CN104780326A - 获取图像数据的方法、高动态范围成像系统及像素单元 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种获取图像数据的方法、高动态范围成像系统及像素单元。一种读出像素的方法包含复位所述像素的光电检测器。接着，积分在单个图像捕获的单个曝光内入射在所述光电检测器上的光。接着，复位所述像素的浮动扩散节点。将所述浮动扩散设定到低转换增益且从所述浮动扩散节点取样低转换增益复位信号。将所述浮动扩散设定到高转换增益且从所述浮动扩散节点取样高转换增益复位信号。将电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散节点且接着从所述浮动扩散节点取样高转换图像信号。将所述浮动扩散设定到低转换增益。再次将电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散节点且从所述浮动扩散节点取样低转换图像信号。

Description

获取图像数据的方法、高动态范围成像系统及像素单元
相关申请案的参考
本申请案主张2014年1月10日申请的第61/926,124号美国临时申请案的权益。
技术领域
本发明大体上涉及图像传感器，且更具体来说，本发明涉及高动态范围图像传感器。
背景技术
标准图像传感器具有大致60dB到70dB的有限动态范围。然而，现实世界的亮度动态范围要大得多。自然景象通常跨越90dB及以上的范围。为同时捕获强光及阴影，已在图像传感器中使用HDR技术来增大所捕获的动态范围。增大动态范围的最常见技术为将用标准(低动态范围)图像传感器捕获的多个曝光合并成单个线性HDR图像，所述单个线性HDR图像具有比单个曝光图像大得多的动态范围。
最常见的HDR传感器解决方案中的一者为使多个曝光进入一个单个图像传感器。在具有不同曝光积分时间或不同灵敏度(例如，通过插入中性密度滤光片)的情况下，一个图像传感器可在单个图像传感器中具有2个、3个、4个或甚至更多的不同曝光。使用此HDR图像传感器，可在单次拍摄中得到多个曝光图像。然而，与正常全分辨率图像传感器相比，在使用此HDR传感器的情况下，总图像分辨率降低了。举例来说，对于在一个图像传感器中组合4个不同曝光的HDR传感器，每一HDR图像传感的分辨率将仅为全分辨率图像的四分之一。
发明内容
在一个方面中，本发明提供一种在高动态范围(HDR)图像传感器中从单个图像捕获的单个曝光从像素获取图像数据的方法，其包括：复位所述像素的光电检测器；积分在所述单个图像捕获的所述单个曝光内入射在所述光电检测器上的光；执行所述像素的浮动扩散的第一复位；将所述浮动扩散设定为低转换增益；从所述浮动扩散取样低转换增益复位信号；将所述浮动扩散设定为高转换增益；从所述浮动扩散取样高转换增益复位信号；将在所述单个曝光期间光生的电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散；从所述浮动扩散取样高转换增益图像信号；将所述浮动扩散设定为所述低转换增益；将在所述单个曝光期间光生的额外电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散；以及从所述浮动扩散取样低转换增益图像信号。
在另一方面中，本发明提供一种用于高动态范围(HDR)图像传感器中的像素单元，其包括：光电检测器，其适于在所述HDR图像传感器的单个图像捕获的单个曝光期间响应于入射光而光生电荷载流子；浮动扩散，其经耦合以接收在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子；像素中电容器，其通过第一晶体管选择性地耦合到所述浮动扩散，其中响应于所述像素中电容器耦合到所述浮动扩散将所述浮动扩散设定到低转换增益，其中响应于所述像素中电容器与所述浮动扩散解耦将所述浮动扩散设定到高转换增益；以及转移晶体管，其耦合在所述光电检测器与所述浮动扩散之间，其中所述转移晶体管适于在所述HDR图像传感器的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第一时间处开启，以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述高转换增益的所述浮动扩散，其中所述转移晶体管适于在所述HDR图像传感器的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第二时间处开启，以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述低转换增益的所述浮动扩散。
