TWI567960B - 具有多重曝光特性的影像感測器及其影像生成方法 - Google Patents

Description

具有多重曝光特性的影像感測器及其影像生成方法

本發明係提供一種影像感測器及其影像生成方法，尤指一種具有多重曝光特性的影像感測器及其影像生成方法。

請參閱第6圖，第6圖為習知技術之影像感測器60之示意圖。影像感測器60的感光單元62上方分別對應設置不同的彩色濾光單元64r、64g及64b，例如彩色濾光單元64r僅容許紅色光通過，彩色濾光單元64g僅容許綠色光通過，彩色濾光單元64b僅容許藍色光通過。當影像感測器60被致發時，該些感光單元62只能得到具有相同曝光值格式的影像。若要得到三種以上曝光值格式的影像以生成高解析度影像，影像感測器60必須要曝光三次才能取得三種曝光值格式的影像，影像生成速度造成過慢，如此一來，如何減少曝光時間，增加影像生成速度，將會是重要的課題。

本發明係提供一種具有多重曝光特性的影像感測器及其影像生成方法，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種具有多重曝光特性的影像感測器，其包含有一基座、複數個感光單元、至少一彩色濾光模組以及至少一衰減性濾光單元。該複數個感光單元以陣列方式設置在該基座上。該至少一彩色濾光模組設置於該複數個感光單元上。該彩色濾光模組包含兩個第一彩色濾光單元、一個第二彩色濾光單元與一個第三彩色濾光單元。該至少一衰減性濾光單元疊合於至少一彩色濾光模組之該兩個第一彩色濾光單元的其中之一，使對應於該衰減性濾光單元的一感光單元所接收之光量強度低於該複數個感光單元中的其它感光單元所接收之光量強度。

本發明之申請專利範圍另揭露一種以多重曝光方式取得高解析度影像的影像生成方法，應用在如前所述之影像感測器。該影像生成方法包含有利用一第一曝光值致發該複數個感光單元以獲得具有一第一曝光值格式與一第二曝光值格式的一影像，利用一第三曝光值致發該複數個感光單元以獲得具有一第三曝光值格式與該第一曝光值格式的另一影像，以及合成該兩張影像且以該第二曝光值格式與該第三曝光值格式補償該些第一曝光值格式，據此生成該高解析度影像。其中，該第一曝光值相異於該第二曝光值、且第三曝光值異於第一及第二曝光值。

本發明的影像感測器以兩個第一彩色濾光單元、一個第二彩色濾光單元與一個第三彩色濾光單元組成彩色濾光模組，並將衰減性濾光單元疊合於該兩個第一彩色濾光單元的其中之一，因此在致發該些感光單元時，配設有衰減性濾光單元的感光單元的曝光值會低於其它沒有配設衰減性濾光單元的感光單元的曝光值，故只要取得兩張影像便能得到三種曝光值格式圖樣，並由這三種曝光值格式圖樣進行補償及合成，而產生所需的高動態對比及高解析度影像。本發明的影像感測器及其影像生成方法不需過多曝光次數就能得到多亮度影像，能顯著提升高動態對比及高解析度影像的生成速度。

請參閱第1圖，第1圖為本發明實施例之具有多重曝光特性之影像感測器10之示意圖。影像感測器10包含有基座12、感光單元14、彩色濾光模組16以及衰減性濾光單元18。感光單元14之數量眾多，以陣列方式設置在基座12上。彩色濾光模組16設置在該些感光單元14上，用來濾除特定波長的光線，使得該些感光單元14能接收到特定色彩的光訊號。彩色濾光模組16較佳以四個濾光單元為一組，該四個濾光單元係包含兩個第一彩色濾光單元20g、一個第二彩色濾光單元20b與一個第三彩色濾光單元20r。在本發明之較佳實施例中，第一彩色濾光單元20g係為綠色光濾光單元，然實際應用不限於此，端視設計需求而定。

衰減性濾光單元18可為一種中性濾光片，疊合於兩個第一彩色濾光單元20g的其中之一，用來使對應於衰減性濾光單元18的感光單元14所接收之光量強度低於其它感光單元14所接收之光量強度。請參閱第2圖與第3圖，第2圖為本發明實施例之影像感測器10之部分結構示意圖，第3圖為本發明實施例之各個感光單元14及其彩色濾光單元之示意圖。每四個感光單元14可組成一個單位，其上分別設置相應的第一彩色濾光單元20g、第二彩色濾光單元20b及第三彩色濾光單元20r，以使各感光單元14僅能收到相應色光。

本發明較佳實施例係將衰減性濾光單元18疊合於兩個第一彩色濾光單元20g的其中之一，其疊合方式可為設置在對應的第一彩色濾光單元20g面向感光單元14的一側，例如第3圖所示實施態樣、或是設置在對應的第一彩色濾光單元20g非面向感光單元14的一側，例如第1圖所示實施態樣；只要衰減性濾光單元18能夠減少對應的感光單元14所接收之光量強度，各種設置方式俱可符合本發明之設計需求，故此不對其它可能的實施態樣分別繪製相應圖式，合先敘明。

