CN113709333B - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种图像传感器，属于图像处理技术领域。该图像传感器包括：多个感光色彩通道，多个感光色彩通道中的每个感光色彩通道对应至少一个像素单元电路；像素单元电路包括增益电容，增益电容的电容容量由第一信息确定，其中，第一信息包括以下至少一项：预置阈值和像素单元电路在感光区域中的区域位置，预置阈值为：每个感光色彩通道对应的像素单元电路的数量。

Description

图像传感器
技术领域
本申请属于图像处理技术领域，具体涉及一种图像传感器。
背景技术
由于电子设备的拍摄功能的优劣逐步成为衡量电子产品性能的重要指标，因此，需要不断地提高电子设备的影像效果，尤其是，HDR(High Dynamic Range，高动态范围)图像的影像效果。与普通图像相比，HDR图像是根据曝光时间的LDR(Low-Dynamic Range，低动态范围)图像，以及每个曝光时间相对应的最佳细节的LDR图像合成的，能够提供更多的动态范围和图像细节。
在相关技术中，采用控制每一帧的曝光时长，进而获取相应的图像，然后将具有不同曝光时长的多帧图像进行融合，最后获取HDR图像。通过该方式获取的HDR图像，在多帧图像融合的过程中存在拖影问题。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种图像传感器，能够解决HDR图像的拖影问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种图像传感器，包括：
多个感光色彩通道，所述多个感光色彩通道中的每个感光色彩通道对应至少一个像素单元电路；
所述像素单元电路包括增益电容，所述增益电容的电容容量由第一信息确定，其中，所述第一信息包括以下至少一项：预置阈值和所述像素单元电路在感光区域中的区域位置，所述预置阈值为：所述每个感光色彩通道对应的所述像素单元电路的数量。
在本申请实施例中，在图像传感器中包括多个感光色彩通道，多个感光色彩通道中的每个感光色彩通道对应至少一个像素单元电路，像素单元电路包括增益电容，增益电容的电容容量由第一信息确定，第一信息包括以下至少一项：预置阈值和像素单元电路在感光区域中的区域位置。如此，通过图像传感器中的模拟电路控制增益电容容量提高图像增益，使得图像传感器的输出图像为HDR图像，这种直接获取HDR图像的方式，能够降低获取HDR图像的功耗，且无需根据多个输出图像进行融合，进而避免由于时间差造成多个输出图像进行融合时导致的拖影问题。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种像素单元电路的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种感光通道与增益电容的对应关系的示意图之一；
图3是本申请实施例提供的一种感光通道与增益电容的对应关系的示意图之二；
图4是本申请实施例提供的一种感光通道与增益电容的对应关系的示意图之三；
图5是本申请实施例提供的一种感光通道与增益电容的对应关系的示意图之四；
图6是本申请实施例提供的一种感光通道与增益电容的对应关系的示意图之五；
图7是本申请实施例提供的一种感光通道与增益电容的对应关系的示意图之六；
图8是本申请实施例提供的一种感光区域的划分示意图。
符号说明：11：第一电路模块，12：控制开关模块，13：增益电容，PD：光电二极管，TG：转换开关，RG：复位开关，power：电源，SF：选择开关，SEL：源跟随开关。
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，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。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图像传感器进行详细地说明。
针对夜景拍照场景，选取目标对象为“月下江景”，通过安装摄像头的手机进行拍摄。用户通过手机设置需要拍摄HDR图像后，通过摄像头捕捉“月下江景”的初始图像，并通过手机的显示屏显示捕捉到的初始图像。在手机接收到拍摄输入后，按照曝光时长为0.005秒、0.008秒、0.01秒，0.012秒和0.015秒，以此获取5帧初始图像。接着，根据初始图像的亮度分量生成曝光图像，然后根据每张曝光图像的需增强区域亮度均值计算每张曝光图像的权重，再根据初始图像选择对应的图像融合公式，最后根据每张曝光图像的权重以及图像融合公式获得HDR图像的亮度值。通过该方式获取的HDR图像，在多帧图像融合的过程中存在拖影问题。
