CN1122978C - 图像拾取装置 - Google Patents
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Abstract
一种图像拾取装置具有：多个象素；以及放置在该多个象素上四色滤色器阵列，其中该滤色器阵列具有两行x两列的周期性，并且在两行x两列的周期的单元中的四个滤色器的颜色都不同。
Description
本发明涉及用于从来自一个滤色器阵列的光产生彩色图像信号的图像拾取装置、从图像拾取装置读取图像信号的图像信号读取方法；产生图像信号的计算机处理方法、储存程序的计算机可读存储介质、用于获得图像信号的处理装置；以及包括该图像拾取装置和该处理装置的图像拾取系统。
为了在图像拾取装置中获得彩色图像信号，光通过滤色器入射在图像拾取单元上面。该滤色器包括一个原色滤色器以及一个补色滤色器。该原色滤色器具有红、绿、蓝三个颜色，而该补色滤色器具有青、黄、紫、及绿四颜色。青色滤色器只拦截在可见光范围里的红色，黄色滤色器只拦截在可见光范围里的蓝色，紫色滤色器只拦截在可见光范围里的绿色，以及绿滤色器只传送绿光。
在补色滤色器的情况下，亮度信号Y是由下式给定：
Y＝Ye+G+Cy+Mg...(1)，
蓝色差信号由下式给定：
CB＝(G+Ye)-(Mg+Cy) ...(2)，
红色差信号由下式给定：
CR＝(Cy+G)-(Ye+Mg) ...(3)其中Cy是由图像拾取单元通过青色滤色器提取的信号，Ye是由图像拾取单元通过黄色滤色器提取的信号，Mg是由图像拾取单元通过紫色滤色器提取的信号，而G是由图像拾取单元通过绿色滤色器提取的信号。
图1示出根据第一惯例的滤色器的一个方案。该方案在水平方向具有两个象素的周期性而在垂直方向具有四象素的周期性。借此滤色器方案，可以利用在2×2像素块中的水平方向的两个象素和垂直方向的两个象素的Cy、Ye、Mg和G通过公式(1)获得亮度信号Y。类似地，蓝色和红色的色差信号CB和CR可以通过利用在该2×2象素数据块中的Cy、Ye、Mg、和G通过公式(2)和(3)获得。
图2示出根据第二惯例的滤色器的一个方案。该方案在水平方向上具有两个象素的周期性而在垂直方向上具有四个象素的周期性。据此滤色器方案，亮度信号Y可以通过利用在2×2象素的一个数据块中的Cy、Ye、Mg和G、在水平方向上的两个象素和垂直方向上的两个象素而通过公式(1)获得。类似地，蓝色和红色差信号的CB和CR可以通过利用在2×2象素的数据块中的Cy、Ye、Mg、和G而通过公式(2)和(3)获得。
具有图像拾取装置的数字式照相机在一个图像被照相之前以损失分辨率的高速率读取一个图像。根据该以高速率读取的图像信号，在一个膜片被调整的、白平衡被调整的、或其它初步操作被执行了的一个寻象器中，比如一个液晶寻象器中，显示一个图像。然而，例如通过在垂直方向淡化每个第二象素，利用图1所示的滤色器的一个方案和一个传统图像拾取装置电荷耦合器CCD的一个组合，即使该象素信号是以牺牲分辨率的高速率读取，也只获得青色和黄色信号，以致不能根据该图像拾取单元的输出同时调整平衡。
同样利用图1所示滤色器方案和一个普通的图像拾取装置CCD的组合，在垂直方向的两个相邻象素的数据被相加并随后在该图像拾取装置中转移并从此输出。因此从该图像拾取装置输出成对图象数据。更具体地说，参考图1，一对象素数据(C1，R1)和(C1，R2)被输出，随后一对象素数据(C2，R1)和(C2，R2)被输出，随后在行R1和R2中成对的列象素的数据被按顺序输出。随后一对象素数据(C1，R3)和(C1，R4)被输出，随后一对象素数据(C2，R3)和(C2，R4)被输出，随后在行R3和R3中的成对列象素的数据被按顺序输出。由于使用了这些输出，所以公式(2)的计算能够被用于例如行R1和R2，但是它不能被用于行R3和R4。类似地，公式(3)的计算能够被用于例如行R3和R4，但是它不能被用于行R1和R2。因此，用于每个颜色的色差信号只能从图像拾取单元的四行之中的一行获得，以致在垂直方向中的色差信号的分辨率降低。
利用图2所示滤色器方案和一个普通的图像拾取装置CCD的组合，按照高速率读取方案读出的信号能被用于调整白平衡。
