CN1578389A - 曝光期间具有可变分辨率的像素 - Google Patents

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Abstract

描述了一种可变分辨率成像器以及形成从可变分辨率成像器输出的输出信号的方法。提供了一种具有多个像素的成像器。通过把这种成像器的各部分中所选择的像素组集结在一起，从而形成可变分辨率的区域，实现可变分辨率成像器。集结在一起的像素的数目越大，成像器的该部分的分辨率就越低。通过对到成像器的信号编程来对像素的集结进行控制，以便可在一个帧内或在多个帧之间改变分辨率。可由计算机处理器或操作员对分辨率加以控制。可以把成像器输出的反馈用于确定成像器的各个部分的分辨率。

Description

曝光期间具有可变分辨率的像素
技术领域
本发明涉及一种可变分辨率成像器，其中在图像的不同部分可以具有不同的分辨率，并且能够在一帧的曝光时间内改变整个成像器的分辨率。
背景技术
授予Compton的第5,452,109号美国专利描述了一种被基于逐像素和逐行动态地控制以改变成像过程的成像分辨率和格式的CCD成像器信号处理器。
授予Carlson的第4,554,585号美国专利描述了一种与成像器可变相间，并位于所投射图像光路径中，从而使成像器较低分辨率区域比成像器较高分辨率区域更为模糊的漫射面(diffusion surface)。截止空间频率根据该系统的可变分辨率连续地变化。
发明内容
成像器从图像，如物体、照片等接收输入信号，例如光能量，并将其解码并变换成输出信号。然后，可以把输出信号馈送到显示单元，并且可以显示该图像。在许多情况下，代表成像器所接收图像的输入信号是非常不均匀的。例如，如果把成像器用于形成这样的物体或景色的输出信号，其中所述物体或景色的某些部分被相当明亮地照射，而其它一些部分仅获得相当低的照射，则成像器的某些部分可能会饱和，而其它部分不能接收到充分的照射。出于其它原因，人们也可能希望针对物体或景色的不同部分采用不同的分辨率。
本发明的一个主要目的是提供一种形成来自成像器的图像信号的方法，其中，所述成像器对于景色的不同部分可具有不同的分辨率。
本发明的另一个主要目的是，提供一种形成来自成像器的图像信号的方法，其中，所述成像器在一个帧曝光时间内对于整个成像器可具有不同的分辨率。
本发明的又一个主要目的是，提供一种对于景色的不同部分可具有不同分辨率的可变分辨率成像器。
本发明的再一个主要目的是，提供一种在一个帧曝光时间内对于整个成像器可具有不同的分辨率的可变分辨率的成像器。
使用具有如下像素的成像器实现这些目的：即这些像素被集结在一起以形成多组像素，从而可得到可变的分辨率。把多个像素集结在一起，可产生提供较低分辨率的较大的有效像素。集结在一起的像素越多，分辨率就越低。在成像器中，把多个像素用作单独像素(individual pixel)，提供了成像器可提供的最高的分辨率。可以在一个帧之前设置成像器的分辨率，并且可以针对不同的帧改变成像器的分辨率。也可以在一个帧中改变成像器的分辨率，从而可对于一个帧图像的不同部分提供不同的分辨率。
附图说明
图1A是一个成像器的一部分的截面图，描述了形成在硅衬底中的两个像素。
图1B示出被集结在一起形成一个单一、较低分辨率像素的4个单独像素的图。
图1C是一个成像器的一部分的截面图，描述了形成在硅衬底上的两个像素，说明了集结像素的一种方法。
图2一个成像器的图，该成像器具有多个形成一个高分辨率成像器的单独像素。
图3描述了一个成像器的图，该成像器具有以4个像素为一组集结在一起形成一个较低分辨率成像器的单独像素。
图4描述了一个成像器的图，该成像器在成像器的不同部分具有可变的分辨率。
图5描述了一个成像器的图，该成像器在其不同部分具有3个级别的分辨率。
图6是一个像素的方框图，该像素具有操作员或处理器输入，以及向检测单元的输出。
具体实施方式
现在，参照图1～6，描述本发明方法及成像器的优选实施例。图1A是一个成像器的一部分的截面图，描述了形成在P型硅衬底中的第一像素18和第二像素20。在该例子中，第一像素18包括形成在衬底10中的第一N阱12，第二像素20包括形成在衬底10中的第二N阱14。在成像器的电荷积累期间，在第一N阱12和P型衬底之间的PN结以及第二N阱14和P型衬底之间的PN结处，电荷被积累。如果通过第一N阱12和第二N阱14之间的电连接16把两个N阱集结在一起，则第一N阱12和第二N阱14将具有相同电位，在第一N阱12和第二N阱14之间均匀地共享电荷。第一像素18和第二像素充当一个单个像素，这一组合像素所产生的信号，源于集成期间(integration period)所有组合像素的平均入射光，而且由组合像素所形成的有效像素的分辨率将降低。在这一方式中，通过把单独像素的组集结在一起，可以改变成像器中组合像素的分辨率。像素组的集结，可以在一个帧期间或在多个帧之间进行。具有降低的分辨率的像素组合将具有降低的噪音，原因在于把像素集结在一起。噪音降低与集结在一起的像素的个数成正比。分辨率与集结在一起的像素的个数成反比。
