CN107534742A - 成像方法、图像传感器以及成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供成像方法、图像传感器和成像设备(100)。所述图像传感器(110)包含：滤波器阵列(210)、读取电路(230)、控制器(220)、转换器(240)和图像输出接口(250)，所述控制器(250)耦合到所述读取电路(230)、所述转换器(240)和所述图像输出接口(250)，其中所述滤波器阵列(210)包括多个色彩滤波阵列图案，每个色彩滤波阵列图案包括多色彩滤波器(111)和至少一个红外(IR)滤波器(112)；所述多色彩滤波器(111)用于捕获可见光线；所述IR滤波器(112)用于捕获IR光线；所述读取电路(230)用于在所述控制器(220)的控制下仅从所述IR滤波器(112)读出IR信号或从所述IR滤波器(112)读出IR信号以及从所述多色彩滤波器(111)的一部分读出多色彩信号；所述转换器(240)用于在所述控制器(220)的控制下将所述IR信号转换成IR数字信号；所述图像输出接口(250)用于在所述控制器(220)的控制下输出所述IR数字信号。

Description

成像方法、图像传感器以及成像设备
技术领域
本发明的实施例涉及成像技术，且确切地说，涉及成像方法、图像传感器和成像设备。
背景技术
图像传感器已用于例如摄像机等的成像设备中。图像传感器主要支持用于可视光线(400nm至700nm)的图像捕获。这些图像传感器具有片上色彩滤波器。存在适合于每个目标的不同色彩滤波阵列(Color Filter Array，CFA)图案。拜耳先生(Mr.Bayer)发明了最流行的CFA图案并且所述CFA图案以拜耳图案或拜耳色彩滤波器著称。但是近年来，已提出用于感测目的的其它CFA图案。
为了同时捕获红绿蓝(Red Green Blue，RGB)图像和红外(IR)图像两者，提出一种RGB-IR图像传感器。RGB-IR图像传感器一般用于拍照和感测两者。RGB图像是将由应用程序记录、共享、鉴别和感测的照片。因此，RGB图像的图像质量是非常重要的。但是IR图像仅用于感测虹膜识别、人脸识别和其它感测目的。因此，RGB-IR相机通常用于为某物拍照和感测某物，并且拍照的周期不长，但感测周期可能非常长。
通常8M或13M的传感器消耗200mW至300mW。此功率消耗对于获取用于感测的IR图像来说较大，这样会减少相机(或照相手机)的电池寿命。
因此，有必要提供一种可以减小图像传感器的功率消耗的RGB IR图像传感器。
发明内容
本发明的实施例提供成像方法、图像传感器以及可以减小图像传感器的功率消耗的成像设备。
在第一方面中，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：滤波器阵列、读取电路、控制器、转换器和图像输出接口，所述控制器耦合到读取电路、转换器和图像输出接口；其中所述滤波器阵列包括多个色彩滤波阵列图案，每个色彩滤波阵列图案包括多色彩滤波器和至少一个红外(IR)滤波器；所述多色彩滤波器用于捕获可见光线；所述IR滤波器用于捕获IR光线；所述读取电路用于在控制器的控制下仅从IR滤波器读出IR信号或从IR滤波器读出IR信号以及从多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号；所述转换器用于在控制器的控制下将IR信号转换成IR数字信号；所述图像输出接口用于在控制器的控制下输出IR数字信号。
在根据第一方面的图像传感器的第一可能实施方案中，读取电路包括行选择电路和列选择电路，所述行选择电路用于在图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行，并且所述列选择电路用于在图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器列并且选择IR滤波器位于其中的滤波器列。
在根据第一方面的图像传感器的第二可能实施方案中，读取电路包括行选择电路和列选择电路，所述行选择电路用于在图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行，并且所述列选择电路用于在图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时选择所有滤波器列。
在根据第一方面或根据前述实施方案中的任一者的图像传感器的第三可能实施方案中，转换器进一步用于在控制器的控制下将多色彩信号转换成多色彩数字信号。
在根据第一可能实施方案的图像传感器的第四可能实施方案中，图像输出接口进一步用于在控制器的控制下清除多色彩数字信号。
在根据第一方面或根据前述实施方案中的任一者的图像传感器的第五可能实施方案中，图像传感器具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元的每一个中，多个像素共享共用电路，并且共享像素单元中的每一个的大小与色彩滤波阵列图案中的每一个的大小相同。
在根据第一方面或根据前述实施方案中的任一者的图像传感器的第六可能实施方案中，图像传感器具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元的每一个中，多个像素共享共用电路，并且共享像素单元中的每一个的整数乘积与色彩滤波阵列图案中的每一个的大小相同。
