CN113810637A - 用于减少图像信息损失的像素阵列和包括其的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于减少图像信息损失的像素阵列和包括该像素阵列的图像传感器。像素阵列包括：具有特定大小的多个滤色器阵列(CFA)单元，每个CFA单元在该CFA单元的宽度方向和长度方向上包括多个CFA块，其中每一个CFA块包括子块和不同于子块的远离中心区域，子块在每一个CFA块的中心区域处并且包括m×n个颜色像素，远离中心区域包括颜色像素，其中，子块的m×n个颜色像素包括感测第一颜色至第三颜色的颜色像素，并且远离中心区域包括感测第一颜色的相对较多数量个第一像素和感测选自第二颜色和第三颜色中的至少一种颜色的相对较少数量个第二像素。

Description

用于减少图像信息损失的像素阵列和包括其的图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2020年6月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0072618和于2021年3月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0042232的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明构思涉及图像传感器，更具体地涉及用于减少图像信息损失的像素阵列以及包括该像素阵列的图像传感器。
背景技术
图像传感器捕获对象的二维(2D)或三维(3D)图像。图像传感器使用对从对象反射的光的强度做出反应的光电转换元件生成对象的图像。随着互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的最新发展，使用CMOS的CMOS图像传感器(CIS)已被广泛使用。
图像传感器可以包括像素阵列。当图像传感器具有更高的像素计数时，像素阵列可以包括更多的颜色像素。为了将从图像传感器输出的原始图像转换成诸如RGB图像之类的特定图案，可以执行基于插值和/或外推的重排(remosaic)处理。当与相邻颜色像素的距离(在该处理中可以被参考)增加时，可能发生图像信息损失。
发明内容
本发明构思提供了一种用于防止或减少在处理由图像传感器捕获的图像期间图像信息损失的增加的像素阵列。
根据本发明构思的一个方面，提供了图像传感器的像素阵列。像素阵列包括：具有特定大小的多个滤色器阵列(CFA)单元，多个CFA单元中的每一个CFA单元在该CFA单元的宽度方向和该CFA单元的长度方向上包括多个CFA块，其中，多个CFA块中的每一个CFA块包括子块和不同于子块的远离中心区域，子块在多个CFA块中的每一个CFA块的中心区域处并且包括m×n个颜色像素，并且远离中心区域包括其他颜色像素，子块的m×n个颜色像素包括感测第一颜色、第二颜色和第三颜色的颜色像素，并且远离中心区域包括感测第一颜色的第一数量个第一像素和感测选自第二颜色和第三颜色中的至少一种颜色的第二数量个第二像素，第一像素的第一数量大于第二像素的第二数量。
根据本发明构思的一个方面，提供了图像传感器的像素阵列。像素阵列包括具有特定大小的多个滤色器阵列(CFA)单元，多个CFA单元中的每一个CFA单元在该CFA单元的宽度方向和该CFA单元的长度方向上包括2×2个CFA块，2×2个CFA块中的每一个CFA块包括4×4个颜色像素。2×2个CFA块中的每一个CFA块包括子块和远离中心区域，子块在2×2个CFA块中的每一个CFA块的中心区域处并且包括2×2个颜色像素，并且远离中心区域为2×2个CFA块中的每一个CFA块的除了所述子块之外的区域并且包括12个颜色像素。2×2个CFA块包括红色CFA块、绿色CFA块和蓝色CFA块，并且子块包括1个红色像素、1个蓝色像素和2个绿色像素，其中红色CFA块的远离中心区域中的12个颜色像素包括1个蓝色像素和11个红色像素。
根据本发明构思的一个方面，提供了一种图像传感器。图像传感器包括：像素阵列，包括多个滤色器阵列(CFA)单元，每个CFA单元在该CFA单元的宽度方向和该CFA单元的长度方向上包括多个CFA块，多个CFA块中的每一个CFA块包括子块和不同于子块的远离中心区域，子块在多个CFA块中的每一个CFA块的中心区域处并且包括n×n个颜色像素，并且远离中心区域包括其他颜色像素，其中“n”是至少为2的整数。像素阵列还包括读取电路，该读取电路被配置为从像素阵列的颜色像素读取像素值。子块的n×n个颜色像素包括感测第一颜色、第二颜色和第三颜色的颜色像素，并且远离中心区域包括感测第一颜色、第二颜色和第三颜色之一的第一数量个第一像素、以及感测第一颜色、第二颜色和第三颜色中的另一种颜色的第二数量个第二像素，第一像素的第一数量大于第二像素的第二数量。
附图说明
根据以下结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的实施例，在附图中：
图1是根据一些示例实施例的包括像素阵列在内的图像传感器的框图；
图2和图3是根据示例实施例的像素阵列的一些示例实施例的图；
图4示出了根据一些示例实施例的像素阵列和重排的颜色图案；
图5示出了根据一些示例实施例的滤色器阵列(CFA)单元的一些示例实施例；
图6示出了图4的CFA单元中包括的颜色像素中的每一个的插值距离的示例；
图7至图9示出了根据一些示例实施例的像素阵列的一些示例实施例；
图10是根据一些示例实施例的图像处理单元的框图；
图11A至图11C是根据一些示例实施例的像素阵列的一些示例实施例的图；
图12示出了根据一些示例实施例的使用块间方法的合并(binning)处理和使用块内方法的合并处理的示例；
图13至图15示出了根据一些示例实施例的CFA块的一些示例实施例；
图16示出了根据一些示例实施例的颜色像素的一些示例实施例；以及
图17和图18是根据一些示例实施例的包括使用图像传感器的多相机模块在内的电子设备的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来详细描述示例实施例。
图1是根据一些示例实施例的包括像素阵列在内的图像传感器的框图。
参考图1，图像传感器100可以包括像素阵列110、行驱动器120、读取电路130和控制器140。图像传感器100可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。
控制器140可以控制行驱动器120和读取电路130。像素阵列110可以包括多个像素(例如，颜色像素)。像素中的每一个可以包括至少一个光敏元件(未示出)。光敏元件可以感测每个像素中的光，并且根据感测到的光的强度来生成电信号。光敏元件可以包括光电二极管、光电门、光电晶体管等。根据示例实施例，像素阵列110可以包括各种图案的颜色像素。颜色像素中的每一个可以生成与至少一种颜色相关的电信号作为像素信号。尽管在图1中未示出，但是可以对像素阵列110的像素信号执行诸如重排之类的处理，并且可以通过该处理将像素阵列110的颜色图案转换为诸如拜耳图案之类的特定图案。
像素阵列110可以将与光敏元件吸收的光相对应的电信号输出到读取电路130。行驱动器120可以输出控制像素阵列110的每个颜色像素的信号。例如，行驱动器120可以输出信号，该信号复位每个颜色像素的光敏元件或者控制光敏元件输出与在其中累积的光电荷相对应的电信号。
读取电路130可以从像素阵列110接收电信号并输出像素值(或像素数据)。例如，读取电路130可以包括模数转换器(ADC)，并且输出与从像素阵列110接收的模拟信号相对应的数字信号作为像素数据。
尽管在图1中未示出，但是图像传感器100的像素数据可以被提供给图像处理单元(未示出)，并且图像处理单元可以基于数字信号处理来执行诸如重排之类的处理操作。根据示例实施例，可以定义：由图像传感器100的元件(例如，处理器)或者由图像传感器100外部的单独的处理单元来执行诸如重排之类的处理操作。
在下文中，将根据示例实施例示出像素阵列110的颜色像素的一些示例实施例。
图2和图3是根据示例实施例的像素阵列的一些示例实施例的图。
