KR20170118197A - 이미징 방법, 이미징 장치 및 전자 장치 - Google Patents

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KR20170118197A
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Abstract

본 발명은 이미징 방법을 개시한다. 당해 방법은, 이미지 센서를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 이미지 센서는 감광 화소 어레이 및 상기 감광 화소 어레이 상에 설치된 광 필터링 시트를 포함하고, 상기 광 필터링 시트는 광 필터링 유닛 어레이를 포함하며, 각각의 상기 광 필터링 유닛은 다수의 상기 감광 화소를 뒤덮어 병합 화소를 구성하고; 및 상기 감광 화소 어레이의 출력을 판독하고, 동일한 하나의 상기 병합 화소의 상기 감광 화소의 출력을 덧셈하여 상기 병합 화소의 화소 값을 얻음으로써 병합 이미지를 생성하는 단계를 포함한다. 이 이미징 방법을 이용하면 약한 빛에서 휘도와 선명도가 높고 노이즈가 적은 이미지를 얻을 수 있다. 본 발명은 이 이미징 방법을 구현할 수 있는 이미징 장치 및 이미징 장치를 적용한 전자 장치를 더 제공한다.

Description

이미징 방법, 이미징 장치 및 전자 장치
본 출원은 2015년 12월 18일 중국특허청에 제출한 출원번호가 201510964215.X인 특허출원의 우선권과 권리를 청구하고, 참조 방식으로 그 전문을 본 출원에 원용한다.
본 발명은 이미징 기술에 관한 것이며, 특히 이미징 방법, 이미징 장치 및 전자 장치에 관한 것이다.
종래의 이미징 장치에 따른 이미지 센서가 약한 빛 환경에서 생성한 이미지에 노이즈가 많고 선명하지 않은 등의 단점이 존재할 수 있다.
본 발명은 적어도 종래 기술에 존재하는 기술적 과제 중 하나를 해결하고자 한다. 이를 위해, 본 발명은 이미징 방법, 이미징 장치 및 전자 장치를 제공할 필요가 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법은,
이미지 센서를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 이미지 센서는 감광 화소 어레이 및 상기 감광 화소 어레이 상에 설치된 광 필터링 시트를 포함하고, 상기 광 필터링 시트는 광 필터링 유닛 어레이를 포함하며, 각각의 상기 광 필터링 유닛은 다수의 상기 감광 화소를 뒤덮어 병합 화소를 구성하고; 및
상기 감광 화소 어레이의 출력을 판독하고, 동일한 하나의 상기 병합 화소의 상기 감광 화소의 출력을 덧셈하여 상기 병합 화소의 화소 값을 얻음으로써 병합 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
병합 화소의 노이즈가 병합 전 각 화소 노이즈의 합보다 작으므로, 이 이미징 방법을 이용하면 약한 빛에서 SNR(Signal to Noise Ratio), 휘도와 선명도가 높고 노이즈가 적은 이미지를 얻을 수 있다. 이로써 종래의 일부 이미징 방법의 단점을 극복한다.
일부 실시 형태에서, 상기 이미징 장치는 레지스터를 포함하고, 각각의 상기 광 필터링 유닛은 2×2개 상기 감광 화소를 뒤덮으며,
상기 판독하는 단계는,
제k 행 및 제k+1 행의 상기 감광 화소의 출력을 수집하여 상기 레지스터에 저장하는 단계 - 그중 k=2n-1이고, n은 자연수이며, k+1은 상기 감광 화소 어레이의 총 행 수와 같거나 그보다 작음 -; 및
상기 레지스터로부터 상기 제k 행 및 제k+1 행의 상기 감광 화소의 출력을 추출하고, 동일한 하나의 상기 병합 화소의 상기 감광 화소의 출력을 덧셈하여 상기 병합 화소의 화소 값을 얻는 단계를 더 포함한다.
일부 실시 형태에서 상기 판독하는 단계는,
상기 감광 화소가 발생시킨 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 이미징 장치를 더 제공하며, 당해 이미징 장치는,
이미지 센서 및 상기 이미지 센서에 연결된 이미지 처리 모듈을 포함하며,
상기 이미지 센서는,
감광 화소 어레이;
상기 감광 화소 어레이 상에 설치된 광 필터링 시트를 포함하고, 상기 광 필터링 시트는 광 필터링 유닛 어레이를 포함하며, 각각의 상기 광 필터링 유닛은 다수의 상기 감광 화소를 뒤덮어 병합 화소를 구성하며,
상기 이미지 처리 모듈은, 상기 감광 화소 어레이의 출력을 판독하고, 동일한 하나의 상기 병합 화소의 상기 감광 화소의 출력을 덧셈하여 상기 병합 화소의 화소 값을 얻음으로써 병합 이미지를 생성하기 위한 것이다.