结合上述具体场景，在手机摄像头的图像传感器中包括的至少一个像素单元电路中的每个像素单元电路设置至少一个增益电容容量，其中，增益电容容量由第一信息确定，在该图像传感器的基础上，通过控制像素单元电路中增益电容容量获取“月下江景”的HDR图像。如此，通过图像传感器中的模拟电路控制增益电容容量提高图像增益，使得图像传感器的输出图像为“月下江景”的HDR图像，这种直接获取HDR图像的方式，能够降低获取HDR图像的功耗，且无需根据多个输出图像进行融合，进而避免由于时间差造成多个输出图像进行融合时导致的拖影问题。
本申请实施例提供的一种图像传感器，该图像传感器包括多个感光色彩通道，多个感光色彩通道中的每个感光色彩通道对应至少一个像素单元电路，如图1所示，像素单元电路包括增益电路。
在本申请实施例中，增益电容的电容容量由第一信息确定，其中，第一信息包括以下至少一项：预置阈值和像素单元电路在感光区域中的区域位置，预置阈值为：每个感光色彩通道对应的像素单元电路的数量。
在本申请实施例中，为每个像素单元电路中的增益电容，分别设置一个控制电容13和控制开关模块12，以便于像素单元电路输出的模拟信号能够进行不同增益的放大，以实现提高输出图像的动态范围。
在本申请实施例中，增益电容的电容容量越大，像素单元电路的输出图像的增益越大。具体的，电容容量越大，PD(Photo-Diode，光电二极管)中的电子可转移到增益电容的电子越多，因此，获得的光电转换信号的信号强度越高，即输出图像的增益越大。需要说明的是，图像传感器还包括PD等其他元器件。
如此，通过设置增益电容，并控制增益电容是否接像素单元电路，以控制输出图像的增益，能够提高输出图像的动态范围。
可选地，在第一信息包括预置阈值，并且预置阈值为大于1的正整数的情况下，针对每个感光色彩通道对应至少两个像素单元电路，至少两个像素单元电路中的每个像素单元电路分别设置一个增益电容，且每个像素单元电路设置的增益电容的电容容量都不相同。
在本申请实施例中，每个感光色彩通道对应至少两个像素单元电路。
在本申请实施例中，感光色彩通道包括红色通道、绿色通道和蓝色通道。需要说明的是，感光色彩通道中的各个颜色通道按照预置比例和预置顺序在感光区域依次排列。
示例1，如图2所示，白色像素块对应红色通道，浅灰色像素块对应绿色通道，深灰色像素块对应蓝色通道，以N合一的图像传感器为例，每个感光色彩通道中红色通道对应4个像素单元电路，针对红色通道对应的4像素单元电路的增益电容分别设置4个不同的电容容量，也就是说，经过一个红色通道可以记录4个不同的红色像素信息。
示例2，如图3所示，白色像素块对应红色通道，浅灰色像素块对应绿色通道，深灰色像素块对应蓝色通道，在示例1的基础上，每个感光色彩通道中绿色通道对应4个像素单元电路，针对绿色通道对应的4像素单元电路的增益电容分别设置4个不同的电容容量，也就是说，经过一个绿色通道可以记录4个不同的绿色像素信息。
示例2，如图4所示，白色像素块对应红色通道，浅灰色像素块对应绿色通道，深灰色像素块对应蓝色通道，在示例1的基础上，每个感光色彩通道中蓝色通道对应4个像素单元电路，针对蓝色通道对应的4像素单元电路的增益电容分别设置4个不同的电容容量，也就是说，经过一个蓝色通道可以记录4个不同的蓝色像素信息。
需要说明的是，不同颜色通道对应的像素单元电路设置的增益电容容量可以相同，以上述示例1和示例2的为例，针对红色通道对应的4像素单元电路的增益电容分别设置4个不同的电容容量，与针对绿色通道对应的4像素单元电路的增益电容分别设置4个不同的电容容量，不同颜色通道中相对位置相同的像素单元电路设置的增益电容的电容容量相同。
示例4，在示例1的基础上，每个感光色彩通道中绿色通道对应9个像素单元电路，针对绿色通道对应的9个像素单元电路的增益电容分别设置9个不同的电容容量，也就是说，经过一个绿色通道可以记录9个不同的绿色像素信息。
如此，通过图像传感器中的各个感光色彩通道，电子设备从模拟信号开始即可同时获取不同增益的输出图像，为后续合成HDR图像节省系统功耗。
可选地，在第一信息包括预置阈值，并且预置阈值为1的情况下，针对每个感光色彩通道对应单个像素单元电路，单个像素单元电路设置一个增益电容，且通道类型相同的每个感光色彩通道设置的增益电容的电容容量相同。
在本申请实施例中，感光色彩通道与像素单元电路一一对应。
在本申请实施例中，通道类型相同的每个感光色彩通道设置的增益电容的电容容量相同。
在本申请实施例中，通道类型不同的感光色彩通道设置的增益电容的电容容量可以相同，也可以不相同。
示例5，如图5至图7所示，白色像素块对应红色通道，浅灰色像素块对应绿色通道，深灰色像素块对应蓝色通道，为相同通道类型的感光色彩通道分别设置增益电容，其中，C1_1、C2_1和C3_1对应的电容容量可以相同，也可以不相同。
如此，通过图像传感器中的各个感光色彩通道输出的单一色彩的增益不同，通过不同通道对应的不同增益，提高后续合成HDR图像的动态范围。
