CN113194235B

CN113194235B - 像素传感器系统、摄像模组及电子设备

Info

Publication number: CN113194235B
Application number: CN202110474962.0A
Authority: CN
Inventors: 姚弟
Original assignee: Vivo Mobile Communication Co Ltd
Current assignee: Vivo Mobile Communication Co Ltd
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2041-04-29
Also published as: CN113194235A

Abstract

本申请公开了一种像素传感器系统、摄像模组及电子设备，属于图像处理技术领域。该系统包括：控制器以及多个像素传感器；其中，各所述像素传感器中均包括一个四晶体管像素结构和一个曝光重置三极管，所述四晶体管像素结构中光电二极管的负极和所述四晶体管像素结构中浮置开关的源级，与所述曝光重置三极管的源级连接；各个所述像素传感器中所述曝光重置三极管的栅极，均与所述控制器连接；所述控制器用于分别向各个所述像素传感器，发送各所述像素传感器对应的偏色控制信号；各像素传感器中的所述曝光重置三极管，用于基于所述偏色控制信号对所述光电二极管的曝光时间进行调整。

Description

像素传感器系统、摄像模组及电子设备

技术领域

本申请属于图像处理技术领域，具体涉及一种像素传感器系统、摄像模组及电子设备。

背景技术

随着移动终端产品的不断发展，消费者对于移动终端拍照效果的要求越来越高，而照片的色彩准确度，是移动终端拍照效果的一个重要指标，但也是一个技术难点。

现有技术中，在拍照过程中，由于拍摄硬件和软件的局限，用户拍摄的照片难免会出现偏色的情况，使得照片的真实感较差。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种像素传感器系统、摄像模组及电子设备，能够解决拍照的照片出现偏色的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种像素传感器系统，该系统包括：控制器以及多个像素传感器；

其中，各所述像素传感器中均包括一个四晶体管像素结构和一个曝光重置三极管，所述四晶体管像素结构中光电二极管的负极和所述四晶体管像素结构中浮置开关的源级，与所述曝光重置三极管的源级连接；

各个所述像素传感器中所述曝光重置三极管的栅极，均与所述控制器连接；

所述控制器用于分别向各个所述像素传感器，发送各所述像素传感器对应的偏色控制信号；

各像素传感器中的所述曝光重置三极管，用于基于所述偏色控制信号对所述光电二极管的曝光时间进行调整。

第二方面，本申请实施例提供了一种摄像模组，包括如第一方面所述的像素传感器系统。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括如第二方面所述的摄像模组。

在本申请实施例中，新增有曝光重置三极管的像素传感器基于偏色控制信号，可以调整每个像素的曝光时间，进而解决照片的偏色问题，而通过控制器与每个像素传感器单独连接的结构，控制器可以单独向每个像素传感器发送其对应的偏色控制信号，能够实现更为精准的偏色调整，从而在很大程度上避免了对于照片质量产生损伤。

附图说明

图1为本申请实施例提供的像素传感器系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的像素传感器结构示意图之一；

图3为本申请实施例提供的像素传感器结构示意图之二。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的像素传感器系统、摄像模组、移动终端及偏色调整方法进行详细地说明。

图1为本申请实施例提供的像素传感器系统结构示意图，如图1所示，该像素传感器系统包括：控制器11和多个像素传感器12；每个像素传感器12均与控制器11连接，此时在这样的连接结构能够实现控制器11能够单独向每个像素传感器12发送每个像素传感器各自对应的偏色控制信号。

图2为本申请实施例提供的像素传感器结构示意图之一，如图2所示，各个像素传感器12均包括一个四晶体像素结构121和一个曝光重置三极管122，该四晶体管像素结构121中光电二极管1211的负极和该四晶体管像素结构121中浮置开关1212的源级与曝光重置三极管122的源级连接；控制器11是通过每个像素传感器120中曝光重置三极管122的栅极实现与像素传感器的连接。

