CN105611125B - 成像方法、成像装置及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像方法，其包括：提供图像传感器，图像传感器包括感光像素阵列及设置于其上的滤光片，滤光片包括滤光单元阵列，滤光单元包括多个滤光像素，每个滤光像素覆盖一个感光像素，滤光像素包括电致色变材料并用于接收控制以在彩色滤光像素及白色滤光像素之间切换，每个滤光单元覆盖的感光像素构成合并像素。接着，根据环境亮度控制滤光单元将至少部分滤光像素切换为彩色滤光像素并读取感光像素阵列的输出，处理同一合并像素的感光像素输出以得到合并像素的像素值从而生成合并图像。采用此成像方法能根据环境亮度切换出适当数目的白色滤光像素以得到信噪比高的图像。本发明还公开了一种可实现此成像方法的成像装置及电子装置。

Description

成像方法、成像装置及电子装置

技术领域

本发明涉及成像技术，特别涉及一种成像方法、成像装置及电子装置。

背景技术

现有成像装置在高ISO或低照度环境生成的图像可能会存在噪点多、不清晰等不足。采用多帧合成的成像方式提升画质，拍照时间过长。嵌入较多白色滤光像素可提升画质，但会导致色彩失真。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种成像方法、成像装置及电子装置。

本发明实施方式的成像方法包括以下步骤：

提供图像传感器，所述图像传感器包括感光像素阵列及设置在所述感光像素阵列上的滤光片，所述滤光片包括滤光单元阵列，所述滤光单元包括多个滤光像素，每个所述滤光像素覆盖一个所述感光像素，所述滤光像素包括电致色变材料并用于接收控制以在彩色滤光像素及白色滤光像素之间切换；每个所述滤光单元覆盖的所述感光像素构成合并像素；

根据环境亮度控制所述滤光单元将至少部分所述滤光像素切换为彩色滤光像素；及

读取所述感光像素阵列的输出，并处理同一所述合并像素的所述感光像素的输出以得到所述合并像素的像素值从而生成合并图像。

采用此成像方法可根据环境亮度调节滤光单元中白色滤光像素的比例，以在不同照度下得到信噪比、亮度和清晰度较高，噪点较少的图像。克服了现有某些成像方法的缺点。

本发明还提供一种可用于实现本发明实施方式的成像方法的成像装置，其包括：

图像传感器，所述图像传感器包括：

感光像素阵列；

设置于所述感光像素阵列上的滤光片；及

与所述滤光片连接的滤光控制模块；

所述滤光片包括滤光单元阵列，所述滤光单元包括多个滤光像素，每个所述滤光像素覆盖一个所述感光像素，所述滤光像素包括电致色变材料并用于接收控制以在彩色滤光像素及白色滤光像素之间切换；每个所述滤光单元覆盖的所述感光像素构成合并像素；

所述滤光控制模块用于根据环境亮度控制所述滤光单元将至少部分所述滤光像素切换为彩色滤光像素；

所述成像装置还包括图像处理模块，所述图像处理模块用于读取所述感光像素阵列的输出，并处理同一所述合并像素的所述感光像素的输出以得到所述合并像素的像素值从而生成合并图像。

本发明还提供一种包括本发明实施方式的成像装置的电子装置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的成像方法的流程示意图。

图2是本发明实施方式成像方法的控制步骤流程示意图。

图3是本发明实施方式成像方法的控制步骤流程示意图。

图4是本发明实施方式成像方法的控制步骤流程示意图。

图5是本发明实施方式成像方法的控制步骤流程示意图。

图6是本发明实施方式成像方法的控制步骤流程示意图。

图7是本发明实施方式成像方法的控制步骤流程示意图。

图8是本发明实施方式成像方法的读取步骤流程示意图。

图9是本发明实施方式成像方法的读取步骤流程示意图。

图10是本发明实施方式成像方法的读取步骤流程示意图。

图11是本发明实施方式成像方法的控制步骤流程示意图。

图12是本发明实施方式成像方法的控制步骤流程示意图。

图13是本发明实施方式的成像装置的结构示意图。

图14是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图15是拜耳阵列示意图。

图16是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图17是本发明实施方式成像装置的功能模块示意图。

图18是本发明实施方式的成像装置的感光像素及相关电路示意图。

图19是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图20是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图21是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图22是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图23是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图24是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图25是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图26是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图27是本发明实施方式的成像装置的滤光单元阵列示意图。