在根据第一方面或根据前述实施方案中的任一者的图像传感器的第七可能实施方案中，图像传感器具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元中的每一个中，多个像素共享共用电路，并且色彩滤波阵列图案中的每一个的大小的整数乘积与共享像素单元中的每一个的大小相同。
在第二方面中，提供一种成像设备，所述成像设备包括：根据第一方面的图像传感器的图像传感器；处理器，用于处理来自图像传感器的红外(IR)数字信号输出。
在第三方面中，提供一种成像方法，所述成像方法包括：仅从图像传感器的IR滤波器读出红外(IR)信号或从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感器的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号，其中所述图像传感器包括多个色彩滤波阵列图案，每个色彩滤波阵列图案包括多色彩滤波器和至少一个IR滤波器，所述多色彩滤波器用于捕获可见光线并且所述IR滤波器用于捕获IR光线；将IR信号转换成IR数字信号；输出IR数字信号。
在根据第三方面的成像方法的第一可能实施形式中，仅从图像传感器的IR滤波器读出红外(IR)信号或从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感器的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号包括：当图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行；当图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器列并且选择IR滤波器位于其中的滤波器列。
在根据第三方面的成像方法的第二可能实施方案中，仅从图像传感器的IR滤波器读出红外(IR)信号或从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感器的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号包括：当图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行；当图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时选择所有滤波器列。
在根据第三方面或根据前述实施方案中的任一者的成像方法的第三可能实施方案中，在输出IR数字信号之前，成像方法进一步包括：将多色彩信号转换成多色彩数字信号。
在根据第三可能实施方案的成像方法的第四可能实施方案中，在输出IR数字信号之前，成像方法进一步包括：清除多色彩数字信号。
根据本发明的实施例，仅从图像传感器中的IR滤波器读出IR信号，或从IR滤波器读出IR信号并且从图像传感器中的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号。由于仅读出IR信号以及至多多色彩信号的一部分，因此图像传感器的帧速率减小并且因此整个图像传感器的功率消耗减小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例中的技术解决方案，下文提供在实施例或现有技术的描述中所需的附图的简要介绍。显然，以下描述中的附图仅仅是本发明的实施例中的一些实施例，基于所述实施例，本领域的一般技术人员可以在不付出任何创造性劳动的情况下获取其它附图。
图1是说明根据本发明的一个实施例的成像设备100的主要组件的框图。
图2是说明根据本发明的一个实施例的图像传感器110的主要组件的框图。
图3是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器110的主要组件的框图。
图4是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器110的滤波器阵列的示意图。
图5是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器的滤波器阵列的示意图。
图6是说明根据图5的实施例的其信号被读出的滤波器的分布的示意图。
图7是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器的滤波器阵列的示意图。
图8是说明根据图7的实施例的读出的滤波器的分布的示意图。
图9是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器110的滤波器阵列的示意图。
图10是说明根据图9的实施例的其信号被读出的滤波器的分布的示意图。
图11是说明根据图9的实施例的其信号被读出的滤波器的另一分布的示意图。
图12是说明根据图9的实施例的其信号被读出的滤波器的分布的示意图。
图13是说明根据本发明的一个实施例的成像方法的流程图。
具体实施方式
下文将参考本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚且完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员可以在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其它实施例都属于本发明保护的范围。