在另一方面中，本发明提供一种高动态范围(HDR)成像系统，其包括：像素单元的像素阵列，其中所述像素单元中的每一者包含：光电检测器，其适于在所述HDR成像系统的单个图像捕获的单个曝光期间响应于入射光而光生电荷载流子；浮动扩散，其经耦合以接收在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子；像素中电容器，其通过第一晶体管选择性地耦合到所述浮动扩散，其中响应于所述像素中电容器耦合到所述浮动扩散将所述浮动扩散设定到低转换增益，其中响应于所述像素中电容器与所述浮动扩散解耦将所述浮动扩散设定到高转换增益；及转移晶体管，其耦合在所述光电检测器与所述浮动扩散之间，其中所述转移晶体管适于在所述HDR成像系统的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第一时间处开启，以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述高转换增益的所述浮动扩散，且其中所述转移晶体管适于在所述HDR成像系统的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第二时间处开启，以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述低转换增益的所述浮动扩散；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从多个像素读出图像数据。
附图说明
参看以下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中除非另外指定，否则相似参考数字贯穿各视图指相似部分。
图1为说明根据本发明的教示的实例色彩像素阵列的一部分的图式，在所述色彩像素阵列中以双转换增益读出每一像素以实现高动态范围(HDR)成像。
图2为展示根据本发明的教示的实例色彩像素阵列的多个像素的实例电路的电路图，在所述色彩像素阵列中以双转换增益读出每一像素以实现HDR成像。
图3为展示根据本发明的教示的以双转换增益读出以实现HDR成像的像素的实例电路的电路图。
图4为根据本发明的教示的说明在以双转换增益读出以实现HDR成像的像素的实例电路中发现的信号的实例关系的时序图。
图5为说明根据本发明的教示的包含色彩像素阵列的成像系统的一个实例的图式，在色彩像素阵列中以双转换增益读出每一像素以实现HDR成像。
图6为根据本发明的教示的说明在以双专业增益读出以实现HDR成像的像素的实例电路中发现的信号的另一实例关系的时序图。
对应的参考字符贯穿图式的若干视图指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是出于简化及清楚目的而说明且未必是按比例绘制。举例来说，图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大以帮助改善对本发明的各种实施例的理解。并且，通常未描绘在商业可行实施例中有用或有必要的常见而容易理解的元件，以促进更容易地查看本发明的这些各种实施例。
具体实施方式
在以下描述中，阐述众多特定细节以提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明白，不需要采用所述特定细节实践本发明。在其它情况下，尚未详细描述众所周知的材料或方法以避免混淆本发明。
贯穿本说明书的对“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”的提及意味着结合所述实施例或实例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”在贯穿本说明书的各处的出现未必全都是指同一实施例或实例。此外，在一或多个实施例或实例中，可以任何合适组合或子组合来组合特定特征、结构或特性。特定特征、结构或特性可包含在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能性的其它合适组件中。此外，应了解，本文提供的图是出于向所属领域的技术人员解释的目的且图式未必按比例绘制。
