CN113949818A - 一种像素结构及其的曝光方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种镜头模组，包括：像素层，包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；设置在所述像素层上的电致变色层，所述电致变色层包括多个电致变色块，一个电致变色块覆盖所述像素层一种类别的像素，所述电致变色层具有透明态及非透明态渐变的特性；与所述电致变色层及像素层电连接的控制电路，所述控制电路用于控制所述像素层各个像素曝光相同的时间，并用于控制所述电致变色层的各个电致变色块的光透过率，其中收集亮度级别越高的像素对应的电致变色块的光透过率越低；从而降低了曝光电路的复杂性，也降低了像素层上方金属布线的复杂性，并提升了曝光电路填充印子，降低了镜头模组的良率风险。

Description

一种像素结构及其的曝光方法
技术领域
本申请涉及成像技术领域，具体涉及一种像素结构及其的曝光方法。
背景技术
随着摄像技术的研究及发展，为了解决高反差拍照场景中过亮或者过暗的问题，目前会采用3-HDR技术(High Dynamic Range，像素级别的分级曝光技术)进行成像。
3-HDR技术的实现方式是在一个像素区域中，使用各个子像素采用不同的曝光时间，用长曝光的子像素采集暗场的图像信息，并用短曝光的子像素收集亮场的图像信息，且用正常曝光时间的子像素收集正常光场的图像信息，再将亮场、暗场及正常光场的图像信息结合，生成高动态范围的图像信息，解决高反差拍照场景中过亮或者过暗的问题。
然而，为了收集到不同亮度级别光场的图像信息，需要对每个像素区域的像素使用不同的控制方法来控制其进行不同时长的曝光，这增加了曝光电路的复杂性，同时增加了像素层上方金属布线的复杂性，由于曝光电路及金属布线的复杂性增加，会降低曝光电路的填充因子，并增加镜头模组的良率风险。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种像素结构及其的曝光方法，以解决现有的对每个像素区域的像素使用不同的控制方法来控制其进行不同时长的曝光增加了曝光电路的复杂性，同时增加了像素上方金属布线的复杂性，且由于曝光电路及金属布线的复杂性增加，降低了曝光电路的填充因子，并增加镜头模组的良率风险的问题。
本申请第一方面提供一种镜头模组，包括：像素层，包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；设置在所述像素层上的电致变色层，所述电致变色层包括多个电致变色块，一个电致变色块覆盖所述像素层一种类别的像素，所述电致变色层具有透明态及非透明态渐变的特性；与所述电致变色层及像素层电连接的控制电路，所述控制电路用于控制所述像素层各个像素曝光相同的时间，并用于控制所述电致变色层的各个电致变色块的光透过率，其中收集亮度级别越高的像素对应的电致变色块的光透过率越低。
其中，所述像素层包括多个2×2排列的像素组成的像素块，一个所述像素块包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；所述电致变色层包括多个2×2排列的电致变色块组成的电致变色区域，所述电致变色区域的电致变色块与所述像素块的像素一一对应。
其中，所述控制电路包括电压修改电路，所述电压修改电路用于向所述电致变色层输出电压，以使所述电致变色层的不同区域具有不同的光透过率。
本申请第二方面提供一种像素结构的曝光方法，包括：获取像素层中为饱和状态的像素数量；所述像素结构包括：像素层，包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；设置在所述像素层上的电致变色层，所述电致变色层包括多个电致变色块，一个电致变色块覆盖所述像素层一种类别的像素，所述电致变色层具有透明态及非透明态渐变的特性；若所述像素数量超过预设的数量阈值，则控制像素层各个像素的曝光时间相同，并控制各个电致变色块的光透过率，其中收集亮度级别越高的像素对应的电致变色块的光透过率越低。
其中，所述像素层包括多个2×2排列的像素组成的像素块，一个所述像素块包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；所述电致变色层包括多个2×2排列的电致变色块组成的电致变色区域，所述电致变色区域的电致变色块与所述像素块的像素一一对应；所述控制各个电致变色块的光透过率使像素层进行曝光成像包括：控制电致变色区域的一个电致变色块具有较高的光透过率，使对应的像素进行暗场的曝光成像，并控制电致变色区域的另一个电致变色块具有较低的光透过率，使对应的像素进行亮场的曝光成像。
