CN110381272B - 图像传感器组合系统及产生单一和复合视野图像的装置 - Google Patents

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Abstract

图像传感器组合系统及产生单一和复合视野图像的装置。提供一种图像传感器组合系统，包括：多个图像传感器，位于同一半导体芯片封装中；以及控制器，用于控制所述多个图像传感器协同工作，其中每个图像传感器包括：多个感光像素单元，同时曝光，产生模拟感光信号；模数转换器，用于将所述多个感光像素单元产生的模拟感光信号转换为图像传感器信号；以及时序电路，用于控制电信号的产生、读出、传递。

Description

图像传感器组合系统及产生单一和复合视野图像的装置
技术领域
本发明涉及图像传感器组合系统和产生图像的装置，更具体地，涉及图像传感器组合系统以及利用图像传感器组合系统产生单一视野图像和复合视野图像的装置。
背景技术
诸如互补金属氧化物半导体(COMS)器件的图像传感器已经被广泛用于产生数字图像。当应用于诸如相机、智能电话机等产品时，图像传感器位于独立的半导体芯片封装中，称为图像传感器芯片。
随着消费者对成像质量的要求越来越高，以及诸如三维成像等应用的需求，往往需要同时产生多路图像传感器信号，因而在产品中使用多个图像传感器芯片。
然而，图像传感器芯片数量的增加提高了产品的制造成本，而且不利于终端设备的小型轻薄化。另外，当同时使用多个图像传感器芯片产生多路图像传感器信号时，需要控制曝光的同步。在一些情况下，处于不同空间位置的图像传感器芯片之间的距离可能较远(例如，在拍摄双眼视差三维图像时)，电缆中的控制信号传输延迟可能影响同步的质量。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明提供包括多个图像传感器的图像传感器组合系统。此外，本发明还提供利用上述图像传感器组合系统产生单一视野图像和复合视野图像的装置。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种图像传感器组合系统，包括：多个图像传感器，位于同一半导体芯片封装中；以及控制器，用于控制所述多个图像传感器协同工作，其中每个图像传感器包括：多个感光像素单元，同时曝光，产生模拟感光信号；模数转换器，用于将所述多个感光像素单元产生的模拟感光信号转换为图像传感器信号；以及时序电路，用于控制电信号的产生、读出、传递。
根据本发明的实施例，所述控制器包括曝光控制单元，用于基于同一时钟信号控制每个图像传感器的时序电路，以便同步曝光的起始和/或截止。
根据本发明的实施例，所述控制器位于所述同一半导体芯片封装中。
根据本发明实施例的另一方面，提供一种图像传感器组合系统，包括：多个图像传感器，位于多个半导体芯片封装中,其中至少一个半导体芯片封装具有光纤接口；以及控制器，用于通过在光纤上传输的光控制信号控制所述多个图像传感器协同工作，其中每个图像传感器包括：多个感光像素单元，同时曝光，产生模拟感光信号；模数转换器，用于将所述多个感光像素单元产生的模拟感光信号转换为图像传感器信号；以及时序电路，用于控制电信号的产生、读出、传递。
根据本发明的实施例，所述控制器包括曝光控制单元，用于基于同一时钟信号控制每个图像传感器的时序电路，以便同步曝光的起始和/或截止。
根据本发明的实施例，所述控制器与至少一个图像传感器位于同一半导体芯片封装中。
根据本发明实施例的另一方面，提供一种产生单一视野图像的装置，包括：光学成像装置，用于产生与同一视野对应的多路成像光线；上述图像传感器组合系统，用于接收所述多路成像光线，并产生多路图像传感器信号；以及图像合成单元，用于将所述多路图像传感器信号合成为单一视野图像。
根据本发明的实施例，所述单一视野图像为高动态范围图像。
根据本发明的实施例，所述图像传感器组合系统中的各个图像传感器被配置为具有不同的曝光时间。
根据本发明的实施例，所述图像传感器组合系统中的各个图像传感器被配置为具有不同的感光度。
根据本发明的实施例，所述图像传感器组合系统中的至少一个图像传感器中的感光像素单元被分为多个感光度组，各个感光度组中的感光像素单元被配置为具有不同的感光度。
根据本发明的实施例，所述光学成像装置包括：成像镜组，用于产生与所述同一视野对应的成像光线；以及分光组件，用于将所述成像光线分为多路成像光线。