图28是本发明实施方式成像装置的功能模块示意图。

图29是本发明实施方式的成像装置的图像传感器的立体结构示意图。

图30是本发明实施方式的成像装置的图像传感器的结构示意图。

图31是本发明实施方式的电子装置的功能模块示意图。

图32是本发明实施方式的电子装置的功能模块示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的实施方式的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的成像方法、成像装置及电子装置。

请参阅图1，本发明实施方式的成像方法包括以下步骤：

S1，提供图像传感器，图像传感器包括感光像素阵列及设置在感光像素阵列上的滤光片，滤光片包括滤光单元阵列，滤光单元包括多个滤光像素，每个滤光像素覆盖一个感光像素，滤光像素包括电致色变材料并用于接收控制以在彩色滤光像素及白色滤光像素之间切换，每个滤光单元覆盖的感光像素构成合并像素。

S2，根据环境亮度控制滤光单元将至少部分滤光像素切换为彩色滤光像素。

S3，读取感光像素阵列的输出，并处理同一合并像素的感光像素的输出以得到合并像素的像素值从而生成合并图像。

本发明实施方式的成像方法中的滤光单元的彩色滤光区用于获取合并像素的色彩信息，白色滤光像素用于在低照度下获取合并像素的亮度信息且此亮度信息噪声较少。如此，合成图像的像素值既包含色彩信息又包含低噪度的亮度信息，合成图像的色彩完整，亮度及清晰度均较好，噪点少。白色滤光像素及彩色滤光像素可根据环境需要而相互切换，如低光照下切换以产生较多白色滤光像素以提升画质。

在某些实施方式中，滤光单元阵列包括拜耳(Bayer)阵列。采用拜耳阵列可得到色彩完整逼真的图像。

在某些实施方式中，每个滤光单元覆盖2*2个感光像素。

请参图2，在本实施方式的成像方法中，步骤S2进一步包括：

S201，感测环境亮度。

S203，判断环境亮度是否小于第一预定阈值。

S205，当环境亮度小于第一预定阈值时，控制滤光单元以将其中三个或两个滤光像素切换为白色滤光像素。

在本实施方式中，可将感光像素的输出作为判断环境亮度的指标，具体的，可以求所有或部分感光像素输出的平均值，再将此平均值对应切换为照度。可设定阈值以执行相应的控制。设置第一预定阈值，如20Lux，光照小于此值时控制滤光单元以将每个滤光单元中的三个或两个滤光像素切换为白色滤光像素。

请参图3，在本实施方式的成像方法中，步骤S2进一步包括：

S207，判断环境亮度是否大于第一预定阈值而小于第二预定阈值。

S209，当环境亮度大于第一预定阈值并小于第二预定阈值时，控制第一绿色滤光单元及第二绿色滤光单元以将其所有滤光像素切换为白色滤光像素。可设置第二预定阈值，例如50Lux，则在本实施方式中，环境亮度在20～50Lux时，将绿色滤光单元的滤光像素全部切换为白色滤光像素。

请参图4，在本实施方式的成像方法中，滤光单元包括第一绿色滤光单元及第二绿色滤光单元，步骤S2进一步包括：

S211，判断环境亮度是否大于第二预定阈值而小于第三预定阈值。

S213，当环境亮度大于第二预定阈值并小于第三预定阈值时控制第一绿色滤光单元以将其所有滤光像素切换为白色滤光像素，或控制第一绿色滤光单元及第二绿色滤光单元以将其中两个或三个滤光像素切换为白色滤光像素。

在本实施方式中，可设置第三预定阈值为100Lux。因此在环境亮度在50～100Lux时，替换绿色滤光单元的部分滤光像素为白色滤光像素。

请参图5，在本实施方式的成像方法中，步骤S2进一步包括：

S215，判断环境亮度是否大于第三预定阈值而小于第四预定阈值。

S217，当环境亮度大于第三预定阈值而小于第四预定阈值时控制第一绿色滤光单元及/或第二绿色滤光单元以将其中一个滤光像素切换为白色滤光像素。

第四预定阈值可以是200Lux。

请参图6，在本实施方式的成像方法中，步骤S2进一步包括：

S219，判断环境亮度是否大于第四预定阈值。

S221，当环境亮度大于第四预定阈值时控制滤光单元以将所有滤光像素切换为彩色滤光像素。

请参图7，在另一实施方式的成像方法中，步骤S2进一步包括：

S223，判断环境亮度是否大于第一预定阈值而小于第五预定阈值。

S225，当环境亮度大于第一预定阈值而小于第五预定阈值时控制滤光单元以将其中一个滤光像素切换为白色滤光像素。

在该另一实施方式的成像方法中，不仅仅在绿色滤光单元进行切换，而是在所有的感光单元中同时切换。例如第五预定阈值可以是100Lux，因此在环境亮度处于20～100Lux时，将滤光单元中其中一个滤光像素切换为白色滤光像素以提升图像亮度及降低噪点。