其中，所述方法还包括：调节像素层的曝光时间，并在所述曝光时间固定后，使用所述光透过率修改电路修改所述电致变色层的光透过率。
其中，所述获取像素层中为饱和状态的像素数量包括：获取像素层各个像素收集的图像信息的灰度等级；若像素对应的所述灰度等级大于预设的灰度阈值，则设定像素为饱和状态；统计为饱和状态的像素数量。
其中，所述获取像素层各个像素收集的图像信息的灰度等级包括：获取像素层输出的直方图或累积直方图，所述直方图及累积直方图所在的坐标系的横轴为灰度等级，纵轴为像素数量；根据所述直方图或累积直方图获取各个灰度等级对应的像素数量。
其中，所述控制各个电致变色块的光透过率使像素层进行曝光成像还包括：控制电致变色区域的两个电致变色块具有适中的光透过率，另外两个电致变色块的光透过率分别高于所述适中的光透过率和低于所述适中的光透过率。
其中，所述控制各个电致变色块的光透过率包括：使用控制电路输出电压，令各个所述电致变色块在所述控制电路的输出电压下改变光透过率。
本申请上述镜头模组，通过调节电致变色层的光透过率，能够对不同区域的像素层产生不同程度的遮挡，从而收集到不同亮度级别光场的图像信息从而实现与不同曝光时长相同的效果，在此过程中，只需使用调节电致变色层的光透过率即可，从而降低了曝光电路的复杂性，因此也降低了像素层上方金属布线的复杂性，并提升了曝光电路填充因子，降低了镜头模组的良率风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的镜头模组的结构示意图；
图2是本申请实施例的镜头模组像素分级曝光生成图像的方法的电致变色区域的结构示意图；
图3是本申请实施例的镜头模组像素分级曝光生成图像的方法的流程示意图；
图4是正常成像的在过度曝光或存在高动态范围场景的像素层的直方图及累积直方图；
图5是本申请实施例本申请实施例的镜头模组像素分级曝光生成图像的方法在过度曝光或存在高动态范围场景的像素层的直方图及累积直方图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做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。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
请参阅图1，本申请提供一种镜头模组，包括：像素层1、电致变色层2及控制电路；电致变色层2设置在像素层1上，具有透明态及非透明态渐变的特性，电致变色层2包括多个电致变色块，一个电致变色块覆盖像素层1的一种类别的像素；控制电路与像素层及电致变色层2电连接，控制电路用于控制像素层各个像素曝光相同的时间，并用于控制电致变色层2的各个电致变色块的光透过率，其中收集亮度级别越高的像素对应的电致变色块的光透过率越低，从而令像素层1在相同曝光时间下，电致变色层2光透过率不同的区域对应的像素层1分别获取亮场的图像信息、暗场的图像信息及正常光场的图像信息。
在镜头模组的拍摄场景过亮或者过暗时，通过控制电路调节电致变色层2的光透过率，能够对不同区域的像素层1产生不同程度的遮挡，使得像素层1上对应的亮场区域得到较多的遮挡、暗场区域得到较少的遮挡、正常光场区域得到正常遮挡或不遮挡，从而分别实现了与长曝光、短曝光及正常曝光相同的效果。
像素层1包括多个2×2排列的像素组成的像素块，一个像素块包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；电致变色层2包括多个2×2排列的电致变色块组成的电致变色区域，电致变色区域的电致变色块与像素块的像素一一对应。
请参阅图2，具体地，2×2的电致变色块组成了电致变色区域，若干电致变色区域组成了电致变色层2；2×2的像素构成了像素块，若干像素块组成了像素层1，每个电致变色区域的四个电致变色块，分别为一个最高光透过率变色块21，一个最低光透过率变色块22，两个正常光透过率变色块23，四个电致变色块与像素块的四个像素一一对应，从而对每个像素进行遮挡，使得最高光透过率变色块21对应的像素实现暗场的图像信息收集，最低光透过率变色块22对应的像素实现亮场的图像信息收集，正常光透过率变色块23对应的像素实现正常光场的图像信息收集，从而分别实现了与长曝光、短曝光及正常曝光相同的效果。
另外，控制电路包括电压修改电路，电压修改电路用于向电致变色层2输出电压，以使电致变色层2的不同区域具有不同的光透过率。