利用图2所示滤色器方案和一个普通的图像拾取装置CCD的组合，在垂直方向中的两个相邻的象素的数据被相加并随后在该图像拾取装置转移以及从此输出。因此从该图像拾取装置输出成对图象数据。更具体地说，参考图2，一对象素数据(C1，R1)和(C1，R2)被输出，随后一对象素数据(C2，R1)和(C2，R2)被输出，随后在行R1和R2中的成对列象素的数据被按顺序输出。随后一对象素数据(C1，R3)和(C1，R4)被输出，随后一对象素数据(C2，R3)和(C2，R4)被输出，随后在行R3和R3中的成对列象素的数据被按顺序输出。由于使用了这些输出，所以公式(2)的计算能够被用于例如行R1、R2、R3和R4，但是它不能被用于行R5、R6、R7和R8。类似地，公式(3)的计算能够被用于例如行R5、R6、R7和R8，但是它不能被用于行R1、R2、R3和R4。因此，用于每个颜色的色差信号只能从图像拾取单元的八行之中的两行获得，以致在垂直方向中的色差信号的分辨率降低。
本发明的目的是获得在水平以及垂直方向都具有高分辩率的图像信号。
本发明的另一目的是提供一个多模式方案，例如以高速率输出图像信号的模式，其信号能用于简单的彩色显示、自动聚焦、白平衡调整、以及提供输出具有高分辩率的图像信号的一个模式。
为了实现上述目的，根据本发明的一个实施例的图像拾取装置包括：多个象素；放置在该多个象素上的四颜色的一个滤色器阵列，其中所说的滤色器阵列具有两行x两列的周期性，并且在两行x两列的周期单元中的四个滤色器的颜色都是彼此不同的。
根据本发明的另一实施例的图像拾取装置包括：多个象素；放置在该多个象素上的一个四颜色滤色器阵列；第一计算装置，用于计算在一个两行x两列的区域中的第一行第一列信号和第一行第二列信号的平均信号与该两行x两列的区域中的第二行第一列信号和第二行第二列信号的平均信号之间差；以及第二计算装置，用于计算在一个两行x两列的区域中的第一行第一列信号和第二行第一列信号的平均信号与该两行x两列的区域中的第一行第二列信号和第二行第二列信号的平均信号之间差。
根据本发明的另一个实施例的图像拾取装置包括：多个象素；放置在该多个象素上的并具有两行x两列的周期性一个滤色器阵列；以及计算装置，用于从在具有两行x两列周期性的该滤色器阵列中的两行x两列的每个滤色器计算两个色差信号。
本发明其它目的和特征将从下列结合附图的实施例的详细描述而变得显见。
图1示出传统的滤色器的一个方案。
图2示出另一传统的滤色器的方案。
图3示出根据本发明的第一实施例的滤色器的一个方案。
图4是说明根据本发明的第一实施例的读取方法的一个示意图。
图5根据本发明第二实施例的一个图像拾取装置的电路图。
图6说明图5所示的图像拾取装置的操作的时序图。
图7根据本发明第三实施例的一个图像拾取装置的电路图。
图8说明图6所示的图像拾取装置的操作的时序图。
图9根据本发明第四实施例的一个图像拾取装置的电路图。
图10说明图9所示的图像拾取装置的操作的时序图。
图11根据本发明第五实施例的具有图像拾取装置的一个图像拾取系统的示意图。
图3示出根据本发明第一实施例的滤色器的一个方案。该方案在水平方向具有两个象素的周期性和在垂直方向的两个象素周期性。在水平方向两个象素和垂直方向两个象素的方案中，第一行具有从左边按次序放置的G和Ye滤色器，第二行具有从左边按次序放置的Cy和Mg滤色器。该滤色器的方案可以是左右方或上下方颠倒。
通过使用在各种滤色器方案中的Cy、Ye、Mg和G信号，亮度信号Y、蓝色差信号CB和红色差信号CR能分别地从公式(2)和(3)计算出来。图4示出水平方向两个象素和垂直方向两个象素的一个基本方案的滤色器构成。参照图4，描述特定的读取方法。第一读取方法：
色差信号CB是从图像拾取单元的一系列信号输出的相邻对计算出的，该系列是：
(G1+Ye1)，(Cy1+Mg1)，(G2+Ye2)，(Cy2+Mg2)，
(G3+Ye3)，(Cy3+Mg3)，(G4+Ye4)，(Cy4+Mg4)，...并且该色差信号CD是，例如：
CB1＝(G1+Ye1)-(Cy1+mg1)
CB2＝(G2+Ye2)-(Cy2+Mg2)
CB3＝(G3+Ye3)-(Cy3+Mg3)
CB4＝(G4+Ye4)-(Cy4+Mg4)
色差信号CR是从图像拾取单元的一系列信号输出的相邻对计算出的，该系列是：