参考图1至图3，图像传感器100可以包括像素阵列110，并且可以在像素阵列110中设置滤色器阵列(CFA)以允许每个像素感测特定颜色。在下面的示例实施例的描述中，可以不同地定义术语“滤色器”、“颜色像素”、“滤光器阵列”和“像素阵列”。例如，CFA可以被定义为设置在包括光敏元件在内的像素阵列上的单独的元件，或者被定义为包括在像素阵列中。换句话说，可以将颜色像素定义为包括对应的滤色器。在下面的示例实施例的描述中，CFA单元、CFA块和子块中的每一个可以被定义为包括颜色像素。
像素阵列110可以包括以特定单元定义的多个CFA单元111。例如，像素阵列110可以在长度方向和宽度方向上包括多个CFA单元111。CFA单元111中的每一个可以包括具有特定大小的颜色像素。
CFA单元111中的每一个可以被定义为包括多个CFA块，并且可以指代相同CFA块的最小结构。图2示出了一些示例实施例，在其中CFA单元111包括M×N个CFA块，使得CFA单元111在宽度方向上包括M个CFA块并且在长度方向上包括N个CFA块(M和N是正整数)。在诸如CIS之类的高清图像传感器中，颜色像素的数量可以增加，因此，CFA单元111的大小和CFA块的大小可以增加。
此时，在每个CFA块包括相同种类的颜色像素(或感测相同颜色的像素)的一些示例实施例中，当从图像传感器输出的原始图像被转换为RGB图像时，颜色像素(例如，中心颜色像素)与相邻颜色像素之间的距离(这在诸如插值或外推之类的图像处理期间可以被参考)增加，从而导致图像信息损失。具体地，CFA块的大小越大，要被参考的与相邻颜色像素的距离就越大，因此，图像损失率也增加。
在示例实施例中，CFA单元111的颜色像素(或滤色器)和像素阵列110的CFA块可以具有可以在图像处理期间减小图像损失率的图案。在一些示例实施例中，CFA单元111包括4个(或2×2个)CFA块，并且每个CFA块感测至少两种颜色或一个CFA块感测施加到像素阵列110的所有颜色，并且一些示例实施例可以通过减少插值距离来减少图像信息损失。
根据一些示例实施例，如图3所示，CFA块可以包括多个颜色像素。例如，在宽度方向上布置“c”个颜色像素并且在长度方向上布置“d”个颜色像素，使得CFA块包括c×d个颜色像素(c和d是正整数)。在像素阵列110包括红颜色像素、蓝颜色像素和绿颜色像素(分别被称为红色像素、蓝色像素和绿色像素)的一些示例实施例中，CFA块可以在示例实施例中包括红色像素、蓝色像素和绿色像素。
在一些示例实施例中，在CFA块的内部(例如，中心区域或另一位置)中包括特定数量个像素在内的单元可以被称为子块。子块可以包括a×b个颜色像素(a和b是正整数)。例如，如图3所示，红色像素R、蓝色像素B和绿色像素G全部一起布置在子块中。
另外，可以在除CFA块中的子块之外的其余区域(例如，CFA块的边界或远离中心区域(outer region))中布置多个颜色像素。例如，可以将感测特定颜色的大多数像素和感测其他颜色的少数像素(例如，一个或两个像素)一起布置在远离中心区域中。换句话说，CFA块的远离中心区域可以包括感测特定颜色的多个第一像素P1和感测另一颜色的至少一个第二像素P2。
根据一些示例实施例，根据CFA块中包括的颜色像素的种类，CFA块可以被称为红色CFA块、蓝色CFA块或绿色CFA块。例如，当在CFA块中红色像素的数量最多时，CFA块可以被称为红色CFA块。当在CFA块的远离中心区域中的第一像素P1是红色像素时，CFA块可以被称为红色CFA块。
在一些示例实施例中，第一像素P1(或红色像素)可以主要布置在红色CFA块的远离中心区域中，并且可以进一步在红色CFA块的远离中心区域中布置至少一个第二像素P2(例如，蓝色像素)。例如，大部分红色像素可以布置在红色CFA块的远离中心区域中，并且蓝色像素可以布置在红色CFA块的远离中心区域的至少一个角部中。类似地，大部分蓝色像素可以布置在蓝色CFA块的远离中心区域中，并且红色像素可以布置在蓝色CFA块的远离中心区域的至少一个角部中。根据一些示例实施例，仅绿色像素可以布置在绿色CFA块的远离中心区域中，或者感测与绿色不同的另一颜色的至少一个像素也可以布置在绿色CFA块的远离中心区域中。
在上述一些示例实施例中应用于像素阵列110的红色像素、蓝色像素和绿色像素仅是示例，并且实施例不限于此。例如，在诸如青色滤光器和RGBW滤光器之类的各种滤光器中涉及的颜色像素可以应用于一些示例实施例，并且一些示例实施例不限于感测特定颜色的图案。
下面将描述根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的特定的一些示例实施例。尽管在下面的示例实施例中第二像素P2布置在CFA块的远离中心区域的一个角部中，但是一些示例实施例不限于此。换句话说，如上所述，至少两个第二像素P2可以布置在CFA块的远离中心区域中。实施例可以进行各种修改。例如，第二像素P2可以布置在远离中心区域的不同于角部的另一位置中。
图4示出了根据一些示例实施例的像素阵列和重排的颜色图案。在下文中，描述了包括8×8个像素的CFA单元，但是在一些示例实施例中，可以不同地设置CFA单元的大小。
根据一些示例实施例，CFA单元包括4个CFA块，因此，每个CFA块可以包括4×4个颜色像素。例如，当上述像素阵列包括红色像素、绿色像素和蓝色像素时，每个CFA块可以包括红色像素、绿色像素和蓝色像素。图4的(e)中示出的CFA单元可以包括图4的(a)中示出的红色CFA块、图4的(b)中示出的绿色CFA块和图4的(c)中示出的蓝色CFA块。大小为8×8的CFA单元可以通过重排处理转换成图4的(f)中所示的拜耳图案。上述的CFA单元和通过转换得到的拜耳图案可以被称为图案CFA对或CFA图案对。
如图4的(d)所示，红色CFA块、绿色CFA块和蓝色CFA块中的每一个可以包括具有特定大小的子块。例如，子块可以包括2×2个颜色像素。根据一些示例实施例，子块包括红色像素、绿色像素和蓝色像素，因此，红色、绿色和蓝色可以全部一起由子块感测。子块中的像素布置可以变化。例如，绿色像素、蓝色像素、红色像素和绿色像素(或GBRG)顺序布置在子块的左上方、右上方、左下方和右下方，如图4的(d)中所示。
可以基于4个CFA块的布置来实现各种类型的CFA单元。例如，图4的(e)中所示的CFA单元示出了一个示例，其中绿色CFA块、红色CFA块、蓝色CFA块和绿色CFA块顺序地位于CFA单元的左上方、右上方、左下方和右下方。为了便于描述，可以通过使用GRBG CFA块的前两个字母和子块的GBRG像素的前两个字母将图4的(e)中所示的8×8CFA单元称为GR-GB图案单元。
可能需要红色、绿色和蓝色的插值，以使用图4中的(e)和(f)中所示的一对图案将8×8CFA单元重排成拜耳图案。当执行绿色的插值时，可以选择相对较多的相邻绿色像素，因为与红色或蓝色相比，绿色包括更多的图像边缘信息。例如，可以在四个方向(例如，斜线方向、反斜线方向、水平方向和竖直方向)中的每个方向上选择插值所需的相邻绿色像素，并且可以计算从针对其计算插值的像素(例如，中心像素)到相邻绿色像素的距离的平均值作为中心像素的插值距离。相反，当执行蓝色或红色的插值时，可以选择至少一个相邻像素，而与相对于针对其计算插值的像素的方向无关。
根据一些示例实施例，至少一个CFA块可以在其远离中心区域中具有感测至少两种颜色的像素。例如，如图4的(a)所示，红色CFA块的远离中心区域可以主要包括红色像素和一个第二像素P2(例如，左下角的蓝色像素)。如图4的(c)所示，蓝色CFA块的远离中心区域可以主要包括蓝色像素和一个第二像素P2(例如，右上角的红色像素)。尽管在图4中示出了绿色CFA块的远离中心区域中的像素全是绿色像素，但是至少一个第二像素P2可以布置在绿色CFA块的远离中心区域中。
参考图4的(e)和(f)，每个CFA块的子块中的颜色像素的布置可以与拜耳图案中的对应位置中的颜色像素的布置相同。因此，一个CFA单元的4个子块的每个颜色像素的插值距离可以被计算为0，因此，可以实现插值距离的减小。
关于CFA单元的4个CFA块，可以定义包括4个CFA块中的每一个CFA块的颜色像素在内的第一区域DR。第一区域DR可以包括蓝色CFA块的第二像素P2、红色CFA块的第二像素P2、以及相应的两个绿色CFA块的两个绿色像素。第一区域DR中的颜色像素的布置可以与拜耳图案中的对应位置处的颜色像素的布置相同。因此，在CFA单元中插值距离为0的颜色像素的数量可以增加，并且因此，可以进一步减小CFA单元的插值距离。
换句话说，根据一些示例实施例，根据CFA单元的像素布置存在插值距离为0的颜色像素，并且插值距离为0的许多颜色像素(例如，上述子块的颜色像素和第一区域DR的颜色像素)可以被保护。因此，可以增加在CFA单元中插值距离为0的颜色像素的数量，因此，可以减少或防止图像信息损失。