병합 화소의 노이즈가 병합 전 각 화소의 노이즈의 합보다 작으므로, 이 이미징 장치를 이용하면 약한 빛에서 SNR, 휘도와 선명도가 높고 노이즈가 적은 이미지를 얻을 수 있다. 이로써 종래의 일부 이미징 방법의 단점을 극복한다.
일부 실시 형태에서 상기 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서를 포함한다.
일부 실시 형태에서 상기 광 필터링 유닛 어레이는 베이어 패턴을 포함한다.
일부 실시 형태에서 각각의 상기 광 필터링 유닛은 2×2개 상기 감광 화소를 뒤덮는다.
일부 실시 형태에서 상기 이미징 장치는 상기 감광 화소 어레이가 행 순차적으로 노광되도록 제어하기 위한 제어 모듈을 포함한다.
일부 실시 형태에서 상기 이미징 장치는 레지스터를 더 포함하며, 상기 제어 모듈은 현재 노광이 완료된 제k 행 및 제k+1 행의 상기 감광 화소의 출력을 차례대로 수집하여 상기 레지스터에 저장하기 위한 것이며, 그중 k=2n-1이고, n은 자연수이며, k+1은 상기 감광 화소 어레이의 총 행 수와 같거나 그보다 작다.
일부 실시 형태에서 상기 이미지 센서는 AD 변환기를 포함하며, 각각의 상기 감광 화소는 하나의 상기 AD 변환기에 각각 연결되며, 상기 AD 변환기는 상기 감광 화소의 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하기 위한 것이며,
상기 디지털 신호 출력은 상기 레지스터에 저장되고,
상기 이미지 처리 모듈은 동일한 하나의 상기 병합 화소의 상기 감광 화소의 상기 디지털 신호 출력을 덧셈하여 상기 병합 화소의 화소 값을 얻기 위한 것이다.
일부 실시 형태에서 상기 이미지 센서는 상기 광 필터링 시트 상에 설치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하며, 각각의 상기 마이크로 렌즈는 하나의 상기 감광 화소에 대응된다.
본 발명은 상술한 이미징 장치를 포함한 전자 장치를 더 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 전자 장치를 이용하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법 및 이미징 장치의 유익한 효과를 구현할 수 있다.
일부 실시 형태에서 상기 전자 장치는 핸드폰을 포함한다.
일부 실시 형태에서 상기 이미징 장치는 상기 핸드폰의 프론트 카메라를 포함한다.
일부 실시 형태에서 상기 전자 장치는 상기 이미징 장치에 연결된 CPU(중앙 처리 장치) 및 외장 메모리를 포함하고, 상기 CPU는 상기 외장 메모리가 상기 병합 이미지를 저장하도록 제어하기 위한 것이다.
일부 실시 형태에서 상기 전자 장치는 상기 이미징 장치에 연결된 CPU 및 표시 장치를 더 포함하고, 상기 CPU는 상기 표시 장치가 상기 병합 이미지를 표시하도록 제어하기 위한 것이다.
본 발명의 부가적인 측면과 장점은 이하 설명에서 일부 제시되며, 일부는 이하 설명으로부터 명료해지거나 또는 본 발명의 실천을 통해 파악된다.
본 발명의 상기 및/또는 부가적인 측면과 장점은 이하 도면을 결부하여 행한 실시 형태에 대한 설명으로부터 명료해지고 쉽게 이해된다. 그중,
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법의 흐름 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법 중 판독 단계의 흐름 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법 중 판독 단계의 흐름 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치의 구조 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치 중 광 필터링 유닛 어레이의 개략도이다.
도 6은 베이어 패턴의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치 중 이미지 센서의 사시 구조 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치 중 기능 모듈의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치 중 기능 모듈의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치 중 기능 모듈의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치 중 감광 화소 및 관련 회로의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치 중 병합 화소 및 관련 회로의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치 중 이미지 센서의 사시 구조 개략도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치 중 이미지 센서의 구조 개략도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 따른 전자 장치 중 기능 모듈의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 따른 전자 장치 중 기능 모듈의 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다. 상기 실시 형태의 예시는 도면에 나타냈으며, 동일 또는 유사한 부호는 시종 일관하게 동일 또는 유사한 소자 또는 동일 또는 유사한 기능을 가진 소자를 나타냈다. 이하, 도면을 참고하여 설명한 실시 형태는 예시적인 것이며 본 발명의 실시 형태를 해석하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 실시 형태를 한정하는 것으로 이해되어서는 안된다.
