CN102823235B - 图像传感器优化 - Google Patents

Abstract

一种装置包括：多个光电检测器，配置成将光转换成用于图像生成的信号，所述多个光电检测器暴露于所述光，其中光电检测器被配置成使用局部优化的饱和信号。该装置例如可以是图像传感器或者电子通信设备。

Description

图像传感器优化

技术领域

本发明主要地涉及数码摄影和图像传感器优化，并且更具体地涉及满阱容量(full well)优化，但并不局限于此。

背景技术

在数码摄影领域中，术语满阱容量可以定义为每个像素在饱和之前可以保持的最大信号或者电子数目。这对图像传感器动态范围具有影响。

在设计图像传感器时必须做出的决策之一是在满阱容量、低光条件下的性能(转换增益：每个电子如何生成高信号电压)和缺陷像素密度之间的折衷。向像素施加的电压越高，可以实现的满阱容量越高。然而更高电压可能增加像素的缺陷密度。

发明内容

根据本发明的第一示例方面，提供一种装置，该装置包括：

多个光电检测器，配置成将它们所暴露于的光转换成用于图像生成信号，其中：

光电检测器被配置成使用局部优化的饱和信号。

根据本发明的第二示例方面，提供一种方法，该方法包括：

使图像传感器的光电检测器暴露于光以获得图像数据，以及

在光电检测器中使用局部优化的饱和信号。

根据本发明的第三示例方面，提供一种在计算机可读介质上实现的计算机程序，该计算机程序包括计算机可执行程序代码，该计算机可执行程序代码在由装置的至少一个处理器执行时使装置执行：

控制包括光电检测器的图像传感器，

确定当前图像捕获条件，以及

基于确定的图像捕获条件控制图像传感器的光电检测器以在局部优化的饱和信号与全局优化的饱和信号之间改变。

根据本发明的又一示例方面，提供一种存储器介质，该存储器介质载有第五示例方面的计算机程序。

已经在前文中举例说明本发明的不同非限制示例方面。

附图说明

将参照附图仅通过示例描述本发明：

图1A图示了根据示例实施例的全局饱和信号优化的示例；

图1B图示了根据示例实施例的局部饱和信号优化的示例；

图2示出了根据示例实施例的流程图；

图3A示出了根据示例实施例的流程图；

图3B示出了根据示例实施例的流程图；

图4示出了根据示例实施例的装置的框图；以及

图5示出了根据示例实施例的传感器的框图。

具体实施方式

在说明书中参考“一个实施例”或者“实施例”或者“示例实施例”意味着关于该实施例描述的特定特征、结构或者特性包含于本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各处出现短语“在实施例中”未必都指代相同实施例，并且单独或者替代实施例未相互排除其它实施例。

在示例实施例中，使用基于光电门(photogate)的像素。光电门使得图像传感器的每个像素能够用它们自己的驱动电压来驱动。例如，这允许饱和信号的像素方面的优化以及满阱容量。必须注意光电门仅为一个示例，并且其它实施例可以使用一些其他类型的光电检测器或者光检测元件。

在示例实施例中，在图像传感器平面之上优化图像传感器像素参数。

在示例实施例中，在像平面/图像传感器区域之上优化传感器满阱容量/饱和信号，使得它对应于典型相机行为，其中系统相对照度从图像中心朝着像平面的角落逐渐下降。

图1A图示了根据示例实施例的全局饱和信号优化的示例。虚线11示出了作为与图像中心的距离的函数的最大信号(满阱容量)，并且实线12示出了作为与图像中心的距离的函数的曝光水平。在这一情况下，最大信号在像平面之上恒定。由于光学和传感器相对照度(阴影、虚光)，曝光水平12朝着像平面的角落降低。降低相对照度的主要光学原因是光余弦定律和虚光。主要的传感器相关的原因实际上在于当光线以较高的角度到达传感器表面时传感器响应降低。

图1B图示了根据示例实施例的局部饱和信号优化的示例。虚线15示出了作为与图像中心的距离的函数的最大信号(满阱容量)，并且实线12示出了作为与图像中心的距离的函数的曝光水平。在这一情况下，针对像平面的不同部分，分别优化最大信号，使得最大信号在图像中心处比在角落里(即当与图像中心的距离增加时)更高。当将传感器与实用透镜一起使用时，传感器的中心和角落区域在曝光时饱和。以这一方式，当与图1A中的示例相比时，可以在像平面之上实现更高的曝光水平。此外还可以避免或者至少减小不良相对照度所引起的噪音图像角落。

图2示出了图示根据示例实施例的局部饱和信号优化的流程图。

在阶段21，将像平面划分成多个子块或者区域。在示例实施例中，子块包括一个像素。可替换地，子块可以包括多个像素，例如四个像素。在阶段23，针对每个子块或者区域分别执行饱和信号优化，使得不同区域中的饱和信号独立于其它区域中的饱和信号。在示例实施例中，局部优化的饱和信号使得像平面的中心部分中的饱和信号高于像平面的角落区域中的饱和信号。