图5示出了根据一些示例实施例的CFA单元的一些示例实施例。在图5所示的一些示例实施例中，CFA单元包括2×2个CFA块，并且在图5的(a)至(d)中分别示出的红色CFA块、绿色CFA块、蓝色CFA块和子块与图4所示的那些相同。图5所示的CFA单元可以通过重排处理被转换成图5的(h)所示的拜耳图案。
图5的(e)所示的CFA单元可以包括在其左上方的绿色CFA块、在其右上方的蓝色CFA块、在其左下方的红色CFA块、以及在其右下方的另一个绿色CFA块。绿色CFA块、红色CFA块和蓝色CFA块中的每一个可以包括子块。子块可以在其左上方、右上方、左下方和右下方顺序包括绿色像素、蓝色像素、红色像素和绿色像素。
可以根据CFA块的布置来不同地实现CFA单元。例如，图5的(f)中所示的CFA单元可以包括在其左上方的红色CFA块、在其右上方的绿色CFA块、在其左下方的另一绿色CFA块、以及在其右下方的蓝色CFA块。图5的(g)中所示的CFA单元可以包括在其左上方的蓝色CFA块、在其右上方的绿色CFA块、在其左下方的另一绿色CFA块、以及在其右下方的红色CFA块。
根据上述一些示例实施例，每个CFA块的子块的颜色像素的插值距离可以是0。第一区域DR可以被定义为由分别位于相应的4个CFA块的远离中心区域中的颜色像素形成。第一区域DR可以包括在蓝色CFA块的远离中心区域中的第二像素(例如，红色像素)、在红色CFA块的远离中心区域中的第二像素(例如，蓝色像素)、以及在两个绿色CFA块中的每一个的远离中心区域中的绿色像素。第一区域DR的颜色像素的插值距离可以具有值0。
根据图5中的CFA单元的一些示例实施例，在如图5的(e)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的相应的4个角部中的4个颜色像素可以形成第一区域DR，在如图5的(f)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的左侧和右侧中的每一个的中间处的2个颜色像素可以形成第一区域DR，以及在如图5的(g)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的顶侧和底侧中的每一个的中间处的2个颜色像素可以形成第一区域DR。
图6示出了图4的CFA单元中包括的每个颜色像素的插值距离的示例。
根据一些示例实施例，当使用上述方法计算要重排的每个颜色像素的插值距离时，可以获得图6中所示的值。例如，在绿色的插值的一些示例实施例中，可以选择在四个方向(例如，斜线方向、反斜线方向、水平方向和竖直方向)中的每一个方向上彼此最相邻的两个相邻的绿色像素。在红色或蓝色的插值的一些示例实施例中，可以选择彼此最相邻而与方向无关的两个相邻的红色或蓝色像素。
如图6所示，每个CFA单元的子块的每个颜色像素和第一区域DR的颜色像素的插值距离可以被计算为0。在其他颜色像素的一些示例实施例中，可以通过使用图4的(e)和(f)的一对图案来减小用于插值的要被参考的与相邻颜色像素的距离。因此，可以最小化在CFA单元中计算的插值距离的总平均值，因此，也可以最小化图像信息损失。
在下文中，将描述可以根据示例实施例实现的各种滤色器阵列的示例。实施例不限于以下描述的滤色器阵列的特定示例，并且滤色器阵列的像素的特定布置可以被部分地修改，只要实现一些示例实施例的效果即可。
图7至图9示出了根据一些示例实施例的像素阵列的一些示例实施例。图7至图9示出了子块的颜色像素的布置的各种示例以及CFA块的远离中心区域中的颜色像素的布置的各种示例。
可以如图7的(a)至(c)中所示那样分别实现红色CFA块、绿色CFA块和蓝色CFA块，并且每个CFA块可以包括图7的(d)中所示的子块。另外，图7所示的每个CFA单元可以通过重排处理被转换成图7的(i)中所示的拜耳图案。
在图7的一些示例实施例中，每个CFA块的子块可以在其左上方、右上方、左下方和右下方顺序包括绿色像素、红色像素、蓝色像素和绿色像素。如图7的(a)中所示，红色像素可以主要布置在红色CFA块的远离中心区域中，并且一个蓝色像素可以被进一步布置为红色CFA块的远离中心区域中的第二像素。蓝色像素可以布置在红色CFA块的远离中心区域的右上角。如图7的(b)所示，绿色像素可以布置在绿色CFA块的远离中心区域中。例如，感测不同于绿色的其他颜色的像素可以不布置在绿色CFA块的远离中心区域中。如图7的(c)所示，蓝色像素可以主要布置在蓝色CFA块的远离中心区域中，并且一个红色像素可以被进一步布置为蓝色CFA块的远离中心区域中的第二像素。红色像素可以布置在蓝色CFA块的远离中心区域的左下角。
如上所述，根据CFA块的一些示例实施例，红色CFA块和蓝色CFA块中的每一个的颜色像素可以具有特定图案。例如，可以从红色CFA块和蓝色CFA块中的每一个的右上角到其左下角顺序地布置蓝色像素、红色像素、蓝色像素和红色像素。
可以基于CFA块的布置来实现各种类型的CFA单元。例如，参考图7的(e)，CFA单元可以包括在其左上方的绿色CFA块、在其右上方的红色CFA块、在其左下方的蓝色CFA块、以及在其右下方的另一绿色CFA块。参考图7的(f)，CFA单元可以包括在其左上方的绿色CFA块、在其右上方的蓝色CFA块、在其左下方的红色CFA块、以及在其右下方的另一绿色CFA块。参考图7的(g)，CFA单元可以包括在其左上方的红色CFA块、在其右上方的绿色CFA块、在其左下方的另一绿色CFA块、以及在其右下方的蓝色CFA块。参考图7的(h)，CFA单元可以包括在其左上方的蓝色CFA块、在其右上方的绿色CFA块、在其左下方的另一绿色CFA块、以及在其右下方的红色CFA块。
类似于上述一些示例实施例，每个CFA块的子块中的颜色像素的插值距离可以具有值0，并且包括插值距离为0的颜色像素的第一区域DR可以更被保护。根据图7中的CFA单元的一些示例实施例，在如图7的(e)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的相应的4个角部中的4个颜色像素可以形成第一区域DR，在如图7的(f)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的中心处的4个颜色像素可以形成第一区域DR，在如图7的(g)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的顶侧和底侧中的每一个的中间处的2个颜色像素可以形成第一区域DR，以及在如图7的(h)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的左侧和右侧中的每一个的中间处的2个颜色像素可以形成第一区域DR。
图8示出了CFA单元的其他一些示例实施例。可以如图8的(a)至(c)中所示那样分别实现红色CFA块、绿色CFA块和蓝色CFA块，并且每个CFA块可以包括图8的(d)所示的子块。另外，图8所示的每个CFA单元可以通过重排处理被转换成图8的(i)所示的拜耳图案。
在图8的一些示例实施例中，每个CFA块的子块可以在其左上方、右上方、左下方和右下方顺序包括蓝色像素、绿色像素、绿色像素和红色像素。如图8的(a)所示，红色像素可以主要布置在红色CFA块的远离中心区域中，并且一个蓝色像素可以被进一步布置为红色CFA块的远离中心区域中的第二像素。蓝色像素可以布置在红色CFA块的远离中心区域的右下角。如图8的(b)所示，绿色像素可以布置在绿色CFA块的远离中心区域中。感测不同于绿色的其他颜色的像素可以不布置在绿色CFA块的远离中心区域中。如图8的(c)所示，蓝色像素可以主要布置在蓝色CFA块的远离中心区域中，并且一个红色像素可以被进一步布置为蓝色CFA块的远离中心区域中的第二像素。红色像素可以布置在蓝色CFA块的远离中心区域的左上角。
类似于上述示例实施例，可以实现各种类型的CFA单元。例如，参考图8的(e)，CFA单元可以包括在其左上方的绿色CFA块、在其右上方的红色CFA块、在其左下方的蓝色CFA块、以及在其右下方的另一绿色CFA块。参考图8的(f)，CFA单元可以包括在其左上方的绿色CFA块、在其右上方的蓝色CFA块、在其左下方的红色CFA块、以及在其右下方的另一绿色CFA块。参考图8的(g)，CFA单元可以包括在其左上方的红色CFA块、在其右上方的绿色CFA块、在其左下方的另一绿色CFA块、以及在其右下方的蓝色CFA块。参考图8的(h)，CFA单元可以包括在其左上方的蓝色CFA块、在其右上方的绿色CFA块、在其左下方的另一绿色CFA块、以及在其右下方的红色CFA块。