이하, 도면을 결부하여 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법, 이미지 센서 및 전자 장치를 더 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법은,
S101: 이미지 센서를 제공하는 단계를 포함하되, 이미지 센서는 감광 화소 어레이 및 감광 화소 어레이 상에 설치된 광 필터링 시트를 포함하고, 광 필터링 시트는 광 필터링 유닛 어레이를 포함하며, 각각의 광 필터링 유닛은 다수의 감광 화소를 뒤덮어 병합 화소를 구성하고;
S102: 감광 화소 어레이의 출력을 판독하고, 동일한 하나의 병합 화소의 감광 화소의 출력을 덧셈하여 병합 화소의 화소 값을 얻음으로써 병합 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법은, 기존의 각각의 감광 화소의 출력이 S이고, 노이즈가 N이며, 병합 화소가 n×m개 감광 화소를 포함한다고 가정할 경우, 병합 화소의 화소 값은 n×m×S이고, 병합 화소의 노이즈는
Figure pct00001
이며, n=2, m=2의 경우 병합 화소의 노이즈는 N/2 정도이다. 따라서 병합 이미지의 휘도는 저 휘도 환경에서 향상되고 SNR가 향상된다.
도 2를 참고하면, 일부 실시 형태에서 이미지 센서의 각각의 광 필터링 유닛은 2×2개 감광 화소를 뒤덮으며, 단계 S102는,
S201: 제k 행 및 제k+1 행의 감광 화소의 출력을 수집하여 레지스터에 저장하는 단계 - 그중 k=2n-1이고, n은 자연수이며, k+1은 감광 화소 어레이의 총 행 수와 같거나 그보다 작음 -;
S202: 레지스터로부터 제k 행 및 제k+1 행의 감광 화소의 출력을 추출하고, 동일한 하나의 병합 화소의 감광 화소의 출력을 덧셈하여 병합 화소의 화소 값을 얻는 단계를 더 포함한다.
이와 같이, 레지스터를 충분히 이용하여 감광 유닛의 출력의 판독, 캐싱(caching) 및 병합 프로세스를 구현할 수 있다.
도 3을 참고하면, 일부 실시 형태에서 단계 S102는,
S301: 감광 화소가 발생시킨 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 단계; 및
S302: 동일한 하나의 병합 화소의 감광 화소의 디지털 신호 출력을 덧셈하여 병합 화소의 화소 값을 얻는 단계를 더 포함한다.
이와 같이 하여, 첫째로는 일반적으로 디지털 신호 처리 칩인 이미지 처리 모듈이 이미지 센서의 출력을 직접 처리할 수 있으며, 둘째로는 회로를 통해 이미지 센서의 아날로그 신호 포맷의 출력을 직접 처리하는 일부 기술적 수단에 비해, 후단의 디지털 신호 처리 칩인 이미지 처리 모듈을 통해 이미지 센서의 출력을 처리함으로써, 전단의 이미지 센서 중 각 감광 화소가 수집한 정보를 바람직하게 보존하는 바, 이러한 방식으로 각 감광 화소가 수집한 정보를 단독으로 이용하여 고 해상도의 이미지를 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 일부 감광 화소를 병합하는 방식으로 저 해상도지만 노이즈가 낮고 SNR가 높으며 선명도가 높은 이미지를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 16M 화소의 이미지 센서에 대해 말하자면, 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법은 4M 화소(2×2개 화소를 병합)의 병합 이미지를 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 16M 화소(즉 병합하지 않음)의 기존 이미지를 생성할 수도 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법은 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치(100)에 의해 구현될 수 있다.
도 4와 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치(100)는 이미지 센서(10) 및 이미지 센서(10)에 연결된 이미지 처리 모듈(30)을 포함한다. 이미지 센서(10)는 감광 화소 어레이(11) 및 감광 화소 어레이(11) 상에 설치된 광 필터링 시트(13)를 포함한다. 광 필터링 시트(13)는 광 필터링 유닛 어레이(131)를 포함하고, 각각의 광 필터링 유닛(1315)은 다수의 감광 화소(111)를 뒤덮어 병합 화소를 구성한다. 이미지 처리 모듈(30)은 감광 화소 어레이(11)의 출력을 판독하고, 동일한 하나의 병합 화소의 감광 화소(111)의 출력을 덧셈하여 병합 화소의 화소 값을 얻음으로써 병합 이미지를 생성하기 위한 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치(100)는 다수의 감광 화소(111)의 출력을 병합하여 병합 화소의 화소 값으로 하는 바, 종래의 이미징 장치에 비해, 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치(100)는 약한 빛에서 얻는 이미지의 노이즈가 낮고 SNR가 높으며 선명도가 높다.
본 발명의 실시 형태에 따른 이미지 센서(10)는 CMOS 센서일 수 있다. CMOS 센서는 전력 소모가 낮고 촬영 시스템의 사이즈가 작고 원가가 낮다.