图1B描述了电连接102把4个单独像素100集结在一起形成一个组合像素110的例子。图1C是图1A中所示的成像器的一部分的截面图，描述了用于把像素集结在一起的可编程电连接的一个例子。在图1C中所示的例子中，第一N-阱12和第二N-阱14形成在P-型衬底10中。N+区域22形成在第一N-阱12和第二N-阱14之间的P-型衬底10中。栅氧化层24形成在N+区域22上，以及栅电极26形成在栅氧化层24上。然后，第一N-阱12、N+区域22、以及第二N-阱14形成一个N通道FET，它可以导通和截止以将两个像素集结在一起或是将两个像素隔开。该集结方法允许对所选择像素可编程地加以集结，以便可通过对到成像器的信号编程来改变分辨率。可以根据要求，在一个帧内或在多个帧之间改变成像器的分辨率。2003年1月9日由TanerDosluoglu提交的第10/339,189号、名称为“APS PIXEL WITH RESET NOISESUPRESSION AND PROGRAMMABLE BINNIG CAPABILITY”的专利申请中，说明了这一集结方法，将该专利申请并入此处，以作参考。
图2描述了成像器200，该成像器拥有像素阵列100，从而提供了成像器200的最大分辨率。图3描述了一个其中使用集结连接102以4个像素为一组将多个单独像素100集结在一起形成多个组合像素110的成像器200。与图2中的成像器200相比，图3中的成像器200将具有更低的分辨率。图4描述了成像器200，该成像器具有最高分辨率的单独像素100和较低分辨率的以4个像素为一组集结在一起的像素110。图5描述了成像器200，该成像器具有两个以上级别的分辨率。图5中的成像器示出了该成像器的一个部分中的单独像素100、具有以4个单独像素为一组的像素组的第一扩展像素110、以及具有以9个像素为一组的像素组的第二扩展像素112。可以在该成像器的期望位置上改变成像器的分辨率，以提供在景色的所选择部分上具有期望分辨率的成像器信号。在景色的期望位置上改变成像器分辨率的某些原因是，为了补偿景色中物体照明方面的宽范围变化，以改进成像器的信噪比，从而克服芯片速度的限制和获得具有可变分辨率的较高的帧速率。
可以通过如计算机处理器的装置或通过操作员来控制像素集结，从而控制成像器的分辨率。图6是一个方框图，描述了向成像器200的处理器210或操作员220输入，并具有向检测单元230的成像器输出。成像器的分辨率可以包括几个级别的分辨率，可以在一个帧内改变成像器的分辨率，也可以在多个帧之间改变成像器的分辨率。如图6的方框图中所示，来自检测单元的信号可以反馈回处理器210，因此可以把图像各部分的图像的特性，例如照射度(illumination level)、期望信噪比、图像中物体的移动、对图像特别感兴趣的部分等，用于确定成像器各部分的分辨率。可以提高成像器强照射部分的分辨率，以避免在成像器这些部分中的饱和。可以降低成像器一些部分的分辨率，以改进信噪比，因为把多个像素集结在一起降低了由组合像素所形成的有效像素的噪声。
可以把可变分辨率成像器用于避免在具有高可变照射度的景色中的饱和效应(saturation effect)，可更密切地观察景色的一个部分中的移动，或可更密切地观察特别感兴趣的景色中的多个部分。可变分辨率成像器能够以较高帧速率实现可变分辨率，这是因为可以在一个帧中，或逐帧地改变分辨率，而无需大量的图像处理。可变分辨率成像器可以改进成像器的信噪比，因为把像素集结在一起降低了组合像素的噪声。
对于可变分辨率的操作，请参照图6。首先，选择多个像素以构成一个帧。帧中像素的个数可以是成像器中所有可用的像素，或为这些像素中的所选择个数。成像器的分辨率可由操作员220或由计算机处理器210来确定。可以在一个帧内改变成像器的分辨率，也可以在多个帧之间改变成像器的分辨率。成像器确定图像信号，并把这些信号发送到检测单元230。从检测单元230到处理器210的反馈可用于调整成像器的分辨率。