一般来说，RGB-IR图像传感器可以用于通过RGB滤波器或像素拍照以及通过IR滤波器或像素感测两者。在常规RGB-IR图像传感器中，即使仅需要读出IR信号，也从图像传感器的所有滤波器读出信号，这意味着也读出将不使用的滤波器的信号并且因此耗费无用功率和无用周期。因为感测使用更普遍，所以当仅需要从图像传感器输出IR滤波器的信号时减小功率消耗是非常重要的。因此，需要一种低功率感测模式并且所述感测模式必须节省电池寿命。
本发明的实施例提供一种RGB-IR图像传感器，所述RGB-IR图像传感器被设计成当图像传感器在IR模式下工作时减小图像传感器的功率消耗。
在本发明的实施例中，除非另外规定，否则IR与近红外(Near Infrared，NIR)具有相同意义。
图1是说明根据本发明的一个实施例的成像设备100的主要组件的框图。成像设备100包含图像传感器110、处理器130、存储器120、I/O接口140和显示器150。
图像传感器110还可以称为成像传感器，所述成像传感器是感测和传送图像的信息的传感器。图像传感110可以用于电子成像设备中，包含数码相机、相机模块、医用成像设备，例如热成像设备、雷达、声纳等的夜视设备。例如，图像传感110可以是互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)或N型金属氧化物半导体(N-type Metal Oxide Semiconductor，NMOS)技术中的有源像素传感器，并且本发明的实施例并不限于此，例如，图像传感110还可以是电荷耦合装置(Charge-Coupled Device，CCD)等。
图像传感110包括多色彩滤波器，用于从光源160捕获可见光线；以及IR滤波器，用于从光源160捕获IR光线。处理器130用于确定图像传感110是否进入仅需要输出IR信号的IR模式。当处理器130确定图像传感110进入IR模式时，处理器110控制图像传感110以从IR滤波器读出IR信号。或者，当处理器130确定图像传感110进入IR模式时，处理器110控制图像传感110以从所有IR滤波器读出IR信号以及从多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号。当图像传感110进入IR模式时，图像传感110仅输出IR信号。存储器120用于存储对应于图像传感110所输出的信号的数据。显示器150用于根据与从图像传感输出或存储于存储器120中信号对应的数据显示图像。I/O接口140用于与其它电子装置通信，例如，移动电话、智能手机、平板手机、平板计算机或个人计算机。
任选地，当图像传感进入RGB模式或RGB-IR模式时，图像传感可以充当常规的图像传感器。例如，在这种情况下，从图像传感的所有滤波器或像素读出信号。
根据本发明的实施例，多色彩可以指RGB并且本发明的实施例并不限于此。多色彩还可以指其它色彩，例如，黄色、橙色等。
除了以上成像设备之外，本领域的技术人员应理解，本文所揭示的技术还适用于具有成像功能的其它电子装置，例如，移动电话、智能手机、平板手机、平板计算机、个人助理等。
图2是说明根据本发明的一个实施例的图像传感器110的主要组件的框图。图像传感110包含滤波器阵列210、读取电路230、控制器220、转换器240和图像输出接口250。
控制器220耦合到读取电路230、转换器240和图像输出接口250。滤波器阵列210包括多个色彩滤波阵列图案，并且每个色彩滤波阵列图案包括多色彩滤波器111和至少一个红外(IR)滤波器112。
多色彩滤波器111用于捕获可见光线并且IR滤波器112用于捕获IR光线。读取电路230用于在控制器220的控制下仅从IR滤波器112读出IR信号，或从IR滤波器112读出IR信号以及从多色彩滤波器111的一部分读出多色彩信号。转换器240用于在控制器220的控制下将IR信号转换成IR数字信号。图像输出接口250用于在控制器220的控制下输出IR数字信号。
根据本发明的实施例，仅从图像传感器中的IR滤波器读出IR信号，或从IR滤波器读出IR信号并且从图像传感器中的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号。由于仅读出IR信号以及至多多色彩信号的一部分，因此图像传感器的帧速率减小并且因此整个图像传感器的功率消耗减小。
根据本发明的实施例，读取电路230包含行选择电路和列选择电路，所述行选择电路用于在图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行，并且所述列选择电路用于在图像传感器进入IR模式以对选定滤波器列进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器列并且选择IR滤波器位于其中的滤波器列。
根据本发明的实施例，读取电路230包含行选择电路和列选择电路，所述行选择电路用于在图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行，并且所述列选择电路用于在图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时选择所有滤波器列。本发明的实施例并不限于此，例如，列选择电路可以在图像传感进入IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时选择滤波器列的至少一部分。滤波器列的至少一部分可以包含IR滤波器位于其中的滤波器列以及IR滤波器不位于其中的滤波器列的一部分。