如第1圖所示，影像感測器10可選擇性包含光學元件22，其係設置在感光單元14、或是對應的第一彩色濾光單元20g上。光學元件22較佳為凸透鏡型式，用來匯聚光量進入感光單元14，提高收光效率及影像品質。衰減性濾光單元18除了設置在第一彩色濾光單元20g的兩側外，在影像感測器10具有光學元件22的實施態樣中還可形成於光學元件22的表面，例如以塗佈或鍍膜方式形成在光學元件22的表面上。如前所述，只要能減少進入感光單元14之光量強度的衰減性濾光單元18形成方式，皆屬於本發明之設計範疇。

為了執行影像生成方法以合成高解析度影像，影像感測器10另可選擇性包含運算處理器24，其係電連接於該些感光單元14。本發明的運算處理器24用來致發該些感光單元14以不同曝光值分別產生兩張影像，並將這兩張影像加以合成出高動態對比的高解析度影像。詳細的影像生成方法將於後敘明。特別一提的是，運算處理器24可透過外接方式電連接影像感測器10的該些感光單元14，例如第2圖所示實施態樣；或是直接內建於影像感測器10，例如第1圖所示實施態樣。運算處理器24的作用在於驅動該些感光單元14以不同曝光值分別取得數張影像進行合成，故凡可同步驅動該些感光單元14的電連接方式皆屬於本發明之設計範疇。

請參閱第4圖與第7圖，第4圖為本發明實施例之影像生成方法之流程圖。第7圖為本發明實施例之影像感測器10以不同曝光值所取得影像之示意圖。第4圖所述之影像生成方法適用於第1圖至第3圖所示之影像感測器10。關於影像生成方法，運算處理器24首先執行步驟400，利用第一曝光值致發該些感光單元14以獲得具有第一曝光值格式與第二曝光值格式的第一影像I1；其中第一曝光值可為0EV，第二曝光值可為-1EV，然不限於此。第一影像I1的圖樣G1為感光單元14接收通過第一彩色濾光單元20g的光線所生成，圖樣G2為感光單元14接收通過第一彩色濾光單元20g及衰減性濾光單元18的光線所生成，圖樣R為感光單元14接收通過第三彩色濾光單元20r的光線所生成，圖樣B為感光單元14接收通過第二彩色濾光單元20b的光線所生成。由此可知，圖樣G2的第二曝光值格式相異於圖樣G1、圖樣R與圖樣B的第一曝光值格式。

接著，運算處理器24執行步驟402，利用第三曝光值致發該些感光單元14以獲得具有第三曝光值格式與第一曝光值格式的第二影像I2；其中第三曝光值可為1EV，意即第一曝光值相異於第二曝光值、且第三曝光值相異於第一曝光值及第二曝光值；需註明的是第三曝光值並不限於舉例的1EV，端視設計需求而定。因此，第二影像I2的圖樣G1、圖樣R與圖樣B為第三曝光值格式，圖樣G2為第一曝光值。最後，運算處理器24執行步驟404，將第一影像I1與第二影像I2合成，使用第二曝光值格式與第三曝光值格式的圖樣去補償第一曝光值格式的圖樣，據此生成高動態對比的高解析度影像。

請參照第5圖，第5圖為本發明實施例之將不同曝光值格式圖樣合成為另一影像之示意圖。第5(a)圖為第三曝光值格式(例如1EV)的圖樣，可看出畫面亮度偏亮；第5(b)圖為第一曝光值格式(例如0EV)的圖樣，可看出畫面亮度尚可；第5(c)圖為第二曝光值格式(例如-1EV)的圖樣，可看出畫面亮度偏暗。本發明的影像感測器10只要拍攝兩張影像(意即第一影像I1和第二影像I2)就能取得前述三種曝光值格式的圖樣，再利用影像生成方法的步驟404以第二曝光值格式與第三曝光值格式的圖樣補償第一曝光值格式的圖樣後，便能取得第5(d)圖所示之高動態對比的高解析度影像。

綜上所述，本發明的影像感測器以兩個第一彩色濾光單元、一個第二彩色濾光單元與一個第三彩色濾光單元組成彩色濾光模組，並將衰減性濾光單元疊合於該兩個第一彩色濾光單元的其中之一，因此在致發該些感光單元時，配設有衰減性濾光單元的感光單元的曝光值會低於其它沒有配設衰減性濾光單元的感光單元的曝光值，故只要取得兩張影像便能得到三種曝光值格式圖樣，並由這三種曝光值格式圖樣進行補償及合成，而產生所需的高動態對比及高解析度影像。相較先前技術，本發明的影像感測器及其影像生成方法不需過多曝光次數就能得到多亮度影像，能顯著提升高動態對比及高解析度影像的生成速度。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧影像感測器