도 5를 참고하면, 일부 실시 형태에서 광 필터링 유닛 어레이(131)는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 포함한다. 베이어 패턴은 통상의 광 필터링 유닛 어레이 구조이다. 베이어 패턴에서 광 필터링 유닛(1315)은 녹색(G), 적색(R) 및 남색(B)의 광 필터링 유닛을 포함하고, 그중 2개의 녹색 광 필터링 유닛, 하나의 적색 광 필터링 유닛 및 하나의 남색 광 필터링 유닛이 하나의 광 필터링 구조(1313)를 형성한다.
베이어 구조를 이용하면 종래의 베이어 구조에 대한 알고리즘을 이용하여 이미지 신호를 처리할 수 있어, 하드웨어 구조를 크게 조정하지 않아도 된다.
도 6을 참고하면, 종래의 광 필터링 유닛 어레이(131) 구조에서 각각의 광 필터링 구조(1313)는 4개의 광 필터링 유닛(1315)을 포함한다. 각각의 광 필터링 유닛(1315)은 하나의 감광 화소 및 이미지 화소에 대응된다. 도 5를 참고하면, 본 실시 형태에서 광 필터링 유닛 어레이(131)는 베이어 구조를 이용할 수 있으며, 다른 점이라면 각각의 광 필터링 유닛(1315)이 다수의 감광 화소(111)에 대응된다는 점이다.
도 5와 도 7를 참고하면, 일부 실시 형태에서 각각의 광 필터링 유닛(1315)은 2×2개의 감광 화소(111)에 대응되어 병합 화소를 형성한다.
그중, 각각의 광 필터링 유닛(1315)에 대응된 4개의 감광 화소(111)는 광 조사의 미세한 차이로 인해, 대응된 출력도 서로 다를 수 있다. 따라서, 병합 화소의 출력은 그것의 2×2개 감광 화소(111)의 출력을 통합한 것이다.
본 실시 형태에 따른 병합 화소 구조를 이용하면, 약한 빛에서 이미징 노이즈를 현저하게 낮추고 SNR와 선명도를 향상할 수 있다.
병합 화소 구조 중 다수의 감광 화소(111) 간의 배열 방식은, 2×2 구조를 제외하고도 3×3, 4×4, 심지어 임의의 n×m 등의 구조(n, m은 자연수)를 가질 수 있다. 이해할 수 있듯이, 감광 화소 어레이(11)에 배열될 수 있는 감광 화소(111)의 수량에 한계가 있으므로, 각각의 병합 화소에 포함된 감광 화소(111)가 너무 많으면, 이미지의 해상도 크기가 제한받을 수 있다. 예를 들어, 감광 화소 어레이(11)의 화소 값이 16M이고, 2×2의 병합 화소 구조를 이용하면 해상도가 4M인 병합 이미지를 획득하고, 4×4 구조를 이용하면 해상도가 1M인 병합 이미지만 획득할 수 있다. 따라서 2×2의 병합 화소 구조는 하나의 바람직한 배열 방식이며, 최대한 해상도를 적게 희생시키는 전제 하에 이미지의 휘도 및 선명도를 높인다.
도 8을 참고하면, 일부 실시 형태에서 이미징 장치(100)는 제어 모듈(40)을 더 포함하며, 제어 모듈(40)은 감광 화소 어레이(11)가 행 순차적으로 노광되도록 제어하기 위한 것이다. 제어 모듈(40)에는 행 선택 로직 유닛(41)과 열 선택 로직 유닛(43)이 연결되어, 감광 화소(111)의 출력을 행 순차적으로 처리한다. 행 순차적 노광 및 출력 방식은 회로가 더 쉽게 구현되도록 한다.
구체적으로, 도 8 및 도 11을 참고하면, 이미징 장치(100)는 행 선택 로직 유닛(41) 및 열 선택 로직 유닛(43)에 연결된 제어 모듈(40)을 포함한다. 행 선택 로직 유닛(41) 및 열 선택 로직 유닛(43)은 각각의 감광 화소에 대응된 스위칭 튜브(1115)에 연결되며, 제어 모듈(40)은 행 선택 로직 유닛(41) 및 열 선택 로직 유닛(43)을 제어하여 특정 위치의 감광 화소의 스위칭 튜브(1115)를 선택하여 도통시키기 위한 것이다. 예를 들어, 제1 행의 감광 화소의 스위칭 튜브(1115)를 제어하여 온시키고, 기타 행의 감광 화소의 스위칭 튜브(1115)를 제어하여 오프함으로써 제1 감광 화소가 출력되도록 한다.
도 9를 참고하면, 본 실시 형태에서 이미징 장치(100)는 레지스터(50)를 더 포함하며, 제어 모듈(40)은 현재 노광이 완료된 제k 행 및 제k+1 행의 감광 화소(111)의 출력을 차례대로 수집하여 레지스터(50)에 저장하기 위한 것이다. 그중 k=2n-1이고, n은 자연수이며, k+1은 감광 화소 어레이(11)의 총 행 수와 같거나 그보다 작다.