根据本发明的教示的实例描述根据本发明的教示的色彩像素阵列，在所述色彩像素阵列中以双转换增益读出每一像素以实现HDR成像。举例来说，在一个实例中，根据本发明的教示的色彩像素阵列利用双转换增益像素，其中通过启用或停用将像素中电容器耦合到浮动扩散(FD)节点的开关来将转换增益设定为高或低。在一个实例中，使用高转换增益及低转换读出每一个帧中的每一个像素，且以数字方式对使用哪个值进行选择。以此方式，根据本发明的教示的色彩像素阵列可根据本发明的教示使用单个曝光或单个积分时间在同一帧中同时捕获亮物体及暗物体两者。因此，高曝光时间及低曝光时间的多个曝光不再是必要的，这可引入挑战，这是因为多个曝光时间不同时发生。因此，消除了重影及闪光问题，这是因为根据本发明的教示的色彩像素阵列以不同转换增益输出像素值以产生HDR图像，其中每个帧输出仅具有一个积分时间。
为了说明，图1为说明根据本发明的教示的实例色彩像素阵列105的一部分的图式，在色彩像素阵列105中可使用高转换增益及低转换增益两者读出每一像素，其中每个帧输出仅具有一个积分时间。在所描绘的实例中，像素阵列105为具有拜耳(Bayer)滤光器图案的色彩像素阵列，其中存在感测彩色图像的绿色(G)及蓝色(B)像素与红色(R)及绿色(G)像素的交替行。在一个实例中，每一像素具有长度大致为2.8μm的侧。当然，应了解，实例色彩像素阵列105的像素可具有其它尺寸，且实例2.8μm的尺寸经提供为根据本发明的教示的一个实例的说明。
图2为展示根据本发明的教示的实例像素阵列205的实例电路的电路图。在图2中描绘的特定实例中，四个像素210A、210B、210C及210D的实例电路布置成像素阵列205的多个行及多个列。应注意，像素阵列205可为图1的色彩像素阵列105的实例，且下文参考的类似命名及编号的元件可如上文描述般耦合及起作用。因此，在一个实例中，像素210A及210D可与绿色(G)像素对应，像素210B可与蓝色(B)像素对应，且像素210C可与红色(R)像素对应。应注意，像素210A、210B、210C及210D在其它方面彼此实质上类似。如图2中描绘的实例中展示，根据本发明的教示，每一行像素(例如，像素210A/210B、像素210C/210D)经耦合以接收RFD信号212、RST信号214、RS信号216、RFD信号218及TX信号222。图2中描绘的实例还说明，根据本发明的教示，每一列像素(例如，像素210A/210C、像素210B/210D)经耦合以输出VPIX信号224。
图3为展示根据本发明的教示的使用双转换增益读出以实现HDR成像的像素310的实例电路的电路图。应注意，图3的像素310可为图2的像素210A、210B、210C或210D中的一者的实例，且下文参考的类似命名及编号的元件可如上文描述般耦合及起作用。如图3中描绘的实例中展示，像素310包含耦合到转移晶体管328的光电检测器PD 326，转移晶体管328经耦合以由TX信号322控制。转移晶体管328耦合到浮动扩散(FD)节点330。
在所描绘的实例中，浮动扩散(FD)节点330通过复位晶体管332及DFD晶体管334耦合到RFD信号312。在所说明的实例中，复位晶体管332经耦合以响应于RST信号314来控制，且DFD晶体管334经耦合以响应于DFD信号318来控制。图3中说明的实例还说明，根据本发明的教示，像素中电容器C 336经配置以响应于DFD信号318通过DFD晶体管334耦合到浮动扩散(FD)节点330。
继续图3中描绘的实例，浮动扩散(FD)节点330还耦合到放大器晶体管的控制端子，所述放大器晶体管在图3中为源极跟随器(SF)耦合晶体管338，源极跟随器(SF)耦合晶体管338使其栅极端子耦合到浮动扩散(FD)节点330。在所描绘的实例中，行选择晶体管340(其以RS信号316来控制)耦合在电压源端子342与源极跟随器(SF)晶体管338的漏极端子之间。在所描绘的实例中，根据本发明的教示，源极跟随器(SF)晶体管338的源极端子耦合到VPIX输出324，VPIX输出324为像素310的输出位线，且通过到VPIX输出324读出像素310的输出信号。
图4为说明在像素(例如，图3的实例像素310或图2的像素210A、210B、210C或210D)的实例电路中发现的信号的实例关系的时序图415。特定来说，图4的实例时序图415说明根据本发明的教示以单个积分时间或曝光读出像素(图3的像素310)以实现HDR性能的一个实例。