(G1+Cy1)，(Ye1+Mg1)，(G2+Cy2)，(Ye2+Mg2)，
(G3+Cy3)，(Ye3+Mg3)，(G4+Cy4)，(Ye4+Mg4)....并且该色差信号CR是，例如：
CR1＝′(G1+Cy1)-(Ye1+Mg1)
CR2＝(G2+Cy2)-(Ye2+Mg2)
CR3＝(G3+Cy3)-(Ye3+Mg3)
CR4＝(G4+Cy4)-(Ye4+Mg4)利用该第一读取方法，色差信号CB和CR的每一个都能从水平方向中的两个象素和垂直方向中的两个象素获得，导致一个高分辩率。第二读取方法：
亮度信号Y是从图像拾取单元的一系列信号计算出的，该系列是：
(G1+Cy1+G3+CY3)，(Ye1+Mg1+Ye3+Mg3)，
(G2+Cy2+G4+Cy4)，(Ye2+Mg2+Ye4+Mg4)....并且该亮度信号Y是例如：
Y1＝(G1+Cy1+G3+Cy3)+(Ye1+Mg1+Ye3+Mg3)
Y2＝(G2+Cy2+G4+Cy4)+(Ye2+Mg2+Ye4+Mg4)利用这种第二读取方法，获得用于水平方向中的每两个象素的一个亮度信号Ye。该亮度信号Y是高电平。当目标具有高水平清晰度，例如一个好的垂直条纹图案并且具有低亮度时，通过这种方法产生的亮度信号Y特别地适合于自动聚焦检波信号。第三读取方法：
亮度信号Y是从图像拾取单元的一系列信号计算出的，该系列是：
(G1+Ye1+G2+Ye2)，(Cy1+Mg1+Cy2+Mg2)，
(G3+Ye3+G4+Ye4)，(Cy3+Mg3+Cy4+Mg4)，...并且该亮度信号Y是例如：
Y1＝(G1+Ye1+G2+Ye2)+(Cy1+Mg1+Cy2+Mg2)
Y2＝(G3+Ye3+G4+Ye4)+(Cy3+Mg3+Cy4+Mg4)利用这种第三读取方法，获得用于垂直方向中的每两个象素的一个亮度信号Ye。该亮度信号Y在垂直方向是高电平。当目标具有高水平清晰度，例如一个好的水平条纹图案时，通过这种方法产生的亮度信号Y特别地适合于自动聚焦检波信号。第四读取方法：
色差信号CB是从图像拾取单元输出的一系列信号的相邻对计算出的，该系列是：
(G1+Ye1)，(Cy1+Mg1)，(G2+Ye2)，(Cy2+Mg2)，...并且该色差信号CB例如是：
CB1＝(G1+Ye1)-(Cy1+Mg1)
CB2＝(G2+Ye2)-(Cy2+Mg2)
色差信号CR是从图像拾取单元输出的一系列信号的相邻对计算出的，该系列是：
(G3+Cy3)，(Ye3+Mg3)，(G4+Cy4)，(Ye4+Mg4)，...并且该色差信号CR例如是：
CR1＝(G3+CY3)-(Ye3+Mg3)
CR2＝(G4+Cy4)-(Ye4+Mg4)利用该第四读取方法，能够获得一个色差行顺序信号。该第四读取方法适合于一个运动图象目标，因为读出信号的数目是第一读取方法的数目的一半。第五读取方法：
色差信号CB是从图像拾取单元输出的一系列信号的相邻对计算出的，该系列是：
(G1+Ye1)，(Cy1+Mg1)，(G2+Ye2)，(Cy2+Mg2)，...并且该色差信号CB例如是：
CB1＝(G1+Ye1)-(Cy1+Mg1)
CB2＝(G2+Ye2)-(Cy2+Mg2)
色差信号CR是从图像拾取单元输出的一系列信号的相邻对计算出的，该系列是：
(G2+Cy2)，(Ye2+Mg2)，(G4+Cy4)，(Ye4+Mg4)...并且该色差信号CR例如是：
CR1＝(G2+CY2)-(Ye2+Mg2)
CR2＝(G4+Cy4)-(Ye4+Mg4)该第五读取方法适合于运动图象目标。
图像信号能够以高速率读取，因为读取的象素色差信号的数目是第一读取方法的读取数目的一半。第六读取方法：
色差信号CB是通过类似于第五读取方法的读取方法计算出的。
色差信号CR是从图像拾取单元输出的一系列信号的相邻对计算出的，该系列是：
(GI，Cy1)，(Ye1，Mg1)，(G3，Cy3)，(Ye3，Mg3)，...并且该色差信号CR例如是：
CR1＝(GI+Cy1)-(Ye1+Mg1)
CR2＝(G3+Cy3)-(Ye3+Mg3)该第六读取方法适合于运动图象目标。
图像信号能够以高速率读取，因为读取的象素色差信号的数目是第一读取方法的读取数目的一半。第七读取方法：
色差信号CB是通过类似于第五读取方法的读取方法计算出的。