구체적으로, 제어 모듈(40)은 먼저 제1 행 및 제2 행 감광 화소의 출력을 수집하여 레지스터(50)에 저장한다. 이미지 처리 모듈(30)은 위치 좌표가 1-1, 1-2, 2-1, 2-2인 4개의 감광 화소의 출력을 덧셈하여 병합 화소의 화소 값을 얻는다. 그중 위치 좌표의 좌측 숫자는 행을 대표하고, 우측 숫자는 열을 대표한다.
이해할 수 있듯이, 병합 화소의 화소 값은 좌표가 1-1, 1-2, 2-1, 2-2인 4개의 감광 화소에 대응된 병합 화소의 출력이다.
이미지 처리 모듈(30)은 다시 좌표가 1-3, 1-4, 2-3, 2-4인 4개의 감광 화소의 출력을 덧셈하여 병합 화소의 화소 값을 얻는다.
이와 같이 유추하되, 제1 행 및 제2 행의 마지막 그룹의 4개의 감광 화소(111)에 대한 처리를 마칠 때까지 진행한다.
상술한 처리 방식으로, 이미지 처리 모듈은 제3 행 및 제4 행, 제5 행 및 제6 행 등 감광 화소의 출력을 처리하되, 전체 감광 화소의 출력에 대한 처리를 모두 완료할 때까지 진행한다.
이때, 이미지 처리 모듈은 모든 병합 화소의 화소 값을 토대로 병합 이미지를 생성한다.
도 10과 도 11을 참고하면, 일부 실시 형태에서 이미징 장치(100)는 AD 변환기(17)를 포함하고, 각각의 감광 화소(111)는 하나의 AD 변환기(17)에 각각 연결된다. AD 변환기(17)는 감광 화소(111)의 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하기 위한 것이다.
본 실시 형태에서의 감광 화소는 광전 다이오드(1113)를 포함한다. 광전 다이오드(1113)는 광 조사를 전하로 전환시키기 위한 것이며, 발생된 전하는 광 조사 강도와 비례 관계를 가진다. 스위칭 튜브(1115)는 행 선택 로직 유닛(41) 및 열 선택 로직 유닛(43)의 제어 신호에 의하여 회로의 도통과 차단을 제어하기 위한 것이며, 회로 도통시 소스 팔로어(1117, source follower)는 광전 다이오드(1113)가 광 조사를 받아 발생시킨 전하 신호를 전압 신호로 전환하기 위한 것이다. AD 변환기(17, Analog-to-digital converter)는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 이미지 처리 모듈(30)에 전송하여 처리하기 위한 것이다. 이미지 처리 모듈(30)은 이미지 신호 처리 칩(image signal processor)을 포함한다.
구체적으로, 도 11과 도 12를 참고하면, 위치가 1-1, 1-2, 2-1, 2-2인 감광 화소를 병합 화소로 하고, 각각의 감광 화소에 대응된 광전 다이오드(1113)는 스위칭 튜브(1115)에 연결된다. 스위칭 튜브(1115)는 행 선택 로직 유닛(41) 및 열 선택 로직 유닛(43)의 제어 신호를 토대로 회로의 도통과 차단을 제어하기 위한 것이며, 회로 도통시 소스 팔로어(1117)는 광전 다이오드(1113)가 광 조사를 받아 발생시킨 전하 신호를 전압 신호로 전환하기 위한 것이다. AD 변환기(17)는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 레지스터(50)에 전송하기 위한 것이다.
일부 실시 형태에서, 제1 행의 감광 화소와, 이에 대응되는 제2 행의 감광 화소의 출력은 병렬된다. 따라서 제1 행과 제2 행의 감광 화소의 출력은 동시에 수집할 수 없으며, 행 선택 로직 유닛(41) 및 열 선택 로직 유닛(43)의 제어 신호에 의해 제1 행의 감광 화소의 스위칭 튜브(1115)를 제어하여 온시키고 기타 행의 감광 화소의 스위칭 튜브(1115)를 오프하여 제1 행의 감광 화소의 출력이 레지스터(50)에 저장되도록 하고, 다시 제2 행의 감광 화소의 스위칭 튜브(1115)를 온시키고 기타 행의 스위칭 튜브(1115)를 오프하여 제2 행의 감광 화소의 출력이 레지스터에 저장되도록 한다. 이러한 방식으로 레지스터(50)는 2행의 감광 화소의 출력을 얻은 후 다시 이미지 처리 모듈(30)에 의해 연산 처리를 진행한다.
상기 출력 처리 방식은 감광 화소의 출력이 이미지 처리 모듈(30)에 들어간 후 다시 병합되도록 한다. 예를 들어 이미지 신호 처리 칩에서 소프트웨어에 의해 감광 화소의 출력을 병합하여 병합 화소의 화소 값을 얻는다. 따라서 각각의 감광 화소의 출력 정보는 쉽게 손실되지 않으며, 최종 생성된 이미지에 불량 포인트가 발생할 확률이 낮다. 또한, 상기 출력 처리 방식에 따른 노이즈가 작고 SNR가 높다.