本申请实施例中所描述的四晶体像素结构121除了浮置开关1212，还包括行选择器1213、信号放大器1214和复位三极管1215。

四晶体像素机构的工作过程具体为：首先，将复位三极管1215置为高电平，将光电二极管1211进行复位后，光电二极管1211开始曝光，收集光生电荷，经过常规曝光周期后，激活复位三极管1215，再将读出节点FD复位到高电平，行选择器1213打开，此时经由信号放大器1214缓冲放大后，像素传感器在读出节点FD读出此时像素传感器的电压，记为V₁。随后，行选择器1213打开，光生电荷从光电二极管向读出节点FD转移，待信号稳定后，读出此时的像素传感器电压，记为V₂，将两次采样的电压进行相减V₁-V₂，即可消除像素传感器中的主要噪声，得到的信号再经过模拟放大，然后经过模数转化器采样，即可进行像素传感器的数字化信号输出。

而每个像素传感器12中的曝光重置三极管122在获取到偏色控制信号后，在光电二极管1211的一个常规曝光周期中激活该曝光重置三极管122，根据偏色控制信号，将光电二极管在常规曝光周期中重置，实现对于像素传感器曝光时间的调整，从而控制每个像素的亮度，最终实现对于像素传感器色差的调整。

例如，光电二极管1211的一个常规曝光周期为100ms，曝光重置三极管122可以根据偏色控制信号，在光电二极管1211开始曝光后50ms时，对光电二极管进行重置，从而达到让该像素传感器仅仅曝光50ms的目的，此时即可对像素传感器的亮度进行调整。

可选地，本申请中的结构虽然是控制器与每个像素传感器连接，但是为了提高运算效率，本申请的方案可以将各个像素传感器划分到不同像素区域，而此时控制器向每个像素区域中像素传感器发送的偏色控制信号均相同。

更具体地，照片的颜色不准确，主要分类两类，一类是由于暗电流导致的照片偏色，另一类是由传感器颜色不均匀性导致照片偏色。

本申请中所描述的偏色控制信号，可以是暗电流偏色控制信号，也可以是颜色不均匀性偏色控制信号；而由于暗电流导致的照片偏色和传感器颜色不均匀性导致的偏色可能同时出现，而此时本申请中的偏色控制信号还可以同时包括暗电流偏色控制信号和颜色不均匀性偏色控制信号，此时可以同时解决暗电流和传感器颜色不均匀性导致的照片偏色。

现有技术中对于暗电流导致的偏色调整，主要是通过传感器中遮黑像素的暗电流来扣除传感器整面暗电流，从而避免暗电流导致的偏色，现有技术对于整体暗电流有一定的矫正能力，但是对于局部暗电流却不适用，而本申请中通过控制器可以单独向每个像素传感器发送其对应的暗电流偏色控制信号，有效解决局部暗电流导致的照片偏色。

现有技术中，对传感器颜色不均匀性的校正，主要是在模组生产时记录每颗模组的颜色不均匀性数据，并记录在存储器中，后期通过读取存储器中的颜色不均匀性数据，并加载相应算法来实现校正，但是该校正方式会对于图像质量有一定的损伤。

而本申请中通过控制器可以单独向每个像素传感器发送其对应的颜色不均匀性偏色控制信号，可以在减少对于图像质量损伤的情况下，有效解决传感器颜色不均匀性导致的照片偏色。

可选地，所述像素传感器还包括：电压逻辑判断模块；

所述电压逻辑判断模块分别与所述光电二极管的正极和负极连接，且所述曝光重置三极管和所述控制器，均与所述电压逻辑判断模块连接；

其中，所述电压逻辑判断模块在检测到所述光电二极管的电压为内电场电压的情况下，所述电压逻辑判断模块向所述曝光重置三极管发送重置信号，同时向所述控制器发送重置计数信号；

其中，所述曝光重置三极管根据所述重置信号清空所述光电二极管中的光电子，所述光电二极管重新开始曝光。

具体地，本申请中对于常规的像素传感器而言，在高亮度或者大光比的场景下，部分像素传感器的感光能力会饱和，此时只能输出1024，失去对高光信息的感知能力，因此本申请在光电二极管的两端增加了电压逻辑判断模块，图3为本申请实施例提供的像素传感器结构示意图之二，如图3所示，当像素传感器中的光电二极管感光饱和时，电压逻辑判断模块检测到光电二极管的电压为内电场电压，此时电压逻辑判断模块向所述曝光重置三极管发送重置信号，清空光电二极管中的电子，重新开始曝光，同时电压逻辑判断模块会输出重置计数信号到控制器，在曝光完成后，可以将光电二极管中最终得到的亮度值加上控制器统计到的重置计数信号*1024的值作为像素最终亮度值，实现像素的高动态感光功能。

