度图像；以及数字图像处理电路系统(30)，配置为处理所获取的彩色图像和所获取的亮度图像以产生所述对象的输出图像。在一些实施例中，雪崩光电二极管光电探测器配置为执行光子计数。在一些实施例中，所述一个或多个阵列包括成像阵列(10)，该成像阵列包括跨该成像阵列分布的颜色选择光电探测器(R，G，B)，该组雪崩光电二极管光电探测器(APD)散置在颜色选择光电探测器之间。

Description

具有单光子计数能力的CMOS成像器

下文涉及成像领域、照相领域、音频/视频领域、远程通信领域以及相关领域。

数字成像用于各种各样的应用中，比如数字照相机、网络照相机(“webcam”)、音频/视频照相机(“camcorder”)等等。在已知的方法中，应用了CMOS成像器，其中宽带光电探测器的阵列与颜色选择滤光器耦合从而限定了颜色选择光电探测器。考虑到对于不同颜色的相对的光探测灵敏度因素，这样的CMOS彩色成像阵列有时应用包括50％的绿色光电探测器、25％的蓝色光电探测器和25％的红色光电探测器的贝尔式样(Bayer pattern)。颜色选择光电探测器通过复位晶体管来偏置，并且光的入射产生可探测到的电压降低。为了提供对于低光水平的灵敏度，可以通过适当的放大电路系统来放大所述电压。

关于CMOS成像器的已知的问题在于，它们即使在与信号放大电路系统结合操作时对于低光条件仍具有差的灵敏度。光强度损失的一个来源是颜色选择滤光器。对于给定的光强度，尽管滤光损失依赖于所使用的滤光器的类型，但每个颜色选择滤光器通常去除光的大约三分之二(对应于非选定的颜色)。

对于这一问题的一个解决方案是在彩色成像阵列的颜色选择光电探测器之间散置“全色”光电探测器。全色光电探测器类似于颜色选择光电探测器，但是不具有颜色选择滤光器。全色光电探测器产生亮度图像，其是如宽带或全色光电探测器所获得的光强度基本与光颜色或波长无关的图像。(将意识到的是，亮度图像由于宽带或全色光电探测器的可能的非平坦的光灵敏度-波长依赖性而可能仍然具有某些波长依赖性。)数字图像处理电路系统将由颜色选择光电探测器产生的彩色图像与由宽带或全色光电探测器产生的亮度图像组合以产生输出图像。应用了这样的散置的颜色选择和全色光电探测器的一些系统已经被描述，例如在美国公开申请No.2008/0130991A1和美国公开申请No.2008/0130073A1中。

在彩色成像阵列中散置颜色选择和全色光电探测器的方法至少由于在全色光电探测器中去除了颜色选择滤光器而改善了光灵敏度。进一步的优势在于，对于颜色选择光电探测器和全色光电探测器这两者而言，电子器件是类似的，这简化了成像阵列的制造。

然而，利用这种方法改善光强度灵敏度是受到限制的，并且受到成像阵列中颜色选择光电探测器和全色光电探测器的密度之间折衷的影响。在美国公开申请No.2008/0130991A1和美国公开申请No.2008/0130073A1中公开的一些阵列中，阵列的大约一半包括全色光电探测器。可以预期的是，阵列中全色光电探测器的这种高密度会不利地影响阵列的颜色灵敏度和颜色区分能力。此外，即使省略了颜色选择滤光器，成像阵列的全色部分的光灵敏度也会由于探测器自身的噪声而受到限制。

以下提供了新的和改进的设备和方法，其克服了以上提到的问题以及其他问题。

根据一个所公开的方面，一种彩色成像装置包括：颜色选择光电探测器的一个或多个阵列，配置为获取对象的彩色图像；一组雪崩光电二极管光电探测器，布置为获取所述对象的亮度图像；以及数字图像处理电路系统，配置为处理所获取的彩色图像和所获取的亮度图像以产生所述对象的输出图像。