为了说明，在时间t1处，将复位信号RST 414加脉冲到VRS_RST以接通复位晶体管332，将RFD信号412加脉冲到SVDD_PIX，将DFD信号418加脉冲到VDFD以接通DFD晶体管334，且将TX信号422加脉冲到VTXHI以接通转移晶体管328以复位光电检测器PD 326(例如，图3的光电检测器PD)。一旦复位了光电检测器PD 326，即在时间t2处开始光电检测器PD 326的单个积分时间或曝光。在光电检测器PD 326在时间t2处的单个积分时间或曝光期间，响应于光电检测器PD 326上的入射光在光电检测器PD 326中光生电荷载流子。如所描绘的实例中展示，在时间t2处的单个曝光期间，将复位晶体管332及DFD晶体管334偏置在稍微偏正的电压SVDD_PIX处，以便在光电检测器PD 326因为电荷而变得饱和且溢出的情况下确保从光电检测器PD 326到浮动扩散(FD)节点330的泄漏路径，且将RFD信号412设定为VRFD_AB以支持抗溢流(anti-blooming)路径。换句话说，在一个实例中，SVDD_PIX为在时间t2处的单个积分时间期间的复位信号RST 314及DFD信号418上的电压以在光电检测器PD 326溢出且将电荷泄漏到扩散(FD)节点330情况下确保抗溢流路径。
在时间t3处，通过将RST信号414加脉冲回到VRS_RST以接通复位晶体管332来复位浮动扩散(FD)节点330，将RFD信号412设定为VRFD_BST，且将DFD信号418设定为VDFD以接通DFD晶体管334。在实例中，将RFD信号412下拉到VRFD_BST以在DFD晶体管334接通且行选择晶体管340关断时支持浮动扩散(FD)节点330的电压升压，如所展示。
在时间t4处，通过将行选择信号RS 416设定为VRS_RST、将复位信号RST 414设定为0伏特、将RFD信号412设定为0伏特且将DFD信号418维持在VDFD来保持晶体管334接通来以低转换增益取样浮动扩散(FD)节点330。实际上，根据本发明的教示，在DFD晶体管334接通的情况下，将像素中电容器C 336(例如，图3的电容器C)耦合到浮动扩散(FD)节点330，这实现浮动扩散(FD)节点330的低转换增益取样。如时序图415的A/D线444上所展示，第一取样/保持SHR操作在时间t4处发生以按低转换增益取样浮动扩散(FD)节点330上的复位电压以按低转换增益产生复位样本。
在时间t5处，根据本发明的教示，将DFD信号418下降到0伏特，这关断DFD晶体管334，这使像素中电容器C 336(例如，图3的电容器C)与浮动扩散(FD)节点330解耦，这实现动浮动扩散(FD)节点330的高转换增益取样。如时序图415的A/D线444上所展示，第二取样/保持SHR操作在DFD晶体管334已在时间t5处被关断时之后发生，以按高转换增益取样浮动扩散(FD)节点330上的复位电压以按高转换增益产生复位样本。
继续图4中描绘的实例，在时间t6处加脉冲TX信号422，这加脉冲耦合到光电检测器PD 326的转移晶体管328的栅极，这使光电检测器PD 326中的光生的电荷载流子被转移到浮动扩散(FD)节点。
在时间t7处，在TX信号422在脉冲之后再次为低且转移晶体管328被关断之后，以高转换增益再次取样浮动扩散(FD)节点330上的信号，其中DFD信号418保持为低且DFD晶体管334关断以保持像素中电容器C 336与浮动扩散(FD)节点330解耦。实际上，如时序图415的A/D线444上所展示，第一取样/保持SHS操作在转移晶体管328已在时间t7处被关断之后发生以按高转换增益取样浮动扩散(FD)节点330上的信号电压以按高转换增益产生信号样本。
在时间t8处，根据本发明的教示，将DFD信号418设定回到VDFD以接通DFD晶体管334以将像素中电容器C 336耦合到浮动扩散(FD)节点330，这实现浮动扩散(FD)节点330的低转换增益取样。
如所描绘的实例中展示，TX信号422经说明为在时间t8处被再次加脉冲，这是因为如果光电检测器PD 326含有大量光生的电子，那么一旦浮动扩散(FD)节点330上的电压下降到足够低，从光电检测器PD 326到浮动扩散(FD)节点330的电荷转移即停止。在以高转换增益进行的第一信号取样SHS之后的像素输出VPIX 324将受到浮动扩散(FD)节点330电压摆动的限制。然而，根据本发明的教示，当通过增大通过DFD晶体管334耦合到浮动扩散(FD)节点330的电容降低转换增益时，浮动扩散(FD)节点330的电压将升压，这使现在从光电检测器PD 326转移光生的电荷变得可能，且因此导致TX信号422在时间t8处的第二加脉冲，如图4中展示。