도 13을 참고하면, 일부 실시 형태에서 이미지 센서(10)는 광 필터링 시트(13) 상에 설치된 마이크로 렌즈 어레이(19)를 포함하고, 각각의 마이크로 렌즈(191)는 하나의 감광 화소(111)와 대응된다.
도 13과 도 14를 참고하면, 각각의 마이크로 렌즈(191)는 하나의 감광 화소(111)에 대응되는 바, 크기, 위치 대응을 포함한다. 마이크로 렌즈(191)는 광을 감광 화소(111)의 감광 부분(111)에 집속시켜 감광 화소(111)의 수광 강도를 향상함으로써, 이미징 화질을 개선할 수 있다. 일부 실시 형태에서 각각의 광 필터링 유닛(1315)은 2×2개 감광 화소(111) 및 2×2개 마이크로 렌즈(191)에 대응되어 병합 화소를 형성한다.
기술의 발전에 따라, 해상도가 더 높은 이미지를 얻기 위해 감광 시트 상의 감광 화소(111)가 점점 많아지고 배열이 점점 밀집해지고 있으며, 개개별 감광 화소(111)도 점점 작아져 그 수광이 영향을 받으며, 감광 화소(111)의 감광 부분(1111)의 면적에 한계가 있다. 마이크로 렌즈(191)는 광을 감광 부분(1111)에 집속시킴으로써 감광 화소(111)의 수광 강도를 향상하여 이미지 화질을 개선할 수 있다.
상술한 바를 정리하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 장치는 각각의 광 필터링 유닛이 다수의 감광 화소를 뒤덮고, 이미지 처리 모듈이 다수의 감광 화소의 출력을 덧셈하여 병합 화소의 출력을 얻는다. 이러한 방식으로, 종래의 이미징 장치 구조에 비해, 본 구조에 따른 이미징 장치는 약한 빛에서 얻는 이미지의 노이즈가 낮고 SNR가 높고 선명도가 높다.
본 발명은 이미징 장치를 적용한 전자 장치를 더 제공한다. 일부 실시 형태에서 전자 장치는 이미징 장치를 포함한다. 따라서, 전자 장치는 촬영 기능을 가지고 약한 빛에서 SNR가 높고 선명도가 높은 병합 이미지를 생성할 수 있다.
전자 장치는 핸드폰일 수 있다.
일부 실시 형태에서 이미징 장치는 핸드폰의 프론트 카메라일 수 있다. 프론트 카메라가 대부분 셀프 샷에 이용되고 셀프 샷이 일반적으로 이미지의 선명도를 요구하고 이미지 해상도에 대한 요구가 높지 않으므로 본 실시 형태에 따른 전자 장치는 이 요구를 충족시킬 수 있다.
도 15를 참고하면, 일부 실시 형태에서 전자 장치(200)는 이미징 장치(100)에 연결된 CPU(81)와 외장 메모리(83)를 포함하고, CPU(81)는 외장 메모리(83)가 병합 이미지를 저장하도록 제어하기 위한 것이다.
이러한 방식으로, 생성된 병합 이미지는 추후 조회, 사용 또는 이전에 편리하도록 저장될 수 있다. 외장 메모리(83)는 SM(Smart Media) 카드와 CF(Compact Flash) 카드 등을 포함한다.
도 16을 참고하면, 일부 실시 형태에서 전자 장치(200)는 이미징 장치(100)에 연결된 CPU(81)와 표시 장치(85)를 더 포함하며, CPU(81)는 표시 장치(85)가 병합 이미지를 표시하도록 제어하기 위한 것이다. 이러한 방식으로, 전자 장치(200)가 촬영한 이미지는 사용자가 조회하도록 표시 장치에 표시될 수 있다. 표시 장치는 LED 디스플레이 등을 포함한다.
상술한 바를 정리하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 전자 장치를 이용하면, 촬영 기능을 가지고 약한 빛에서 SNR가 높고 선명도가 높은 병합 이미지를 생성할 수 있다. 특히, 이 전자 장치가 핸드폰의 프론트 카메라인 경우, 약한 빛에서의 셀프 샷의 휘도와 선명도를 향상할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 이미징 방법 및 전자 장치에서 전개하지 않은 부분은 상기 실시 형태에 따른 이미징 장치의 대응 부분을 참고할 수 있으며 여기서 상세히 전개하지 않는다.