可选地，在第一信息包括像素单元电路在感光区域中的区域位置的情况下，感光区域包括至少一个子区域，至少一个子区域中的每个子区域对应的光区域中的一个区域位置；针对每个子区域对应多个像素单元电路，多个像素单元电路中的每个像素单元电路分别设置一个增益电容，且各个子区域设置的增益电容的电容容量均不同。
在本申请实施例中，由于图像传感器的镜头的相对照度的影响，实际输出的图像是以图像传感器的感光区域中心为视场亮度的最高点，然后向外视场亮度逐渐降低，基于此，将图像传感器的感光区域划分为多个子区域。
进一步可选地，在本申请实施例中，至少一个子区域是以感光区域的中心为原点，以感光区域中的不同视场划分得到的。
示例性地，如图8所示，首先获取图像传感器的感光区域的对角线长度，然后将对角线长度进行8等分，获取等分后的区域半径；然后确定图像传感器的感光区域中心，再以感光区域中心为原点，以一倍区域半径划分感光区域中的第一圆形作为第一子区域R1；再以感光区域中心为原点，以两倍区域半径划分感光区域中的第二圆形除去第一子区域R1将剩余圆环形作为第二子区域R2；与第二子区域R2的划分方式类似，划分圆环形的第三子区域R3；最后将感光区域的剩余部分作为第四子区域R4。
进一步地，由于划分子区域时，部分感光色彩通道可能同时属于两个子区域，因此可以从第一子区域开始查找对应的感光色彩通道，将全部属于第一子区域的感光色彩通道，以及同时属于第一子区域以及第二区域的感光色彩通道，都划分到第一子区域中。类似的，将全部属于第二子区域的感光色彩通道，以及同时属于第二子区域以及第三区域的感光色彩通道，都划分到第二子区域中；全部属于第三子区域的感光色彩通道，以及同时属于第三子区域以及第四区域的感光色彩通道，都划分到第三子区域中；全部属于第四子区域的感光色彩通道，划分到第四子区域中。
进一步可选地，在本申请实施例中，从原点开始，沿着远离原点的方向，经过的子区域设置的增益电容的电容容量逐渐增加。
如此，根据实际的视场亮度设置增益电容容量，使得图像传感器的输出图像与实际的视觉相关更接近，更符合用户需求。
可选地，在本申请实施例中，第一信息包括预置阈值和像素单元电路在感光区域中的区域位置；在预置阈值为大于1的正整数的情况下，针对每个子区域中的每个感光色彩通道，为每个感光色彩通道对应的至少两个像素单元电路中的每个像素单元电路分别设置一个增益电容，且每个像素单元电路设置的增益电容的电容容量都不同；在预置阈值等于1的情况下，针对每个子区域中的每个感光色彩通道，为每个感光色彩通道对应的一个像素单元电路设置一个增益电容，且通道类型相同的每个感光色彩通道设置的增益电容的电容容量相同。
在本申请实施例中，如果第一信息中同时包括预置阈值和区域位置，那么先根据区域位置判断像素单元电路所属的子区域，然后在每个子区域中，根据感光色彩通道与像素单元电路的对应关系，设置像素单元电路中的不同电容容量的增益电容。
如此，同时采用两者参数设置像素单元电路中的增益电容的电容容量，使得图像传感器的输出图像与实际的视觉相关更接近，更符合用户需求。
可选地，上述每个像素单元电路包括第一电路模块11、控制开关模块12和增益电容13，第一电路模块11与控制开关模块12的一端连接，控制开关模块12的另一端与增益电容13连接；
其中，第一电路模块11用于对模拟信号进行增益放大处理，控制开关模块12用于控制增益电容13的断开或连接，增益电容13用于设置不同的增益电容容量，以对模拟信号进行不同增益的放大处理。
在本申请实施例中，对增益电容13设置的增益电容容量的大小不做限定。
在本申请实施例中，图像传感器中的控制开关模块12通过接收控制信号，用于控制增益电容13的断开或连接，以控制增益电容13是否接入到第一电路模块11中。
在本申请实施例中，如果增益电容13接入第一电路模块11中，则增加了输出图像时的电容容量，即增加的输出图像的增益，提高输出图像的动态范围。
进一步可选地，控制开关模块为MOS管。
示例性的，根据拍摄场景的不同，对控制开关模块12采用不同的控制策略，其中，拍摄场景包括以下至少一项：高亮场景、暗态场景、常规场景。
示例性的，如果每个感光色彩通道对应单个像素单元电路，那么直接通过电子设备中的像素单元电路获取HDR图像；如果每个感光色彩通道对应至少两个像素单元电路，那么通过电子设备中的像素单元电路获取多个输出图像，再将多个输出图像进行融合生成HDR图像。
示例性的，以N合一的图像传感器为例，每个感光色彩通道中红色通道对应4个像素单元电路，针对红色通道对应的4像素单元电路分别设置4个不同的增益电容容量，也就是说，在一个红色通道可以记录4个不同的红色像素信息。也就是，能够同时获取4个输出图像，然后将4个输出图像进行图像处理，通过叠加、线性融合或非线性融合，生成HDR图像，以此提高HDR图像的动态范围。
进一步可选地，在本申请实施例中，还可以响应于拍摄的曝光时间，同时控制增益电容和改变曝光时间，进一步提升HDR图像的动态范围。