根据图8中的CFA单元的一些示例实施例，在如图8的(e)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的左侧和右侧中的每一个的中间处的2个颜色像素可以形成第一区域DR，在如图8的(f)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的顶侧和底侧中的每一个的中间处的2个颜色像素可以形成第一区域DR，在图8的(g)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的中心处的4个颜色像素可以形成第一区域DR，以及在图8的(h)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的相应的4个角部中的4个颜色像素可以形成第一区域DR。
图9示出了CFA单元的其他一些示例实施例。可以如图9的(a)至(c)所示那样分别实现红色CFA块、绿色CFA块和蓝色CFA块，并且每个CFA块可以包括图9的(d)所示的子块。另外，图9所示的每个CFA单元可以通过重排处理被转换成图9的(i)所示的拜耳图案。
在图9的一些示例实施例中，每个CFA块的子块可以在其左上方、右上方、左下方和右下方顺序包括红色像素、绿色像素、绿色像素和蓝色像素。如图9的(a)所示，红色像素可以主要布置在红色CFA块的远离中心区域中，并且一个蓝色像素可以被进一步布置为红色CFA块的远离中心区域中的第二像素。蓝色像素可以布置在红色CFA块的远离中心区域的左上角。如图9的(b)所示，绿色像素可以布置在绿色CFA块的远离中心区域中。感测不同于绿色的其他颜色的像素可以不布置在绿色CFA块的远离中心区域中。如图9的(c)所示，蓝色像素可以主要布置在蓝色CFA块的远离中心区域中，并且一个红色像素可以被进一步布置为蓝色CFA块的远离中心区域中的第二像素。红色像素可以布置在蓝色CFA块的远离中心区域的右下角。
类似于上述一些示例实施例，可以实现各种类型的CFA单元。例如，参考图9的(e)，CFA单元可以包括在其左上方的绿色CFA块、在其右上方的红色CFA块、在其左下方的蓝色CFA块、以及在其右下方的另一绿色CFA块。参考图9的(f)，CFA单元可以包括在其左上方的绿色CFA块、在其右上方的蓝色CFA块、在其左下方的红色CFA块、以及在其右下方的另一绿色CFA块。参考图9的(g)，CFA单元可以包括在其左上方的红色CFA块、在其右上方的绿色CFA块、在其左下方的另一绿色CFA块、以及在其右下方的蓝色CFA块。参考图9的(h)，CFA单元可以包括在其左上方的蓝色CFA块、在其右上方的绿色CFA块、在其左下方的另一绿色CFA块、以及在其右下方的红色CFA块。
根据图9中的CFA单元的一些示例实施例，在如图9的(e)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的顶侧和底侧中的每一个的中间处的2个颜色像素可以形成第一区域DR，在如图9的(f)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的左侧和右侧中的每一个的中间处的2个颜色像素可以形成第一区域DR，在如图9的(g)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的相应的4个角部中的4个颜色像素可以形成第一区域DR，以及在如图9的(h)中所示的一些示例实施例中，CFA单元的中心处的4个颜色像素可以形成第一区域DR。
根据上述一些示例实施例，可以不同地形成像素阵列的颜色图案，并且多种颜色(例如，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B))可以全部一起由具有特定大小的CFA块来感测。因此，可以减小用于插值和/或外推的与相邻颜色像素的距离，并且还可以减少图像信息损失。当根据上述一些示例实施例来布置CFA块的远离中心区域中的颜色像素时，可以在CFA单元中增加插值距离为0的颜色像素的数量，因此，CFA单元的总插值距离可以减小。结果，可以减少颜色转换期间的图像信息损失。尽管在以上实施例中已经描述了CFA块的远离中心区域包括一个不同的颜色像素，但是可以对CFA块的远离中心区域进行各种修改以实现一些示例实施例的效果。尽管在以上实施例中已经描述了在绿色CFA块的远离中心区域中不布置感测与绿色不同的颜色的第二像素，但是也可以根据一些示例实施例在绿色CFA块的远离中心区域中布置感测不同颜色的第二像素。
图10是根据一些示例实施例的包括图像传感器在内的图像处理单元的示例的框图。
参考图10，图像处理单元(或图像处理设备200)可以包括：像素阵列210，包括CFA单元211；以及图像处理器220，使用来自像素阵列210的像素值来执行图像处理。根据一些示例实施例，上述图像传感器可以被定义为包括像素阵列210和图像处理器220的至少一些配置。例如，图像传感器可以被定义为包括用于合并(binning)处理的配置和/或用于重排处理的配置。
像素阵列210可以包括根据上述一些示例实施例的具有各种图案的CFA单元211，并且布置在像素阵列210中的颜色像素的像素值可以被提供给图像处理器220。图像处理器220可以包括各种逻辑单元，这些逻辑单元处理像素值以生成图像数据。例如，图像处理器220可以包括合并处理器221和重排处理器222。在合并处理器221的控制下，可以在选择高清模式时使用具有相对高的分辨率的像素值来执行图像处理，或在选择低清模式时使用具有相对低的分辨率的像素值来执行图像处理。重排处理器222可以执行与重排处理有关的像素的插值。根据上述一些示例实施例，可以使用CFA单元的像素值来生成与拜耳图案相对应的像素值。
根据一些示例实施例，像素阵列210可以包括以上实施例中描述的CFA单元(或CFA块)，并且可以基于在一些示例实施例中已经描述的颜色像素的布置来执行合并处理。作为执行合并处理的结果，可以减小由图像处理器220处理的图像数据的大小，并且还可以减小每帧的数据的大小，从而可以在视频模式下维持高帧率。
根据一些示例实施例，可以基于各种方法来执行合并处理。例如，可以基于以下方法来执行合并处理：图像处理器220执行像素阵列210的颜色像素的像素值的数字加法。备选地或附加地，可以基于以下方法来执行合并处理：以模拟方式将像素阵列210的至少两个颜色像素的电信号相加。
根据一些示例实施例，可以不同地选择在合并处理中对其信号进行相加的颜色像素。例如，根据块内方法，可以选择一个CFA块中的感测相同颜色的颜色像素，并且可以以模拟或数字方式将颜色像素的信号相加。例如，可以选择一个CFA块中的感测相同颜色的所有或一些颜色像素。
根据块间方法，可以选择至少两个CFA块中的感测相同颜色的颜色像素，并且可以以模拟或数字方式将颜色像素的信号相加。例如，可以将一个CFA块中的以及相邻CFA块的至少一行或列中的感测相同颜色的颜色像素的信号相加。
下面将描述根据一些示例实施例的通过将模拟信号相加来执行合并处理的示例。图11A至图11C是根据一些示例实施例的像素阵列的一些示例实施例的图。
图11A示出了这样一个示例：像素阵列包括多个颜色像素，并且“n”个颜色像素CP1至CPn彼此共享一个浮动扩散区域FD(n是正整数)。例如，一个CFA块中的感测相同颜色的至少一些颜色像素可以彼此共享浮动扩散区域FD。根据一些示例实施例，CFA块中的感测相同颜色的所有或一些颜色像素可以彼此共享浮动扩散区域FD。
每个颜色像素可以包括光电二极管PD和传输门TG。例如，当各个“n”个颜色像素CP1至CPn的传输门TG全部被接通时，“n”个颜色像素CP1至CPn的光电荷可以同时被提供给浮动扩散区域FD。当分别控制各个“n”个颜色像素CP1至CPn的传输门TG时，可以在不同的时刻将“n”个颜色像素CP1至CPn的光电荷提供给浮动扩散区域FD。例如，当不执行合并模式时，在不同的时刻将“n”个颜色像素CP1至CPn的光电荷提供给浮动扩散区域FD。当执行合并模式时，“n”个颜色像素CP1至CPn的光电荷同时被提供给浮动扩散区域FD，使得可以在浮动扩散区域FD中对“n”个颜色像素CP1至CPn的信号进行相加。