请参图8，在某些实施方式的成像方法中，步骤S3进一步包括：

S301，计算同一合并像素的感光像素的输出的平均值或和以得到合并像素的像素值。

本发明实施方式的成像方法，假定原有每个感光像素的输出为S，噪声为N，合并像素包括个感光像素，则合并像素的像素值为n*m*S，而合并像素的噪声为在n＝2，m＝2的情况下，合成像素的噪声即为N/2左右。因此合并图像的亮度在低照度环境下得到提升，而且信噪比提高。

请参图9，在本实施方式的成像方法中，步骤S3进一步包括：

S303，对合并图像进行色彩还原处理。

由于滤光单元中掺入白色滤光像素，导致生成的合并图像的色彩产生一定失真，可对其做色彩还原处理，以尽可能恢复其真实色彩。

请参图10，在某些实施方式中，合并像素包括彩色像素值及白色像素值。步骤S3进一步包括：

S305，计算彩色滤光像素覆盖的感光像素的输出的平均值或和并作为彩色像素值。

S307，替换彩色像素值的亮度分量为白色像素值的亮度分量后作为合并像素的像素值。

这样，得到彩色像素值后，可将其转换为YUV格式，可得到其亮度分量，将YUV彩色图像的彩色像素值的亮度分量替换为白色像素值的亮度分量，以生成色彩信息完整，同时亮度及信噪比较高的图像。

请参图11，在某些实施方式中，步骤S2进一步包括：

S227，采集第k行及第k+1行的感光像素的输出并存入寄存器，其中k＝2n-1，n为自然数，k+1小于等于感光像素阵列的总行数。

S229，从寄存器中提取第k行及第k+1行的感光像素的输出，将同一合并像素的感光像素的输出相加以得到合并像素的像素值。

这样以实现逐行读出，采用寄存器能达到较快读取速度，同时硬件上容易实现。

请参图12，在某些实施方式中，每个感光像素分别与一个模数转换器连接，步骤S2进一步包括：

S231，将感光像素输出的模拟信号转换为数字信号。

S233，将同一合并像素的数字信号相加以得到合并像素的像素值从而生成合并图像。

将模拟信号转换为数字信号以方便后续电路的芯片，如ISP，进行处理。

本发明实施方式的成像方法可以由本发明实施方式的成像装置实现。

请参阅图13及图14，本发明实施方式的成像装置100包括图像传感器10及图像处理模块50。图像传感器10包括感光像素阵列11、设置于感光像素阵列11上的滤光片13及滤光控制模块15。滤光片13包括滤光单元阵列131，每个滤光单元1311包括多个滤光像素1312，每个滤光像素1312覆盖一个感光像素111，滤光像素1312包括彩色滤光像素1315及白色滤光像素1313，滤光像素1312包括电致色变材料并用于接收控制以在彩色滤光像素1315及白色滤光像素1313之间切换，每个滤光单元1311覆盖的感光像素111构成合并像素。外部光线通过滤光片13照射到感光像素111的感光部分1111以产生电信号，即感光像素111的输出。

滤光控制模块15用于根据环境亮度控制滤光单元1311将至少部分滤光像素1312切换为彩色滤光像素1315。成像装置100还包括图像处理模块50，图像处理模块50用于读取感光像素阵列11的输出，并处理同一合并像素的感光像素111的输出以得到合并像素的像素值从而生成合并图像。

可在成像装置100中设置光照传感器以感测环境亮度，光照传感器包括光电转换模块，能把光照强度转换为电信号，从而测量环境亮度。或者将感光像素的输出作为判断环境亮度的指标，具体的，可以计算所有或部分感光像素输出的平均值，作为衡量环境亮度的数据。将环境亮度划分为不同的范围，对应着滤光控制模块15不同的控制操作。

电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。电致变色材料分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。无机电致变色材料的典型代表是三氧化钨，目前，以WO3为功能材料的电致变色器件已经产业化。而有机电致变色材料主要有聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。以紫罗精类为功能材料的电致变色材料已经得到实际应用。