根据本发明的实施例，IR模式用于图像传感器以仅输出IR信号，并且RGB信号不从图像传感输出。当IR模式有效时，从图像传感的滤波器读出仅具有最小数目的其它信号的IR信号。
在图像传感器中，功率主要在模拟电路中消耗，例如，模/数转换器(Analog-to-Digital Convertor，ADC)或其它模拟电路。由于ADC的功率消耗通常与ADC的转换数据速率成比例，因此具有较高清分辨率的图像消耗较高功率并且较高帧速率消耗较高功率。
根据本发明的实施例，当图像传感器进入IR模式时，仅从图像传感中的IR滤波器读出IR信号，或从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感中的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号。由于仅读出IR信号以及至多多色彩信号的一部分，因此图像传感器的帧速率减小并且因此整个图像传感器的功率消耗减小。
在IR模式下，所有或几乎所有内部电路应专用于IR信号输出工作。因为功率消耗的主要部分是图像传感器中的ADC电路和接口(I/F)电路，所以为了减小功率消耗，有效地减小图像传感的活动率(也称为可用率或运行率)并且停止例如内部电路和I/F电路等的某一功能电路的电源。为了减小图像传感器的活动率，最佳方式是减小从其读出信号的垂直线的数目并且减小从其读出和输出信号的多个像素。这会减小ADC和其它电路的电流供应或工作周期。
用于减小活动率的以上解决方案可以使图像传感器的一些信道/通道禁用。如果图像传感器的通道数目较少，可以禁用不使用的一些通道。如果图像传感器的位速率较低，可以耗尽LP模式(低功率模式)的周期。因此，功率消耗将减小。
任选地，作为本发明的另一实施例，转换器240进一步用于在控制器的控制下将多色彩信号转换成多色彩数字信号。
在从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感器中的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号的情况下，转换器240可以将多色彩信号转换成多色彩数字信号并且将IR信号转换成IR数字信号。
任选地，作为本发明的另一实施例，图像输出接口250进一步用于在控制器的控制下清除多色彩数字信号。
在从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感器中的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号的情况下，图像输出接口250可以借助于栅极功能清除多色彩数字信号并且输出IR数字信号。
本领域的技术人员应理解，滤波器阵列可以安排在微透镜层与像素层之间。出于方便和简单说明的目的，本文将不再描述微透镜层和像素层的细节。
图3是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器110的主要组件的框图。
图像传感器110包含滤波器阵列310、行选择电路331、控制器320、列选择电路332、图像输出接口350和ADC 340。控制器320耦合到行选择电路331、列选择电路332、图像输出接口350和ADC 340并且控制其操作。任选地，控制器320还耦合到滤波器阵列310。
根据本发明的实施例，滤波器阵列310包含多个滤波器行和多个滤波器列。行选择电路331包含对应于多个滤波器行的多个行选择器。列选择电路332包含对应于多个滤波器列的多个列放大器。
具体来说，当图像传感器进入IR模式时，控制器控制行选择器以选择IR滤波器112位于其中的滤波器行并且控制放大器以选择滤波器列。在这种情况下，仅从所有IR滤波器以及与IR滤波器位于同一行的多色彩滤波器读出信号。多个行选择器和多个列放大器用于跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行和滤波器列，并且对来自IR滤波器位于其中的滤波器行和滤波器列的信号进行取样。
具体来说，当图像传感器进入IR模式时，控制器控制行选择器和列放大器以从IR滤波器112位于其中的滤波器行和滤波器列读出信号。在这种情况下，仅读出滤波器行和滤波器列中的IR信号，或仅从所有IR滤波器以及与IR滤波器位于同一行且与IR滤波器位于同一列的多色彩滤波器读出信号。
任选地，作为本发明的另一实施例，图像传感器111进一步包含ADC 340。ADC 340用于在图像传感器进入IR模式时将IR信号转换成数字信号，其中图像输出接口350用于输出IR数字信号。
具体来说，在仅从IR滤波器读出IR信号的情况下，图像传感器的ADC 340将IR信号转换成数字信号并且图像输出接口350输出数字信号。例如，图像输出接口350可以通过多路复用器或选择器实施。
任选地，作为本发明的另一实施例，图像传感器111进一步包含ADC 340，用于将IR信号和多色彩信号转换成数字信号，其中图像输出接口350用于借助于栅极功能清除从多色彩信号转换的数字信号并且输出从IR信号转换的数字信号。
具体来说，在从所有IR滤波器和多色彩滤波器的一部分读出信号的情况下，图像传感器的ADC 340将信号转换成数字信号，图像输出接口350借助于栅极功能清除从多色彩信号转换的数字信号并且仅输出从IR信号转换的数字信号。例如，可以通过软件和硬件实施栅极功能。