본 명세서의 설명에서, 참고 용어 '일 실시예', '일부 실시예', '예시적인 실시예', '예시', '구체적인 예시', 또는 '일부 예시' 등 설명은 상기 실시 형태 또는 예시를 결부하여 설명한 구체적인 특징, 구조, 재료 또는 특점이 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태 또는 예시에 포함됨을 의미한다. 본 명세서에서 상기 용어에 대한 예시적 표현은 동일한 실시 형태 또는 예시를 반드시 가리키는 것은 아니다. 또한, 설명된 구체적인 특징, 구조, 재료 또는 특점은 임의의 하나 또는 다수의 실시 형태 또는 예시에서 적절한 형태로 결합될 수 있다.
흐름도 또는 여기서 기타 방식으로 설명된 모든 프로세스 또는 방법에 관한 설명은, 특정의 로직 기능 또는 프로세스의 단계를 구현하기 위한 하나 또는 그 이상의 실행 가능한 명령의 코드를 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 파트를 나타내는 것으로 이해될 수 있다. 또한 본 발명의 바람직한 실시 형태의 범위는 그밖의 다른 구현을 포함하며, 그중 나타낸 또는 토론된 순서에 따르지 않아도 되며, 언급된 기능이 실질적으로 동시에 또는 상반되는 순서에 따라 기능을 실행하는 것을 포함하며 본 발명의 실시예가 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 이를 이해해야 한다.
흐름도에 나타내거나 또는 여기서 기타 방식으로 설명된 로직 및/또는 단계는 예를 들어, 로직 기능을 구현하기 위한 실행 가능한 명령의 시퀀스 리스트로 볼 수 있으며, 명령 실행 시스템, 장치 또는 기기(예를 들어 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서를 포함하는 시스템, 또는 명령 실행 시스템, 장치 또는 기기로부터 명령을 추출하여 명령을 실행시킬 수 있는 기타 시스템)가 사용하도록, 또는 이들 명령 실행 시스템, 장치 또는 기기와 결합되어 사용되도록, 모든 컴퓨터 판독가능 매체에서 구체적으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 ‘컴퓨터 판독가능 매체’는 프로그램을 포함, 저장, 통신, 전파 또는 전송하여 명령 실행 시스템, 장치 또는 기기, 또는 이들 명령 실행 시스템, 장치 또는 기기와 결합되어 사용될 수 있는 모든 장치일 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체의 더 구체적인 예시(비전면적인 리스트, non exhaustive list)로는, 하나 또는 다수의 배선을 가진 전기적 연결부(전자 장치), 휴대용 컴퓨터 디스크 박스(자기 장치), 램(RAM), 롬(ROM), 소거가능 및 프로그램 가능한 판독전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광섬유 장치, 및 휴대용 씨디롬(CDROM)을 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 상기 프로그램이 인쇄될 수 있는 용지 또는 기타 적절한 매체일 수도 있다. 그 이유는, 예를 들어 용지 또는 기타 매체에 대해 광학적 스캔을 진행하고, 이어서 편집, 디코딩 또는 필요시 기타 적절한 방식으로 처리를 행하여 전자 형태로 상기 프로그램을 얻은 후 이를 컴퓨터 메모리에 저장할 수 있기 때문이다.
본 발명의 각 파트는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 상기 실시 형태에서, 다수의 단계 또는 방법은, 메모리에 저장되어 적절한 명령 실행 시스템에 의해 실행되는 소프트웨어 또는 펌웨어를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하드웨어를 통해 구현되는 경우, 다른 실시 형태에서와 마찬가지로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 널리 알려진 하기 기술 중의 임의의 하나 또는 이들의 조합을 통해 구현될 수 있다. 상기 '기술'은 데이터 신호에 대해 로직 기능을 구현하기 위한 로직 게이트 회로를 갖춘 이산 로직 회로, 적절한 조합 로직 게이트 회로를 갖춘 전용 집적 회로, 프로그램 가능 게이트 어레이(PGA), 필드-프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA) 등이다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는, 상술한 실시예에 따른 방법에 포함된 전체 또는 일부 단계가 프로그램을 통해 관련 하드웨어를 명령함으로써 구현될 수 있으며, 상술한 프로그램은 컴퓨터 판독가능 매체에 저장되며, 당해 프로그램은 실행시 방법 실시예에 따른 단계 중 하나 또는 그 조합을 포함함을 이해할 수 있다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 따른 각 기능 유닛은 하나의 처리 모듈에 집적될 수 있으며, 각 유닛이 물리적으로 단독으로 존재할 수도 있으며, 2개 또는 2개 이상의 유닛이 하나의 모듈에 집적될 수도 있다. 상기 집적된 모듈은 하드웨어의 형태를 이용하여 구현될 수 있으며, 소프트웨어 기능 모듈의 형태를 이용하여 구현될 수도 있다. 상기 집적된 모듈은 소프트웨어 기능 모듈의 형태로 구현되고 독립적인 제품으로 판매 또는 사용되는 경우, 하나의 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장될 수도 있다.