12‧‧‧基座

14‧‧‧感光單元

16‧‧‧彩色濾光模組

18‧‧‧衰減性濾光單元

20g‧‧‧第一彩色濾光單元

20b‧‧‧第二彩色濾光單元

20r‧‧‧第三彩色濾光單元

22‧‧‧光學元件

24‧‧‧運算處理器

60‧‧‧影像感測器

62‧‧‧感光單元

64r‧‧‧彩色濾光單元

64g‧‧‧彩色濾光單元

64b‧‧‧彩色濾光單元

I1‧‧‧第一影像

I2‧‧‧第二影像

G1‧‧‧高曝光值圖樣

G2‧‧‧低曝光值圖樣

R‧‧‧其它圖樣

B‧‧‧其它圖樣

400、402、404‧‧‧步驟

第1圖為本發明實施例之具有多重曝光特性之影像感測器之示意圖。 第2圖為本發明實施例之影像感測器之部分結構示意圖。 第3圖為本發明實施例之各個感光單元及其彩色濾光單元之示意圖。 第4圖為本發明實施例之影像生成方法之流程圖。 第5圖為本發明實施例之將不同曝光值格式圖樣合成為另一影像之示意圖。 第6圖為習知技術之影像感測器之示意圖。 第7圖為本發明實施例之影像感測器以不同曝光值所取得影像之示意圖。

10‧‧‧影像感測器

12‧‧‧基座

14‧‧‧感光單元

16‧‧‧彩色濾光模組

18‧‧‧衰減性濾光單元

20g‧‧‧第一彩色濾光單元

20b‧‧‧第二彩色濾光單元

20r‧‧‧第三彩色濾光單元

22‧‧‧光學元件

24‧‧‧運算處理器

Claims (10)

1. 一種具有多重曝光特性的影像感測器，其包含有：一基座；複數個感光單元，以陣列方式設置在該基座上；複數個彩色濾光模組，分別設置於該複數個感光單元上，該複數個彩色濾光模組之任一個彩色濾光模組包含兩個第一彩色濾光單元、一個第二彩色濾光單元與一個第三彩色濾光單元，且該任一個彩色濾光模組之其中一第一彩色濾光單元不鄰接於另一彩色濾光模組之一第一彩色濾光單元；以及複數個衰減性濾光單元，分別疊合於該任一個彩色濾光模組之該兩個第一彩色濾光單元的其中之一，使對應於該衰減性濾光單元的一感光單元所接收之光量強度低於該複數個感光單元中的其它感光單元所接收之光量強度。
2. 如請求項1所述之影像感測器，其中該衰減性濾光單元設置在該對應第一彩色濾光單元之面向該感光單元的一側、或該對應第一彩色濾光單元非面向該感光單元的一側。
3. 如請求項1或2所述之影像感測器，其中該衰減性濾光單元為一中性濾光片。
4. 如請求項1所述之影像感測器，另包含有：一光學元件，設置在該感光單元或該對應第一彩色濾光單元上，用來匯聚光 量進入該感光單元，其中該衰減性濾光單元係形成於該光學元件的表面。
5. 如請求項4所述之影像感測器，其中該衰減性濾光單元以塗佈或鍍膜方式形成於該光學元件上。
6. 如請求項1所述之影像感測器，另包含有：一運算處理器，電連接於該複數個感光單元，用來致發該複數個感光單元以不同曝光值分別產生兩張影像，並將該兩張影像加以合成出一高動態對比的影像。
7. 如請求項6所述之影像感測器，其中該運算處理器內建於該影像感測器、或以外接方式電連接該影像感測器之該些感光單元。
8. 如請求項6所述之影像感測器，其中該運算處理器以一第一曝光值致發該複數個感光單元而獲得具有一第一曝光值格式與一第二曝光值格式的一影像，再以一第三曝光值致發該複數個感光單元而獲得具有一第三曝光值格式與該第一曝光值格式的另一影像，該運算處理器合成該兩張影像，使用該第二曝光值格式與該第三曝光值格式補償該些第一曝光值格式，據此生成該高解析度影像。
9. 如請求項8所述之影像感測器，其中該第一曝光值相異於該第二曝光值、且該第三曝光值異於該第一曝光值及該第二曝光值。
10. 一種以多重曝光方式取得高解析度影像的影像生成方法，應用在如請求項1所述之影像感測器，該影像生成方法包含有：利用一第一曝光值致發該複數個感光單元以獲得具有一第一曝光值格式與一第二曝光值格式的一影像；利用一第三曝光值致發該複數個感光單元以獲得具有一第三曝光值格式與該第一曝光值格式的另一影像；以及合成該兩張影像且以該第二曝光值格式與該第三曝光值格式補償該些第一曝光值格式，據此生成該高解析度影像；其中，該第一曝光值相異於該第二曝光值、且該第三曝光值異於該第一曝光值及該第二曝光值。