在其他实施例中，控制电路还可包括电流修改电路或温度修改电路等，具体根据电致变色层2的变色特性选择何种电路，例如：电致变色层2的变色特性在通入电流后激发，则控制电路包括电流修改电路；例如：电致变色层2的变色特性在温度变化后激发，则控制电路包括温度修改电路，通过温度修改电路的热量为电致变色层2加热来使得电致变色层变色。
请参阅图3，本申请实施例还提供一种镜头模组像素分级曝光生成图像的方法，包括：S1、获取像素层中为饱和状态的像素数量；S2、若像素数量超过预设的数量阈值，则控制像素层各个像素的曝光时间相同，并控制各个电致变色块的光透过率，其中收集亮度级别越高的像素对应的电致变色块的光透过率越低。
其中，控制各个电致变色块的光透过率是为了使像素层曝光相同的时间。
像素层包括多个2×2排列的像素组成的像素块，一个像素块包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；电致变色层包括多个2×2排列的电致变色块组成的电致变色区域，电致变色区域的电致变色块与像素块的像素一一对应。
控制各个电致变色块的光透过率使像素层进行曝光成像包括：控制电致变色区域的一个电致变色块具有较高的光透过率，使对应的像素进行暗场的曝光成像，并控制电致变色区域的另一个电致变色块具有较低的光透过率，使对应的像素进行亮场的曝光成像。
控制各个电致变色块的光透过率使像素层进行曝光成像还包括：控制电致变色区域的两个电致变色块具有适中的光透过率，使对应的像素进行适中光场的曝光成像。
镜头模组像素分级曝光生成图像的方法还包括：调节像素层的曝光时间，并在曝光时间固定后，使用光透过率修改电路修改电致变色层的光透过率，以使电致变色层的不同区域具有不同的光透过率。
在本实施例中，先固定曝光时间，再调节电致变色层不同区域的光透过率，从而使得电致变色层不同的光透过率的区域对应的像素层分别实现与长曝光、短曝光及正常曝光相同的图像信息的收集效果。
在其他实施例中，还可先固定电致变色层不同区域的光透过率，再调节曝光时间，从而使得电致变色层不同的光透过率的区域对应的像素层分别实现与长曝光、短曝光及正常曝光相同的图像信息的收集效果。
获取像素层中为饱和状态的像素数量包括：获取像素层各个像素收集的图像信息的灰度等级；若像素对应的灰度等级大于预设的灰度阈值，则设定像素为饱和状态；统计为饱和状态的像素数量。
获取像素层各个像素收集的图像信息的灰度等级包括：获取像素层输出的直方图或累积直方图，直方图及累积直方图所在的坐标系的横轴为灰度等级，纵轴为像素数量；根据直方图或累积直方图获取各个灰度等级对应的像素数量。像素层输出的直方图或累积直方图如图4及图5所示。
图像的灰度等级能够表示像素的饱和状态，若图像的灰度等级中，每个像素接收的图像信息的灰度等级较为集中，则说明所有的像素接收的图像信息整体色差较为集中，因此存在过度曝光或存在高动态范围的场景。
请参阅图4及图5，图4表示了存在过度曝光或存在高动态范围的场景的情况下，像素层成像的直方图(柱状图)及累积直方图(曲线图)；图5表示了存在过度曝光或存在高动态范围的场景的情况下，使用镜头模组像素分级曝光生成图像的方法，像素层成像的直方图(柱状图)及累积直方图(曲线图)，其中，图4及图5的横轴均为灰度等级，纵轴均为像素个数。由图4及图5可知，本申请提供的镜头模组及镜头模组像素分级曝光生成图像的方法，能够使得各灰度等级均存在一定数量的像素进行成像，由此表示了成像的灰度较为分明，成像较为清晰。
控制各个电致变色块的光透过率使像素层进行曝光成像还包括：控制电致变色区域的两个电致变色块具有适中的光透过率，控制另外两个电致变色块的光透过率分别高于所述适中的光透过率和低于所述适中的光透过率。其中，具有适中的光透过率的电致变色块为适中光透过率区域，另外两个电致变色块分别为最高光透过率区域、最低光透过率区域，适中光透过率区域的光透过率介于最高光透过率区域、最低光透过率区域之间。
在最高光透过率区域、最低光透过率区域及适中的光透过率区域对应的像素层分别采集暗场的图像信息、亮场的图像信息及正常光场的图像信息。
控制各个电致变色块的光透过率包括：使用控制电路输出电压，令各个电致变色块在控制电路的输出电压下改变光透过率。
本实施例提供的一种镜头模组像素分级曝光生成图像的方法，其原理如下：通过调节电致变色层的光透过率，能够对不同区域的像素层产生不同程度的遮挡，从而收集到不同亮度级别光场的图像信息从而实现与不同曝光时长相同的效果，在此过程中，只需使用调节电致变色层的光透过率即可，从而降低了曝光电路的复杂性，因此也降低了像素层上方金属布线的复杂性，并提升了曝光电路填充因子，降低了镜头模组的良率风险。
尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本申请，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本申请包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。