根据本发明的实施例，所述单一视野图像为三维图像。
根据本发明的实施例，所述光学成像装置包括：多个光学成像单元，用于产生与同一三维视野的多个角度对应的多路成像光线。
根据本发明实施例的另一方面，提供一种产生复合视野图像的装置，包括：光学成像装置，用于产生与多个视野对应的多路成像光线；如权利要求1-6之一所述的图像传感器组合系统，用于接收所述多路成像光线，并产生多路图像传感器信号；以及图像合成单元，用于将所述多路图像传感器信号合成为复合视野图像。
根据本发明的实施例，所述光学成像装置通过微机电系统透镜控制接收光线的入射角度。
根据本发明的实施例，该装置进一步包括成像控制器，用于根据先前产生的复合视野图像控制所述光学成像装置的接收光线入射角度和/或所述图像传感器组合系统中的多个图像传感器的曝光参数。
根据本发明的实施例，该装置进一步包括多个照明单元，用于向多个角度发射照明光线以照亮相应的视野。
根据本发明的实施例，所述多个照明单元发射的照明光线具有不同的光学属性，所述光学成像装置利用所述光学属性区分来自不同视野的反射光。
根据本发明的实施例，所述光学属性包括频率、偏振、和/或调制波形。
根据本发明的实施例，所述多个照明单元通过微机电系统透镜控制照明光线的发射角度。
根据本发明的实施例，该装置进一步包括照明控制器，用于根据先前产生的复合视野图像控制所述多个照明单元的照明光线的频率、偏振、调制波形、发射时间、脉冲宽度、和发射角度中的至少一个。
根据本发明的单芯片图像传感器组合系统可以降低元件制造成本，并减小元件占用空间。
根据本发明的光纤图像传感器组合系统可以提高曝光同步控制的精度。
基于根据本发明的图像传感器组合系统，本发明还提出了实用有效的产生单一视野图像和复合视野图像的装置。
附图说明
图1示出根据实施例的图像传感器组合系统100的框图。
图2示出根据实施例的图像传感器组合系统200的框图。
图3示出根据实施例的产生单一视野图像的装置300的框图。
图4示出根据实施例的产生复合视野图像的装置400的框图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述根据本发明的示范性实施例。附图中，将相同或类似的附图标记赋予结构以及功能基本相同的组成部分，并且为了使说明书更加简明，省略了关于基本上相同的组成部分的冗余描述。
图1示出根据实施例的图像传感器组合系统100的框图。
参照图1，图像传感器组合系统100包括图像传感器111、112和控制器115，它们被集成在半导体封装110中。
图像传感器111、112中的每一个包括多个感光像素单元、模数转换器(ADC)以及时序电路。每个图像传感器中的感光像素单元同时曝光，产生模拟感光信号。ADC用于将感光像素单元产生的模拟感光信号转换为图像传感器信号。时序电路用于控制电信号的产生、读出、传递。
控制器115控制图像传感器111、112协同工作。控制器115可以包括曝光控制单元，用于基于同一时钟信号控制图像传感器111、112的时序电路，以便同步曝光的起始和/或截止。因此，能够精确地控制图像传感器111、112的曝光时间的同步关系，使得从图像传感器111、112输出的图像传感器信号可以被方便地组合在一起使用。
通过将预期被一起使用的多个图像传感器集成在单个半导体封装中，可以降低产品的制造成本，而且随着芯片数量的减少，可以节省元件占据的空间，使得能够制造更小型化和轻薄的产品。
图像传感器组合系统100中，控制器115被与图像传感器111、112一起集成在半导体封装110中，但这仅仅是示例。根据本发明，控制器115可以位于另外的半导体封装中。
图像传感器组合系统100中，半导体封装110包含两个图像传感器，但这仅仅是示例。根据本发明，半导体封装中可以包含更多数量的图像传感器。
图2示出根据实施例的图像传感器组合系统200的框图。
参照图2，图像传感器组合系统200包括图像传感器211、221和控制器215。图像传感器211和控制器215被集成在半导体封装210中。图像传感器221被集成在半导体封装220中。
类似于图1中的图像传感器111、112，图像传感器211、221的每一个包括多个感光像素单元、ADC和时序电路。每个图像传感器中的感光像素单元同时曝光，产生模拟感光信号。ADC用于将感光像素单元产生的模拟感光信号转换为图像传感器信号。时序电路用于控制电信号的产生、读出、传递。
半导体封装210、220具有光纤接口，并通过光纤相互连接。