图11B和图11C示出了根据一些示例实施例的在合并模式下的示例操作。图11B和图11C示出了CFA单元的多个颜色像素。在图11B和图11C中示出了对图4中的CFA单元执行合并处理的示例。另外，在图11B和图11C的示例中，将块内方法应用于合并处理，并且因此，对CFA块中的感测相同颜色的像素的信号进行相加。图11B示出了对CFA单元的上两个CFA块执行合并处理的示例，图11C示出了对CFA单元的下两个CFA块执行合并处理的示例。
参考图11B和图11C，可以基于共享浮动扩散区域FD的方法来将每个CFA块划分为多个组。例如，可以将CFA单元左上方的绿色CFA块划分为组G00、G01、G10和G11，这些组分别位于绿色CFA块的左上方、右上方、左下方和右下方，并且每个组包括2×2个颜色像素。组G00至G11中的每一个中的4个颜色像素可以彼此共享一个浮动扩散区域FD。当执行合并处理时，可以将每组中的感测相同颜色的颜色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD。例如，在绿色CFA块的一些示例实施例中，可以将组G00中的4个绿色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD，可以将组G01中的3个绿色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD，可以将组G10中的3个绿色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD，以及可以将组G11中的4个绿色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD。类似地，可以将红色CFA块中的每个组的3个像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD。
从组G00至G11中的每一个提供的信号(例如，总和信号)可以被提供给读取电路RC，并且可以从读取电路RC输出与该总和信号相对应的像素值。可以通过模拟或数字计算处理对组G00至G11的像素值相加，并且可以通过加法来计算与绿色CFA块相对应的绿色像素值。
当不执行合并处理时，绿色CFA块的4×4个颜色像素中的每一个分别连接到浮动扩散区域FD并且将光电荷传输到浮动扩散区域FD。
图11C示出了在CFA单元的左下方的蓝色CFA块和在CFA单元的右下方的绿色CFA块。当执行合并处理时，可以将蓝色CFA块中的每个组中的3个蓝色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD并将其相加。例如，可以将CFA单元的左下方的蓝色CFA块划分为组B00、B01、B10和B11，这些组分别位于蓝色CFA块的左上方、右上方、左下方和右下方，并且每个组包括2×2个颜色像素。组B00至B11中的每一个中的4个颜色像素可以彼此共享一个浮动扩散区域FD。当执行合并处理时，可以将每组中的感测相同颜色的颜色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD。例如，在蓝色CFA块的一些示例实施例中，可以将组B00中的3个蓝色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD，可以将组B01中的3个蓝色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD，可以将组B10中的3个蓝色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD，以及可以将组B11中的3个蓝色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD。
在绿色CFA块的一些示例实施例中，一些组中的每一个包括4个绿色像素，并且可以将4个绿色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD并将其相加。其他组中的每一个包括3个绿色像素，并且可以将3个绿色像素的光电荷提供给浮动扩散区域FD并将其相加。
图12示出了根据一些示例实施例的使用块间方法的合并处理和使用块内方法的合并处理的示例。图12示出了红色CFA块、绿色CFA块和蓝色CFA块中的每一个的合并处理的示例。
在红色CFA块中，子块中的3个颜色像素和远离中心区域中的1个颜色像素感测不同于红色的其他颜色。由于基于块内方法来执行合并处理，因此可以将红色CFA块的12个红色像素相加。类似地，可以将绿色CFA块的14个绿色像素相加，并且可以将蓝色CFA块的12个蓝色像素相加。
在块间方法的一些示例实施例中，当计算与CFA块相对应的像素值时，还可以使用至少一个相邻CFA块的颜色像素。例如，在图12所示的示例中，还可以使用相邻CFA块的一行中的颜色像素或相邻CFA块的两行中的颜色像素。
例如，对于红色CFA块，可以将与红色CFA块的12个红色像素相对应的信号和与红色CFA块相邻的CFA块的一行中的红色像素的信号相加。备选地或附加地，可以将与红色CFA块的12个红色像素相对应的信号和与红色CFA块相邻的CFA块的两行中的红色像素的信号相加。类似地，对于蓝色CFA块，可以将与蓝色CFA块的12个蓝色像素相对应的信号和与蓝色CFA块相邻的CFA块的一行或两行中的蓝色像素的信号相加。
根据一些示例实施例，当基于块间方法对绿色CFA块执行合并处理时，绿色CFA块包括相对较多的绿色像素，因此，图12示出了其中在合并处理中使用与绿色CFA块相邻的CFA块的一行中的绿色像素的信号的示例。然而，示例实施例不限于此。与绿色CFA块相邻的CFA块的至少两行中的绿色像素可以进一步用于信号相加。
图13至图15示出了根据一些示例实施例的CFA块的一些示例实施例。图13示出了红色CFA块，图14示出了蓝色CFA块，并且图15示出了绿色CFA块。图13至图15示出了通过在每个CFA块的远离中心区域中的颜色像素的布置来进一步减小插值距离的示例。尽管图13至图15示出了图4所示的CFA块，但是示例实施例也可以应用于上述的其他各种CFA块。
参考图13，如上所述，红色CFA块可以包括子块，该子块包括2× 2个颜色像素。尽管红色像素主要布置在红色CFA块的远离中心区域中，但是蓝色像素可以布置在远离中心区域的一个角部(例如，左下角)中。因此，红色像素、蓝色像素、红色像素和蓝色像素可以在红色CFA块的特定方向上(例如，从右上方到左下方)顺序地布置。
另外，可以将感测不同于红色的至少一种其他颜色的像素布置在红色CFA块的远离中心区域的另一角部中。在图13的(a)中示出了绿色像素布置在右下角。在图13的(b)中示出了2个绿色像素分别布置在右下角和左上角。图13的(a)和(b)中所示的远离中心区域中的绿色像素感测与拜耳图案中的对应位置中的绿色像素所感测的颜色相同的颜色(即，绿色)，因此红色CFA块的像素的插值距离可以进一步减少。
参考图14，尽管蓝色像素主要布置在蓝色CFA块的远离中心区域中，但是红色像素可以布置在远离中心区域的角部(例如，右上角)中。因此，红色像素、蓝色像素、红色像素和蓝色像素可以在蓝色CFA块的特定方向上(例如，从右上方到左下方)顺序地布置。另外，类似于图13的一些示例实施例，可以将感测不同于蓝色的至少一种其他颜色的像素布置在蓝色CFA块的远离中心区域的另一角部中。在图14的(a)中示出了绿色像素布置在右下角。在图14的(b)中示出了两个绿色像素分别布置在右下角和左上角。根据图14的(a)和(b)所示的实施例，可以进一步减小蓝色CFA块的像素的插值距离。
参考图15，可以将感测不同于绿色的至少一种其他颜色的像素(例如，红色像素和/或蓝色像素)布置在绿色CFA块的远离中心区域中。在图15的(a)中示出了蓝色像素布置在绿色CFA块的远离中心区域的一个角部(例如，左下角)中。在图15的(b)中示出了蓝色像素布置在绿色CFA块的远离中心区域的左下角，并且红色像素布置在绿色CFA块的远离中心区域的右上角。图15的(a)和(b)中所示的远离中心区域中的颜色像素(例如，蓝色像素和/或红色像素)感测与拜耳图案中的对应位置中的颜色像素所感测的颜色相同的颜色，因此可以进一步减小绿色CFA块的像素的插值距离。
图16示出了根据一些示例实施例的颜色像素的一些示例实施例。