本发明实施方式的成像装置中的滤光单元1311的彩色滤光像素1315用于获取合并像素的色彩信息，白色滤光像素1313用于在低照度下获取合并像素的亮度信息且此亮度信息噪声较少。如此，合成图像的像素值既包含色彩信息又包含低噪度的亮度信息，合成图像的色彩完整，亮度及清晰度均较好，噪点少。白色滤光像素及彩色滤光像素可根据环境需要而相互切换，如低光照下切换以产生较多白色滤光像素以提升画质。

请参阅图15，在本实施方式中，滤光单元阵列包括拜耳阵列(Bayer pattern)。

由于人眼对绿光最敏感，因此眼睛平时看到的景物相当于是绿色景物被强化了的结果。成像装置须过度感应绿光，得到的图像才能使人眼才觉得正常。因此拜耳阵列或其他常见的滤光单元阵列一般会设置较多的绿色滤光单元，在拜耳阵列中绿色(G)、红色(R)、蓝色(B)滤光单元的数目比为2:1:1，即每两个绿色滤光单元、一个红色及蓝色滤光单元构成滤光结构1317并用于形成色彩完整的图像像素。因此，采用拜耳阵列可得到色彩完整逼真的图像。

且采用拜耳结构能采用传统针对拜耳结构的算法来处理图像信号，从而不需要硬件结构上做大的调整。

请一并参阅图15及图29，在本实施方式中，每个滤光单元1311覆盖2*2个感光像素。分别是绿色、红色、蓝色、绿色滤光单元。

在传统滤光单元阵列结构中，每个滤光单元对应一个感光像素及图像像素。请参阅图16，在本实施方式中，滤光单元阵列131采用拜耳结构，包括滤光结构1317，每个滤光结构1317包括绿色、红色、蓝色、绿色滤光单元1311，而与传统拜耳结构的滤光单元阵列不同的是，每个滤光单元1311对应多个感光像素111。

除了2*2结构外，还有3*3，4*4，甚至是任意n*m等结构(n，m为自然数)，可以理解，感光像素阵列11上可排列的感光像素111的数目是有限的，每个合并像素所包含的感光像素111过多的话，图像的分辨率大小会受到限制，如，若感光像素阵列11的像素值为16M，采用2*2的合并像素结构会得到分辨率为4M的合并图像，而采用4*4结构就只能得到分辨率为1M的合并图像。因此2*2的合并像素结构是一个较佳排列方式，在尽量少牺牲分辨率的前提下提升图像亮度及清晰度。同时，采用2*2结构方便硬件上实现对感光像素输出的读取及合并处理。

请参阅图17，在某些实施方式中，图像传感器还包括控制模块17，控制模块17用于控制感光像素阵列11逐行曝光。

控制模块17连接有行选择逻辑单元171及列选择逻辑单元173，以控制逐行对感光像素111的输出进行处理。逐行曝光并输出的方式在硬件上更容易实现。

请一并参阅图17，在本实施方式中，图像传感器10还包括寄存器19，控制模块17用于依次采集当前曝光完成的第k行及第k+1行的感光像素111的输出并存入寄存器19，其中k＝2n-1，n为自然数，k+1小于等于感光像素阵列11的总行数。

具体的，请参阅图18及图17，图像传感器10包括与行选择逻辑单元171及列选择逻辑单元173连接的控制模块17。行选择逻辑单元171及列选择逻辑单元173与每一个感光像素111对应的开关管1115连接，控制模块17用于控制行选择逻辑单元171及列选择逻辑单元173以选通特定位置的感光像素111的开关管1115。

请参图19及图20，在某些实施方式中，滤光控制模块15用于在环境亮度小于第一预定阈值时控制滤光单元以将其中三个或两个滤光像素1312切换为白色滤光像素1313。

在本实施方式中，可将感光像素的输出作为判断环境亮度的指标，具体的，可以求所有或部分感光像素输出的平均值，再将此平均值对应切换为照度。可设定阈值以执行相应的控制。设置第一预定阈值，如20Lux，光照小于此值时控制滤光单元以将每个滤光单元中的三个或两个滤光像素切换为白色滤光像素。

由于第一预定阈值是很低的环境亮度值，需切换出较多的白色滤光像素，以使更多的光线进入，从而生成亮度值及信噪比较高的图像。但为了保留一定的各个色彩的信息，不可将全部像素替换为白色滤光像素，从而每种色彩的滤光单元只切换一部分滤光像素。