在示例实施例中，系统根据当前图像捕获条件在全局与局部饱和信号优化之间切换。图像捕获条件例如可以是照度条件或者曝光条件。图3A示出了根据这样的示例实施例的流程图。在阶段31，确定图像捕获条件。在示例实施例中，完成图像捕获条件的确定以使得无需增益的所有情况视为具有“亮光照度条件”，而所有其它情况视为具有“低光照度条件”。也可以使用其它方法或者标准。在低光条件下，在阶段32，使用全局优化的饱和信号。在亮光条件下，在阶段33，使用局部优化的饱和信号。例如，当从亮光向低光变化时，系统从全局饱和信号优化向局部饱和信号优化切换并且反之亦然。局部和全局饱和信号例如可以与图1A和1B中所示局部和全局饱和信号相似。将注意这仅为示例并且可以存在其它替换。

可替换的系统可以在模式之间逐渐切换，即系统可以从全局饱和信号优化向局部饱和信号优化逐渐切换，并且反之亦然。图3B示出了根据这样的示例实施例的流程图。在阶段35，检测到正在变化的图像捕获条件，并且在阶段36，系统在局部与全局优化的饱和信号之间逐渐改变。

通过局部饱和信号优化而获得的优点在于可以在图像角落中提高信噪比而不是仅纠正亮度。以这一方式，可以获得更佳图像质量和在暗电流与满阱容量之间的更佳折衷。此外，在局部优化饱和信号时，可以针对饱和信号和虚光/阴影减小二者优化在像平面(或者传感器尺寸)之上的曝光水平。

缺陷像素通常仅在低光条件下成问题。在亮光下，像素信号电平如此之高以至于缺陷像素不可见或者可以容易纠正它们。在亮光下，也有可能使用更长曝光时间而未产生由于手颤而模糊的图像。当照度足够低时，曝光时间达到它的最大值(受手颤限制)，并且不可能再增加它。因此，局部饱和信号优化很好地适合于亮光条件，而全局饱和信号可更好地适合于低光条件。在包括根据照度条件在局部优化的饱和信号与全局优化的饱和信号之间切换的实施例中考虑这一点。

本发明的至少一些特征可以由软件、硬件、应用逻辑或者软件、硬件和/或应用逻辑的组合来实现。软件、应用逻辑和/或硬件可以驻留于任何适当成像装置(例如相机)或者具有成像能力的移动电话或便携计算设备上。

在示例实施例中，在各种常规计算机可读介质的任意一个上维护应用逻辑、软件或者指令集。在本文的上下文中，“计算机可读介质”可以是可以包含、存储、通信、传播或者传送指令的任何介质，指令由指令执行系统、装置或者设备(例如相机或者其它成像装置)使用或者与指令执行系统、装置或者设备结合使用，在下图7中描述和描绘了成像装置的一个示例。计算机可读介质可以是数字数据储存器(例如数据盘片或者磁盘)、光存储器、磁存储器、全息存储器、相变存储器(PCM)或者光磁存储器。可以将计算机可读介质成形在除了存储器之外不具有其他实质性功能的设备中，或者可以将其形成为具有其他功能的设备的一部分，包括但不限于计算机的存储器、芯片集以及电子设备的子组装。

图4示出了根据示例实施例的装置40的框图。装置例如可以是相机、移动电话、电子通信设备或者具有成像能力的便携计算设备。

装置400是物理有形物体并且包括相机模块42和配置成存储计算机程序代码(或者软件)47的至少一个存储器46。装置40还包括至少一个处理器41，该处理器用于使用计算机程序代码47来控制装置40的操作中的至少一部分操作。

相机模块42包括相机透镜44和相机传感器43。相机模块42被配置成使用透镜44和传感器43来捕获图像。传感器包括多个光电检测器(例如光电门)，这些光电检测器配置成将它们所暴露于的光转换成用于图像生成的信号。

至少一个处理器41可以是主控单元(MCU)。可替换地，至少一个处理器41可以是微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列、微控制器或者这样的单元的组合。图4示出了一个处理器41，但是装置40可以包括多个处理器41。至少一个存储器46例如可以是随机存取存储器、闪存、硬盘、硬盘阵列、光学存储器、记忆棒、记忆卡和/或磁存储器。

本领域技术人员理解除了图4中所示元件之外，装置40还可以包括其它元件，例如如用户接口、显示器以及通信单元和诸如输入/输出(I/O)电路、存储器芯片等其它附加电路。此外，装置40还可以包括一次性或者可再充电电池(未示出)以便向装置40供电。在装置中包括的通信单元例如可以是无线电接口模块，例如WLAN、蓝牙、GSM/GPRS、CDMA、WCDMA或者LTE无线电模块。这样的通信单元可以集成到装置40中或者可以集成到可以被插入到装置40的合适的槽或端口中的适配器、卡等中。通信单元可以支持一种无线电接口技术或者多种技术，并且可以有一个或者多个这样的通信单元。