本领域的技术人员应理解，清除功能还可以通过图像传感器的控制器实施。
根据本发明的实施例，每个滤波器可以包含像素电路，所述像素电路包含金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors，MOSFET)和本领域的技术人员已知的以常规方式配置的光电二极管。
根据本发明的实施例，滤波器阵列包括多个色彩滤波阵列(Color Filter Array，CFA)图案并且CFA图案中的每一个包括多色彩滤波器和至少一个IR滤波器。
图4是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器110的滤波器阵列的示意图。参考图4，滤波器阵列包含多个重复CFA图案。每个CFA图案包含R滤波器、G滤波器、B滤波器和IR滤波器。例如，在图4中的CFA图案中的行3-4以及列3-4中的滤波器包含R滤波器、G滤波器、B滤波器和IR滤波器。
根据本发明的实施例，图像传感器可以具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元的每一个中，多个像素共享共用电路，并且共享像素单元中的每一个的大小与CFA图案中的每一个的大小相同。
根据本发明的实施例，图像传感器可以具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元中的每一个中，多个像素共享共用电路，并且共享像素单元中的每一个的大小的整数乘积与CFA图案中的每一个的大小相同。
根据本发明的实施例，图像传感器可以具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元中的每一个中，多个像素共享共用电路，并且CFA图案中的每一个的大小的整数乘积与共享像素单元中的每一个的大小相同。
为了减小像素大小，最佳方式是减少图像传感器中的像素中的晶体管的量。为了减少晶体管的量，一些晶体管可以由多个像素共享。例如，3个晶体管和浮动扩散区由4个像素，例如，2×2像素共享。本发明的实施例并不限于此，提出其它种类的共享像素结构，例如，Z形、1×2、1×4、2×4等。这称为“共享像素单元”。在不同共享像素单元的同一位置中的像素的信号通常被设计成同时读出。
具体来说，共享像素单元的大小的整数乘积选择为CFA图案的大小(情况A)或CFA图案的大小的整数乘积选择为共享像素单元的大小(情况B)。从图像传感器设计视角来看，最佳的是减小设计的复杂性。如果未获得情况A或情况B，IR线非周期性地呈现并且设计将为复杂的。水平大小和垂直大小两者可以满足此要求。在情况A中，添加以下功能：可以清除不是来自从图像传感器读出的数据的IR信号的信号。为了满足此要求，在共享像素结构的成像区域中的线可以用于跳过滤波器并且读出滤波器的信号。
根据本发明的实施例，多色彩滤波器包含红色、蓝色和绿色(RGB)滤波器，多色彩信号是RGB信号。
为了从图像传感器输出信号，存在用于读出信号的一些模式，例如，其中图像传感器读出与图像传感器具有的所有像素对应的滤波器信号的全像素模式以及其中读出对应于所有像素的滤波器信号的一部分的消除模式。消除模式包含剪切模式、子取样模式和分组模式。在剪切模式中，图像传感器输出与设定成输出的区域中的所有像素对应的滤波器信号。在子取样模式中，图像传感器以设定成输出-跳过的规则输出滤波器的信号以读出垂直线和水平线中的一些滤波器信号。可以修改剪切模式和子取样模式以实施本发明的实施例。例如，当使用剪切模式时，仅IR滤波器的信号位于其中的区域设定成从图像传感器输出，并且当使用子取样模式时，读出图像传感器的滤波器信号的规则包含跳过以读出IR滤波器位于其中的垂直线(列)和水平线(行)中的滤波器。使用消除模式，图像传感器的帧速率增加并且由此图像传感器的功率消耗减小。
存在多个种类的CFA图案，包含IR滤波器。CFA图案可以是2个滤波器×2个滤波器(2×2)、4个滤波器×4个滤波器(4×4)或CFA图案的其它大小。当图像传感器包含此CFA图案时，IR光线主要传递CFA图案的一些部分。
图5是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器的滤波器阵列的示意图。
图5示出2×2CFA图案的实例。例如，2×2CFA图案包含IR滤波器、G滤波器、B滤波器和R滤波器，例如，图5中的列3-4和行3-4中的滤波器，并且存在于图像传感器中重复的多个CFA图案。2×2CFA图案包含IR滤波器、G滤波器、B滤波器和R滤波器，IR滤波器和G滤波器对角地安排并且B滤波器和R滤波器对角地安排。
当图像传感器110进入IR模式时，控制器控制行选择电路331以跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行，并且控制列选择电路332以选择所有滤波器以对来自IR滤波器112位于其中的滤波器行的信号进行取样。参考图5，IR滤波器分布在偶数行和奇数列中，并且位于偶数行和奇数列中的所有滤波器是IR滤波器。当图像传感器110进入IR模式时，选择一个行并且可替代地跳过下一行。例如，跳过行1，选择行2，跳过行3、选择行4等。
图6是说明根据图5的实施例的其信号被读出的滤波器的分布的示意图。参考图6，仅读出由偶数行中的滤波器产生的信号，并且不读出由其它行(奇数行)中的滤波器产生的信号。在这种情况下，从所有IR滤波器读出IR信号并且从偶数行和偶数列中的B滤波器读出B信号，但是不读出R滤波器和G滤波器的信号。