控制器115通过在光纤上传输的光控制信号控制图像传感器211、221协同工作。控制器115可以包括曝光控制单元，用于基于同一时钟信号控制图像传感器211、221的时序电路，以便同步曝光的起始和/或截止。因此，能够精确地控制图像传感器211、221的曝光时间的同步关系，使得从图像传感器211、221输出的图像传感器信号可以被方便地组合在一起使用。由于光控制信号的传输延迟很小，即便图像传感器211、221之间的距离较远，也可以实现高精度的同步控制。
图像传感器组合系统200中，控制器215被与图像传感器211一起集成在半导体封装210中，但这仅仅是示例。根据本发明，控制器215可以位于另外的半导体封装中。
图像传感器组合系统200包括两个图像传感器和两个半导体芯片封装，但这仅仅是示例。根据本发明，图像传感器组合系统200可以包括更多数量的图像传感器和半导体芯片封装。
图像传感器组合系统200中，每个半导体芯片封装包含一个图像传感器，但这仅仅是示例。根据本发明，每个半导体芯片封装可以包含更多数量的图像传感器。
下面说明利用上述图像传感器组合系统产生单一视野图像和复合视野图像的装置。在产生单一视野图像时，来自不同图像传感器的图像传感器信号的视野是相同或近似的，结果产生的单一视野与任何一个图像传感器的图像传感器信号的视野有50％以上是相同的。在产生复合视野图像时，来自不同图像传感器的图像传感器信号的视野是不相同或不近似的，结果产生的复合视野与任何一个图像传感器的图像传感器信号的视野有50％以上是不同的。
图3示出根据实施例的产生单一视野图像的装置300的框图。
参照图3，装置300包括光学成像装置310、图像传感器组合系统320和图像合成单元330。
光学成像装置310产生与同一视野对应的多路成像光线。
图像传感器组合系统320可以是图1的图像传感器组合系统100或图2的图像传感器组合系统200，从光学成像装置310接收多路成像光线，并产生多路图像传感器信号。
图像合成单元330将多路图像传感器信号合成为单一视野图像。
根据一个实施例，装置300产生的单一视野图像可以为高动态范围图像。
为此，光学成像装置310可以包括：成像镜组，用于产生与所述同一视野对应的成像光线；以及分光组件，用于将所述成像光线分为多路成像光线，但这仅仅是示例。根据本发明，光学成像装置310也可以包括用于产生多路成像光线的多个成像镜组。
可以将图像传感器组合系统320中的图像传感器配置为具有不同的曝光时间。可以将图像传感器组合系统320中的图像传感器配置为具有不同的感光度。还可以将图像传感器组合系统320中的至少一个图像传感器中的感光像素单元分为多个感光度组，并将各个感光度组中的感光像素单元配置为具有不同的感光度。
通过曝光时间的控制，和/或利用上述不同的感光度配置，可以使得图像传感器组合系统320输出的与同一视野对应的多路图像传感器信号具有不同的曝光参数(例如，不同的曝光时间)。在此基础上，图像合成单元330可以合成高动态范围图像。
根据另一实施例，装置300产生的单一视野图像可以为三维图像。
为此，光学成像装置310可以包括多个光学成像单元，用于产生与同一三维视野的多个角度对应的多路成像光线。例如，所述多个光学成像单元可以是位于不同空间位置的多个成像镜组。
通过控制同步曝光，可以使得图像传感器组合系统320输出的与同一三维视野对应的多路图像传感器信号具有相同的曝光参数(例如，相同的曝光时间和/或相同的光圈值)，且存在三维视差(例如，双眼视差)。在此基础上，图像合成单元330可以合成三维图像。
图4示出根据实施例的产生复合视野图像的装置400的框图。
参照图4，装置400包括光学成像装置410、图像传感器组合系统420和图像合成单元430。
光学成像装置410产生与多个视野对应的多路成像光线。
图像传感器组合系统420可以是图1的图像传感器组合系统100或图2的图像传感器组合系统200，从光学成像装置410接收多路成像光线，并产生多路图像传感器信号。
图像合成单元430将多路图像传感器信号合成为复合视野图像。例如，类似于昆虫的复眼成像，图像合成单元430可以将与多路图像传感器信号对应的多个视野图像拼接为复合视野图像。
图像传感器组合系统420中的每个图像传感器仅处理狭小的视野，可以包括较少数量的感光像素单元，从而大幅度地提升器件的处理速度。此外，图像传感器组合系统420可以在单个半导体芯片封装中集成多个图像传感器，从而降低成本，而且节省元件占据的空间。