进一步的，请参阅图21，在本实施方式中，滤光单元1311包括第一绿色滤光单元1314及第二绿色滤光单元1316。滤光控制模块15还用于在环境亮度大于第一预定阈值小于第二预定阈值时控制第一绿色滤光单元1314及第二绿色滤光单元1316以将所有滤光像素切换为白色滤光像素1313。

设置第二预定阈值，例如50Lux，则在本实施方式中，环境亮度在20～50Lux时，将绿色滤光单元的滤光像素全部切换为白色滤光像素。由于人眼对绿光最敏感，成像装置本身就须过度曝光以产生人眼看上去正常的图像。相较于红色或蓝色滤光单元，绿色滤光单元的过度曝光使人眼产生的色彩失真感不那么强烈。因此本发明的实施方式中，较多的采用将绿色滤光单元的滤光像素切换为白色滤光像素，以使其进光量增加，减少成像噪点。

请参图22及图23，在本实施方式中，滤光控制模块15还用于在环境亮度大于第二预定阈值并小于第三预定阈值时控制第一绿色滤光单元1314以将所有滤光像素切换为白色滤光像素1313，或控制第一绿色滤光单元1314及第二绿色滤光单元1316以将其中两个或三个滤光像素切换为白色滤光像素1313。

在本实施方式中，可设置第三预定阈值为100Lux。因此在环境亮度在50～100Lux时，替换绿色滤光单元的部分滤光像素为白色滤光像素。

请参图24及图25，在本实施方式中，滤光控制模块15还用于在环境亮度大于第三预定阈值而小于第四预定阈值时控制第一绿色滤光单元1314及/或第二绿色滤光单元1316以将其中一个滤光像素切换为白色滤光像素1313。

在本实施方式中，可设置第四预定阈值为200Lux。因此在环境亮度在100～200Lux时，每个绿色滤光单元切换出一个白色滤光像素1313，或第一绿色滤光单元1314和第二绿色滤光单元1316中其中的一个切换出一个白色滤光像素1313。这样得到的图像，保留了较完整的色彩信息。

请参图26，在其他实施方式中，滤光控制模块15还用于在环境亮度大于第一预定阈值小于第五预定阈值时控制滤光单元1311以将其中一个滤光像素切换为白色滤光像素1313。

在该其他实施方式中，不仅仅在绿色滤光单元进行切换，而是在所有的感光单元中同时切换。例如第五预定阈值可以是100Lux，因此在环境亮度处于20～100Lux时，将滤光单元中其中一个滤光像素切换为白色滤光像素以提升图像亮度及降低噪点。

进一步的，请参图27，在其他实施方式中，滤光控制模块15还用于在环境亮度大于第四预定阈值时控制滤光单元1311以将所有滤光像素切换为彩色滤光像素1315。

这样由于没有白色滤光像素，生成的合并图像不会有色彩损失。

在某些实施方式中，图像处理模块50用于计算同一合并像素的感光像素的输出的平均值或和以得到合并像素的像素值。

本发明实施方式的成像方法，假定原有每个感光像素的输出为S，噪声为N，合并像素包括个感光像素，则合并像素的像素值为n*m*S，而合并像素的噪声为在n＝2，m＝2的情况下，合成像素的噪声即为N/2左右。因此合并图像的亮度在低照度环境下得到提升，而且信噪比提高。

在本实施方式中，图像处理模块用于对合并图像进行色彩还原处理。

由于滤光单元中掺入白色滤光像素，导致生成的合并图像的色彩产生一定失真，可对其做色彩还原处理，以尽可能恢复其真实色彩。可根据滤光单元切换的白色滤光像素的个数，设置相应的软件算法以还原色彩。

除了将合并像素的感光像素输出求和或求均值外，在另一些实施方式中，合并像素包括彩色像素值及白色像素值，图像处理模块用于计算彩色滤光像素覆盖的感光像素的输出的平均值或和并作为彩色像素值，及用于替换彩色像素值的亮度分量为白色像素值的亮度分量后作为合并像素的像素值。