在本申请实施例中，通过在像素传感器中增加电压逻辑判断模块，在检测到光电二极管的电压为内电场电压时，控制光电二极管重新开始曝光，可以避免光电二极管感光能力饱和，并向控制器发送重置技术信息，可以不断记录重复曝光的次数，最终准确得到像素传感器的感光值。

可选地，所述控制器用于在所述光电二极管停止重新曝光时，根据所述重置计数信号确定所述像素传感器的最终亮度值。

具体地，本申请电压逻辑判断模块检测到光电二极管的电压不再是内电场电压的情况下，则光电二极管停止重新曝光，此时说明光电二极管的感光能力不再饱和，此时可以通过控制器中记录的重置计数信号*1024的值加上光电二极管的当前亮度值，得到像素传感器的最终亮度值，最终实现像素的高动态感光功能。

在本申请实施例中，在光电二极管感光饱和时，控制曝光重置三极管，使光电二极管重新开始曝光，并记录重置计数信号，最终实现像素的高动态感光功能。

可选地，所述多个像素传感器用于拍摄标定图像，并将所述标定图像发送到所述控制器，所述标定图像包括均匀灰卡图像和全黑环境图像中的至少一种。

具体地，本申请中所描述的标定图像可以用于帮助处理器生成偏色控制信息。

针对于暗电流导致的偏色，多个像素传感器需要采集全黑环境图像作为标定图像，这是由于在全黑环境下，各个像素传感器尚未获取到光电二极管中光生电荷的电信号，因此根据全黑环境图像可以得到各个像素传感器的暗电流值，这样可以发现收到局部暗电流影响的像素传感器。

而针对于颜色不均匀性导致的偏色问题，多个像素传感器需要拍摄均匀灰卡图像，由于均匀灰卡的曝光均匀，因此拍摄的均匀灰卡图像中，R/G/B像素传感器之间的亮度均应该相等，若均匀灰卡子图像中R/G/B像素传感器的亮度均值之间存在较大差异，则说明该均匀灰卡子图像对应的像素区域存在颜色不均匀性问题。

在本申请实施例中，通过多个像素传感器拍摄的标定图像，可以有效的确定在申请的像素传感器系统可能需要调整的像素传感器。

可选地，所述控制器用于：

对所述标定图像进行分区，得到多个标定子图像；

基于每个所述标定子图像，确定每个像素区域的标定信息，基于所述各个像素区域的标定信息，确定目标像素区域，其中，每个所述像素区域对应一个所述标定子图像。

具体地，本申请中可以将标定图像均分为多个标定子图像后，将每个标定子图像所在的区域作为一个像素区域，处于该区域内的像素传感器即为该像素区域的像素传感器。

本申请中所描述的标定信息具体可以是指每个像素区域的暗电流均值，或者是每个像素区域中R/G/B像素传感器的亮度均值。

而在标定图像为全黑环境图像时，将全黑环境图像分区，得到多个全黑环境子图像，由于全黑环境子图像与像素区域存在对应关系，因此可以根据各个全黑环境子图像，计算其对应像素区域的暗电流均值，从而得到各个像素区域的暗电流均值。由于局部暗电流一般发生在同一个通道中，是在部分像素传感器中成片出现，因此受到局部暗电流影响的像素区域的暗电流均值，与其它大部分像素区域的暗电流均值有明显差异，因此本申请中将暗电均值差异明显的像素区域，标记为目标像素区域。

而在标定图像为均匀灰卡图像时，将均匀灰卡图像分区，得到多个均匀灰卡图像子图像，本申请中将R/G/B像素传感器的亮度均值之间存在较大差异的像素区域标记为目标像素区域。

在本申请实施例中，控制器可以通过标定子图像划分像素区域，基于所述各个像素区域的标定信息，从而挑选出需要进行偏色调整的目标像素区域，因此可以快速准确的找到需要调整的像素传感器。

可选地，在所述标定图像为均匀灰卡图像的情况下，所述控制器用于：

根据所述目标像素区域的第一标定信息，确定所述目标像素区域中各个像素传感器对应的偏色控制信号；

基于所述目标像素区域中各个像素传感器对应的偏色控制信号，和其它的像素区域中各个像素传感器对应的偏色控制信号，得到各个所述像素传感器对应的偏色控制信号，所述其它的像素区域是指所述多个像素传感器中，未处于所述目标像素区域的其它像素传感器构成的区域。