色差信号CR是从图像拾取单元输出的一系列信号的相邻对计算出的，该系列是：
(G1，Cy1)，(Ye1，Mg1)，(G2，Cy2)，(Ye2，Mg2)，...并且该色差信号CR例如是：
CR1＝(G1+Cy1)-(Ye1+Mg1)
CR2＝(G2+Cy2)-(Ye2+Mg2)该第六读取方法适合于运动图象目标。
图像信号能够以高速率读取，因为读取的象素色差信号的数目是第一读取方法的读取数目的一半。
色差信号CB并且CR是从相同的区域获得的。第八到第十一读取方法：
色差信号CB是从图像拾取单元输出的一系列信号的相邻对计算出的，该系列是：
(G1+Ye1)，(Cy1+Mg1)，(G3+Ye3)，(Cy3+Mg3)，...并且色差信号CB例如是：
CB1＝(G1+Ye1)-(Cy1+Mg1)
CB2＝(G3+Ye3)-(Cy3+Mg3)
色差信号CR是通过与第四到第七读取方法相似的方法计算出的。该第八到第十一读取方法适合于运动图象目标。
图像信号能够以高速率读取，因为象素的读取色差信号的数目是第一读取方法的一半。第十二读取方法：
色差信号CB是从图像拾取单元输出的一系列信号的相邻对计算出的，该系列是：
(G1+Ye1)，(Cy1+Mg1)，...并且色差信号CB例如是：
CB1＝(G1+Ye1)-(Cy1+Mg1)
色差信号CR是从图像拾取单元输出的一系列信号的相邻对计算出的，该系列是：
(G4，Cy4)，(Ey4，Mg4)，...并且色差信号CR例如是：
CR1＝(G4+Cy4)-(Ye4+Mg4)
该第十二方法适合于运动图象目标。
图像信号能够以高速率读取，因为象素的色差信号的读取数目是第一读取方法的读取数目的四分之一。第十三读取方法：
亮度信号Y是从图像拾取单元输出信号的一系列相邻对计算出的，该系列是：
(G1+Ye1)，(Cy1+Mg1)，(G2+Ye2)，(Cy2+Mg2)，
(G3+Ye3)，(Cy3+Mg3)，(G4+Ye4)，(Cy4+Mg4)，...并且亮度信号Y例如是：
Y1＝(G1+Ye1)+(Cy1+Mg1)
Y2＝(G2+Ye2)+(Cy2+Mg2)
Y3＝(G3+Ye3)+(Cy3+Mg3)
Y4＝(G4+Ye4)+(Cy4+Mg4)第十四读取方法：
亮度信号Y是从图像拾取单元输出信号的一系列相邻对计算出的，该系列是：
(G1+Cy1)，(Ye1+Mg1)，(G2+Cy2)，(Ye2+Mg2)，
(G3+Cy3)，(Ye3+Mg3)，(G4+Cy4)，(Ye4+Mg4)，...并且亮度信号Y例如是：
Y1＝(G1+Cy1)+(Ye1+Mg1)
Y2＝(G2+Cy2)+(Ye2+Mg2)
Y3＝(G3+Cy3)+(Ye3+Mg3)
Y4＝(G4+Cy4)+(Ye4+Mg4)
可以在一个基本方案或多个基本方案的单元中通过对象素进行淡化读出的同时使用上述读取方法，从而加速读取操作。
随后，根据本发明第二实施例，将描述使用CMOS传感器作为图像拾取单元的一个例子而实现第一实施例的读取方法的一个电路结构。
图5示出第二实施例的一个CMOS传感器的结构的电路图。在本实施例中，该CMOS传感器包括：第一输出系列，用于输出在一列中垂直方向上两个相邻的象素的检测光量的一个平均值和在下一列垂直方向上两个相邻象素的检测光量的平均值之间的差；和第二输出系列，用于输出在一行中水平方向上两个相邻的象素的检测光量的一个平均值和在下一行水平方向上两个相邻象素的检测光量的平均值之间的差。因此，本实施例的CMOS传感器能够使用第一读取方法。
参考图5，参考数字1表示用于产生一个起动信号的一个垂直扫描电路，启动每一行的控制信号，该起动信号在垂直方向按顺序生效。参考数字100表示一个用作光电检测器的光电二极管，用于把入射光转换成电荷。参考数字101表示转移晶体管，用于把光电二极管100产生的电荷转移到浮动的扩散区101，扩散区101暂存转移来的电荷。参考数字103表示一个复位晶体管，用于放电累积在放大器晶体管104的栅极的电荷。参考数字121表示一个开关晶体管。元件100到104以及121构成一个象素。参考数字112表示一个恒流源晶体管，它是由施加到终端7的一个电压触发的。参考数字105表示一个晶体管，用于放电在电容器109、110、117以及118中的电荷。