이상 언급된 저장 매체는 롬, 자기 디스크 또는 씨디롬 등일 수 있다.
위에서 본 발명의 실시예를 나타내고 설명했으나, 상술한 실시예는 예시적인 것임을 이해할 수 있으며, 본 발명을 한정하는 것으로 이해해서는 안된다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위 내에서 상술한 실시예를 변경, 수정, 교체 및 변형할 수 있다.

Claims (16)

  1. 이미징 방법에 있어서,
    이미지 센서를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 이미지 센서는 감광 화소 어레이 및 상기 감광 화소 어레이 상에 설치된 광 필터링 시트를 포함하고, 상기 광 필터링 시트는 광 필터링 유닛 어레이를 포함하며, 각각의 상기 광 필터링 유닛은 다수의 상기 감광 화소를 뒤덮어 병합 화소를 구성하고; 및
    상기 감광 화소 어레이의 출력을 판독하고, 동일한 하나의 상기 병합 화소의 상기 감광 화소의 출력을 덧셈하여 상기 병합 화소의 화소 값을 얻음으로써 병합 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이미징 장치는 레지스터를 포함하고, 각각의 상기 광 필터링 유닛은 2×2개 상기 감광 화소를 뒤덮으며,
    상기 판독하는 단계는,
    제k 행 및 제k+1 행의 상기 감광 화소의 출력을 수집하여 상기 레지스터에 저장하는 단계 - 그중 k=2n-1이고, n은 자연수이며, k+1은 상기 감광 화소 어레이의 총 행 수와 같거나 그보다 작음 - ; 및
    상기 레지스터로부터 상기 제k 행 및 제k+1 행의 상기 감광 화소의 출력을 추출하고, 동일한 하나의 상기 병합 화소의 상기 감광 화소의 출력을 덧셈하여 상기 병합 화소의 화소 값을 얻는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 판독하는 단계는,
    상기 감광 화소가 발생시킨 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 방법.
  4. 이미징 장치에 있어서,
    이미지 센서 및 상기 이미지 센서에 연결된 이미지 처리 모듈을 포함하며,
    상기 이미지 센서는,
    감광 화소 어레이;
    상기 감광 화소 어레이 상에 설치된 광 필터링 시트를 포함하고, 상기 광 필터링 시트는 광 필터링 유닛 어레이를 포함하며, 각각의 상기 광 필터링 유닛은 다수의 상기 감광 화소를 뒤덮어 병합 화소를 구성하며,
    상기 이미지 처리 모듈은, 상기 감광 화소 어레이의 출력을 판독하고, 동일한 하나의 상기 병합 화소의 상기 감광 화소의 출력을 덧셈하여 상기 병합 화소의 화소 값을 얻음으로써 병합 이미지를 생성하기 위한 것임을 특징으로 하는 이미징 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 광 필터링 유닛 어레이는 베이어 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    각각의 상기 광 필터링 유닛은 2×2개 상기 감광 화소를 뒤덮은 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 이미징 장치는 상기 감광 화소 어레이가 행 순차적으로 노광되도록 제어하기 위한 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 이미징 장치는 레지스터를 더 포함하며, 상기 제어 모듈은 현재 노광이 완료된 제k 행 및 제k+1 행의 상기 감광 화소의 출력을 차례대로 수집하여 상기 레지스터에 저장하기 위한 것이며, 그중 k=2n-1이고, n은 자연수이며, k+1은 상기 감광 화소 어레이의 총 행 수와 같거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 AD 변환기를 포함하며, 각각의 상기 감광 화소는 하나의 상기 AD 변환기에 각각 연결되며, 상기 AD 변환기는 상기 감광 화소의 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하기 위한 것이며,
    상기 디지털 신호 출력은 상기 레지스터에 저장되고,
    상기 이미지 처리 모듈은 동일한 하나의 상기 병합 화소의 상기 감광 화소의 상기 디지털 신호 출력을 덧셈하여 상기 병합 화소의 화소 값을 얻기 위한 것임을 특징으로 하는 이미징 장치.
  11. 제4 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 상기 광 필터링 시트 상에 설치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하며, 각각의 상기 마이크로 렌즈는 하나의 상기 감광 화소에 대응된 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
  12. 제4 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 이미징 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 전자 장치는 핸드폰을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 이미징 장치는 상기 핸드폰의 프론트 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 전자 장치는 상기 이미징 장치에 연결된 CPU 및 외장 메모리를 포함하고, 상기 CPU는 상기 외장 메모리가 상기 병합 이미지를 저장하도록 제어하기 위한 것임을 특징으로 하는 전자 장치.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 전자 장치는 상기 이미징 장치에 연결된 CPU 및 표시 장치를 더 포함하고, 상기 CPU는 상기 표시 장치가 상기 병합 이미지를 표시하도록 제어하기 위한 것임을 특징으로 하는 전자 장치.
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