图7是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器的滤波器阵列的示意图。
当图像传感器110进入IR模式时，控制器320控制行选择电路331以跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行，并且控制列选择电路332以跳过IR滤波器不位于其中的滤波器列并且选择IR滤波器位于其中的滤波器列以对来自IR滤波器位于其中的滤波器行和滤波器列的信号进行取样。参考图7，IR滤波器分布在偶数行和奇数列中，并且位于偶数行和奇数列中的所有滤波器是IR滤波器。当图像传感器110进入IR模式时，关于行中的滤波器，选择一个行，跳过下一行，或者例如，跳过行1，选择行2，跳过行3，选择行4等，并且关于列中的滤波器，选择一个列，跳过下一列，例如，选择列1，跳过列2，选择列3，跳过列4等。
图8是说明根据图7的实施例的读出的滤波器的分布的示意图。
参考图8，仅读出由偶数行和奇数列中的滤波器产生的信号，并且不读出由其它行或列(奇数行或偶数列)中的滤波器产生的信号。在这种情况下，仅从IR滤波器读出IR信号，但是不读出所有RGB滤波器。
图9是说明根据本发明的另一实施例的图像传感器110的滤波器阵列的示意图。
图9示出4×4CFA图案的实例。例如，4×4CFA图案包含在列3-6和行3-6中的滤波器并且存在于图像传感器中重复的多个CFA图案。4×4CFA图案包含对角地安排的两个第一子图案和对角地安排的两个第二子图案。第一子图案与上述2×2CFA图案相同，并且第二子图案与上述2×2CFA图案相同，其中2×2图案中的IR滤波器用G滤波器替换。
类似于如图5和6中描述，当图像传感器110进入IR模式时，控制器320控制行选择电路331以跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行，并且控制列选择电路332以选择IR滤波器位于其中的滤波器列以对来自IR滤波器112位于其中的滤波器行的信号进行取样。参考图9，IR滤波器分布在偶数行和奇数列中。不同于图5中的滤波器阵列，偶数行和奇数列中的所有滤波器并非都是IR滤波器，例如，在行2和6中，列3和7中的滤波器是绿色(G)滤波器，并且在行4和8中，列1和5中的滤波器是G滤波器。当图像传感器110进入IR模式时，选择一个行并且跳过下一行，或者例如，跳过行1，选择行2，跳过行3，选择行4等。
图10是说明根据图9的实施例的读出的滤波器的分布的示意图。
参考图10，仅读出由偶数行中的滤波器产生的信号，并且不读出由其它行(奇数行)中的滤波器产生的信号。在这种情况下，从偶数行和奇数列中的所有IR滤波器读出所有IR信号，从偶数行和奇数列中的G滤波器读出一些G信号并且从偶数行和偶数列中的B滤波器读出一些B信号。
当图像传感器110进入IR模式时，控制器320控制行选择电路331以跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行，并且控制列选择电路以跳过IR滤波器不位于其中的滤波器列并且选择IR滤波器位于其中的滤波器列以对来自IR滤波器位于其中的滤波器行和滤波器列的信号进行取样。参考图9，IR滤波器分布在偶数行和技术列中。当图像传感器110进入IR模式时，关于行中的滤波器，选择一个行，跳过下一行，或者例如，跳过行1，选择行2，跳过行3，选择行4等，并且关于列中的滤波器，读出一个列，跳过下一列，例如，选择列1，跳过列2，选择列3，跳过列4等。
图11是说明根据图9的实施例的其信号被读出的滤波器的另一分布的示意图。
参考图11，仅读出由偶数行和奇数列中的滤波器产生的信号，并且不读出由其它行或列(奇数行或偶数列)中的滤波器产生的信号。在这种情况下，从偶数行和奇数列中的IR滤波器读出所有IR信号，并且从偶数行和奇数列中的G滤波器读出一些G信号。
图12是说明根据图9的实施例的其信号被读出的滤波器的分布的示意图。
在读取电路根据图11的实施例读出信号之后，ADC 340可以在控制器320的控制下将从偶数行和奇数列中的滤波器读出的IR信号和G信号转换成IR数字信号和G数字信号。图像输出接口350可以通过栅极功能清除G数字信号并且输出IR数字信号。在这种情况下，保持输出仅从偶数行和奇数列中的IR滤波器读出的IR信号。
或者，为了最小化功率消耗，用于从IR滤波器读出IR信号的其它复杂方法可以是更佳的。例如，可以通过控制行选择电路和列选择电路直接读出由如图8和12中所示的滤波器产生的信号。换句话说，可以通过控制对应于滤波器的行解码器和列放大器直接读出每个滤波器的信号。
任选地，作为本发明的另一实施例，可以通过减小接口(I/F)的功率消耗而进一步减小图像传感器的功率消耗。例如，当图像传感器进入IR模式时，图像传感器的通道的数目可以减小至可以满足I/F的带宽的数目。另外，可以通过减小图像传感器的模拟电路的电压，优化图像传感器的ADC以减小ADC的功率消耗，或减小图像传感器的帧速率并且优化图像传感器的电路的电流来进一步减小图像传感器的功率消耗。
图13是说明根据本发明的一个实施例的成像方法的流程图。成像方法通过成像设备实施。所述成像方法包含：
1310：仅从图像传感器的IR滤波器读出红外(IR)信号或从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感器的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号，其中图像传感器包括多个色彩滤波阵列(color filter array，CFA)图案，每个色彩滤波阵列图案包括多色彩滤波器和至少一个IR滤波器，多色彩滤波器用于捕获可见光线并且IR滤波器用于捕获IR光线。
