CN110324537A - 图像感测装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

图像感测装置及其操作方法。一种图像感测装置包括：图像传感器，其捕获入射光，并且通过在第一曝光时间下操作图像传感器来将入射光转换为第一图像并通过在不同于第一曝光时间的第二曝光时间下操作图像传感器来将入射光转换为第二图像；计算电路，其联接到图像传感器以接收第一图像并基于第一图像以及第一曝光时间与第二曝光时间之间的曝光比来生成与第二图像对应的第三图像；组合电路，其联接到图像传感器和计算电路以将第二图像和第三图像组合以生成组合图像；转换电路，其联接到组合电路以基于组合图像和曝光比将组合图像的各个码值转换或维持为具有相同的位深；以及存储器电路，其联接到转换电路以存储从转换电路输出的图像值。

Description

图像感测装置及其操作方法
技术领域
本专利文献中所公开的技术和实现方式总体上涉及一种用于包括图像感测装置的电子装置的半导体设计技术。
背景技术
图像感测装置利用半导体的光敏性质来捕获图像。图像感测装置常常被分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。CMOS图像传感器可通过将模拟控制电路和数字控制电路二者集成在单个集成电路(IC)中来制造。CMOS图像传感器广泛用在许多应用中。
发明内容
除了别的以外，本专利文献提供了能够减少存储器资源的使用的图像感测装置的设计以及该图像感测装置的操作方法。
根据所公开的技术的实施方式，一种图像感测装置包括：图像传感器，其捕获入射光，并且通过在第一曝光时间下操作图像传感器来将入射光转换为第一图像并通过在不同于第一曝光时间的第二曝光时间下操作图像传感器来将入射光转换为第二图像；计算电路，其联接到图像传感器以接收第一图像并基于第一图像以及第一曝光时间与第二曝光时间之间的曝光比来生成与第二图像对应的第三图像；组合电路，其联接到图像传感器和计算电路以将第二图像和第三图像组合以生成组合图像；转换电路，其联接到组合电路以基于组合图像和曝光比将组合图像的各个码值转换或维持为具有相同的位深；以及存储器电路，其联接到转换电路以存储从转换电路输出的图像值。
所述相同的位深可包括码值的两个或更多个位深当中的最小位深。
转换电路可包括：信号发生器，其联接到组合电路以接收组合图像信号以基于组合图像信号的码值与预定阈值之间的比较来生成与组合图像信号的码值对应的标志信号；以及信号处理器，其联接到信号发生器以基于组合图像信号的码值、标志信号和曝光比来生成图像值。
信号发生器可将组合图像信号的各个码值与阈值进行比较并生成与比较结果对应的各个标志信号。
基于各个标志信号，信号处理器可输出组合图像信号的各个码值作为各个图像值，或者可按照曝光比对组合图像信号的各个码值进行压缩以输出压缩的码值作为各个图像值。
信号处理器可包括用于基于各个标志信号将组合图像信号的各个码值除以曝光比的除法器。
存储器电路可存储标志信号的逻辑值。
权利要求所述的图像感测装置还包括：色调映射电路，其联接到存储器电路以基于图像值和标志信号将图像值解压缩为组合图像信号的码值以生成解压缩的码值，并且被配置为基于解压缩的码值来执行色调映射操作。
计算电路可包括用于将第一图像乘以曝光比的乘法器。
第一曝光时间可包括短曝光时间，并且第二曝光时间包括长曝光时间。
曝光比可对应于通过将第二曝光时间除以第一曝光时间而获得的结果。
根据所公开的技术的实施方式，一种图像感测装置的操作方法包括以下步骤：生成与图像感测装置的短曝光时间对应的第一图像以及与图像感测装置的长曝光时间对应的第二图像；基于第一图像来生成与第二图像对应的第三图像以使得(render)第三图像的码值具有比第一图像或第二图像的位深大的位深；通过将第二图像和第三图像组合来生成组合图像；基于码值与预定阈值之间的比较来生成与组合图像的码值对应的标志信号；通过基于标志信号和曝光比对组合图像信号的一些或所有码值进行压缩来生成图像值；以及存储图像值和标志信号的逻辑值。