这样，得到彩色像素值后，可将其转换为YUV格式并得到其亮度分量，将彩色像素值的亮度分量替换为白色像素值的亮度分量，以生成色彩信息完整，同时亮度及信噪比较高的合并图像。相比于计算合并像素的感光像素的输出的和或平均值的实施方式，该另一些实施方式得到的合并图像色彩损失较少，一般不需要色彩还原处理。YUV是按照亮度和色差的原理来描述颜色的图像格式，YUV格式包括许多具体的格式，如YUV422,YUV420等。在某些实施方式中，彩色合并像素包括绿色、红色、蓝色合并像素，图像处理模块先根据彩色合并像素的像素值得到RGB格式的彩色合并图像，即得到每个图像像素的红色亮度值、绿色亮度值、蓝色亮度值，分别用R,G,B表示，则在某些实施方式中其相对应的YUV格式图像像素的亮度值Y＝0.299*R+0.587*G+0.114*B。

请参图28及图18，在某些实施方式中，图像传感器10包括模数转换器21阵列，每个感光像素111分别与一个模数转换器211连接。模数转换器211用于将感光像素111的模拟信号输出转换为数字信号输出。

请一并参阅图18，本实施方式中的感光像素111包括光电二极管1113。光电二极管1113用于将光照转化为电荷，且产生的电荷与光照强度成比例关系。开关管1115用于根据行选择逻辑单元171及列选择逻辑单元173的控制信号来控制电路的导通及断开，当电路导通时，源极跟随器1117(source follower)用于将光电二极管1113经光照产生的电荷信号转化为电压信号。模数转换器211(Analog-to-digital converter)用于将电压信号切换为数字信号，以传输至后续电路处理。

此输出处理方式使感光像素的输出转化为数字信号，在后续数字电路中或在芯片中用软件进行处理。因此每个感光像素的输出信息可以被保留，例如，对于16M像素的图像传感器来说，本发明实施方式的成像方法可以保留16M像素(即合并前图像)的信息，在此基础上经过处理得到4M像素的合并图像或其他分辨率的图像。最终生成图像出现坏点的概率较低。此外，此输出处理方式的噪声较小，信噪比较高。

请参阅图29及图30，在某些实施方式中，图像传感器10包括设置在滤光片13上的微镜阵列23，每个微镜231与一个感光像素111对应。

具体的，每个微镜231与一个感光像素111对应，包括大小、位置对应。在某些实施方式中，每个滤光单元1311对应2*2个感光像素111及2*2个微镜191。随着技术发展，为了得到分辨率更高的图像，感光片上的感光像素111越来越多，排列越来越密集，单个感光像素111也越来越小，其受光受到影响，且感光像素111的感光部分1111面积是有限的，微镜191能将光聚集到感光部分1111，从而提升感光像素111的受光强度以改善图像画质。

综上，本发明实施方式中的成像装置可根据环境亮度切换出相应数目的白色滤光像素使合并像素的像素值既包含色彩信息又包含低噪度的亮度信息，以方便后续电路生成色彩完整且信噪比高的合并图像。

本发明还提供一种应用成像装置的电子装置。在某些实施方式中，电子装置包括成像装置。因此，电子装置具有拍照功能且能在低照度下生成色彩完整，信噪比高，清晰度高的合并图像。

电子装置可以是手机。

在某些实施方式中，成像装置可以是手机的前置相机。由于前置相机多用于自拍，而自拍一般要求对图像的清晰度有要求而对图像分辨率要求不高，采用本实施方式的电子装置可满足此要求。

请参阅图31，在某些实施方式中，电子装置200包括与成像装置100连接的中央处理器81及外存储器83，中央处理器81用于控制外存储器83存储合并图像。

这样，生成的合并图像可以被存储，方便以后查看、使用或转移。外存储器83包括SM(Smart Media)卡及CF(Compact Flash)卡等。

请参阅图32，在某些实施方式中，电子装置200还包括与成像装置100连接的中央处理器81及显示装置85，中央处理器81用于控制显示装置85显示合并图像。这样，电子装置200拍摄的图像可以显示于显示装置以供用户查看。显示装置包括LED显示器等。

综上，采用本发明实施方式的电子装置，具有拍照功能且能在低照度下生成色彩完整，信噪比高，清晰度高的合并图像。特别的，当此电子装置为手机的前置相机时，能提升低照度下自拍图像的亮度及清晰度，减少噪点。

本发明实施方式中成像方法及电子装置中未展开的部分，可参以上实施方式的图像传感器及成像装置的对应部分，在此不再详细展开。

本发明实施方式中成像方法及电子装置中未展开的部分，可参以上实施方式的图像传感器及成像装置的对应部分，在此不再详细展开。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合实施方式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方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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 (32)