根据实施例，光学成像装置410可以通过微机电系统(MEMS)透镜控制接收光线的入射角度，从而接收来自相应的视野的光线。
根据实施例，装置400可以进一步包括成像控制器，用于根据先前产生的复合视野图像控制光学成像装置410的接收光线入射角度和/或图像传感器组合系统420中的多个图像传感器的曝光参数(例如，曝光时间和/或光圈值)，从而可以通过反馈改善复合视野图像的质量。
根据实施例，装置400可以进一步包括多个照明单元，用于向多个角度发射照明光线以照亮相应的视野。
根据实施例，所述多个照明单元发射的照明光线可以具有不同的光学属性，光学成像装置410利用所述光学属性区分来自不同视野的反射光。所述光学属性可以包括频率、偏振、和/或调制波形。
根据实施例，所述多个照明单元可以通过MEMS透镜控制照明光线的发射角度，从而照亮相应的视野。
根据实施例，装置400可以进一步包括照明控制器，用于根据先前产生的复合视野图像控制所述多个照明单元的照明光线的频率、偏振、调制波形、发射时间、脉冲宽度、和发射角度中的至少一个，从而可以通过反馈改善照明的效果。
如上所述，已经具体地描述了本发明的各个实施例，但是本发明不限于此。本领域的技术人员应该理解，可以根据设计要求或其他因素进行各种修改、组合、子组合或者替换，而它们在所附权利要求书及其等效物的范围内。

Claims (12)

1.一种产生三维图像的装置，包括：
光学成像装置，用于产生多路成像光线；
多个照明单元，用于向多个角度发射照明光线以照亮相应的视野，其中所述多个照明单元发射的照明光线具有不同的光学属性，所述光学成像装置利用所述光学属性区分来自不同视野的反射光；
照明控制器，用于控制所述多个照明单元的照明光线的发射角度；
多个图像传感器，位于同一半导体芯片封装中；
控制器，用于控制所述多个图像传感器协同工作，接收所述多路成像光线，输出多路图像传感器信号；以及
图像合成单元，用于将所述多路图像传感器信号合成为三维图像，其中每个图像传感器包括：
多个感光像素单元，同时曝光，产生模拟感光信号；
模数转换器，用于将所述多个感光像素单元产生的模拟感光信号转换为图像传感器信号；以及
时序电路，用于控制电信号的产生、读出、传递，
其中所述控制器包括曝光控制单元，用于基于同一时钟信号控制每个图像传感器的时序电路，以便同步曝光的起始和/或同步曝光的截止。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器位于所述同一半导体芯片封装中。
3.如权利要求1所述的装置，进一步包括光纤接口，
其中，该控制器进一步用于通过在光纤上传输的光控制信号控制所述多个图像传感器协同工作。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述三维图像为高动态范围图像。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述多个图像传感器中的各个图像传感器被配置为具有不同的曝光时间。
6.如权利要求4所述的装置，其中所述多个图像传感器中的各个图像传感器被配置为具有不同的感光度。
7.如权利要求4所述的装置，其中所述多个图像传感器中的至少一个图像传感器中的感光像素单元被分为多个感光度组，各个感光度组中的感光像素单元被配置为具有不同的感光度。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述光学成像装置通过微机电系统透镜控制接收光线的入射角度。
9.如权利要求1所述的装置，进一步包括成像控制器，用于根据先前产生的三维图像控制所述光学成像装置的接收光线入射角度和/或所述多个图像传感器的曝光参数。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述光学属性包括频率、偏振、和/或调制波形。
11.如权利要求1所述的装置，其中所述多个照明单元通过微机电系统透镜控制照明光线的发射角度。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述照明控制器进一步用于根据先前产生的三维图像控制所述多个照明单元的照明光线的频率、偏振、调制波形、发射时间和脉冲宽度中的至少一个。
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