参考数字106表示一个电流分布分度晶体管，用于把晶体管104的源极连接到电容器109。参考数字107表示一个电流分布晶体管，用于把晶体管104的源极连接到电容器110。电容器109以及110用作一个行存储器，它由从晶体管104馈送的电压充电。参考数字108表示均值晶体管，用于对在电容器109和110中的电荷进行平均。参考数字111表示开关晶体管，用于把行存储器109的电压施加到在差动放大器122的前级的一个缓冲区123，该差动放大器122放大在电容器109和109′两端的电压之间的一个差值。参考数字113表示一个开关晶体管，用于把晶体管104的源极连接到电容器117。参考数字114表示一个开关晶体管，用于把晶体管104的源极连接到电容器118。电容器117和118被从晶体管104的源极提供的电流源充电。参考数字115表示一个用于进行控制的开关晶体管，平均存储在电容器117和117′中的电荷。参考数字116表示一个用于进行控制的开关晶体管，平均存储在电容器118和118′中的电荷。参考数字119表示一个开关晶体管，用于把行存储器117的电压提供到在差动放大器127的前级的缓冲区129，该差动放大器127放大在电容器117和118两端的电压之间一个差值。恒流源晶体管112以行单元启动，并且与晶体管104配对，以便构成一个放大器。
图6是时序图，说明图5所示CMOS传感器的操作。参照图5和图6，描述图5所示的CMOS传感器的操作。
在定时T201，施加到终端11的脉冲选择一个高状态，并且加到M终端30、31、50、和51的脉冲采取高状态。因此，行存储器109、110、117和118被复位到初始电位。同时，加到垂直扫描电路1的终端2的一个启动脉冲和加到终端3的一个扫描脉冲采取高电平，以致该垂直扫描电路1开始扫描以便选择第一行。被加到终端8的高电平复位该象素区域的浮动的扩散区。在定时T202，在终端8的复位脉冲下降，以致第一行象素的浮动的扩散区被处在电浮动状态。在定时T203，一个高电平脉冲被加到一个终端9，以致来自第一行的光电二极管的电荷被转移到该浮动的扩散区。在定时T204，一个高电平脉冲被加到终端10、30和50，以致正例于以第一行的光电检测器检测的光量的一个电压通过放大器104而被读取到电容器109和117。在定时T205，该垂直扫描脉冲3下降。在定时T206，该垂直扫描脉冲3再一次上升，以便选择该第二列。在定时T207，复位脉冲下降，以使该第二列象素的浮动的扩散区被置于电浮动状态。在定时T208，类似于定时T203，高电平脉冲被加到终端9，以使电荷从第二列的光电二极管转移到该浮动扩散区。在定时T209，类似于定时T204，高电平脉冲被加到终端10、30、和51，以使正比于以第二列的光电检测器检测的光量的一个电压通过该第二列的放大器104读取到电容器110和118。在定时T210，高电平脉冲被加到终端40、60和61，以便平均在行存储器上的电荷。在定时T211，水平扫描电路4开始进行扫描，以使平均电压在水平方向上按顺序加到差动放大器122和127。差动放大器122和127输出蓝色差信号CB和红色差信号CR。通过把由运算放大器之类组成的加法器(未示出)连接到终端70和71以及连接到终端80和81，亮度信号能够被输出。
如果该平均晶体管108的平均操作不执行以及全部行的信号被暂存在电容器109中，则在奇数列中的每一象素的输出信号能够从输出端71获得，并且在偶数列中的每一象素的输出信号能够从输出端70获得。
图7是第三实施例的一个CMOS传感器的结构的电路图。在本实施例中，CMOS传感器包括一个输出系列，用于输出在水平方向中的两个相邻象素的检测光量的平均值或在水平方向中的四个相邻象素的检测光量的平均值。因此，本实施例的CMOS传感器能够通过求和CMOS传感器的两个输出而使用该第三读取方法。