具体地，在标定图像为均匀灰卡图像的情况下，则说明目标像素区域的第一标定信息是指R/G/B像素传感器的亮度均值。

此时目标像素区域中各个像素传感器对应的偏色控制信号，具体将目标像素区域中R像素传感器的亮度均值、G像素传感器的亮度均值和B像素传感器的亮度均值中的最小值作为调整目标，例如，目标像素区域中R/G/B像素传感器的亮度均值分别为100、88和100，则此时将G像素传感器的亮度均值确定为调整目标信息。

在确定R/G/B像素传感器的亮度均值的最小值后，则除亮度均值最小所对应的那一类像素传感器不需要进行曝光时间调整，其它两类像素传感器均需要进行曝光时间调整，则目标区域中其它两类像素传感器的亮度均值作为调整标准信息。

基于所述调整目标信息和所述调整标准信息的比值，确定曝光调整系数；

基于所述像素传感器中光电二极管的常规曝光周期与所述曝光调整系数的乘积，确定所述目标像素区域中像素传感器偏色控制信号。

此时其对应存在对应两类像素传感器的两个调整标准信息，也会有对应两类像素传感器的曝光调整系数，最终也会得到对应两类像素传感器的偏色控制信号。

例如目标像素区域中R/G/B像素传感器的亮度均值分别为100、88和100，则此时G像素传感器的亮度均值88为调整标准信息，R/B像素传感器的亮度均值分别为100和100，将其为调整标准信息，此时R像素传感器和B像素传感器的曝光调整系数均为88/100，假设此时光电二极管的常规曝光周期为100ms，则目标像素区域中像素传感器的偏色控制信号具体为，向目标像素区域中所有R像素传感器发送将曝光时间调整为88ms的不均匀性偏色控制信号，向目标像素区域中所有G像素传感器发送空的不均匀性偏色控制信号，向目标像素区域中的所有B像素传感器将曝光时间调整为88ms的不均匀性偏色控制信号。

由于本申请中其它的像素区域未受到颜色不均匀性的影响，因此本申请中其它的像素区域中像素传感器不需要对其曝光时间进行调整，因此其它的像素区域中像素传感器的偏色控制信号可以为零。

在本申请实施例中，在所述标定图像为均匀灰卡图像的情况下，根据目标像素区域中R像素传感器的亮度均值、G像素传感器的亮度均值和B像素传感器的亮度均值中的最小值，从而确定目标像素区域中需要进行调整的像素传感器，确定目标像素区域中各类像素传感器的偏色控制信号。

可选地，在所述标定图像为全黑环境图像的情况下，所述控制器用于：

根据所述目标像素区域的第二标定信息，和其它的像素区域的第二标定信息，确定所述目标像素区域中各个像素传感器对应的偏色控制信号；

具体地，在所述标定图像为全黑环境图像的情况下，则说明本申请中所描述的第二标定信息是指暗电流均值，其它的像素区域未受到局部暗电流的影响，因此本申请中其它的像素区域中像素传感器不需要对其曝光时间进行调整，因此其它的像素区域中像素传感器的偏色控制信号可以为零。