即，以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。另外，对于特性相同或相似的结构元件，本申请可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，本申请给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种像素结构，其特征在于，包括：
像素层，包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；
设置在所述像素层上的电致变色层，所述电致变色层包括多个电致变色块，一个电致变色块覆盖所述像素层一种类别的像素，所述电致变色层具有透明态及非透明态渐变的特性；
与所述电致变色层及像素层电连接的控制电路，所述控制电路用于控制所述像素层各个像素曝光相同的时间，并用于控制所述电致变色层的各个电致变色块的光透过率，其中收集亮度级别越高的像素对应的电致变色块的光透过率越低。
2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，
所述像素层包括多个2×2排列的像素组成的像素块，一个所述像素块包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；
所述电致变色层包括多个2×2排列的电致变色块组成的电致变色区域，所述电致变色区域的电致变色块与所述像素块的像素一一对应。
3.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，
所述控制电路包括电压修改电路，所述电压修改电路用于向所述电致变色层输出电压，以使所述电致变色层的不同区域具有不同的光透过率。
4.一种像素结构的曝光方法，其特征在于，包括：
获取像素层中为饱和状态的像素数量；所述像素结构包括：像素层，包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；设置在所述像素层上的电致变色层，所述电致变色层包括多个电致变色块，一个电致变色块覆盖所述像素层一种类别的像素，所述电致变色层具有透明态及非透明态渐变的特性；
若所述像素数量超过预设的数量阈值，则控制像素层各个像素的曝光时间相同，并控制各个电致变色块的光透过率，其中收集亮度级别越高的像素对应的电致变色块的光透过率越低。
5.根据权利要求4所述的像素结构的曝光方法，其特征在于，
所述像素层包括多个2×2排列的像素组成的像素块，一个所述像素块包括至少两种用于收集不同亮度级别光场信息的像素；
所述电致变色层包括多个2×2排列的电致变色块组成的电致变色区域，所述电致变色区域的电致变色块与所述像素块的像素一一对应；
所述控制各个电致变色块的光透过率使像素层进行曝光成像包括：
控制电致变色区域的一个电致变色块具有较高的光透过率，使对应的像素进行暗场的曝光，并控制电致变色区域的另一个电致变色块具有较低的光透过率，使对应的像素进行亮场的曝光。
6.根据权利要求4所述的像素结构的曝光方法，其特征在于，
所述方法还包括：
调节像素层的曝光时间，并在所述曝光时间固定后，使用所述光透过率修改电路修改所述电致变色层的光透过率。
7.根据权利要求4所述的像素结构的曝光方法，其特征在于，
所述获取像素层中为饱和状态的像素数量包括：
获取像素层各个像素收集的图像信息的灰度等级；
若像素对应的所述灰度等级大于预设的灰度阈值，则设定像素为饱和状态；
统计为饱和状态的像素数量。
8.根据权利要求4所述的像素结构的曝光方法，其特征在于，
所述获取像素层各个像素收集的图像信息的灰度等级包括：
获取像素层输出的直方图或累积直方图，所述直方图及累积直方图所在的坐标系的横轴为灰度等级，纵轴为像素数量；
根据所述直方图或累积直方图获取各个灰度等级对应的像素数量。
9.根据权利要求5所述的像素结构的曝光方法，其特征在于，
所述控制各个电致变色块的光透过率使像素层进行曝光成像还包括：
控制电致变色区域的两个电致变色块具有适中的光透过率，另外两个电致变色块的光透过率分别高于所述适中的光透过率和低于所述适中的光透过率。
10.根据权利要求3所述的像素结构的曝光方法，其特征在于，
所述控制各个电致变色块的光透过率包括：
使用控制电路输出电压，令各个所述电致变色块在所述控制电路的输出电压下改变光透过率。
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