在图7中，类似于第二实施例的CMOS传感器的那些相同的元件使用相同的参考数字表示，并且省略重复的描述。参考数字301表示用于进行控制的一个开关晶体管，以便平均累积在电容器109和109′中的电荷。参考数字302表示用于进行控制的一个开关晶体管，以便平均累积在电容器110和110′中的电荷。参考数字301′表示用于进行控制的一个开关晶体管，以便平均累积在电容器109″和109中的电荷。参考数字302′表示用于进行控制的一个开关晶体管，以便平均累积在电容器110″和110中的电荷。参考数字303表示用于进行控制的一个开关晶体管，以便平均累积在电容器109′和109″中的电荷。参考数字304表示用于进行控制的一个开关晶体管，以便平均累积在电容器110′和110″中的电荷。如果开关晶体管301、301′和303同步地操作，则存储在电容器109、109′、109″和109中的电荷被平均。例如，如果在开关晶体管301和301被接通以后或当该开关晶体管被接通时开关晶体管303被接通，则这些晶体管将平均存储在电容器109、109′、109″和109中的电荷。如果开关晶体管302、302′、和304同步地操作，则这些晶体管将平均平均存储在电容器110、110′、110″、和110中的电荷。即，如果在开关晶体管302和304′被接通以后或当该开关晶体管被接通时开关晶体管304被接通，则这些晶体管将平均存储在电容器110、110′、110″和110中的电荷。
图8是说明图7所示的CMOS传感器的操作的一个时序图。参照图7和图8，描述图7所示的CMOS传感器的操作。
在定时T401，加到垂直扫描电路1的终端2的一个启动脉冲和加到一个终端3的一个扫描脉冲选择高电平，以使垂直扫描电路1开始选择第一行进行扫描。被加到终端8的一个高电平脉冲复位象素区域的浮动的扩散区。在定时T402，在终端8的复位脉冲下降，以使第一行象素的浮动的扩散区是处在一个电浮动的状态。在定时T403，一个高电平脉冲被加到终端9，以使在第一行的光电检测器中的电荷转移到该浮动扩散区。在定时T404，一个高电平脉冲被加到终端10和50，以使正比于以第一行的光电检测器检测的光量的一个电压通过放大器104被读取到电容器109。在定时T405，垂直扫描脉冲3升高。在定时T406，垂直扫描脉冲3再次下降以便选择第二行。在定时T407，复位脉冲下降，以使该第二行象素的浮动的扩散区被置于一个电浮动状态。在定时T408，类似于定时T403，高电平脉冲被加到终端9，以使电荷从第二行的光电二极管转移到该浮动扩散区。在定时T409，类似于定时T404，高电平脉冲被加到终端10和51，以使正比于以第二行光电检测器检测的光量的一个电压通过第二行的放大器104而被读取到电容器110。在定时T410，一个高电平脉冲被加到终端60、61、90、和91，以便平均在行存储器上的电容器109、109′、109″和109中的电荷，并且平均在行存储器上的电容器110、110′、110″和110中的电荷。在定时T411，水平扫描电路4开始进行扫描，以使在水平方向按顺序输出被平均的电压。由于在本实施例中输出的是一个亮度信号，所以只使用一个输出端16。如果使用多个图7所示相似的输出端，则能够获得色差信号。
图9示出第四实施例的CMOS传感器的结构的一个电路图。在本实施例中，CMOS传感器包括一个输出系列，用于输出两个在垂直方向上相邻象素的检测光量的一个平均值，或四个在垂直方向上相邻象素的检测光量的一个平均值。因此，通过求和CMOS传感器的两个输出，本实施例的CMOS传感器能够使用第二读取方法。
在图9中，类似于第三实施例的CMOS传感器的相似的元件用相同的参考数字表示，并且省略重复的描述。参考数字501、502、503和504表示电流分布晶体管，用于把来自一个晶体管的电流分布到电容器508、109、510、和511。电容器508储存来自第一行光电检测器的信号，电容器509储存来自第二行光电检测器的信号，电容器510储存来自第三行光电检测器的信号，而电容器511储存来自第四行光电检测器的信号。参考数字505表示一个用于进行控制的开关晶体管，以便平均累积在电容器508和509中的电荷。参考数字506表示一个用于进行控制的开关晶体管，以便平均累积在电容器509和510中的电荷。参考数字507表示一个用于进行控制的开关晶体管，以便平均累积在电容器510和511中的电荷。如果开关晶体管505、506和507同步地操作，则存储在电容器508、509、510和511中的电荷被平均。例如，如果在开关晶体管505和507被接通以后或当该开关晶体管505和507被接通时该开关晶体管506被接通，则这些晶体管将平均存储在电容器508，、509、610、和511中的电荷。