根据另一个所公开的方面，一种彩色成像装置包括：一组雪崩光电二极管光电探测器，配置为执行光子计数并且布置为获取对象的亮度图像；以及数字图像处理电路系统，配置为处理所述对象的彩色图像和所获取的所述对象的亮度图像以产生所述对象的输出图像。

根据另一个所公开的方面，一种彩色成像装置包括：成像阵列，其包括跨所述成像阵列分布的颜色选择光电探测器以及散置在所述颜色选择光电探测器之间的一组雪崩光电二极管光电探测器。

根据另一个所公开的方面，一种彩色成像方法包括：使用颜色选择光电探测器的一个或多个阵列和一组雪崩光电二极管光电探测器来对对象进行成像，所述颜色选择光电探测器的一个或多个阵列配置为获取对象的彩色图像，并且该组雪崩光电二极管光电探测器布置为获取所述对象的亮度图像；以及基于所述亮度图像的相应内容调整所述彩色图像从而产生改变的彩色图像。

一个优势在于，为彩色成像提供了改善的强度范围。

另一个优势在于，为彩色成像提供了景深信息。

另一个优势在于，为彩色成像提供了放大。

在阅读并理解以下的详细说明的基础上，进一步的优势对于本领域普通技术人员而言将是明显的。

图1图解性地示出了包括成像阵列的彩色成像装置，所述成像阵列包括颜色选择光电探测器以及雪崩光电二极管(APD)光电探测器的散置组。

图2图解性地示出了图1的彩色成像装置的示例性的蓝色光电探测器的电路示意图，以及图1的彩色成像装置的示例性的APD光电探测器的电路示意图。

图3图解性地示出了用于读出图1的成像阵列的该组APD光电探测器的读出序列。

图4图解性地示出了适合由图1的彩色成像装置的数字图像处理电路系统执行的示例性处理的流程图。

图5图解性地示出了适于用在图1的彩色成像装置中的成像光学器件，其在图5的实施例中包括用于利用该组APD光电探测器获取深度信息的光源。

图6和图7图解性地示出了利用图5的实施例获取深度信息的时序图。

图8图解性地描绘了作为使用图6或图7的深度评估方法获取的时间偏移量或深度的函数的光子计数。

图9图解性地示出了另一实施例，其中颜色选择光电探测器被分离成单色阵列，该组APD光电探测器被分离成APD阵列，成像光学器件将光耦合到这些阵列，并且提供光源以用于利用APD阵列获取深度信息。

参照图1和图2，彩色成像阵列10包括配置为获取对象的彩色图像的颜色选择光电探测器阵列。在示例性示出的成像阵列10中，颜色选择光电探测器包括：配置为探测红色光的红色光电探测器R；配置为探测绿色光的绿色光电探测器G；以及配置为探测蓝色光的蓝色光电探测器B。彩色成像阵列10还包括布置为获取亮度图像的一组雪崩光电二极管(APD)光电探测器APD。在图2中绘出了示例性的蓝色光电探测器B的电路示意图。在该示例性的实例中，蓝色光电探测器B是CMOS光电探测器，其包括通过复位晶体管R1预充电到低电压偏置vdd的光电二极管D。在获取期间，在二极管D的耗尽区域内光生电子-空穴对，这降低了二极管D两端的电压电平。二极管D基本上可以是任何类型的光电二极管，比如P-I-N光电二极管、雪崩光电二极管等等。电压被源极跟随器电路AMP放大并且能够通过读出晶体管R2被读出。光电二极管D是宽带光电二极管，其通常将探测基本任何可见波长的光。因此，颜色选择滤光器F被包括进来以便阻挡除了蓝光之外的光到达光电探测器D。红色和绿色光电探测器R、G是类似的，除了它们分别利用红色选择滤光器和绿色选择滤光器。