1320：将IR信号转换成IR数字信号。
1330：输出IR数字信号。
根据本发明的实施例，仅从图像传感器中的IR滤波器读出IR信号，或从IR滤波器读出IR信号并且从图像传感器中的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号。由于仅读出IR信号以及至多多色彩信号的一部分，因此图像传感器的帧速率减小并且因此整个图像传感器的功率消耗减小。
根据本发明的实施例，步骤1310包含：当图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时，跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行；当图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时，跳过IR滤波器不位于其中的滤波器列并且选择IR滤波器位于其中的滤波器列。
根据本发明的实施例，步骤1310包含：当图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时，跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行；当图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时，选择所有滤波器列。
任选地，作为本发明的另一实施例，在输出IR数字信号之前，成像方法进一步包括：将多色彩信号转换成多色彩数字信号。
任选地，作为本发明的另一实施例，在输出IR数字信号之前，成像方法进一步包括：清除多色彩数字信号。
根据本发明的实施例，图像传感器具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元的每一个中，多个滤波器共享共用电路，并且共享像素单元中的每一个的大小与CFA图案中的每一个的大小相同。
根据本发明的实施例，图像传感器具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元中的每一个中，多个滤波器共享共用电路，并且共享像素单元中的每一个的大小的整数乘积与CFA图案中的每一个的大小相同。
根据本发明的实施例，图像传感器具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元中的每一个中，多个滤波器共享共用电路，并且CFA图案中的每一个的大小的整数乘积与共享像素单元中的每一个的大小相同。
根据本发明的实施例，多色彩滤波器包含红色、蓝色和绿色(RGB)滤波器，并且多色彩信号是RGB信号。
本领域的普通技术人员可以认识到，参考本文本中所揭示的实施例描述的相应实例的单元和算法步骤可以通过电子硬件或计算机软件和电子硬件的组合来实现。本领域的普通技术人员可以通过采用用于每个特定应用的不同方法实现所描述的功能，但是此类实现不应超出本发明的范围。
本领域的技术人员可以清楚地理解，出于方便和简单说明的目的，上述系统、装置和单元的特定工作过程可以指在方法的前述实施例中的对应过程，并且本文将不再重复描述。
在本申请案提供的若干实施例中，应理解，所揭示的系统、装置和方法可以通过其它方式实现。例如，上述装置的实施例仅仅是说明性的。例如，单元的划分仅仅是根据逻辑功能的一类划分，并且可以存在实际实施方案的其它划分方式。例如，可以将多个单元或组件组合或集成到另一系统中，或可以忽略或可以不执行一些特征。
作为单独部分描述的单元可以或可以不物理分离，并且作为单元描述的部分可以为或可以不为物理单元、可以位于一个位置或可以在多个网络单元上分布。可以根据实际需求选择其中的部分或全部单元，以实施本发明中提供的解决方案的目标。
另外，本发明的相应实施例中的相应功能单元可以集成到一个处理单元中，或相应单元可以物理上单独存在，或两个或更多单元可以集成到一个单元中。
当功能以软件功能单元的形式实施以及作为单独产品销售或使用时，所述功能可以存储在计算机可读存储媒体中。基于此理解，或者本发明中的技术解决方案中促成现有技术的部分可以通过软件产品的形式实施。计算机软件产品存储在存储媒体中并包含若干指令，所示指令使计算机设备(其可以为个人计算机、服务器、网络设备)执行本发明的相应实施例中所描述的方法的所有或部分步骤。前述存储媒体包含可以存储程序代码的各种媒体，例如U盘、可移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁盘或光盘等等。
前述描述仅仅是本发明的具体实施例，而不是限制本发明的保护范围。本领域技术人员易于构想通过本发明揭示的技术范围内的变化或替代，并且所述变化或替代应落入本发明的保护范围中。因此，本发明的保护范围应由权利要求书界定。

Claims (14)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括滤波器阵列、读取电路、控制器、转换器和图像输出接口，所述控制器耦合到所述读取电路、所述转换器和所述图像输出接口，
其中所述滤波器阵列包括多个色彩滤波阵列图案，每个色彩滤波阵列图案包括多色彩滤波器和至少一个红外(IR)滤波器；