关于本发明的至少一些示例实施例的操作，当计算机程序代码47由至少一个处理器41执行时，这使装置40实施图像传感器43的饱和信号/满阱容量的控制。

图5示出了根据示例实施例的图像传感器50的框图。将注意这仅为本发明的实施例可以使用于其中的传感器的示例，并且也可以使用一些其它种类的传感器。

传感器50包括像素/灵敏区域51，该区域包括配置成捕获到达传感器的光线的光检测元件(例如光电门)。此外，传感器50包括模数转换器52、至外部部件的接口53和控制单元54。模数转换器52被配置成将捕获的光信号转换成数字形式。接口53被配置成例如输出捕获的图像数据。接口也可以用于从外部部件接收指令或者控制信号。控制单元54被配置成控制传感器的操作并且可以被配置成提供根据本发明各种实施例的功能。此外，控制单元54还可以被配置成提供其它功能。

已经呈现各种实施例。应当理解在本文中，使用词语“包括”、“包含”和“含有”分别作为不意图排他的开放式结尾表述。

通过本发明具体实现和实施方式的非限制性示例的方式，前述描述提供了执行本发明的发明人当前想到最佳模式的完整并且有益的描述。然而本领域技术人员清楚本发明不限于上文呈现的实施例的细节，而是可以在使用等效手段的其它实施例中或者在实施例的不同组合中实现，而不脱离本发明的特征。也注意到上述实施例仅用来说明在本发明的实现中可以利用的所选方面或者步骤。可以仅参照本发明的某些示例实施例呈现一些特征。应当理解对应特征也可以适用于其它实施例。

另外，可以使用本发明的上文公开的实施例的一些特征而受益，无需相应地使用其他特征。这样，前文描述应当仅仅视为用于举例说明而并非限制本发明的原理。因此，本发明的范围仅受所附专利权利要求限制。

Claims (17)

1.一种成像装置，包括：

多个光电检测器，配置成将光转换成用于图像生成的信号，所述多个光电检测器暴露于所述光中，其中：

所述光电检测器被配置成使用局部优化的饱和信号，并且其中所述装置还包括处理单元，所述处理单元被配置成：

确定当前图像捕获条件，以及

基于确定的图像捕获条件控制所述光电检测器在局部优化的饱和信号与全局优化的饱和信号之间改变。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光电检测器形成被划分成两个或者多个区域的像平面，并且其中所述局部优化的饱和信号使得不同区域中的光电检测器的饱和信号独立于其它区域中的饱和信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述两个或者多个区域各自包括一个像素。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述光电检测器形成具有中心部分和角落区域的像平面，并且其中所述局部优化的饱和信号使得所述中心部分中的光电检测器与所述角落区域中的光电检测器相比使用饱和度更高的信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光电检测器被配置成在亮光条件下使用局部优化的饱和信号，并且在低光条件下使用全局优化的饱和信号。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，还包括：

处理单元，配置成控制所述光电检测器使用局部优化的饱和信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述图像捕获条件是照度条件或者曝光条件。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理单元被配置成：

控制所述光电检测器在局部优化的饱和信号与全局优化的饱和信号之间逐渐改变。

9.根据权利要求1的装置，其中所述全局优化的饱和信号使得所有光电检测器使用相同饱和信号。

10.根据权利要求1-5中的任一项所述的装置，其中所述装置是图像传感器。

11.根据权利要求1-5中的任一项所述的装置，其中所述装置是电子通信设备。

12.一种成像方法，包括：

使图像传感器的光电检测器暴露于光中以获得图像数据，

在所述光电检测器中使用局部优化的饱和信号，

确定当前图像捕获条件，以及

基于确定的图像捕获条件控制所述光电检测器在局部优化的饱和信号与全局优化的饱和信号之间改变。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述光电检测器形成被划分成两个或者多个区域的像平面，并且其中所述局部优化的饱和信号使得不同区域中的光电检测器的饱和信号独立于其它区域中的饱和信号。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述光电检测器形成具有中心部分和角落区域的像平面，并且其中所述局部优化的饱和信号使得所述中心部分中的光电检测器与所述角落区域中的光电检测器相比使用饱和度更高的信号。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括在亮光条件下在所述光电检测器中使用局部优化的饱和信号，并且在低光条件下在所述光电检测器中使用全局优化的饱和信号。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述图像捕获条件是照度条件或者曝光条件。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括：

控制所述光电检测器在局部优化的饱和信号与全局优化的饱和信号之间逐渐改变。