图2还绘出了示例性APD光电探测器APD的电路示意图，其包括雪崩光电二极管DA。雪崩光电二极管是通过雪崩过程提供内部信号放大的光电二极管。雪崩光电二极管DA被反向偏置在偏置电平Vex，该偏置电平足够高从而使光生的电子和空穴被内部偏置场加速以发生载流子的雪崩倍增，从而产生相当大的增益。图2的电路示意图以盖革模式配置雪崩光电二极管DA以用于光子计数。在其他实施例中，可以使用更低的偏置电平以产生雪崩倍增。在一些构想的实施例中，如用于红色、绿色和蓝色光电探测器R、G、B的相同的电路拓扑结构(示例性的实例在图2的左手侧被绘出)也用于操作雪崩光电二极管DA，由于雪崩光电二极管DA的p/n结设计所提供的高的内部电场而在雪崩光电二极管DA中获得雪崩倍增。由雪崩光电二极管DA所提供的增益意味着，对于每个被吸收的光子，在雪崩光电二极管DA之内内部地产生一连串的电子和空穴。所述增益除了其他因素还取决于偏置电平Vex。

对于足够高的偏置电平，响应于单光子的吸收而产生能够探测到的电流脉冲，这使得雪崩光电二极管DA能够可选地在盖革模式下操作从而执行光子计数。在图2中绘出的示例性APD光电探测器APD的电路示意图被配置用于盖革模式操作。二极管DA通过偏置电平Vex被充电至超过击穿电压很少的数伏特，并且读出晶体管R3感测雪崩光电二极管DA是否已经吸收了光子。各个光子通过以连续的间隔读取每个光电二极管DA而被顺序地计数。在阵列配置中，一条线的READ信号可以可选地用作前一条线的RESET信号。

APD光电探测器APD的雪崩光电二极管DA典型地被配置为对可见光谱中的任何光子进行计数。因此，由该组APD光电探测器APD所获取的图像是亮度或灰度级图像。然而，对于雪崩光电二极管DA的光谱响应所构想的是使其具有某种波长依赖性，比如(例如)靠近可见光谱中间的灵敏度峰值，和/或朝向红外区域和/或朝向紫外区域的灵敏度降低。所示例性示出的光子计数电路系统12将APD光电探测器APD在盖革模式下操作从而产生基于使用APD光电探测器APD获取的光子计数的亮度图像。光子计数电路系统12接收由该组APD光电探测器APD输出的数据，并且可选地还发送控制信号从而复位已经被光子的入射“触发”的APD光电探测器APD。替换性地，可以通过与每个APD光电探测器APD集成的适当的复位电路系统来执行APD光电探测器APD的复位。由光子计数电路系统12获取的亮度图像在适当的亮度图像存储器14中被储存或缓冲。

在一些实施例中，对于所述APD读出方法的改进使用了成像阵列10的该组APD光电探测器APD并且改变了每个雪崩光电二极管DA的过电压(即，改变了偏置电压Vex)从而将光子探测效率与预期的光子通量相匹配。在这些实施例中，对于成像阵列10的该组APD光电探测器APD的不同的雪崩光电二极管DA，偏置电压Vex是不同的。可以使用查找表来选择偏置改变，所述查找表将雪崩光电二极管的偏置值与相邻颜色选择光电探测器R、G、B中的一个或多个中的电流相关联。这样的电流值适当地乘以光子探测效率的倒数从而说明了在偏置电压Vex的低值处减小的光子探测效率。

简要参照图3，可以使用快速并行读出方案从而实现超过一百万帧每秒的亮度图像读出率。如图3所图解性地示出的，通过同时读取阵列10的两个半部并且通过每列使用多于一条数据线以允许同时读出数条线，可以实现这种快速读出率。

尽管示例性地说明了光子计数电路系统12，但是在其他实施例中，亮度获取电路系统使APD光电探测器APD在非盖革模式下操作，例如通过使APD光电探测器APD偏置在更低的电平从而使APD光电探测器APD提供相当大的增益，但是不能如在盖革模式下那样执行单独的光子计数。这样的非盖革模式由于结击穿期间的雪崩倍增仍旧提供了固有的增益，从而提供了对于低的光强度的良好的灵敏度。