本发明的这些像素已经被描述为形成在P或P-型硅衬底10中的N或N-型硅阱。在一个例子中，在P-型硅衬底中形成用于集结连接的N+型硅区域。本技术领域人员将会很容易地意识到：如果用P区域取代N区域、用P区域取代N区域、用P-区域取代N-区域、用N-区域取代P-区域、用P+区域取代N+区域、以及用N+区域取代P+区域，本发明将同样能够很好地运作。
尽管已参照本发明的优选实施例具体说明和描述了本发明，但是本技术领域人员应当知道：在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上对本发明进行各种修改。

Claims (34)

1.一种在成像器中形成可变分辨率图像信号的方法，包括：
提供多个像素，其中，每一所述像素提供一个输出信号，这一输出信号与在集成期间照射所述像素的光量相关；
形成所述多个像素的某些或全部像素的一个帧；
把所述帧中的一个或多个所述像素的组集结在一起，以便所述帧包括多个单独像素以及一个或多个所述像素的组，其中，所述像素的每一所述组提供一个输出信号，这一输出信号与在所述集成期间照射该像素组中的像素的光量相关，从而在所述帧中对于所述成像器的不同部分提供不同的分辨率；和
通过读出所述帧中的所述多个单独像素和所述像素的组来形成图像信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述帧由多个行构成，每一所述行包括多个单独像素、集结在一起的像素的组，或既包括多个单独像素也包括集结在一起的所述像素的组，并且一次一行地读出所述帧。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述像素的每一所述组提供一个输出信号，这一输出信号与在所述集成期间照射该像素组中的像素的光的平均量相关。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括计算机处理器，其中，所述处理器控制将所述像素的哪一些集结在一起，以形成所述像素的组。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，与具有较低分辨率的所述帧的那些区域相比，具有较高分辨率的所述帧的那些区域接收较强的照射。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像信号代表图像，并且根据所述图像的特性来选择所述成像器的不同部分的分辨率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述集成期间之前，完成把所述帧中一个或多个所述像素的组集结在一起的操作。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，把所述图像信号的反馈用于确定所述成像器的不同部分的分辨率。
9.一种在成像器中形成可变分辨率图像信号的方法，包括：
提供多个像素，其中，每一所述像素提供一个输出信号，这一输出信号与在集成期间照射所述像素的光量相关；
形成所述多个像素的某些或全部像素的一个帧；
把所述帧中的所述像素的组集结在一起，以便所述帧包括集结在一起的所述像素的所述组，其中，所述像素的每一所述组提供一个输出信号，这一输出信号与在所述集成期间照射该像素组中的像素的光量相关，并且根据集结在一起成为每一组的像素的个数来确定所述成像器的分辨率；和
通过读出所述帧中的所述多个单独像素和所述像素的组，形成图像信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述帧由多个行构成，每一所述行包括集结在一起的所述像素的所述组，并且一次一行地读出所述帧。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述像素的每一所述组提供一个输出信号，这一输出信号与在所述集成期间照射该像素组中的像素的光的平均量相关。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括处理器，其中，所述处理器控制把所述像素的哪一些集结在一起以形成所述像素的所述组，并从而控制所述成像器的分辨率。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述成像器的操作期间，由操作员控制所述成像器的分辨率。