CN105516695B - 图像传感器和具有其的终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像传感器，该图像传感器包括像素单元阵列、增幅转换单元和滤光阵列，其中，像素单元阵列包括多个像素单元；增幅转换单元用于将像素单元产生的光生电荷转换为模拟信号；滤光阵列设置于所述像素单元阵列上的，每个滤光阵列包括多个滤光片，同一颜色的所述滤光片对应于多个像素单元；其中，同一颜色的滤光片所对应的多个像素单元产生的光生电荷经增幅转换单元转换后输出一个第一模拟信号和一个第二模拟信号，第一模拟信号和第二模拟信号不相同。该图像传感器为实现HDR功能提供硬件基础。本发明还公开一种采用该图像传感器的终端。

Description

图像传感器和具有其的终端

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种图像传感器，以及一种采用该图像传感器的终端。

背景技术

随着手机的普及，用手机拍照成为越来越多人的喜好。但是随着对拍照要求的提高，手机的图像处理的HDR(High-Dynamic Range，高动态范围)功能成为用户的需求，但是，目前，实现HDR功能，一般通过软件实现，效果不明显。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明需要提出一种图像传感器，该图像传感器为实现HDR功能提供硬件基础，提升HDR效果。

本发明另外还提出一种采用该图像传感器的终端。

为了解决上述问题，本发明一方面提出一种图像传感器，该图像传感器包括：像素单元阵列，包括多个像素单元；增幅转换单元，用于将像素单元产生的光生电荷转换为模拟信号；设置于所述像素单元阵列上的滤光阵列，每个滤光阵列包括多个滤光片，同一颜色的所述滤光片对应于多个像素单元；其中，所述同一颜色的滤光片所对应的多个像素单元产生的光生电荷经增幅转换单元转换后输出一个第一模拟信号和一个第二模拟信号，所述第一模拟信号和所述第二模拟信号不相同。

本发明的图像传感器，基于同一颜色的滤光片对应多个像素单元，且同一颜色的滤光片对应的多个像素单元经增幅转换单元转换后输出两个不同的模拟信号，从而为实现HDR功能提供硬件基础，相较于相关技术中的软件实现HDR功能，该图像传感器通过对硬件改进可实现HDR功能，提升HDR效果。

在本发明的一些实施例中，所述同一颜色的滤光片所对应的多个像素单元中用于输出第一模拟信号的所有像素单元的光生电荷累加后共用一个增幅转换单元输出，所述同一颜色的滤光片所对应的多个像素单元中用于输出第二模拟信号的所有像素单元中每一个像素单元的光生电荷均独立使用一个增幅转换单元输出。

在本发明的一些实施例中，该图像传感器还包括：模数转换单元(ADC，Analog-to-Digital Converter)，用于将第一模拟信号和第二模拟信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号。

在本发明的一些实施例中，同一颜色的滤光片所对应的多个像素单元位于像素单元阵列的不同行。

在本发明的一些实施例中，所述同一颜色的滤光片对应2行2列共计4个像素单元，位于第一行中的2个像素单元产生的光生电荷累加后经过增幅转换单元转换为第一模拟信号，位于第二行中的2个像素单元中每个像素单元产生的光生电荷经过对应的增幅转换单元转换为第二模拟信号，所述第一模拟信号和第二模拟信号在通过一个ADC单元分别转换为一个第一数字信号和第二数字信号。

在本发明的一些实施例中，上述图像传感器还包括：设置在所述滤光阵列上的微镜阵列，所述微镜阵列中的每个微镜与一个所述像素单元对应。

在本发明的一些实施例中，上述图像传感器还包括控制模块和图像处理模块，所述控制模块用于控制所述像素单元阵列按照行依次曝光，所述图像处理模块对所述模数转换单元的输出进行合成以获得高动态范围图像。

为了解决上述问题，本发明另一方面提出一种终端，该终端包括上述方面所述的图像传感器。

本发明的终端，通过采用所述的图像传感器，基于图像传感器的硬件结构可以实现HDR功能，提升HDR图像效果。

在本发明的一些实施例中，所述成像终端包括手机。

在本发明的一些实施例中，所述成像终端还包括与所述图像传感器连接的中央处理器及显示装置，所述中央处理器用于控制所述显示装置显示所述图像传感器输出的高动态范围图像。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的图像传感器的示意图；

图2是根据本发明的另一个实施例的图像传感器的示意图；

图3是根据本发明的一个具体实施例的滤波片的分布示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的图像传感器的等效电路图；

图5是根据本发明的再一个实施例的图像传感器的示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的终端的框图；以及

图7是根据本发明的另一个实施例的终端的框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例的图像传感器及具有该图像传感器的终端。