彩色图像获取电路系统20从成像阵列10的颜色选择光电探测器R、G、B获取图像数据，并且将所得到的彩色图像缓冲或储存在彩色图像存储器22中。颜色选择光电探测器R、G、B和相关的彩色图像获取电路系统20根据应用了CMOS成像阵列的典型彩色图像装置而适当地操作。然而，由于显示器的一些像素被灰度级APD光电探测器APD而不是被颜色选择光电探测器R、G、B所占据，因此各种颜色通道的某些缩放可能是合适的。例如，在示例性示出的成像阵列10中，阵列10中红色、绿色、蓝色以及APD光电探测器R、G、B、APD的密度分别约为25％、25％、25％和25％。也就是说，大约25％的光电探测器是红色光电探测器R；大约25％的光电探测器是绿色光电探测器G；大约25％的光电探测器是蓝色光电探测器B；并且大约25％的光电探测器是APD光电探测器APD。通过以包括50％的绿色光电探测器、25％的蓝色光电探测器和25％的红色光电探测器的常规的贝尔式样开始，并且用APD光电探测器取代大约一半的绿色光电探测器，就得到阵列10。结果，与常规的贝尔式样相比，原始图像的绿色通道强度将会减少一半。通过对绿色图像通道进行适当缩放，彩色图像获取电路系统20适应了绿色光电探测器G的密度的这种减小。

回来参照图1以及进一步参照图4，数字图像处理电路系统30被配置为对获取的彩色图像以及获取的亮度图像进行处理从而产生输出图像。图4示例性示出了用于产生输出图像的一种适当的算法。在第一操作OP1中，基于彩色图像对图像强度进行量化。这种量化可以应用平均图像强度、每颜色通道的平均图像强度或者其它适当的度量。在一些实施例中，图像强度量化操作OP1针对图像的子区域执行从而能够实现图像的逐段处理。此外，图像强度量化操作OP1可选地由诸如图像对比度度量之类的彩色图像“质量”的另一度量来取代。

在比较操作OP2中，将图像强度度量与强度夜视水平阈值进行比较。这种比较的目的在于，确定对于彩色图像而言光强度是否过低而不能被利用。再次地，可以使用诸如图像对比度之类的其它的图像“质量”度量。(例如，在后者度量中，其图像对比度低于一定阈值的彩色图像可以被假定为过暗而不能被利用。)如果比较操作OP2表明彩色图像不能被利用，则假定该问题在于光强度过低。在这种情况下，输出图像在选择操作OP3中被选择为获取的亮度图像。尽管亮度图像具有没有颜色的缺点(即，其是灰度级图像)，但是该组APD光电探测器APD和相关的获取电路系统12的光子计数能力确保了亮度图像很可能具有可用的对比度，即使在非常低的光条件下。输出图像有点类似于“夜视护目镜”或类似装置的输出。

另一方面，如果比较操作OP2表明彩色图像可用，则第二比较操作OP4确定彩色图像是否具有对应于日光水平的强度。如果是，则合理的是假定APD光电探测器APD的光子计数组完全饱和，因此，亮度图像被抹掉且不被利用。在这样的情况下，第二选择操作OP5选择彩色图像作为输出图像。

最后，如果两个比较操作OP2、OP4均为否定的，则确定彩色图像是可用的但是可以基于由亮度图像提供的灰度级信息而被改善。在这样的情况下，执行彩色图像改变操作OP6，其基于亮度图像的相应内容调整彩色图像。在计算上直接顺向的方法中，改变操作OP6可选地通过基于亮度图像的相应像素的亮度值的数额增大了彩色图像的每个像素的红色、绿色和蓝色通道的强度。在变型的方法中，这种强度增强限于亮度图像的具有的亮度值超过最小阈值(以便亮度图像表明存在一些光)并且低于最大阈值(因为超过这样的阈值则可以假定彩色图像成功地捕获了更高强度的光)的那些区域。可以使用基于亮度图像改变彩色图像的其他组合方法，比如在美国公开申请No.2008/0130991A1和美国公开申请No.2008/0130073A1中公开的那些方法，这两个申请的全部内容合并于此作为参考。