如此，通过控制开关模块12控制增益电容13，实现输出图像的动态范围可变，使得电子设备能够根据实际情况适应性调整输出图像的动态范围。
可选地，第一信息还包括单一像素尺寸。
在本申请实施例中，单一像素尺寸是设置增益电容的电容容量大小的关键因素，在本申请实施例中对单一像素尺寸与电容容量大小的具体关联关系不做限定。
如此，对于图像显示中的单一像素尺寸，以及，图像成像过程中的像素单元电路中的增益电容的电容容量，不限定两者之间的具体关系，以增加图像传感器在设计上的自由度。
在本申请实施例中，在图像传感器中包括多个感光色彩通道，多个感光色彩通道中的每个感光色彩通道对应至少一个像素单元电路，像素单元电路包括增益电容，增益电容的电容容量由第一信息确定，第一信息包括以下至少一项：预置阈值和像素单元电路在感光区域中的区域位置。如此，通过图像传感器中的模拟电路控制增益电容容量提高图像增益，使得图像传感器的输出图像为HDR图像，这种直接获取HDR图像的方式，能够降低获取HDR图像的功耗，且无需根据多个输出图像进行融合，进而避免由于时间差造成多个输出图像进行融合时导致的拖影问题。
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 (7)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：多个感光色彩通道，所述多个感光色彩通道中的每个感光色彩通道对应至少一个像素单元电路；
所述像素单元电路包括增益电容，所述增益电容的电容容量由第一信息确定，其中，所述第一信息包括所述像素单元电路在感光区域中的区域位置；
所述感光区域包括至少一个子区域，所述至少一个子区域中的每个子区域对应的所述感光区域中的一个区域位置；所述至少一个子区域是以所述感光区域的中心为原点，以所述感光区域中的不同视场划分得到的；
针对所述每个子区域对应多个像素单元电路，所述多个像素单元电路中的每个像素单元电路分别设置一个增益电容，且各个所述子区域设置的增益电容的电容容量均不同；
从所述原点开始，沿着远离所述原点的方向，经过的所述子区域设置的增益电容的电容容量逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，在所述第一信息还包括预置阈值，并且所述预置阈值为大于1的正整数的情况下，
针对所述每个感光色彩通道对应至少两个像素单元电路，所述至少两个像素单元电路中的每个像素单元电路分别设置一个增益电容，且所述每个像素单元电路设置的增益电容的电容容量都不相同；
其中，所述预置阈值为：所述每个感光色彩通道对应的所述像素单元电路的数量。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，在所述第一信息还包括预置阈值，并且所述预置阈值为1的情况下，
针对所述每个感光色彩通道对应单个像素单元电路，所述单个像素单元电路设置一个增益电容，且通道类型相同的所述每个感光色彩通道设置的增益电容的电容容量相同；
其中，所述预置阈值为：所述每个感光色彩通道对应的所述像素单元电路的数量。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一信息包括预置阈值和所述像素单元电路在感光区域中的区域位置；
在所述预置阈值为大于1的正整数的情况下，针对所述每个子区域中的每个感光色彩通道，为所述每个感光色彩通道对应的至少两个像素单元电路中的每个像素单元电路分别设置一个增益电容，且所述每个像素单元电路设置的增益电容的电容容量都不同；
在所述预置阈值等于1的情况下，针对所述每个子区域中的每个感光色彩通道，为所述每个感光色彩通道对应的一个像素单元电路设置一个增益电容，且通道类型相同的所述每个感光色彩通道设置的增益电容的电容容量相同；
其中，所述预置阈值为：所述每个感光色彩通道对应的所述像素单元电路的数量。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素单元电路包括第一电路模块、控制开关模块和所述增益电容，所述第一电路模块与所述控制开关模块的一端连接，所述控制开关模块的另一端与所述增益电容连接；
其中，所述第一电路模块用于对模拟信号进行初始增益放大处理，所述控制开关模块用于控制所述增益电容的断开或连接，所述增益电容用于对所述模拟信号进行二次增益的放大处理。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，所述控制开关模块为MOS管。
7.根据权利要求1-6任一项所述的图像传感器，所述第一信息还包括：单一像素尺寸。
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