首先，对本发明实施例的图像传感器进行说明。如图1所示，该图像传感器100包括像素单元阵列10、增幅转换单元20和滤光阵列30。

像素单元阵列10包括多个像素单元11；增幅转换单元20用于将像素单元11产生的光生电荷转换为模拟信号；滤光阵列30设置于像素单元阵列10上，每个滤光阵列30包括多个滤光片31，同一颜色的滤光片31对应于多个像素单元11。

其中，同一颜色的滤光片31所对应的多个像素单元11产生的光生电荷经增幅转换单元转换后输出一个第一模拟信号A1和一个第二模拟信号A2，第一模拟信号A1和第二模拟信号A2不相同。

本发明实施例的图像传感器100，基于同一颜色的滤光片31对应多个像素单元11，且同一颜色的滤光片31对应的多个像素单元11经增幅转换单元20转换后输出两个不同的模拟信号，从而为实现HDR功能提供硬件基础，相较于相关技术中的软件实现HDR功能，该图像传感器100通过对硬件改进实现HDR功能，可以提升HDR效果。

在本发明的一些实施例中，同一颜色的滤光片31所对应的多个像素单元11中用于输出第一模拟信号A1的所有像素单元11的光生电荷累加后共用一个增幅转换单元20输出，同一颜色的滤光片31所对应的多个像素单元11中用于输出第二模拟信号A2的所有像素单元11中每一个像素单元11的光生电荷均独立使用一个增幅转换单元20输出。可以理解的是，第一模拟信号A1相当于同一颜色的滤光片31所对应的多个像素单元11中的一部分像素单元11的光生电荷的和值，而第二模拟信号A2相当于该多个像素单元11中的另一部分像素单元11的光生电荷的均值，从而基于该硬件结构可以为HDR图像的合成提供数据。

如图2所示，图像传感器100还包括模数转换单元40，模数转换单元40将第一模拟信号A1和第二模拟信号A2分别转换为第一数字信号D1和第二数字信号D2,为图像处理提供数据。

在本发明的一些实施例中，同一颜色的滤光片31所对应的多个像素单元11位于像素单元阵列10的不同行。

例如，同一颜色的滤光片31对应2行2列共计4个像素单元，位于第一行中的2个像素单元11产生的光生电荷累加后经过增幅转换单元20转换为第一模拟信号A1，位于第二行中的2个像素单元中每个像素单元11产生的光生电荷经过对应的增幅转换单元20转换为第二模拟信号A2，第一模拟信号A1和第二模拟信号A2再通过一个模数转换单元40分别转换为一个第一数字信号D1和第二数字信号D2。

参照图3所示，为根据本发明的一个实施例的滤光片分布示意图，滤波阵列30采用Bayer array颜色模式，其中，相同字符表示相同颜色的滤光片(例如Gr，Gb，R，B)，字符后的数字表示相同颜色的滤波片对应的像素单元的排号，不同颜色的滤光片仅允许对应波长的光透过。

图4是根据本发明的一个实施例的图像传感器的等效电路图，如图4所示，包括第一像素单元PD1和第一传输开关GT1、第二像素单元PD2和第二传输开关GT2、第三像素单元PD3和第三传输开关GT3、第四像素单元PD4和第四传输开关GT4、第一增幅转换单元SF1、第二增幅转换单元SF2、第三增幅转换单元SF3、模数转换(ADC)单元40。其中，像素单元11，例如光电二极管，接收滤光片31透过的光而生成电荷，传输开关开启则对应的像素单元11生成的电荷输出，进而在增幅转换单元20耦合并转换为电压信号，通过ADC单元转换为数字信号输出，为图像处理提供数据基础。

其中，第一像素单元PD1、第二像素单元PD2、第三像素单元PD3和第四像素单元PD4为分别相邻的对应相同颜色的滤光片31的像素单元，例如图4中所示，其中标识字符相同的滤光片31对应的像素单元11，也就是四个分别相邻的像素单元接收相同颜色的光，简单地说，即四个像素单元构成一个大的像素(pixel)。且第一像素单元PD1和第二像素单元PD2位于同一行，第三像素单元PD3和第四像素单元PD4位于同一行。

具体地，第一像素单元PD1通过第一传输开关TG1与第一增幅转换单元SF1的第一端连接，第二像素单元PD2通过第二传输开关TG2与第一增幅转换单元SF1的第一端连接，第一增幅转换单元SF1的第二端连接预设电源例如Vdd；第三像素单元PD3通过第三传输开关TG3与第二增幅转换单元SF2的第一端连接，第二增幅转换单元SF2的第二端连接预设电源；第四像素单元PD4通过第四传输开关TG4与第三增幅转换单元SF3的第一端连接，第三增幅转换单元SF3的第三端连接预设电源；第一传输开关TG1的控制端、第二传输开关TG2的控制端、第三传输开关TG3的控制端和第四传输开关TG4的控制端均与控制模块连接，控制模块控制四个传输开关的开关，在传输开关开启时，对应的像素单元11传出信号。