继续参照图1和图4，由操作OP3、OP5、OP6之一产生的输出图像适当地储存在储存存储器32中、显示在显示装置34上或者以别的方式被利用。在其中成像阵列10是CMOS装置的实施例中，所构想的是将各种部件12、14、20、22、30、32、34或者所述部件的各种组合单片地集成在单个硅晶片、芯片或管芯上从而产生集成的成像装置。替换性地，各种部件12、14、20、22、30、32、34或者所述部件的各种组合可以实现为各独立的芯片、管芯等等，其中的一些可以可选地以除了基于硅的材料系统之外的其它系统来制造。不论是集成的还是独立的，电路系统部件12、20、30或者其各部分可以多样地实现为分立的电路系统、集成电路系统、适当编程的微处理器或微控制器等等。

彩色成像装置可以是基本上任何彩色成像应用装置的部件，或者可以实现为基本上任何彩色成像应用装置，比如示例性示出的数字照相机40(其例如可以是比如典型地由业余摄影者使用的紧凑数字照相机，或者是比如典型地由更高级或者更专业的摄影者使用的数字单透镜反射式(SLR)照相机，等等)，或者是与计算机44集成在一起或者安装在计算机44上的网络照相机42等等。成像阵列10可以直接查看成像对象，或者可以通过适当的光学系统与要被成像的对象光学耦合，所述光学系统比如是数字照相机40的示例性示出的透镜46，或者是网络照相机42的透镜系统(未示出)等等。此外，尽管示例性示出了与消费者或者商业有关的应用装置40、42，但是所构想的是此处公开的彩色成像装置可以在其他应用领域中寻求到应用之处，比如在医疗成像中(例如，作为内窥镜装置的部件或者实现在内窥镜装置中，所述内窥镜装置配置为插入到对象中以用于在低光或者有遮蔽的条件下对象的内部成像)，或者作为用于捕获运动事件的视频装备的部件或实现在用于捕获运动事件的视频装备中等等。

将该组APD光电探测器APD集成在彩色成像阵列10中具有多个优势。当以盖革模式操作时，该组APD光电探测器APD将成像能力扩展到极低的光水平，尽管在灰度级的情况下。在仍旧低于全日光照明的更高的光水平下，该组APD光电探测器APD提供了在盖革模式下获取的或者以不那么进取性的雪崩倍增增益模式获取的高增益亮度图像，其可以用于改变或调整彩色图像从而提供增强的图像对比度或者其它图像增强。由于由APD光电探测器APD所提供的高增益，所以可以获得这些相当大的优势而没有用APD光电探测器APD取代大的份额或百分比的颜色选择光电探测器R、G、B。在一些实施例中，该组APD光电探测器中的APD光电探测器组成成像阵列的光电探测器总数的少于四分之一或大约四分之一。例如，在示例性的成像阵列10中，APD光电探测器APD精确组成成像阵列的光电探测器的四分之一。

参照图5，在一些实施例中，该组APD光电探测器APD用于获取深度信息。图5绘出了相应于光学系统48设置的彩色成像阵列10以对对象进行成像。使用部分地反射且部分地透射的第一棱镜或镜52以及第二棱镜或镜54将诸如脉冲激光器之类的可选的光源50耦合到光学系统48中。可选的脉冲激光器或其它光源50产生光脉冲，所述光脉冲行进通过光学系统48、(至少部分地)反射离开对象，所述(至少部分地)反射的光被光学系统48收集并且被成像阵列10成像。在盖革模式下操作的该组APD光电探测器APD被配置为具有足够的时间分辨率从而探测可选光源50的激活与响应于通过可选光源50的激活产生的光脉冲由该组APD光电探测器APD获取的光子计数之间的延迟时间。

在提供深度信息的一个实施例中，光源50是脉冲半导体激光器、脉冲发光二极管或其它脉冲窄带光源，并且APD光电探测器APD被调谐到光源50的波长的窄带滤光器覆盖从而阻止环境光被探测。在一些这样的实施例中，棱镜或镜54(例如通过由玻璃或另一高度透明的材料制成)对于可见光谱的大部分几乎是完全透射的，但是通过在棱镜或镜54上设置电介质层而使其对于光源50的波长是部分地反射的，所述电介质层限定了被调谐至在光源50的波长处具有峰值反射率的窄带布拉格反射器。