本申请中其它的像素区域是指像素传感器系统中，除目标像素区域以外的其它所有像素传感器构成的区域。

本申请中其它的像素区域中像素传感器的暗电流均值，可以是指其它的像素区域中各个像素传感器的暗电流值的总和与其它的像素区域中各个像素传感器数量的商值。

本申请中根据目标像素区域中像素传感器的暗电流均值和其它的像素区域中像素传感器的暗电流均值之间差值的绝对值，得到目标像素区域中像素传感器的暗电流调整信息。

本申请中目标像素区域中像素传感器的亮度均值是指，目标像素区域在获取上一帧图像时得到的该像素区域内像素传感器的亮度均值。

基于目标像素区域中像素传感器的亮度均值与所述暗电流调整信息之间的差值，得到调整差值；

基于所述调整差值与所述目标像素区域中像素传感器的亮度均值之间的比值，得到曝光调整系数；

基于所述像素传感器中光电二极管的常规曝光周期与所述曝光调整系数的乘积，确定所述目标像素区域中像素传感器的偏色控制信号。

具体的，本申请中得到调整差值的方式具体为：

ΔI＝LM₁-I₁；

具体的，本申请中得到曝光调整系数的方式具体为：

其中，LM₁为本申请中所描述的目标像素区域中像素传感器的亮度均值，I₁为本申请中所描述的暗电流调整信息，ΔI为调整差值，θ_LM为曝光调整系数。

本申请中确定目标像素区域中像素传感器的暗电流偏色控制信号的方式具体为：

T₂＝θ_LM×T₁；

其中，T₂为目标像素区域中像素传感器的偏色控制信号，T₁为光电二极管的常规曝光周期。

例如，若目标像素区域的暗电流均值为70，其它的像素区域的暗电流均值为64，则此时暗电流调整信息I₁为6，而拍照时，上一帧图像中目标像素区域的亮度均值为LM₁150，此时曝光调整系数θ_LM为((150-6)/150)，则此时需要将目标像素区域中像素传感器的曝光时间调整为常规曝光周期的0.96倍，若常规曝光周期为100ms，则目标像素区域中像素传感器的偏色控制信号在光电二极管进入常规曝光周期4ms后，激活曝光重置三极管，清空光电二极管中的光子。

在本申请实施例中，根据目标像素区域中像素传感器的亮度均值与所述暗电流调整信息，计算调整差值后，再结合目标像素区域中像素传感器的亮度均值，确定曝光调整系数，最终根据曝光调整系数确定目标像素区域中像素传感器的偏色控制信息，从而能根据该偏色控制信息实现偏色调整。

可选地，本申请实施例中还提供一种包括上述像素传感器系统的摄像模组，该摄像头模组中，具体还包括：镜头保护膜、镜头组、对焦马达、红外滤光片、像素传感器系统和连接基板。

在该模组结构中，镜头组用来聚焦和对光，其被对焦马达所包裹固定，对焦马达上下端和弹片连接，对焦时，通过让马达产生电磁力，该电磁力最终与弹片的弹力保持平衡，从而实现对于马达对焦的控制，而取景的景物光线投射向红外滤光片后，滤除不必要的光线后，防止像素传感器产生伪色或者波纹，从而提高城乡的色彩还原性。

将滤除后的光线投射向像素传感器系统中的各像素传感器后，像素传感器感光后将光信号转换为电信号后，经过方法并被模数转换器转换为数字信号，形成原始图像输出给图像处理器，图像处理器对原始图像处理后，将其压缩为JPEG图像或者发送到显示单元。

本申请实施例中的摄像模组通过能够实现偏色调整的像素传感器系统，使得其最终生成的图像能保持较高的色彩准确度。

基于上述任一实施例，本申请实施例提供一种电子设备，其包括上述实施例中的摄像模组，均是通过上述实施例中摄像头模组中的像素传感器系统实现偏色调整，实现偏色调整的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可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，还可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，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims

1.一种像素传感器系统，其特征在于，包括：控制器以及多个像素传感器；

各像素传感器中的所述曝光重置三极管，用于基于所述偏色控制信号对所述光电二极管的曝光时间进行调整；

其中，所述像素传感器还包括：电压逻辑判断模块；

其中，所述曝光重置三极管根据所述重置信号清空所述光电二极管中的光电子，所述光电二极管重新开始曝光；

其中，所述控制器用于在所述光电二极管停止重新曝光时，根据所述重置计数信号确定所述像素传感器的最终亮度值。

2.根据权利要求1所述的像素传感器系统，其特征在于，所述多个像素传感器用于拍摄标定图像，并将所述标定图像发送到所述控制器，所述标定图像包括均匀灰卡图像和全黑环境图像中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的像素传感器系统，其特征在于，所述控制器用于：

对所述标定图像进行分区，得到多个标定子图像；

4.根据权利要求3所述的像素传感器系统，其特征在于，在所述标定图像为均匀灰卡图像的情况下，所述控制器用于：

5.根据权利要求3所述的像素传感器系统，其特征在于，在所述标定图像为全黑环境图像的情况下，所述控制器用于：

6.一种摄像模组，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的像素传感器系统。

7.一种电子设备，其特征在于，包含如权利要求6所述的摄像模组。