模数转换单元40的输入端分别与第一增幅转换单元SF1的第三端、第二增幅转换单元SF2的第三端和第三增幅转换单元SF3的第三端连接。

可以理解的是，将图4中的电路图上下整体互换获得的电路也包括在本申请的范围内，即下边同行的两个像素单元共用一个增幅转换单元，上边同行的两个像素单元分别单独使用一个增幅转换单元，也包括在本申请的范围内，只是元件标号的不同。

为了实现曝光的控制，如图4所示，图像传感器100还包括控制模块、图像处理器、第一复位单元RST1、第一选择单元SEL1，第二复位单元RET2、第三复位单元RET3和第二选择单元SEL2。

其中，第一复位单元RST1的第一端分别与第一传输开关TG1、第二传输开关TG2和第一增幅转换单元SF1的第一端连接，第一复位单元RST1的第二端连接预设电源，第一选择单元SEL1的第一端与第一增幅转换单元SF1的第三端连接，第一选择单元SEL1的第二端与模数转换单元40的输入端连接。第二复位单元RET2的第一端分别与第三传输开关TG3和第二增幅转换单元SF2的第一端连接，第二复位单元RET2的第二端连接预设电源；第三复位单元RET3的第一端分别与第四传输开关TG4和第四增幅转换单元SF4的第一端连接，第三复位单元RET3的第二端连接预设电源；第二选择单元SEL2的第一端分别与第二增幅转换单元SF2的第三端和第三增幅转换单元SF3的第三端连接，第二选择单元SEL2的第二端与模数转换单元40的输入端连接。具体地，如图4中所示，第一选择单元SEL1的第二端和第二选择单元SEL2的第二端连接读出线(READOUT COLUMN)，模数转换单元40的输入端连接READOUTCOLUMN。

其中，第一复位单元RST1的第三端、第一选择单元SEL1的第三端、第二复位单元RET2的第三端、第三复位单元RET3的第三端和第二选择单元SEL2的第三端接收控制模块的控制信号，控制模块控制像素单元阵列按照行依次曝光，并控制曝光时间，即实现HDR过程中的曝光控制，进而为实现HDR提供数据基础，进而图像传感模块对模数转换单元40的输出进行合成以获得高动态范围图像。

作为一个示例，像素单元阵列10内第2i+1(i＝0,1,2,3,4…)行的每个滤光片31对应的两个像素单元(比如滤光片Gr1,Gr2所对应的像素单元)，即第一像素单元PD1和第二像素单元PD2，共用一个增幅转换单元即第一增幅转换单元SF1，第一像素单元PD1和第二像素单元PD2产生的电荷汇集后，由第一增幅转换单元SF1将第一像素单元PD1和第二像素单元PD2汇集后的电荷转换为电压信号，并进一步通过模数转换单元40转换为数字信号输出，设此时模数转换单元40输出值为ADC1；另外，像素单元阵列10内邻近第2i+1行的第2i+2(i＝0,1,2,3,4…)行的每个滤光片31的两个像素单元(比如滤光片Gr3,Gr4所对应的像素单元)，即第三像素单元PD3和第四像素单元PD4分别通过一个第二增幅转换单元SF2和第三增幅转换单元SF3进行电荷转换，最后通过模数转换单元40转换为数字信号输出，设此时ADC单元11输出值为ADC2。

具体地，以同一颜色的滤光片31对应2行2列相邻的4个像素单元为例，基于上述的电路结构，参照图4所示，在进行HDR时，控制模块控制相邻两行的相同颜色的像素单元依次曝光，例如，第2i+1与2i+2行依次曝光，其中，i＝0,1，2，3.....，并控制曝光时间，避免共用第一增幅转换单元SF1的两个像素单元11的输出饱和。在本发明的实施例中，增幅转换单元20可以对像素单元11输出的电荷起到汇总耦合的作用，可以理解的是，此时第一增幅转换单元SF1、第二增幅转换单元SF2和第三增幅转换单元SF3汇集的电荷量或转换的电压值满足：SF1≈2SF2≈2SF3，其中，ADC2输出的值为SF2和SF3的均值即为一个相对较低的值，所以对应同一颜色的滤光片31的四个像素单元11依次输出一个高ADC值和一个低ADC值，进而在图像传感器100的ISP(Image Signal Processor,即图像处理器)端对高ADC值和低ADC值进行合成处理，从而获得HDR图像，该HDR图像支持宽动态，HDR效果得到改善。