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述像素的每一所述组中的像素的数量是相同的。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述集成期间之前，完成把所述帧中的所述第二数量的像素的组集结在一起的操作。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，把所述图像信号的反馈用于确定所述成像器的分辨率。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，所述图像信号代表图像，并且根据所述图像特性来选择集结在一起的所述像素的组的尺寸。
18.一种可变分辨率成像器，包括：
多个像素，其中，每一所述像素提供一个输出信号，这一输出信号与在集成期间照射所述像素的光量相关；
所述多个像素的某些或全部像素的一个帧；
所述帧中的一个或多个所述像素的组，被集结在一起以便所述帧包括多个单独像素以及一个或多个所述像素的组，其中，每一所述像素的所述组提供一个输出信号，这一输出信号与在所述集成期间照射该像素组中的像素的光量相关，从而在所述帧中对于所述成像器的不同部分提供不同的分辨率；和
通过读出所述帧中的所述多个单独像素和所述像素的组所形成的图像信号。
19.根据权利要求18所述的可变分辨率成像器，其中，所述帧由多个行构成，每一所述行包括多个单独像素、集结在一起的像素的组，或既包括多个单独像素也包括集结在一起的所述像素的组，并且一次一行地读出所述帧。
20.根据权利要求18所述的可变分辨率成像器，其中，每一所述像素的所述组提供一个输出信号，这一输出信号与在所述集成期间照射该像素组中像素的光的平均量相关。
21.根据权利要求18所述的可变分辨率成像器，还包括处理器，其中，所述处理器控制把所述像素的哪些集结在一起以形成所述像素的组。
22.根据权利要求18所述的可变分辨率成像器，其中，与具有较低分辨率的所述帧的那些区域相比，具有较高分辨率的所述帧的那些区域接收较强的照射。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，所述图像信号代表图像，并且根据所述图像的特性来选择所述成像器的不同部分的分辨率。
24.根据权利要求18所述的可变分辨率成像器，其中，在所述集成期间之前，完成把所述帧中一个或多个所述像素的组集结在一起的操作。
25.根据权利要求18所述的可变分辨率成像器，其中，把所述图像信号的反馈用于确定所述帧中的所述成像器的不同部分的分辨率。
26.一种可变分辨率成像器，包括：
多个像素，其中，每一所述像素提供一个输出信号，这一输出信号与在集成期间照射所述像素的光量相关；
所述多个像素的某些或全部像素的一个帧；
所述帧中的所述像素的组，被集结在一起以便所述帧包括集结在一起的所述像素的所述组，其中，所述像素的每一所述组提供一个输出信号，这一输出信号与在所述集成期间照射该像素组中的像素的光量相关，并且根据集结在一起成为每一组的像素的个数来确定所述成像器的分辨率；和
通过读出所述帧中的所述多个单独像素和所述像素的组所形成的图像信号。
27.根据权利要求26所述的可变分辨率成像器，其中，所述帧由多个行构成，每一所述行包括集结在一起的所述像素的所述组，并且一次一行地读出所述帧。
28.根据权利要求26所述的可变分辨率成像器，其中，所述像素的每一所述组提供一个输出信号，这一输出信号与在所述集成期间照射该像素组中的像素的光的平均量相关。
29.根据权利要求26所述的可变分辨率成像器，还包括处理器，其中，所述处理器控制把所述像素的哪一些集结在一起，以形成所述像素的所述组，并从而可控制所述成像器的分辨率。
30.根据权利要求26所述的可变分辨率成像器，其中，在所述成像器的操作期间，由操作员控制所述成像器的分辨率。
31.根据权利要求26所述的可变分辨率成像器，其中，每一所述像素的所述组中的像素的数量是相同的。
32.根据权利要求26所述的可变分辨率成像器，其中，在所述集成期间之前，完成把所述帧中的所述第二数量的像素的组集结在一起的操作。
33.根据权利要求26所述的可变分辨率成像器，其中，把所述图像信号的反馈用于确定所述成像器的分辨率。
34.根据权利要求26所述的方法，其中，所述图像信号代表图像，并且根据所述图像的特性来选择集结在一起的像素的所述组的尺寸。
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