生成第三图像的步骤可包括将第一图像乘以曝光比，并且生成图像值的步骤可包括基于标志信号将一些或所有码值除以曝光比。
该操作方法还可包括以下步骤：通过基于标志信号和曝光比将图像值的一些或所有码值解压缩来生成与码值对应的解压缩的码值；以及基于解压缩的码值来执行色调映射操作。
生成解压缩的码值的步骤可包括将一些或所有所述图像值乘以曝光比。
曝光比可对应于通过将长曝光时间除以短曝光时间而获得的结果。
根据所公开的技术的实施方式，一种图像感测装置包括：按行和列布置的光敏像素的像素阵列，其响应入射光以输出表示由入射光承载的检测的图像的像素信号；组合电路，其联接到像素阵列以将由像素阵列利用不同的曝光时间捕获的检测的图像组合；转换电路，其联接到组合电路以接收组合图像以基于组合图像的码值与预定阈值之间的比较来生成与组合图像的码值对应的标志信号，并且被配置为基于组合图像的码值、标志信号和曝光比来生成图像值；存储器电路，其联接到转换电路以存储从转换电路输出的图像值；以及色调映射电路，其联接到存储器电路以基于图像值和标志信号将图像值解压缩为组合图像信号的码值以生成解压缩的码值，并且被配置为基于解压缩的码值来执行色调映射操作。
转换电路可将组合图像信号的各个码值与预定阈值进行比较并且可生成与比较结果对应的各个标志信号。
基于各个标志信号，转换电路可输出组合图像信号的各个码值作为各个图像值，或者按照曝光比对组合图像信号的各个码值进行压缩以输出压缩的码值作为各个图像值。
转换电路可包括用于基于各个标志信号将组合图像信号的各个码值除以曝光比的除法器。
所公开的技术的这些实施方式以及其它方面在附图、说明书和权利要求中详细描述。
附图说明
图1是示出基于所公开的技术的实施方式实现的图像感测装置的示例的框图。
图2是示出基于所公开的技术的实施方式实现的转换电路的示例的框图。
图3是示出基于所公开的技术的实施方式实现的图像感测装置的示例操作的流程图。
具体实施方式
下面参照附图描述所公开的技术的各种特征和实施方式。
此外，应该注意的是，选择本文所使用的术语仅是为了描述所公开的技术的示例，而非旨在限制所示出的示例。
附图未必按比例，在一些情况下，性质可能被夸大以便清楚地示出这些实施方式的特征。
图1是示出基于所公开的技术的实施方式实现的图像感测装置100的示例的框图。
参照图1，图像感测装置100可包括图像传感器110、计算电路120、组合电路130、转换电路140、存储器电路150和色调映射电路160。
图像传感器110可被设计为捕获将对象或场景表示成图像的入射光，并将入射光转换为图像作为所捕获的场景的表示。图像传感器110可生成与图像传感器110的“短”曝光时间对应的第一图像I1以及与图像传感器110的“长”曝光时间对应的第二图像I2。在所公开的技术的一些实施方式中，图像传感器110可通过利用改变曝光针对各个图像帧提供两个或更多个图像来捕获高动态范围。例如，图像传感器110可生成短曝光时间的图像(“短”)和更长曝光时间的另一图像(“长”)。图像传感器110可包括光敏像素阵列以分别生成表示像素所接收的光的像素信号。第一图像I1可包括基于共同形成第一图像I1的像素信号生成的第一码值，并且第二图像I2可包括基于共同形成第二图像I2的像素信号生成的第二码值。第一码值和第二码值可具有相同的位深(以下称为“第一位深”)。
计算电路120可基于第一图像I1和预定曝光比ER来生成与第二图像I2对应的第三图像I3。例如，计算电路120可包括用于将第一图像I1与曝光比ER相乘以生成第三图像I3的乘法器。第二图像I2的曝光时间域可与第三图像I3的曝光时间域一致。第三图像I3可包括第三码值，第三码值与第一码值和第二码值相比可具有增大的位深(以下称为“第二位深”)。当第一码值具有10位并且曝光比ER为16(＝2^4)倍时，第三码值可具有14(＝10+4)位。曝光比ER可表示短曝光时间与长曝光时间之比并且如下由式1定义。
这里，“LongEXP.Time”可表示长曝光时间，“ShortEXP.Time”可表示短曝光时间。如上面所讨论的，当利用改变曝光针对各个图像帧提供两个或更多个图像时，短曝光时间可指示比长曝光时间短的曝光时间。曝光比ER可对应于通过将长曝光时间LongEXP.Time除以短曝光时间ShortEXP.Time而获得的结果。