为了执行深度评估，光子计数电路系统12包括时间-数字转换器，其产生对应于每个光子计数的时间指标。然后将该时间指标与光源50的激活时间相比较从而确定光的往返行程行进时间，从其可以将距离确定为d＝c·t/2，其中c表示光速，t表示往返行程行进时间(即，光源50的激活与光子计数之间的时间)，并且d表示深度。

典型地，应用相当大的数目的时间-数字转换器以实现厘米范围内的高的深度分辨率。然而，如果不需要高深度分辨率，则可以应用不那么复杂的方案。

参照图6，在这种不那么复杂的方案中，利用典型地为数纳秒的良好限定的时间步(time step)来顺序读出传感器线。因此，两条接连的线之间的深度差异为数十厘米的数量级。通过改变光源50的激活与APD光电探测器读出的起始之间的时间偏移量，整个深度范围被所有线覆盖。在这样的方法中，利用缓慢增加的时间步通过数百万短的光脉冲来照明景象，并且对于景象的每个深度收集各个帧。

参照图7，在进一步加速读出(即，收集更多的帧以得到更好的统计量)的变型的方案中，光脉冲可以与读出交替进行。

参照图8，当使用图6或者图7的深度评估方案时，对于每个像素，所接收的光子被适当收集在深度直方图(histogram)中。直方图的每个区(bin)包含被像素接收的光子的数目，其渡越时间小于或等于深度d。图8图解性地示出了对于在两个不同的距离处的两个物体，这样的直方图的一个实例。直方图利用图8中的实线绘出。直方图的导数利用图8中的虚线绘出。直方图的导数(虚线)中的两个峰值对应于两个被观察的物体的深度位置(所述两个被观察的物体沿着不同的视线，或者前面的物体是诸如窗玻璃之类的透明物体)，或者跨越不同深度位置的单个被观察物体的两个不同的部分。更一般而言，直方图导数中的每个峰值对应于物体的深度。直方图的微分增大了噪声。因此，测量的数目(对应于光源激活事件和相应获取的数目)应该是足够的从而提供在期望的噪声水平的物体的深度定位。也可以应用噪声减少信号处理技术。

在图1和图5的实施例中，成像阵列是单个集成的成像阵列，其中APD光电探测器APD与颜色选择光电探测器R、G、B散置分布。这种方法有助于制造紧凑的彩色成像装置，并且还确保了获取的彩色图像和获取的亮度图像的空间配准。然而，集成的方法会使制造更加困难。另外，用集成成像阵列10取代常规的彩色成像阵列招致了彩色成像阵列以及彩色图像获取电路系统的耦合电子器件这两者的改变。

参照图9，在替换性的方法中，APD光电探测器阵列APDA被包括进来作为现存的彩色成像系统的附加部件。现存的彩色成像系统可以使用具有红色、绿色和蓝色光电探测器的彩色成像阵列(没有被示例性示出的变型)，或者如所示例性示出的那样，可以使用独立的红色光电探测器阵列RA、绿色光电探测器阵列GA和蓝色光电探测器阵列BA。在图9的实施例中，再次使用光学系统48以捕获来自对象的光，并且部分地反射/部分地透射的棱镜或镜60、62、64用于将来自对象的光的选定份额耦合到成像阵列RA、GA、BA、APDA中的每一个。通过对相应的三个颜色选择阵列RA、GA、BA产生的颜色通道图像进行组合来获取彩色图像，同时通过APD光电探测器阵列APDA来产生亮度图像。图1中示出的其余部件，比如数字图像处理电路系统30，可以用于图9的系统中。在图9的示例性替换性的系统中，可选的光源50被包括进来以用于获取深度信息，并且其经由部分地反射的镜60和附加的部分地反射/部分地透射的镜66耦合到光学系统48中。

在图5和图9的任一实施例中，光源50也可以配置为经由不包括光学系统48的光学路径照明对象。例如，在一些构想的实施例中，光源50被设置为直接照明对象而没有任何插入的光学器件。