1.一种成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供图像传感器，所述图像传感器包括感光像素阵列及设置在所述感光像素阵列上的滤光片，所述滤光片包括滤光单元阵列，所述滤光单元包括多个滤光像素，每个所述滤光像素覆盖一个所述感光像素，所述滤光像素包括电致色变材料并用于接收控制以在彩色滤光像素及白色滤光像素之间切换；每个所述滤光单元覆盖2*2个所述感光像素，每个所述滤光单元覆盖的所述感光像素构成合并像素；

感测环境亮度；

判断所述环境亮度是否小于第一预定阈值；

当所述环境亮度小于所述第一预定阈值时，根据所述电致色变材料在外加电场作用下可变色的特性控制所述滤光单元以将其中三个或两个所述滤光像素切换为所述白色滤光像素；及

读取所述感光像素阵列的输出，并处理同一所述合并像素的所述感光像素的输出以得到所述合并像素的像素值从而生成合并图像。

2.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述滤光单元阵列包括拜耳(Bayer)阵列。

3.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述滤光单元包括第一绿色滤光单元及第二绿色滤光单元，所述控制步骤进一步包括：

判断所述环境亮度是否大于所述第一预定阈值而小于第二预定阈值；及

当所述环境亮度大于所述第一预定阈值而小于所述第二预定阈值时，控制所述第一绿色滤光单元及所述第二绿色滤光单元以将所述第一绿色滤光单元及所述第二绿色滤光单元中的所有所述滤光像素切换为所述白色滤光像素。

4.如权利要求3所述的成像方法，其特征在于，所述控制步骤进一步包括：

判断所述环境亮度是否大于所述第二预定阈值而小于第三预定阈值；及

当所述环境亮度大于所述第二预定阈值并小于所述第三预定阈值时控制所述第一绿色滤光单元以将所述第一绿色滤光单元中的所有所述滤光像素切换为所述白色滤光像素，或控制所述第一绿色滤光单元及所述第二绿色滤光单元以将其中两个或三个所述滤光像素切换为所述白色滤光像素。

5.如权利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述控制步骤进一步包括：

判断所述环境亮度是否大于所述第三预定阈值而小于第四预定阈值；及

当所述环境亮度大于所述第三预定阈值而小于第四预定阈值时控制所述第一绿色滤光单元及/或所述第二绿色滤光单元以将其中一个所述滤光像素切换为所述白色滤光像素。

6.如权利要求5所述的成像方法，其特征在于，所述控制步骤进一步包括：

判断所述环境亮度是否大于所述第四预定阈值；及

当所述环境亮度大于所述第四预定阈值时控制所述滤光单元以将所有所述滤光像素切换为所述彩色滤光像素。

7.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述控制步骤进一步包括：

判断所述环境亮度是否大于所述第一预定阈值而小于第五预定阈值；及

当所述环境亮度大于所述第一预定阈值而小于所述第五预定阈值时控制所述滤光单元以将其中一个所述滤光像素切换为所述白色滤光像素。

8.如权利要求1-7任意一项所述的成像方法，其特征在于，所述读取步骤进一步包括：

计算同一所述合并像素的所述感光像素的输出的平均值或和以得到所述合并像素的像素值。

9.如权利要求8所述的成像方法，所述读取步骤进一步包括：

对所述合并图像进行色彩还原处理。

10.如权利要求1-7任意一项所述的成像方法，其特征在于，所述合并像素包括彩色像素值及白色像素值；所述读取步骤包括：

计算所述彩色滤光像素覆盖的所述感光像素的输出的平均值或和并作为所述彩色像素值；

替换所述彩色像素值的亮度分量为所述白色像素值的亮度分量后作为所述合并像素的像素值。

11.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，

所述读取步骤进一步包括：

采集第k行及第k+1行的所述感光像素的输出并存入寄存器，其中k＝2n-1，n为自然数，k+1小于等于所述感光像素阵列的总行数；及

从所述寄存器中提取所述第k行及第k+1行的所述感光像素的输出，将同一所述合并像素的所述感光像素的输出相加以得到所述合并像素的像素值。

12.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，每个所述感光像素分别与一个模数转换器连接，所述读取步骤进一步包括：

将所述感光像素输出的模拟信号转换为数字信号；及

将同一所述合并像素的所述数字信号相加以得到所述合并像素的像素值从而生成合并图像。

13.一种成像装置，其特征在于，包括：

图像传感器，所述图像传感器包括：感光像素阵列；

设置于所述感光像素阵列上的滤光片；及

与所述滤光片连接的滤光控制模块；

所述滤光片包括滤光单元阵列，所述滤光单元包括多个滤光像素，每个所述滤光像素覆盖一个所述感光像素，所述滤光像素包括电致色变材料并用于接收控制以在彩色滤光像素及白色滤光像素之间切换；每个所述滤光单元覆盖的所述感光像素构成合并像素；