组合电路130可将第二图像I2和第三图像I3组合以生成组合图像FI。例如，组合电路130可确定第三图像I3的各个第三码值是否对应于饱和区域。当第三图像I3的各个第三码值被确定为对应于饱和区域时，第三码值可被选为组合图像FI的码值。当第三图像I3的各个第三码值不对应于饱和区域时，第二码值可被选为组合图像FI的码值。因此，组合图像FI的各个码值的位深可以是第一位深和第二位深中的任一个。
转换电路140可基于组合图像FI和曝光比ER来转换或维持组合图像FI的各个码值，以使得组合图像FI的码值具有相同的位深。转换电路140可生成图像值CI并生成指示组合图像FI的各个码值是否被转换的标志信号FG。这里，图像值CI可指示从组合图像FI的码值转换或维持的码值。所述相同的位深可以是作为组合图像FI的码值的第一位深和第二位深当中的最小位深的第一位深。
存储器电路150可存储图像值CI和标志信号FG。例如，存储器电路150可存储各自具有10位的图像值以及各自具有1位的标志信号。
基于存储在存储器电路150中的图像值CI’和标志信号FG’，色调映射电路160可将图像值CI’解压缩以恢复组合图像FI的码值，并且还可基于解压缩的码值执行色调映射操作。
图2是示出图1所示的转换电路140的实现方式的示例的框图。
参照图2，转换电路140可包括信号发生器141和信号处理器143。
信号发生器141可基于组合图像FI的码值和阈值来生成与组合图像FI的码值对应的标志信号FG。更具体地讲，信号发生器141可将各个码值与阈值进行比较并生成与比较结果对应的标志信号FG。例如，当各个码值大于阈值时，各个标志信号FG可被生成为具有逻辑值“1”，当各个码值小于阈值时，各个标志信号FG可被生成为具有逻辑值“0”。阈值可被存储在信号发生器141中或者从外部装置提供。阈值可以是用于确定饱和区域和其它区域的基准值。
信号处理器143可基于组合图像FI的码值、标志信号FG和曝光比ER来生成图像值CI。更具体地讲，基于各个标志信号，信号处理器143可输出各个码值作为各个图像值CI，或者可按照曝光比ER压缩各个码值并输出压缩的码值作为各个图像值CI。例如，信号处理器143可包括用于基于各个标志信号将组合图像FI的各个码值除以曝光比ER的除法器。
以下，参照图3描述基于所公开的技术的实施方式实现的图像感测装置100的操作。
图3是示出在一个实现方式下图1所示的图像感测装置100的示例操作的流程图。
参照图3，图像感测装置100的操作可包括在步骤S100中生成与短曝光时间对应的第一图像I1以及与长曝光时间对应的第二图像I2，在步骤S102中基于第一图像I1和预定曝光比ER来生成与第二图像I2对应的第三图像I3，在步骤S104中通过将第二图像I2和第三图像I3组合来生成组合图像FI，在步骤S106、S108和S110中基于组合图像FI的码值和预定阈值来生成与组合图像FI的码值对应的标志信号FG，在步骤S114中存储图像值CI和标志信号FG的逻辑值，并且在步骤S116中基于图像值CI’和标志信号FG’来执行色调映射操作。
在步骤S102中，可通过将第一图像I1乘以曝光比ER来生成第三图像I3。在步骤S112中，可通过基于标志信号FG将组合图像FI的一些或所有码值除以曝光比ER来生成图像值CI。
标志信号FG的生成可包括在步骤S106中将组合图像FI的各个码值与阈值进行比较，并且在步骤S108和S110中基于比较结果来生成具有逻辑值“0”或逻辑值“1”的各个标志信号。
尽管未示出，步骤S116中的色调映射操作可包括基于标志信号FG和曝光比ER来将一些或所有图像值CI解压缩以生成与组合图像FI的码值对应的解压缩的码值，并且基于解压缩的码值来执行色调映射操作。
当将一些或所有图像值CI解压缩以生成解压缩的码值时，可通过将一些或所有图像值CI乘以曝光比ER来生成解压缩的码值。