根据上述一些示例实施例，颜色像素可以包括对应的滤色器和感测光(或颜色)的光敏元件(例如，光电二极管)。
根据一些示例实施例，颜色像素可以包括多个子像素。图16示出了其中颜色像素包括2×2个子像素的示例，但是颜色像素可以包括更多个子像素。针对每个子像素设置光敏元件，因此，可以针对颜色像素设置多个光敏元件。尽管在图16中未示出，但是图像传感器可以包括多个微透镜(未示出)，并且可以针对每个像素或每个子像素设置微透镜。
当计算与颜色像素相对应的像素信号时，可以使用由多个子像素生成的信号中的至少一些信号。例如，假设图16的左上方的颜色像素是红色像素并且多个子像素感测红色，则可以通过使用由子像素生成的信号中的至少一些信号的处理来生成红色像素的像素信号。
可以不同地实现实施例。例如，颜色像素可以提供通过感测至少两种颜色而产生的信号。例如，可以针对颜色像素的多个子像素布置感测不同颜色的滤色器，并且可以根据上述一些示例实施例不同地实现颜色像素，只要可以减小插值距离即可。
图17是示出了根据一些示例实施例的包括使用图像传感器的多相机模块在内的电子设备的框图。图18是图17的相机模块的详细框图。
参考图17，电子设备1000可以包括相机模块组1100、应用处理器1200、电力管理集成电路(PMIC)1300和外部存储器1400。
相机模块组1100可以包括多个相机模块1100a、1100b和1100c。尽管在图17中示出了三个相机模块1100a、1100b和1100c，但是示例实施例不限于此。在一些示例实施例中，相机模块组1100可以被修改为仅包括两个相机模块。在一些示例实施例中，相机模块组1100可以被修改为包括“n”个相机模块，其中“n”是最小为4的自然数。
下面将参考图18描述相机模块1100b的详细配置。以下描述也可以应用于其他相机模块1100a和1100c。
参考图18，相机模块1100b可以包括棱镜1105、光路折叠元件(OPFE)1110、致动器1130、图像感测设备1140和存储设备1150。
棱镜1105可以包括光反射材料的反射表面1107，并且可以改变从外部入射的光L的路径。
在一些示例实施例中，棱镜1105可以将沿第一方向X入射的光L的路径改变为垂直于第一方向X的第二方向Y。棱镜1105可以围绕中心轴1106沿方向A旋转光反射材料的反射表面1107或沿方向B旋转中心轴1106，使得沿第一方向X入射的光L的路径改变为垂直于第一方向X的第二方向Y。此时，OPFE 1110可以沿与第一方向X和第二方向Y垂直的第三方向Z移动。
在一些示例实施例中，棱镜1105的A方向最大旋转角可以在正(+)A方向上小于或等于15度并且可以在负(-)A方向上大于15度，但实施例不限于此。
在一些示例实施例中，棱镜1105可以在正B方向或负B方向上移动约20度的角度或在约10度至约20度或约15度至约20度的范围内移动。此时，棱镜1105在正B方向上移动的角度可以与棱镜1105在负B方向上移动的角度相同或在约1度的差异内相似。
在一些示例实施例中，棱镜1105可以在与中心轴1106的延伸方向平行的第三方向Z上移动光反射材料的反射表面1107。
OPFE 1110可以包括例如“m”个光学透镜，其中“m”是自然数。“m”个透镜可以在第二方向Y上移动并且改变相机模块1100b的光学变焦比。例如，当相机模块1100b的默认光学变焦比为Z时，可以通过移动OPFE 1110中包括的“m”个光学透镜来将相机模块1100b的光学变焦比改变为3Z、5Z或更大。
致动器1130可以将OPFE 1110或光学透镜移动到特定位置。例如，致动器1130可以调节光学透镜的位置，使得图像传感器1142位于光学透镜的焦距处以用于精确感测。
图像感测设备1140可以包括图像传感器1142、控制逻辑1144和存储器1146。图像传感器1142可以使用通过光学透镜提供的光L来感测对象的图像。根据上述一些示例实施例，图像传感器1142可以包括像素阵列，并且像素阵列的多个颜色像素的颜色图案可以遵循上述一些示例实施例中的CFA单元、CFA块和子块的图案。
控制逻辑1144可以总体控制相机模块1100b的操作。例如，控制逻辑1144可以根据通过控制信号线CSLb提供的控制信号来控制相机模块1100b的操作。
存储器1146可以存储相机模块1100b的操作所需的信息，例如校准数据1147。校准数据1147可以包括相机模块1100b使用从外部提供的光L生成图像数据所需的信息。例如，校准数据1147可以包括关于上述旋转的角度的信息、关于焦距的信息、关于光轴的信息等。当相机模块1100b被实现为焦距随光学透镜的位置而变化的多状态相机时，校准数据1147可以包括针对光学透镜的每个位置(或状态)的焦距的值以及关于自动聚焦的信息。
存储设备1150可以存储由图像传感器1142感测的图像数据。存储设备1150可以设置在图像感测设备1140的外部，并且可以与图像感测设备1140的传感器芯片形成堆叠。在一些实施例中，存储设备1150可以包括电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，但是实施例不限于此。
在一些示例实施例中，相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个可以包括致动器1130。因此，相机模块1100a、1100b和1100c可以包括校准数据1147，根据在相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个中包括的致动器1130的操作，校准数据1147在相机模块1100a、1100b和1100c中相同或不同。
在一些示例实施例中，相机模块1100a、1100b和1100c中的一个(例如，相机模块1100b)可以是包括棱镜1105和OPFE 1110在内的折叠透镜类型，而其他相机模块(例如，相机模块1100a和1100c)可以是不包括棱镜1105和OPFE 1110在内的竖直类型。然而，示例实施例不限于此。
在一些示例实施例中，相机模块1100a、1100b和1100c中的一个(例如，相机模块1100c)可以包括竖直深度相机，该竖直深度相机使用红外线(IR)提取深度信息。在这种情况下，应用处理器1200可以通过将从深度相机提供的图像数据与从另一相机模块(例如，相机模块1100a或1100b)提供的图像数据合并来生成三维(3D)深度图像。
在一些示例实施例中，相机模块1100a、1100b和1100c中的至少两个相机模块(例如，1100a和1100b)可以具有不同的视场。在这种情况下，相机模块1100a、1100b和1100c中的两个相机模块(例如，1100a和1100b)可以分别具有不同的光学透镜，但是实施例不限于此。
在一些示例实施例中，相机模块1100a、1100b和1100c可以具有彼此不同的视场。在这种情况下，相机模块1100a、1100b和1100c可以分别具有不同的光学透镜，但是实施例不限于此。
在一些示例实施例中，相机模块1100a、1100b和1100c可以在物理上彼此分开。换句话说，图像传感器1142的感测区域未被相机模块1100a、1100b和1100c划分并使用，而是图像传感器1142可以独立地包括在相机模块1100a、1100b和1100c的每一个中。
返回参考图17，应用处理器1200可以包括图像处理单元1210、存储器控制器1220和内部存储器1230。应用处理器1200可以与相机模块1100a、1100b和1100c分开实现。例如，可以在不同的半导体芯片中实现应用处理器1200以及相机模块1100a、1100b和1100c。
图像处理单元1210可以包括多个子处理器1212a、1212b和1212c、图像生成器1214和相机模块控制器1216。
图像处理单元1210可以包括与相机模块1100a、1100b和1100c一样多的子处理器1212a、1212b和1212c。
从每个相机模块1100a、1100b或1100c生成的图像数据可以通过单独的图像信号线ISLa、ISLb和ISLc中的相应一个提供给子处理器1212a、1212b和1212c中的相应一个。例如，从相机模块1100a生成的图像数据可以通过图像信号线ISLa提供给子处理器1212a，从相机模块1100b生成的图像数据可以通过图像信号线ISLb提供给子处理器1212b，以及从相机模块1100c生成的图像数据可以通过图像信号线ISLc提供给子处理器1212c。可以使用例如基于移动行业处理器接口(MIPI)的相机串行接口(CSI)来执行这样的图像数据传输，但是实施例不限于此。