在时间t9处，在TX信号422为低且转移晶体管328被关断之后，以低转换增益再次取样浮动扩散(FD)节点330上的信号，其中DFD信号418被设定为VDFD且DFD晶体管334被接通以将像素中电容器C 336耦合到浮动扩散(FD)节点330。实际上，如时序图415的A/D线444上所展示，第二取样/保持SHS操作在转移晶体管328已在时间t9处被关断之后发生，以按低转换增益取样浮动扩散(FD)节点330上的信号电压以按低转换增益产生信号样本。
因此，如图4中说明，根据本发明的教示，可使用单个积分时间或曝光从像素捕获包含低转换增益及高转换增益图像获取的HDR图像。在一个实例中，根据本发明的教示，使用以低转换增益及高转换增益进行的对浮动扩散(FD)节点330上的复位电压的捕获以及低转换增益及高转换增益进行的对浮动扩散(FD)节点330上的信号电压的捕获来实现真相关双取样。
实际上，像素的低转换增益相关双取样输出值等于低转换增益值下的复位样本(例如，t4之后的第一SHR)与低转换增益值下的信号样本(例如，t9之后的第二SHS)之间的差。在一个实例中，像素的低转换增益相关双取样输出值可用于亮光条件。类似地，像素的高转换增益相关双取样输出值等于高转换增益值下的复位样本(例如，t5之后的第二SHR)与高转换增益值下的信号样本(例如，t7之后的第一SHS)之间的差。在一个实例中，像素的高转换增益相关双取样输出值可用于低光条件。
因此，应了解，根据本发明的教示，使用上文描述的结构及技术通过使用像素上的同一单个积分时间或单个曝光来实现HDR成像，这因此实现像素的动态范围的增大，而不遭受由多个曝光引起的重影或闪光问题。
图5为说明根据本发明的教示的包含色彩像素阵列505的成像系统500的一个实例的图式，在色彩像素阵列505中使用双转换增益读出每一像素以实现HDR成像。如所描绘的实例中展示，成像系统500包含耦合到控制电路520及读出电路510的像素阵列505，读出电路510耦合到功能逻辑515。
在一个实例中，像素阵列505为图像传感器像素单元(例如，像素P1、P2、P3、……、Pn)的二维阵列(2D)阵列。应注意，像素阵列505中的像素单元P1、P2、P3、……、Pn可为图1的色彩像素阵列105或图2的色彩像素阵列205的实例，且下文参考的类似命名及编号的元件可如上文描述般耦合及起作用。如所说明，每一像素单元布置成行(例如，行R1到行Ry)及列(例如，C1到Cx)以获取人物、场所、物体等等的图像数据，所述图像数据接着可用于再现所述人物、场所、物体等等的2D图像。
在一个实例中，在每一像素单元P1、P2、P3、……、Pn已获取其图像数据或图像电荷之后，图像电荷由读出电路510读出且接着被转移到功能逻辑515。在各种实例中，读出电路510可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或其它电路。功能逻辑515可仅存储图像数据或甚至通过施加后图像效果(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)操纵图像数据。在一个实例中，读出电路510可沿着读出列线每次读出一行图像数据(已说明)或可使用多种其它技术(未加以说明)(例如，串行读出或同时完全并行读出所有像素)读出图像数据。
在一个实例中，控制电路520耦合到像素阵列505以控制像素阵列505的操作特性。在一个实例中，控制电路520经耦合以产生用于控制每一像素单元的图像获取的全局快门信号。在实例中，全局快门信号同时启用像素阵列505内的所有像素单元P1、P2、P3、……、Pn，以同时启用像素阵列505内的所有像素单元以在单个获取窗期间同时从每一相应光电检测器转移图像电荷。
图6为在像素(例如图3的实例像素310或图2的像素210A、210B、210C或210D)的实例电路中发现的信号的另一实例关系的时序图615。应了解，图6的时序图与图4的实例时序图415共享许多类似性。然而，一个差异为：图6中的时序图615包含在图6中的时序图615的时间t5与时间t5.5之间的区段3b期间发生的浮动扩散(FD)节点330的任选复位，区段3b对应于图4的时序图415的时间t5。具体来说，如图6的时间t5与时间t5.5之间的区段3b期间所展示，RS信号616下降到0伏特，RST信号614加脉冲到VRS_RST，RFD信号612加脉冲到VRFD_BST且DFD信号618在VDFD处保持为高以执行任选浮动扩散(FD)节点330复位。在实例中，根据本发明的教示，在时间t5与时间t5.5之间的浮动扩散(FD)节点330的任选复位之后，图6的时序图615恢复到实质上类似于图4的实例时序图415。