在所公开的技术的实施方式中，一种图像感测装置包括：按行和列布置的光敏像素的像素阵列，其响应入射光以输出图像；组合电路，其联接到像素阵列以将利用包括长曝光时间和短曝光时间的不同曝光时间捕获的图像信号的集合组合，以生成组合图像；转换电路，其联接到组合电路以接收组合图像，以基于组合图像的码值与预定阈值之间的比较生成与组合图像的码值对应的标志信号，并且被配置为基于组合图像的码值、标志信号和曝光比来生成图像值；存储器电路，其联接到转换电路以存储从转换电路输出的图像值；以及色调映射电路，其联接到存储器电路以基于图像值和标志信号将图像值解压缩为组合图像的码值以生成解压缩的码值，并且被配置为基于解压缩的码值来执行色调映射操作。
在所公开的技术的一些实施方式中，由于具有增大的位深的组合图像被压缩并存储，存储器资源的使用可减少。
由于存储器资源的使用减少，可易于在更小的区域中实现硬件设计。
在所公开的技术的一些实施方式中，可省略和/或跳过用于单元像素之间的光学和电绝缘的注入工艺和/或深沟槽隔离形成工艺。因此，可减少和抑制图像传感器的单元像素的暗电流、热像素效应、暗阴影效应和其它非预期的效应。此外，可减小图像传感器的单元像素的尺寸，并且可改进图像传感器的分辨率。
尽管针对特定示例和实施方式描述了所公开的技术，但是所公开的技术可按照超出本文描述的示例和实施方式的详情的各种方式来实现。
相关申请的交叉引用
本专利文献要求2018年3月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2018-0036864的优先权和权益，其公开通过引用整体并入本文。

Claims (20)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
图像传感器，该图像传感器捕获入射光，并且通过在第一曝光时间下操作所述图像传感器来将所述入射光转换为第一图像并通过在不同于所述第一曝光时间的第二曝光时间下操作所述图像传感器来将所述入射光转换为第二图像；
计算电路，该计算电路联接到所述图像传感器以接收所述第一图像并基于所述第一图像以及所述第一曝光时间与所述第二曝光时间之间的曝光比来生成与所述第二图像对应的第三图像；
组合电路，该组合电路联接到所述图像传感器和所述计算电路以将所述第二图像和所述第三图像组合以生成组合图像；
转换电路，该转换电路联接到所述组合电路以基于所述组合图像和所述曝光比来将所述组合图像的各个码值转换或维持为具有相同的位深；以及
存储器电路，该存储器电路联接到所述转换电路以存储从所述转换电路输出的图像值。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述相同的位深包括所述码值的两个或更多个位深当中的最小位深。
3.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述转换电路包括：
信号发生器，该信号发生器联接到所述组合电路以接收所述组合图像信号，从而基于所述组合图像信号的所述码值与预定阈值之间的比较来生成与所述组合图像信号的所述码值对应的标志信号；以及
信号处理器，该信号处理器联接到所述信号发生器以基于所述组合图像信号的所述码值、所述标志信号和所述曝光比来生成所述图像值。
4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述信号发生器将所述组合图像信号的各个所述码值与所述阈值进行比较并生成与比较结果对应的各个所述标志信号。
5.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，基于各个所述标志信号，所述信号处理器输出所述组合图像信号的各个所述码值作为各个所述图像值，或者按照所述曝光比对所述组合图像信号的各个所述码值进行压缩以输出压缩的码值作为各个所述图像值。
6.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述信号处理器包括用于基于各个所述标志信号来将所述组合图像信号的各个所述码值除以所述曝光比的除法器。
7.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述存储器电路存储所述标志信号的逻辑值。