在一些示例实施例中，可以针对多个相机模块提供单个子处理器。例如，与图13不同，子处理器1212a和1212c可以不分开，而是可以集成到单个子处理器中，并且可以通过选择元件(例如，多路复用器)来选择从相机模块1100a或相机模块1100c提供的图像数据，然后将其提供给集成子处理器。
被提供给子处理器1212a、1212b和1212c中的每一个的图像数据可以被提供给图像生成器1214。图像生成器1214可以根据图像生成信息或模式信号，使用从子处理器1212a、1212b和1212c中的每一个提供的图像数据来生成输出图像。
详细地，图像生成器1214可以通过根据图像生成信息或模式信号对分别从具有不同视场的相机模块1100a、1100b和1100c生成的各个图像数据中的至少一部分进行合并来生成输出图像。备选地或附加地，图像生成器1214可以通过根据图像生成信息或模式信号选择分别从具有不同视场的相机模块1100a、1100b和1100c生成的多个图像数据之一来生成输出图像。
在一些示例实施例中，图像生成信息可以包括变焦信号或变焦因子。在一些示例实施例中，模式信号可以基于用户选择的模式。
当图像生成信息包括变焦信号或变焦因子并且相机模块1100a、1100b和1100c具有不同的视场时，图像生成器1214可以根据不同种类的变焦信号来执行不同的操作。例如，当变焦信号是第一信号时，图像生成器1214可以将从相机模块1100a输出的图像数据和从相机模块1100c输出的图像数据进行合并，然后使用合并的图像信号和从相机模块1100b输出的图像数据(未在合并中使用)来生成输出图像。当变焦信号是与第一信号不同的第二信号时，图像生成器1214可以不执行该图像数据合并，而是选择分别从相机模块1100a至1100c输出的多个图像数据之一以生成输出图像。然而，示例实施例不限于此，并且可以在需要时改变处理图像数据的方法。
在一些示例实施例中，图像生成器1214可以从子处理器1212a、1212b和1212c中的至少一个接收具有不同曝光时间的多个图像数据，并且对多个图像数据执行高动态范围(HDR)处理，从而生成具有增大的动态范围的合并的图像数据。
相机模块控制器1216可以将控制信号提供给相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个。由相机模块控制器1216生成的控制信号可以通过彼此分开的控制信号线CSLa、CSLb和CSLc中的相应一个提供给相机模块1100a、1100b和1100c中的相应一个。
可以根据模式信号或包括变焦信号的图像生成信号将相机模块1100a、1100b和1100c之一(例如，相机模块1100b)指定为主相机，而将其他相机模块(例如，1100a和1100c)指定为从相机。这样的指定信息可以包括在控制信号中，并且通过彼此分开的控制信号线CSLa、CSLb和CSLc中的相应一个提供给相机模块1100a、1100b和1100c中的相应一个。
可以根据变焦因子或操作模式信号来改变作为主相机或从相机操作的相机模块。例如，当相机模块1100a的视场大于相机模块1100b的视场并且变焦因子指示低变焦比时，相机模块1100b可以作为主相机操作，而相机模块1100a可以作为从相机操作。相反，当变焦因子指示高变焦比时，相机模块1100a可以作为主相机操作，而相机模块1100b可以作为从相机操作。
在一些示例实施例中，从相机模块控制器1216提供给相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个的控制信号可以包括同步使能信号。例如，当相机模块1100b是主相机并且相机模块1100a和1100c是从相机时，相机模块控制器1216可以将同步使能信号发送给相机模块1100b。被提供了同步使能信号的相机模块1100b可以基于同步使能信号来生成同步信号，并且可以通过同步信号线SSL将同步信号提供给相机模块1100a和1100c。相机模块1100a、1100b和1100c可以通过同步信号进行同步，并且可以将图像数据发送给应用处理器1200。
在一些示例实施例中，从相机模块控制器1216提供给相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个的控制信号可以包括根据模式信号的模式信息。相机模块1100a、1100b和1100c可以基于模式信息关于感测速度在第一操作模式或第二操作模式下进行操作。
在第一操作模式下，相机模块1100a、1100b和1100c可以以第一速度(例如，以第一帧速率)生成图像信号，以比第一速度高的第二速度(例如，以比第一帧速率高的第二帧速率)对图像信号进行编码，并且将编码的图像信号发送给应用处理器1200。此时，第二速度最多可以是第一速度的30倍。
应用处理器1200可以将接收到的图像信号(例如，编码的图像信号)存储在其中的内部存储器1230中或应用处理器1200外部的外部存储器1400中。此后，应用处理器1200可以从内部存储器1230或外部存储器1400读取编码的图像信号，对编码的图像信号进行解码，并且显示基于解码的图像信号而生成的图像数据。例如，图像处理单元1210的子处理器1212a、1212b和1212c中的相应一个可以执行解码，并且还可以对解码的图像信号执行图像处理。
在第二操作模式下，相机模块1100a、1100b和1100c可以以比第一速度低的第三速度(例如，以比第一帧速率低的第三帧速率)生成图像信号，并且将图像信号发送给应用处理器1200。提供给应用处理器1200的图像信号可以尚未被编码。应用处理器1200可以对图像信号执行图像处理或将图像信号存储在内部存储器1230或外部存储器1400中。
PMIC 1300可以向相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个提供电力，例如电源电压。例如，在应用处理器1200的控制下，PMIC 1300可以通过电力信号线PSLa将第一电力提供给相机模块1100a，通过电力信号线PSLb将第二电力提供给相机模块1100b，并且通过电力信号线PSLc将第三电力提供给相机模块1100c。
PMIC 1300可以响应于来自应用处理器1200的电力控制信号PCON，来生成与相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个相对应的电力并且调整电力水平。电力控制信号PCON可以包括针对相机模块1100a、1100b和1100c的每个操作模式的电力调整信号。例如，操作模式可以包括低功率模式。此时，电力控制信号PCON可以包括与在低功率模式下操作的相机模块以及要设置的电力水平有关的信息。相同或不同水平的电力可以分别提供给相机模块1100a、1100b和1100c。电力水平可以动态地改变。
将理解的是，根据本文所述的任何示例实施例的设备、控制器、生成器、解码器、单元、模块、电路、处理器等中的任何一些或全部(包括图1所示的控制器140和读取电路130的元件中的任何一些或全部、图10所示的图像处理器220、合并处理器221和重排处理器222、图17所示的应用处理器1200及其子元件、图18所示的图像感测设备1140及其子元件、其任何组合等)可以包括在处理电路的一个或多个实例(例如，包括逻辑电路的硬件、诸如执行软件的处理器之类的硬件/软件组合、或其组合)之中，可以包括处理电路的一个或多个实例，和/或可以由处理电路的一个或多个实例来实现。在一些示例实施例中，所述处理电路的一个或多个实例可以包括但不限于中央处理单元(CPU)、应用处理器(AP)、算术逻辑单元(ALU)、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、可编程逻辑单元、微处理器、或专用集成电路(ASIC)等。在一些示例实施例中，本文所述的任何存储器、存储器单元等可以包括存储指令程序的非暂时性计算机可读存储设备(例如固态驱动器(SSD))，并且处理电路的一个或多个实例可以被配置为执行指令程序以实现根据本文所述的任何示例实施例的设备、控制器、解码器、单元、模块等中的任何一些或全部的功能，包括与本文所述的任何操作方法相同的任何操作方法。