图10是说明图9所示的CMOS传感器的操作的一个时序图。参照图9和图10，描述图9所示的CMOS传感器的操作。
在定时T601，加到垂直扫描电路1的终端2的一个启动脉冲和加到一个终端3的一个扫描脉冲选择高电平，以使垂直扫描电路1开始选择第一行进行扫描。被加到终端8的一个高电平脉冲复位象素区域的浮动的扩散区。在定时T602，在终端8的复位脉冲下降，以使第一行象素的浮动的扩散区是处在一个电浮动的状态。在定时T603，一个高电平脉冲被加到终端9，以使在第一行的光电检测器中的电荷转移到该浮动扩散区。在定时T604，一个高电平脉冲被加到终端10和30，以使正比于以第一行的光电检测器检测的光量的一个电压被读取到电容器508。在定时T605，垂直扫描脉冲3升高。在定时T606，垂直扫描脉冲3再次上升以便选择第二行。在定时T607，复位脉冲下降，以使该第二行象素的浮动的扩散区被置于一个电浮动状态。在定时T608，类似于定时T603，高电平脉冲被加到终端9，以使电荷从第二行的光电二极管转移到该浮动扩散区。在定时T609，类似于定时T604，高电平脉冲被加到终端10和31，以使正比于以第二行光电检测器检测的光量的一个电压被读取到电容器509。在定时T610，一个高电平脉冲被加到终端10和32，以便使得正比于以第三行的光电检测器所检测的光量的一个电压被读出到电容器509。在定时T611，一个高电平脉冲被加到终端10和33，以便使得正比于以第四行的光电检测器所检测的光量的一个电压被读出到电容器511。在定时T612，一个高电平脉冲被加到终端40和41，以便平均在行存储器上的电容508、509、510和511中存储的电荷。在定时T613，水平扫描电路4开始进行扫描，以便在水平方向顺序地输出所平均的电压。从输出端70顺序地输出正比于以第一至第四行的光电检测器所检测的光量的平均值的电压。
如果开关晶体管506不执行平均操作，则第一和第二列的平均值可以从输出端70输出，而第三和第四列的平均值可以从输出端71输出。在第一与第二列的平均值和第三与第四列的平均值之间的一个差值可以从输出端72输出。
在参照图5到图10描述的操作中，可以在读取象素的图像信号之前把在浮动扩散区的复位电压读取到另一行存储器。在这种情况下，通过使用在复位电压和图像信号之间一个差值，能够消除由晶体管104的阈电压的一个变化所引起的输出电压的变化。因此，能够获得具有高S/N比的图像信号，该图象信号不包含由图像信号的变化所产生的噪音成分，其中的图像信号的变化是由以光电检测器检测的光量变化所引起的。
垂直/水平扫描可以通过淡化在一个数据块或多个数据块的单元中的象素而被执行，以使得能够获得更多的压缩图像信号。
其它光电变换元件可能用来获得上述实施例的相似的优点。
在上述实施例中，CMOS传感器被用作图像拾取元件的一个例子。其它图像拾取元件，例如CCD和SIT也可以被使用。
在上述实施例中，使用的是包括黄Ye、紫Mg、青色Cy、绿G的四颜色滤色器。其颜色滤色器也可以被使用，只要它们能够获得一个亮度信号和色差信号。
图11是一个方框图，示出具有根据本发明第五实施例的图像拾取装置的一个图像拾取系统的结构。
参考图11，来自例如一个CMOS传感器的图像拾取装置91的象素的信号被直接地提供到一个A/D转换器92，不对该信号进行，例如加法计算以便获得色差信号和亮度信号的处理。在通过A/D转换器92把信号转换成数字信号以后，它们被存储在一个存储器93中。计算机94针对存储在存储器93中的数字信号执行必需的计算，以便获得亮度信号和色差信号。用于运行计算机94的软件可以被存储在储存程序的一个存储介质。储存这种程序的存储介质可以是软盘、硬盘、光盘、磁-光盘、CDROM、磁带、半导体存储器等等。
如上所述，根据所述的实施例，例如通过使用第一读取方法，在水平和垂直方向都能获得具有高分辩率的色差信号的一个彩色图像信号。
根据这些实施例，相对于同一滤色器方案存在多种读取方案。因此这些实施例能够被用于多模式，例如以高速率输出图像信号的模式，其信号能被用于简单的彩色显示器、自动聚焦、白平衡调整、和输出具有高分辩率的图像信号的模式。