如图5所示，图像传感器100还包括设置在滤光阵列30上的的微镜阵列50，微镜阵列50中的每个微镜51与一个像素单元11对应，包括形成、大小、位置对应。微镜51能将光聚集到像素单元11的感光部分，提升像素单元11的受光强度，从而改善成像画质。

基于上述方面实施例的图像传感器，下面参照附图描述根据本发明另一方面实施例提出的终端。

图6是根据本发明的一个实施例的终端的框图，如图6所示，该终端1000包括上述方面的图像传感器100。具体地，终端1000可以包括手机。

如图7所示，终端1000还包括与图像传感器100连接的中央处理器200及显示装置300，中央处理器200用于控制显示装置300显示图像传感器100输出的高动态范围图像。这样，终端1000拍摄的图像可以显示于显示装置300以供用户查看。显示装置300包括LED显示器等。

该终端1000，通过采用所述的图像传感器100，基于图像传感器100的硬件结构可以实现HDR功能，提升HDR图像效果。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

像素单元阵列，包括多个像素单元；

增幅转换单元，用于将像素单元产生的光生电荷转换为模拟信号；及

设置于所述像素单元阵列上的滤光阵列，滤光阵列包括多个滤光片，同一颜色的所述滤光片对应于多个像素单元；

其中，所述同一颜色的滤光片所对应的多个像素单元产生的光生电荷经增幅转换单元转换后输出一个第一模拟信号和一个第二模拟信号，所述第一模拟信号和所述第二模拟信号不相同；

模数转换单元，用于将第一模拟信号和第二模拟信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号；

所述同一颜色的滤光片所对应的多个像素单元包括第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元，所述第一像素单元通过第一传输开关与第一增幅转换单元的第一端连接，所述第一增幅转换单元的第二端连接预设电源，所述第二像素单元通过第二传输开关与所述第一增幅转换单元的第一端连接，所述第三像素单元通过第三传输开关与第二增幅转换单元的第一端连接，所述第二增幅转换单元的第二端连接所述预设电源，所述第四像素单元通过第四传输开关与第三增幅转换单元的第一端连接，所述第三增幅转换单元的第二端连接所述预设电源，所述第一传输开关的控制端、所述第二传输开关的控制端、所述第三传输开关和所述第四传输开关的控制端均与控制模块连接，所述控制模块控制四个传输开关的开关，其中，所述第一像素单元和所述第二像素单元产生的光生电荷经所述第一增幅转换单元转换后输出所述第一模拟信号，所述第三像素单元产生的光生电荷经所述第二增幅转换单元转换后输出所述第二模拟信号，所述第四像素单元产生的光生电荷经所述第三增幅转换单元转换后输出所述第二模拟信号；

所述图像传感器还包括控制模块、图像处理模块、第一复位单元、第一选择单元、第二复位单元、第三复位单元和第二选择单元；

所述第一复位单元的第一端分别与所述第一传输开关、所述第二传输开关和所述第一增幅转换单元的第一端连接，所述第一复位单元的第二端连接所述预设电源，所述第一选择单元的第一端与所述第一增幅转换单元的第三端连接，所述第一选择单元的第二端与所述模数转换单元的输入端连接；

所述第二复位单元的第一端分别与所述第三传输开关和所述第二增幅转换单元的第一端连接，所述第二复位单元的第二端连接所述预设电源；

所述第三复位单元的第一端分别与所述第四传输开关和所述第三增幅转换单元的第一端连接，所述第三复位单元的第二端连接所述预设电源；所述第二选择单元的第一端分别与所述第二增幅转换单元的第三端和所述第三增幅转换单元的第三端连接，所述第二选择单元的第二端与所述模数转换单元的输入端连接；

所述第一复位单元的第三端、所述第一选择单元的第三端、所述第二复位单元的第三端、所述第三复位单元的第三端和所述第二选择单元的第三端接收所述控制模块的控制信号；

所述控制模块用于控制所述像素单元阵列按照行依次曝光，所述图像处理模块对所述模数转换单元的输出进行合成以获得高动态范围图像。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述同一颜色的滤光片所对应的多个像素单元位于像素单元阵列的不同行。

3.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：

设置在所述滤光阵列上的微镜阵列，所述微镜阵列中的每个微镜与一个所述像素单元对应。

4.一种终端，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的图像传感器。

5.如权利要求4所述的终端，其特征在于，所述终端包括手机。

6.如权利要求4所述的终端，其特征在于，所述终端还包括与所述图像传感器连接的中央处理器及显示装置，所述中央处理器用于控制所述显示装置显示所述图像传感器输出的高动态范围图像。