8.根据权利要求3所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
色调映射电路，该色调映射电路联接到所述存储器电路以基于所述图像值和所述标志信号来将所述图像值解压缩为所述组合图像信号的所述码值以生成解压缩的码值，并且被配置为基于所述解压缩的码值来执行色调映射操作。
9.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述计算电路包括用于将所述第一图像乘以所述曝光比的乘法器。
10.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一曝光时间包括短曝光时间，并且所述第二曝光时间包括长曝光时间。
11.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述曝光比对应于通过将所述第二曝光时间除以所述第一曝光时间而获得的结果。
12.一种图像感测装置的操作方法，该操作方法包括以下步骤：
生成与所述图像感测装置的短曝光时间对应的第一图像以及与所述图像感测装置的长曝光时间对应的第二图像；
基于所述第一图像来生成与所述第二图像对应的第三图像以使得所述第三图像的码值具有比所述第一图像或所述第二图像的位深大的位深；
通过将所述第二图像和所述第三图像组合来生成组合图像；
基于所述组合图像的码值与预定阈值之间的比较来生成与所述码值对应的标志信号；
通过基于所述标志信号和曝光比对所述组合图像信号的一些或所有码值进行压缩来生成图像值；以及
存储所述图像值和所述标志信号的逻辑值。
13.根据权利要求12所述的操作方法，其中，生成所述第三图像的步骤包括将所述第一图像乘以所述曝光比，并且生成所述图像值的步骤包括基于所述标志信号将一些或所有码值除以所述曝光比。
14.根据权利要求12所述的操作方法，该操作方法还包括以下步骤：
通过基于所述标志信号和所述曝光比将所述图像值的一些或所有码值解压缩来生成与所述码值对应的解压缩的码值；以及
基于所述解压缩的码值来执行色调映射操作。
15.根据权利要求14所述的操作方法，其中，生成所述解压缩的码值的步骤包括将一些或所有所述图像值乘以所述曝光比。
16.根据权利要求12所述的操作方法，其中，所述曝光比对应于通过将所述长曝光时间除以所述短曝光时间而获得的结果。
17.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
按行和列布置的光敏像素的像素阵列，所述光敏像素的像素阵列响应入射光以输出表示由所述入射光承载的检测的图像的像素信号；
组合电路，该组合电路联接到所述像素阵列以将由所述像素阵列利用不同的曝光时间捕获的检测的图像组合；
转换电路，该转换电路联接到所述组合电路以接收组合图像，从而基于所述组合图像的码值与预定阈值之间的比较来生成与所述组合图像的所述码值对应的标志信号，并且被配置为基于所述组合图像的所述码值、所述标志信号和曝光比来生成图像值；
存储器电路，该存储器电路联接到所述转换电路以存储从所述转换电路输出的所述图像值；以及
色调映射电路，该色调映射电路联接到所述存储器电路以基于所述图像值和所述标志信号来将所述图像值解压缩为所述组合图像信号的所述码值以生成解压缩的码值，并且被配置为基于所述解压缩的码值来执行色调映射操作。
18.根据权利要求17所述的图像感测装置，其中，所述转换电路将所述组合图像信号的各个所述码值与所述预定阈值进行比较并生成与比较结果对应的各个所述标志信号。
19.根据权利要求17所述的图像感测装置，其中，基于各个所述标志信号，所述转换电路输出所述组合图像信号的各个所述码值作为各个所述图像值，或者按照所述曝光比对所述组合图像信号的各个所述码值进行压缩以输出压缩的码值作为各个所述图像值。
20.根据权利要求17所述的图像感测装置，其中，所述转换电路包括用于基于各个所述标志信号将所述组合图像信号的各个所述码值除以所述曝光比的除法器。
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