WO2024076130A1 - 카메라를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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WO2024076130A1
WO2024076130A1 PCT/KR2023/015213 KR2023015213W WO2024076130A1 WO 2024076130 A1 WO2024076130 A1 WO 2024076130A1 KR 2023015213 W KR2023015213 W KR 2023015213W WO 2024076130 A1 WO2024076130 A1 WO 2024076130A1
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WO
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data
electronic device
node
capacitor
image
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PCT/KR2023/015213
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English (en)
French (fr)
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조현철
문인아
김동수
박재형
시모카와슈이치
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삼성전자 주식회사
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/766—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors comprising control or output lines used for a plurality of functions, e.g. for pixel output, driving, reset or power
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    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Definitions

  • Embodiments disclosed in this document relate to electronic devices that include a camera.
  • Electronic devices such as smartphones, tablet PCs, etc. may include a camera module (or camera, camera device, or imaging device).
  • Electronic devices such as smartphones and tablet PCs include camera modules and can take photos or videos.
  • the electronic device provides image conversion effects according to various shooting modes. Users can select a shooting mode according to the shooting environment and shoot images with various image effects applied.
  • HDR high dynamic range
  • DR dynamic range
  • HDR images can be created using multi frame high dynamic range (MF HDR) technology.
  • MF HDR technology is a technology that expands DR by acquiring and combining multiple images corresponding to different exposure times.
  • Electronic devices can acquire HDR images based on short-exposure images for bright areas and long-exposure images for dark areas.
  • HDR synthesis can be performed using a plurality of images with different exposures.
  • a ghost phenomenon may occur due to movement of the object or shaking of the user's hands.
  • the electronic device can perform HDR synthesis using images obtained by varying exposure for each part of one image. In this case, a decrease in resolution and an increase in noise due to short images may occur.
  • An electronic device may include an image sensor, a processor, and memory.
  • the image sensor includes at least one photodiode, a transfer gate (TG) connecting the at least one photodiode and a first node (FD1 node), and a first node connected to the first node and having a first capacitance. It may include a capacitor, a double switching gate connected between the first node and the second node (FD2 node), a second capacitor connected to the second node and having a second capacitance, and a microcontrol unit.
  • the microcontrol unit may deactivate the dual switching gate to obtain the first analog data from the first node and activate the dual switching gate to obtain second analog data from the second node.
  • the processor may generate a high dynamic range (HDR) image based on the first digital data and the second digital data.
  • HDR high dynamic range
  • An electronic device may include a camera module, a processor, and memory.
  • the camera module may include a lens unit, an image sensor, and an image signal processor.
  • the image sensor includes at least one photodiode, a transfer gate (TG) connecting the at least one photodiode and a first node (FD1 node), and a first node connected to the first node and having a first capacitance. It may include a capacitor, a dual switching gate connected between the first node and the second node (FD2 node), and a second capacitor connected to the second node and having a second capacitance.
  • the image signal processor may acquire the first analog data from the first node by deactivating the dual switching gate, and obtain second analog data from the second node 460 by activating the dual switching gate. there is.
  • the image signal processor may generate a high dynamic range (HDR) image based on the first digital data and the second digital data.
  • HDR high dynamic range
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device in a network environment according to various embodiments.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a camera module according to various embodiments.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of an electronic device according to various embodiments.
  • Figure 4 is a circuit diagram of a unit pixel of an image sensor according to an embodiment.
  • Figure 5 shows the operation of an image sensor using HCG and HSG according to an embodiment.
  • Figure 6 shows the operation of an image sensor using LCG and LSG according to an embodiment.
  • Figure 7 shows the creation of an HDR image through DR expansion according to one embodiment.
  • Figure 8 shows noise reduction mode operation according to one embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 in a network environment 100, according to various embodiments.
  • the electronic device 101 communicates with the electronic device 102 through a first network 198 (e.g., a short-range wireless communication network) or a second network 199. It is possible to communicate with the electronic device 104 or the server 108 through (e.g., a long-distance wireless communication network). According to one embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108.
  • a first network 198 e.g., a short-range wireless communication network
  • a second network 199 e.g., a second network 199.
  • the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108.
  • the electronic device 101 includes a processor 120, a memory 130, an input module 150, an audio output module 155, a display module 160, an audio module 170, and a sensor module ( 176), interface 177, connection terminal 178, haptic module 179, camera module 180, power management module 188, battery 189, communication module 190, subscriber identification module 196 , or may include an antenna module 197.
  • at least one of these components eg, the connection terminal 178) may be omitted or one or more other components may be added to the electronic device 101.
  • some of these components e.g., sensor module 176, camera module 180, or antenna module 197) are integrated into one component (e.g., display module 160). It can be.
  • the processor 120 for example, executes software (e.g., program 140) to operate at least one other component (e.g., hardware or software component) of the electronic device 101 connected to the processor 120. It can be controlled and various data processing or calculations can be performed. According to one embodiment, as at least part of data processing or computation, the processor 120 stores commands or data received from another component (e.g., sensor module 176 or communication module 190) in volatile memory 132. The commands or data stored in the volatile memory 132 can be processed, and the resulting data can be stored in the non-volatile memory 134.
  • software e.g., program 140
  • the processor 120 stores commands or data received from another component (e.g., sensor module 176 or communication module 190) in volatile memory 132.
  • the commands or data stored in the volatile memory 132 can be processed, and the resulting data can be stored in the non-volatile memory 134.
  • the processor 120 includes a main processor 121 (e.g., a central processing unit or an application processor) or an auxiliary processor 123 that can operate independently or together (e.g., a graphics processing unit, a neural network processing unit ( It may include a neural processing unit (NPU), an image signal processor, a sensor hub processor, or a communication processor).