在不背离本发明的精神和范围的条件下，可以构成许多本发明的不同实施例。将应理解，本发明不应限制为在说明书中的具体的实施例的描述，而是如所附的权利要求所定义。
Claims (15)
1.一种图像拾取装置包括：
多个象素；和
放置在所说的多个象素上的四颜色的一个滤色器阵列，
其中所说的滤色器阵列具有两行x两列的周期性，并且在两行x两列的周期单元中的四个滤色器的颜色都是彼此不同的。
2.根据权利要求1的图像拾取装置，其中该四个滤色器包括只发送在可见光范围中的绿光的一个滤色器、只拦截在可见光范围中的蓝色光的一个滤色器、只拦截在可见光范围中的绿色光的一个滤色器、和只拦截在可见光范围中的红色光的一个滤色器。
3.根据权利要求1的图像拾取装置，还包括用于执行A+B-C-D的一个操作的装置，其中的A、B、C和D表示从两行x两列的一个区域提取的信号。
4.根据权利要求3的一个图像拾取装置，其中该信号A和B被放置在相同的行上或相同的列上，并且信号C和D被放置在相同的行上或相同的列上。
5.根据权利要求3的图像拾取装置，还包括用于执行A+C-B-D的操作的装置。
6.根据权利要求5的图像拾取装置，其中该信号A和B被放置在相同的行上或相同的列上，并且信号C和D被放置在相同的行上或相同的列上。
7.根据权利要求1的图像拾取装置，还包括用于分别地在两行x两列的列区域中读取在第一行第一列信号和第一行第二列信号的相加信号与第二行第一列信号和第二行第二列信号的相加信号之间的差值的装置；以及包括用于分别地在两行x两列的列区域中读取在第一行第一列信号和第二行一列信号的相加信号与第一行第二列信号和第二行第二列信号的相加信号之间的差值的装置。
8.根据权利要求7的图像拾取装置，其中的两行x两列的区域被无任何距离地放置。
9.根据权利要求1的图像拾取装置，还包括用于读取在四行x一列的区域中的全部信号的相加信号的装置。
10.根据权利要求1的图像拾取装置，还包括用于读取在一行x四列的区域中的全部信号的相加信号的装置。
11.一种图像拾取装置包括：
多个象素；
放置在所说的多个象素上并且具有两行x两列的周期性的四个颜色的一个滤色器阵列；以及
计算装置，用于从在所说的具有两行x两列的周期性的所说的滤色器阵列中的两行x两列的每一滤色器计算两色差信号。
12.根据权利要求11的图像拾取装置，其中所说的计算装置执行一个A+B-C-D的操作，其中A、B、C、D表示从一个两行x两列的区域提取的信号。
13.根据权利要求12的图像拾取装置，其中信号A和B放置在相同的行上或在相同的列上，以及信号C和D被放置在相同的行上或相同的列上。
14.图像拾取装置包括：
多个象素；
放置在该多个象素上的一个四颜色滤色器阵列；
第一计算装置，用于计算在一个两行x两列的区域中的第一行第一列信号和第一行第二列信号的平均信号与该两行x两列的区域中的第二行第一列信号和第二行第二列信号的平均信号之间差；以及
第二计算装置，用于计算在一个两行x两列的区域中的第一行第一列信号和第二行第一列信号的平均信号与该两行x两列的区域中的第一行第二列信号和第二行第二列信号的平均信号之间差。
15.根据权利要求14的一个图像拾取装置，其中：
所说的第一计算装置包括：第一储存装置，用于储存第一行第一列信号；第二储存装置，用于储存第一行第二列信号；第三储存装置，用于储存第二行第一列信号； 第四储存装置，用于储存第二行第二列信号；第一平均装置，用于平均在所说的第一和第二存储装置中存储的信号；第二平均装置，用于平均在所说的第三和第四存储装置中存储的信号；以及第一差值计算装置，用于计算在所说的第一和第二存储装置存储的信号的平均信号和在所说的第三和第四存储装置存储信号的平均信号之间的差值；以及
所说的第二计算装置包括：第五储存装置，用于储存第一行第一列信号；第六储存装置，用于储存第二行第一列信号；第七储存装置，用于储存第一行第二列信号；第八储存装置，用于储存第二行第二列信号；第三平均装置，用于平均在所说的第三和第四存储装置中存储的信号；第四平均装置，用于平均在所说的第五和第六存储装置中存储的信号；以及第二差值计算装置，用于计算在所说的第五和第六存储装置存储的信号的平均信号和在所说的第七和第八存储装置存储信号的平均信号之间的差值。
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