所述滤光控制模块用于判断环境亮度是否小于第一预定阈值；及当所述环境亮度小于所述第一预定阈值时，根据所述电致色变材料在外加电场作用下可变色的特性控制所述滤光单元以将其中三个或两个所述滤光像素切换为所述白色滤光像素；

所述成像装置还包括图像处理模块，所述图像处理模块用于读取所述感光像素阵列的输出，并处理同一所述合并像素的所述感光像素的输出以得到所述合并像素的像素值从而生成合并图像。

14.如权利要求13所述的成像装置，其特征在于，所述滤光单元阵列包括拜耳阵列。

15.如权利要求13所述的成像装置，其特征在于，每个所述滤光单元覆盖2*2个所述感光像素。

16.如权利要求15所述的成像装置，其特征在于，所述成像装置包括控制模块，所述控制模块用于控制所述感光像素阵列逐行曝光。

17.如权利要求16所述的成像装置，其特征在于，所述成像装置还包括寄存器；

所述控制模块用于依次采集当前曝光完成的第k行及第k+1行的所述感光像素的输出并存入所述寄存器，其中k＝2n-1，n为自然数，k+1小于等于所述感光像素阵列的总行数。

18.如权利要求13所述的成像装置，其特征在于，所述滤光单元包括第一绿色滤光单元及第二绿色滤光单元；

所述滤光控制模块还用于在所述环境亮度大于第一预定阈值小于第二预定阈值时控制所述第一绿色滤光单元及所述第二绿色滤光单元以将所述第一绿色滤光单元及所述第二绿色滤光单元中的所有所述滤光像素切换为所述白色滤光像素。

19.如权利要求18所述的成像装置，其特征在于，所述滤光控制模块还用于在所述环境亮度大于所述第二预定阈值并小于第三预定阈值时控制所述第一绿色滤光单元以将所述第一绿色滤光单元中的所有所述滤光像素切换为所述白色滤光像素，或控制所述第一绿色滤光单元及所述第二绿色滤光单元以将其中两个或三个所述滤光像素切换为所述白色滤光像素。

20.如权利要求19所述的成像装置，其特征在于，所述滤光控制模块还用于在所述环境亮度大于所述第三预定阈值而小于第四预定阈值时控制所述第一绿色滤光单元及/或所述第二绿色滤光单元以将其中一个所述滤光像素切换为所述白色滤光像素。

21.如权利要求20所述的成像装置，其特征在于，所述滤光控制模块还用于在所述环境亮度大于所述第四预定阈值时控制所述滤光单元以将所有所述滤光像素切换为所述彩色滤光像素。

22.如权利要求13所述的成像装置，其特征在于，所述滤光控制模块还用于在所述环境亮度大于所述第一预定阈值小于第五预定阈值时控制所述滤光单元以将其中一个所述滤光像素切换为所述白色滤光像素。

23.如权利要求13所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理模块用于计算同一所述合并像素的所述感光像素的输出的平均值或和以得到所述合并像素的像素值。

24.如权利要求23所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理模块用于对所述合并图像进行色彩还原处理。

25.如权利要求13所述的成像装置，其特征在于，所述合并像素包括彩色像素值及白色像素值；

所述图像处理模块用于计算所述彩色滤光像素覆盖的所述感光像素的输出的平均值或和并作为所述彩色像素值,及用于替换所述彩色像素值的亮度分量为所述白色像素值的亮度分量后作为所述合并像素的像素值。

26.如权利要求13所述的成像装置，其特征在于，所述图像传感器包括模数转换器，每个所述感光像素分别与一个所述模数转换器连接。

27.如权利要求13所述的成像装置，其特征在于，所述图像传感器包括设置在所述滤光片上的微镜阵列，每个所述微镜与一个所述感光像素对应。

28.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求13-27所述的成像装置。

29.如权利要求28所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括手机。

30.如权利要求29所述的电子装置，其特征在于，所述成像装置包括所述手机的前置相机。

31.如权利要求28所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括与所述成像装置连接的中央处理器及外存储器，所述中央处理器用于控制所述外存储器存储所述合并图像。

32.如权利要求28所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置还包括与所述成像装置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合并图像。