对本发明的所说明实施例的以上描述(包含说明书摘要中描述的内容)不希望是详尽的或将本发明限于所揭示的精确形式。虽然出于说明目的在本文中描述了本发明的特定实施例及实例，但在不脱离本发明的较宽泛精神及范围的情况下各种等效物及修改是可能的。
可依据以上详细描述对本发明的实例做出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应理解为将本发明限于说明书及权利要求书中揭示的特定实施例。相反地，范围应完全由应根据权利要求解释的公认准则加以解释的所附权利要求书确定。因此，应将本说明书及图视为说明性而非限制性的。

Claims (20)

1.一种在高动态范围HDR图像传感器中从单个图像捕获的单个曝光从像素获取图像数据的方法，其包括：
复位所述像素的光电检测器；
积分在所述单个图像捕获的所述单个曝光内入射在所述光电检测器上的光；
执行所述像素的浮动扩散的第一复位；
将所述浮动扩散设定为低转换增益；
从所述浮动扩散取样低转换增益复位信号；
将所述浮动扩散设定为高转换增益；
从所述浮动扩散取样高转换增益复位信号；
将在所述单个曝光期间光生的电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散；
从所述浮动扩散取样高转换增益图像信号；
将所述浮动扩散设定为所述低转换增益；
将在所述单个曝光期间光生的额外电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散；以及
从所述浮动扩散取样低转换增益图像信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在以所述低转换增益从所述浮动扩散的所述复位信号的所述取样之后且在以所述高转换增益从所述浮动扩散的所述复位信号的所述取样之前执行所述像素的所述浮动扩散的第二复位。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过发现所述经取样低转换图像信号与所述经取样低转换增益复位信号之间的差异确定所述单个图像捕获的所述单个曝光的低转换增益相关双取样图像信号输出值。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过发现所述经取样高转换增益图像信号与所述经取样高转换增益复位信号之间的差异确定所述单个图像捕获的所述单个曝光的高转换增益相关双取样图像信号输出值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中复位所述像素的所述光电检测器包括将所述光电检测器耦合到复位电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括设定所述像素的所述复位电压同时积分在所述单个图像捕获的所述单个曝光内入射在所述光电检测器上的所述光，以提供从所述光电检测器到所述浮动扩散节点的抗溢流路径。
7.根据权利要求1所述的方法，其中复位所述像素的所述浮动扩散包括将所述浮动扩散耦合到升压电压。
8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述浮动扩散设定到低转换增益包括将像素中电容器耦合到所述浮动扩散。
9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述浮动扩散设定到高转换增益包括使所述像素中电容器与所述浮动扩散解耦。
10.根据权利要求1所述的方法，其中将在所述单个曝光期间光生的所述电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散包括在将所述浮动扩散设定到所述高转换增益之后，通过转移晶体管将所述光电二检测器耦合到所述浮动扩散。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将在所述单个曝光期间光生的所述额外电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散包括在将所述浮动扩散设定到所述低转换增益之后，通过所述转移晶体管将所述光电检测器耦合到所述浮动扩散。