尽管图1所示的控制器140和读取电路130的每个元件、图10所示的图像处理器220、合并处理器221和重排处理器222、图17所示的应用处理器1200及其子元件、图18所示的图像感测设备1140及其子元件被示出为是不同的，但是示例实施例不限于此，并且上述之一的某些功能可以由相关图的其他特征来执行。这也可以是在本文的示例实施例中所描述的上述各项内的附加元件的情况。
尽管已参考本发明构思的实施例具体示出和描述了本发明构思，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (20)

1.一种图像传感器的像素阵列，所述像素阵列包括：
具有特定大小的多个滤色器阵列“CFA”单元，所述多个CFA单元中的每一个CFA单元在该CFA单元的宽度方向和该CFA单元的长度方向上包括多个CFA块，
其中，所述多个CFA块中的每一个CFA块包括子块和不同于所述子块的远离中心区域，所述子块在所述多个CFA块中的每一个CFA块的中心区域处并且包括m×n个颜色像素，并且所述远离中心区域包括其他颜色像素，其中“m”和“n”是至少为2的整数，
其中，所述子块的m×n个颜色像素包括感测第一颜色、第二颜色和第三颜色的颜色像素，并且所述远离中心区域包括感测所述第一颜色的第一数量个第一像素和感测选自所述第二颜色和所述第三颜色中的至少一种颜色的第二数量个第二像素，所述第一像素的第一数量大于所述第二像素的第二数量。
2.根据权利要求1所述的像素阵列，其中，所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色包括红色、绿色和蓝色；以及
所述多个CFA单元中的每一个CFA单元在该CFA单元的宽度方向和长度方向上包括2×2个CFA块，其中所述2×2个CFA块包括2个绿色CFA块、1个红色CFA块和1个蓝色CFA块，以及
所述2×2个CFA块中的每一个CFA块包括4×4个颜色像素，并且所述2×2个CFA块中的每一个CFA块的子块包括2×2个颜色像素。
3.根据权利要求2所述的像素阵列，其中，所述红色CFA块的远离中心区域包括在所述红色CFA块的至少一个角部中的蓝色像素作为所述第二像素，并且包括多个红色像素作为所述第一像素。
4.根据权利要求3所述的像素阵列，其中，从所述红色CFA块的一个角部沿对角线方向顺序布置红色像素、蓝色像素、红色像素和蓝色像素。
5.根据权利要求2所述的像素阵列，其中，所述蓝色CFA块的远离中心区域包括在所述蓝色CFA块的至少一个角部中的红色像素作为所述第二像素，并且包括多个蓝色像素作为所述第一像素。
6.根据权利要求2所述的像素阵列，其中，所述2个绿色CFA块中的每一个绿色CFA块的远离中心区域仅包括绿色像素。
7.根据权利要求2所述的像素阵列，其中，包括所述2×2个CFA块中的每一个CFA块的远离中心区域中的1个颜色像素在内的4个颜色像素形成所述多个CFA单元的每一个CFA单元中的第一区域，
其中，所述第一区域包括所述红色CFA块的第二像素、所述蓝色CFA块的第二像素和所述2个绿色CFA块中的每一个绿色CFA块的远离中心区域的绿色像素；以及
当所述多个CFA单元中的每一个CFA单元通过重排处理被转换成拜耳图案时，所述第一区域的4个颜色像素中的每一个颜色像素的插值距离的值为0。
8.根据权利要求1所述的像素阵列，其中，对所述像素阵列的颜色像素执行合并处理，以及
在所述合并处理期间将所述多个CFA块之一中的感测相同颜色的颜色像素的信号选择性地相加。
9.根据权利要求1所述的像素阵列，其中，对所述像素阵列的颜色像素执行合并处理，以及
在所述合并处理期间将所述多个CFA块中的一个CFA块和与所述一个CFA块相邻的CFA块的至少一行或列中的感测相同颜色的颜色像素的信号相加。
10.一种图像传感器的像素阵列，所述像素阵列包括：
具有特定大小的多个滤色器阵列“CFA”单元，所述多个CFA单元中的每一个CFA单元在该CFA单元的宽度方向和该CFA单元的长度方向上包括2×2个CFA块，所述2×2个CFA块中的每一个CFA块包括4×4个颜色像素，
其中，所述2×2个CFA块中的每一个CFA块包括子块和远离中心区域，所述子块在所述2×2个CFA块中的每一个CFA块的中心区域处并且包括2×2个颜色像素，并且所述远离中心区域为所述2×2个CFA块中的每一个CFA块的除了所述子块之外的区域并且包括12个颜色像素；
所述2×2个CFA块包括红色CFA块、绿色CFA块和蓝色CFA块，并且所述子块包括1个红色像素、1个蓝色像素和2个绿色像素，
其中，所述红色CFA块的远离中心区域中的12个颜色像素包括1个蓝色像素和11个红色像素。
11.根据权利要求10所述的像素阵列，其中，所述红色CFA块的远离中心区域中的所述1个蓝色像素在所述红色CFA块的一个角部中。
12.根据权利要求11所述的像素阵列，其中，从所述红色CFA块的布置有所述1个蓝色像素的所述一个角部沿对角线方向顺序布置蓝色像素、红色像素、蓝色像素和红色像素。
13.根据权利要求10所述的像素阵列，其中，所述蓝色CFA块的远离中心区域中的12个颜色像素包括1个红色像素和11个蓝色像素。
14.根据权利要求13所述的像素阵列，其中，所述多个CFA单元中的每一个CFA单元包括1个红色CFA块、2个绿色CFA块和1个蓝色CFA块，
其中，所述红色CFA块的远离中心区域中的所述1个蓝色像素、所述蓝色CFA块的远离中心区域中的所述1个红色像素和所述2个绿色CFA块的各个远离中心区域中的2个绿色像素形成第一区域，
其中，当所述多个CFA单元中的每一个CFA单元通过重排处理被转换成拜耳图案时，所述第一区域中的每个颜色像素的插值距离的值为0。
15.根据权利要求10所述的像素阵列，其中，所述绿色CFA块的远离中心区域中的12个颜色像素包括至多两个不同于绿色像素的颜色像素和其余的绿色像素，所述至多两个不同于绿色像素的颜色像素感测选自红色和蓝色中的至少一种颜色。
16.一种图像传感器，包括：
像素阵列，包括多个滤色器阵列“CFA”单元，每个CFA单元在该CFA单元的宽度方向和该CFA单元的长度方向上包括多个CFA块，所述多个CFA块中的每一个CFA块包括子块和不同于所述子块的远离中心区域，所述子块在所述多个CFA块中的每一个CFA块的中心区域处并且包括n×n个颜色像素，并且所述远离中心区域包括其他颜色像素，其中“n”是至少为2的整数；以及
读取电路，被配置为从所述像素阵列的颜色像素读取像素值，
其中，所述子块的n×n个颜色像素包括感测第一颜色、第二颜色和第三颜色的颜色像素，并且所述远离中心区域包括感测所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色之一的第一数量个第一像素、以及感测所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色中的另一种颜色的第二数量个第二像素，所述第一像素的第一数量大于所述第二像素的第二数量。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色包括红色、绿色和蓝色；
所述多个CFA单元中的每一个CFA单元在所述宽度方向和所述长度方向上包括2×2个CFA块，其中所述2×2个CFA块包括2个绿色CFA块、1个红色CFA块和1个蓝色CFA块；以及
所述2×2个CFA块中的每一个CFA块包括4×4个颜色像素，并且所述2×2个CFA块中的每一个CFA块的子块包括2×2个颜色像素。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述红色CFA块的远离中心区域包括在所述红色CFA块的角部中的1个蓝色像素和11个红色像素；以及
所述蓝色CFA块的远离中心区域包括在所述蓝色CFA块的角部中的1个红色像素和11个蓝色像素。
19.根据权利要求16所述的图像传感器，还包括合并处理器，所述合并处理器被配置为基于来自所述像素阵列的像素值来执行合并处理，
其中，在所述合并处理期间将所述多个CFA块之一中的感测相同颜色的颜色像素的信号选择性地相加。
20.根据权利要求16所述的图像传感器，还包括合并处理器，所述合并处理器被配置为基于来自所述像素阵列的像素值来执行合并处理，
其中，在所述合并处理期间将所述多个CFA块中的一个CFA块和与所述一个CFA块相邻的CFA块的至少一行或列中的感测相同颜色的颜色像素的信号相加。
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