已经参照优选实施例描述了本发明。在阅读并理解前面的详细说明的基础上，他人可以进行改变和变更。旨在将本发明解释为包括所有这样的改变和变更，只要它们落入了所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims

1.一种彩色成像装置，包括：

颜色选择光电探测器（R，G，B）的一个或多个阵列，配置为获取对象的彩色图像；

一组雪崩光电二极管光电探测器（APD），布置为获取所述对象的亮度图像；

数字图像处理电路系统（30），配置为处理所获取的彩色图像和所获取的亮度图像以产生所述对象的输出图像；以及

光子计数电路系统（12），所述光子计数电路系统使所述雪崩光电二极管光电探测器（APD）在盖革模式下操作从而基于使用所述雪崩光电二极管光电探测器获取的光子计数来产生所述亮度图像，

其中所述数字图像处理电路系统（30）配置为，通过将彩色图像的强度分别与夜视水平的强度和日光水平的强度进行比较或者通过将彩色图像的图像对比度与一定阈值的图像对比度比较，将所述输出图像选择为以下之一：（i）所述对象的彩色图像，（ii）通过所述对象的亮度图像改变的所述对象的彩色图像，以及（iii）所述对象的亮度图像。

2.如权利要求1所述的彩色成像装置，其中所述雪崩光电二极管光电探测器（APD）散置在颜色选择光电探测器的所述一个或多个阵列的颜色选择光电探测器（R，G，B）之间。

3.如权利要求2所述的彩色成像装置，其中颜色选择光电探测器的所述一个或多个阵列包括具有散置的红色、绿色和蓝色光电探测器（R，G，B）的光电探测器的单一阵列。

4.如权利要求3所述的彩色成像装置，其中雪崩光电二极管光电探测器（APD）包括小于光电探测器（APD，R，G，B）的总数目的四分之一的光电探测器。

5.如权利要求1所述的彩色成像装置，其中该组雪崩光电二极管光电探测器（APD）限定了与颜色选择光电探测器（R，G，B）的所述一个或多个阵列分开的阵列（APDA）。

6.如权利要求1所述的彩色成像装置，其中所述数字图像处理电路系统（30）配置为基于所获取的亮度图像的相应部分来调整所获取的彩色图像的至少一部分。

7.如权利要求1所述的彩色成像装置，其中所述数字图像处理电路系统（30）配置为基于光源（50）的激活与使用所述雪崩光电二极管光电探测器（APD）获取的光子计数之间的延迟时间来产生深度信息。

8.如权利要求1-5中任意一项所述的彩色成像装置，其中颜色选择光电探测器（R，G，B）的所述一个或多个阵列和该组雪崩光电二极管光电探测器（APD）均包括CMOS装置。

9.如权利要求1-5中任意一项所述的彩色成像装置，其中所述彩色成像装置包括数字照相机（40）或网络照相机（42）。

10.如权利要求1-5中任意一项所述的彩色成像装置，其中所述颜色选择光电探测器（R，G，B）从P-I-N光电二极管和雪崩光电二极管所构成的组中选取，并且所述颜色选择光电探测器还包括颜色选择滤光器（F）。

11.一种彩色成像装置，包括：

一组雪崩光电二极管光电探测器（APD），配置为执行光子计数并且布置为获取对象的亮度图像；以及

数字图像处理电路系统（30），配置为处理所述对象的彩色图像和所获取的所述对象的亮度图像以产生所述对象的输出图像，

其中所述雪崩光电二极管光电探测器（APD）与包括颜色选择光电探测器（R，G，B）的成像阵列（10）集成在一起并且分布在包括颜色选择光电探测器（R，G，B）的成像阵列（10）之上，

12.如权利要求11所述的彩色成像装置，还包括：

光源（50），所述数字图像处理电路系统（30）配置为基于（i）激活所述光源以照明所述对象与（ii）通过所述雪崩光电二极管光电探测器（APD）获取光子计数之间的延迟时间来产生深度信息。