12.一种用于高动态范围HDR图像传感器中的像素单元，其包括：
光电检测器，其适于在所述HDR图像传感器的单个图像捕获的单个曝光期间响应于入射光而光生电荷载流子；
浮动扩散，其经耦合以接收在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子；
像素中电容器，其通过第一晶体管选择性地耦合到所述浮动扩散，其中响应于所述像素中电容器耦合到所述浮动扩散将所述浮动扩散设定到低转换增益，其中响应于所述像素中电容器与所述浮动扩散解耦将所述浮动扩散设定到高转换增益；以及
转移晶体管，其耦合在所述光电检测器与所述浮动扩散之间，其中所述转移晶体管适于在所述HDR图像传感器的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第一时间处处开启，以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述高转换增益的所述浮动扩散，其中所述转移晶体管适于在所述HDR图像传感器的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第二时间处开启以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述低转换增益的所述浮动扩散。
13.根据权利要求12所述的像素单元，其进一步包括具有耦合到所述浮动扩散的栅极端子的放大器晶体管以产生到所述像素单元的输出位线的所述像素单元的输出信号。
14.根据权利要求13所述的像素单元，其进一步包括耦合到所述放大器晶体管以选择性地产生到所述像素单元的所述输出位线的所述像素单元的所述输出信号的行选择晶体管。
15.一种高动态范围HDR成像系统，其包括：
像素单元的像素阵列，其中所述像素单元中的每一者包含：
光电检测器，其适于在所述HDR成像系统的单个图像捕获的单个曝光期间响应于入射光而光生电荷载流子；
浮动扩散，其经耦合以接收在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子；
像素中电容器，其通过第一晶体管选择性地耦合到所述浮动扩散，其中响应于所述像素中电容器耦合到所述浮动扩散将所述浮动扩散设定到低转换增益，其中响应于所述像素中电容器与所述浮动扩散解耦将所述浮动扩散设定到高转换增益；及
转移晶体管，其耦合在所述光电检测器与所述浮动扩散之间，其中所述转移晶体管适于在所述HDR成像系统的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第一时间处开启，以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述高转换增益的所述浮动扩散，且其中所述转移晶体管适于在所述HDR成像系统的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第二时间处开启，以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述低转换增益的所述浮动扩散；
控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及
读出电路，其耦合到所述像素阵列以从多个像素读出图像数据。
16.根据权利要求15所述的HDR成像系统，其进一步包括耦合到所述读出电路以存储来自所述多个像素单元中的每一者的所述图像数据的功能逻辑。
17.根据权利要求15所述的HDR成像系统，其中所述多个像素单元中的每一者进一步包括具有耦合到所述浮动扩散的栅极端子的放大器晶体管以产生从所述像素单元输出到所述像素单元的输出位线的所述图像数据。
18.根据权利要求17所述的HDR成像系统，其中所述多个像素单元中的每一者进一步包括耦合到所述放大器晶体管以选择性地产生到所述像素单元的所述输出位线的所述像素单元的所述图像数据的行选择晶体管。
19.根据权利要求15所述的HDR成像系统，其中所述多个像素单元中的每一者进一步包括经耦合以响应于复位信号选择性地复位所述浮动扩散及所述光电检测器的复位晶体管。
20.根据权利要求19所述的HDR成像系统，其中使用所述复位晶体管选择性地开启所述第一晶体管以复位所述浮动扩散及所述光电检测器。
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