所述多色彩滤波器用于捕获可见光线；
所述IR滤波器用于捕获IR光线；
所述读取电路用于在所述控制器的控制下仅从所述IR滤波器读出IR信号，或，从所述IR滤波器读出IR信号以及从所述多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号；
所述转换器用于在所述控制器的控制下将所述IR信号转换成IR数字信号；
所述图像输出接口用于在所述控制器的控制下输出所述IR数字信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述读取电路包括行选择电路和列选择电路，所述行选择电路用于在所述图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择所述IR滤波器位于其中的滤波器行，并且所述列选择电路用于在所述图像传感器进入所述IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器列并且选择所述IR滤波器位于其中的滤波器列。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述读取电路包括行选择电路和列选择电路，所述行选择电路用于在所述图像传感器进入IR模式以对来自所述选定滤波器行的信号进行取样时跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择所述IR滤波器位于其中的滤波器行，并且所述列选择电路用于在所述图像传感器进入所述IR模式以对来自所述选定滤波器列的信号进行取样时选择所有滤波器列。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的图像传感器，其特征在于，所述转换器进一步用于在所述控制器的控制下将所述多色彩信号转换成多色彩数字信号。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述图像输出接口进一步用于在所述控制器的控制下清除所述多色彩数字信号。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元中的每一个中，多个像素共享共用电路，并且所述共享像素单元中的每一个的大小与所述色彩滤波阵列图案中的每一个的大小相同。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元中的每一个中，多个像素共享共用电路，并且所述共享像素单元中的每一个的大小的整数乘积与所述色彩滤波阵列图案中的每一个的大小相同。
8.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器具有多个共享像素单元，在所述多个共享像素单元中的每一个中，多个像素共享共用电路，并且所述色彩滤波阵列图案中的每一个的大小的整数乘积与所述共享像素单元中的每一个的大小相同。
9.一种成像设备，其特征在于，包括：
根据权利要求1至8中任一权利要求所述的图像传感器；
处理器，用于处理从所述图像传感器输出的红外(IR)数字信号。
10.一种成像方法，其特征在于，包括：
仅从图像传感器的IR滤波器读出红外(IR)信号或从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感器的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号，其中所述图像传感器包括多个色彩滤波阵列图案，每个色彩滤波阵列图案包括多色彩滤波器和至少一个IR滤波器，所述多色彩滤波器用于捕获可见光线并且所述IR滤波器用于捕获IR光线；
将所述IR信号转换成IR数字信号；
输出所述IR数字信号。
11.根据权利要求10所述的成像方法，其特征在于，所述仅从图像传感器的IR滤波器读出红外(IR)信号或从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感器的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号包括：
当所述图像传感器进入IR模式以对来自选定滤波器行的信号进行取样时，跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行；
当所述图像传感器进入所述IR模式以对来自选定滤波器列的信号进行取样时，跳过IR滤波器不位于其中的滤波器列并且选择IR滤波器位于其中的滤波器列。
12.根据权利要求10所述的成像方法，其特征在于，所述仅从图像传感器的IR滤波器读出红外(IR)信号或从IR滤波器读出IR信号以及从图像传感器的多色彩滤波器的一部分读出多色彩信号包括：
当所述图像传感器进入IR模式以对来自所述选定滤波器行的信号进行取样时，跳过IR滤波器不位于其中的滤波器行并且选择IR滤波器位于其中的滤波器行；
当所述图像传感器进入所述IR模式以对来自所述选定滤波器列的信号进行取样时，选择所有滤波器列。
13.根据权利要求10至12中任一权利要求所述的成像方法，其特征在于，在输出所述IR数字信号之前，其进一步包括：
将所述多色彩信号转换成多色彩数字信号。
14.根据权利要求13所述的成像方法，其特征在于，在输出所述IR数字信号之前，其进一步包括：
清除所述多色彩数字信号。
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