  • a main processor 121 e.g., a central processing unit or an application processor
  • auxiliary processor 123 e.g., a graphics processing unit, a neural network processing unit ( It may include a neural processing unit (NPU), an image signal processor, a sensor hub processor, or a communication processor.
  • the electronic device 101 includes a main processor 121 and a secondary processor 123
  • the secondary processor 123 may be set to use lower power than the main processor 121 or be specialized for a designated function. You can.
  • the auxiliary processor 123 may be implemented separately from the main processor 121 or as part of it.
  • the auxiliary processor 123 may, for example, act on behalf of the main processor 121 while the main processor 121 is in an inactive (e.g., sleep) state, or while the main processor 121 is in an active (e.g., application execution) state. ), together with the main processor 121, at least one of the components of the electronic device 101 (e.g., the display module 160, the sensor module 176, or the communication module 190) At least some of the functions or states related to can be controlled.
  • co-processor 123 e.g., image signal processor or communication processor
  • may be implemented as part of another functionally related component e.g., camera module 180 or communication module 190. there is.
  • the auxiliary processor 123 may include a hardware structure specialized for processing artificial intelligence models.
  • Artificial intelligence models can be created through machine learning. For example, such learning may be performed in the electronic device 101 itself, where artificial intelligence is performed, or may be performed through a separate server (e.g., server 108).
  • Learning algorithms may include, for example, supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, or reinforcement learning, but It is not limited.
  • An artificial intelligence model may include multiple artificial neural network layers.
  • Artificial neural networks include deep neural network (DNN), convolutional neural network (CNN), recurrent neural network (RNN), restricted boltzmann machine (RBM), belief deep network (DBN), bidirectional recurrent deep neural network (BRDNN), It may be one of deep Q-networks or a combination of two or more of the above, but is not limited to the examples described above.
  • artificial intelligence models may additionally or alternatively include software structures.
  • the memory 130 may store various data used by at least one component (eg, the processor 120 or the sensor module 176) of the electronic device 101. Data may include, for example, input data or output data for software (e.g., program 140) and instructions related thereto.
  • Memory 130 may include volatile memory 132 or non-volatile memory 134.
  • the program 140 may be stored as software in the memory 130 and may include, for example, an operating system 142, middleware 144, or application 146.
  • the input module 150 may receive commands or data to be used in a component of the electronic device 101 (e.g., the processor 120) from outside the electronic device 101 (e.g., a user).
  • the input module 150 may include, for example, a microphone, mouse, keyboard, keys (eg, buttons), or digital pen (eg, stylus pen).
  • the sound output module 155 may output sound signals to the outside of the electronic device 101.
  • the sound output module 155 may include, for example, a speaker or a receiver. Speakers can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback.
  • the receiver can be used to receive incoming calls. According to one embodiment, the receiver may be implemented separately from the speaker or as part of it.
  • the display module 160 can visually provide information to the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the display module 160 may include, for example, a display, a hologram device, or a projector, and a control circuit for controlling the device.
  • the display module 160 may include a touch sensor configured to detect a touch, or a pressure sensor configured to measure the intensity of force generated by the touch.
  • the audio module 170 can convert sound into an electrical signal or, conversely, convert an electrical signal into sound. According to one embodiment, the audio module 170 acquires sound through the input module 150, the sound output module 155, or an external electronic device (e.g., directly or wirelessly connected to the electronic device 101). Sound may be output through the electronic device 102 (e.g., speaker or headphone).
  • the electronic device 102 e.g., speaker or headphone
  • the sensor module 176 detects the operating state (e.g., power or temperature) of the electronic device 101 or the external environmental state (e.g., user state) and generates an electrical signal or data value corresponding to the detected state. can do.
  • the sensor module 176 includes, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, an air pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an IR (infrared) sensor, a biometric sensor, It may include a temperature sensor, humidity sensor, or light sensor.
  • the interface 177 may support one or more designated protocols that can be used to connect the electronic device 101 directly or wirelessly with an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the interface 177 may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • SD card interface Secure Digital Card interface
  • audio interface audio interface
  • connection terminal 178 may include a connector through which the electronic device 101 can be physically connected to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the connection terminal 178 may include, for example, an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, or an audio connector (eg, a headphone connector).
  • the haptic module 179 can convert electrical signals into mechanical stimulation (e.g., vibration or movement) or electrical stimulation that the user can perceive through tactile or kinesthetic senses.
  • the haptic module 179 may include, for example, a motor, a piezoelectric element, or an electrical stimulation device.
  • the camera module 180 can capture still images and moving images.
  • the camera module 180 may include one or more lenses, image sensors, image signal processors, or flashes.
  • the power management module 188 can manage power supplied to the electronic device 101.
  • the power management module 188 may be implemented as at least a part of, for example, a power management integrated circuit (PMIC).
  • PMIC power management integrated circuit
  • the battery 189 may supply power to at least one component of the electronic device 101.
  • the battery 189 may include, for example, a non-rechargeable primary battery, a rechargeable secondary battery, or a fuel cell.
  • Communication module 190 is configured to provide a direct (e.g., wired) communication channel or wireless communication channel between electronic device 101 and an external electronic device (e.g., electronic device 102, electronic device 104, or server 108). It can support establishment and communication through established communication channels. Communication module 190 operates independently of processor 120 (e.g., an application processor) and may include one or more communication processors that support direct (e.g., wired) communication or wireless communication.
  • processor 120 e.g., an application processor
  • the communication module 190 is a wireless communication module 192 (e.g., a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) or a wired communication module 194 (e.g., : LAN (local area network) communication module, or power line communication module) may be included.
  • a wireless communication module 192 e.g., a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module
  • GNSS global navigation satellite system
  • wired communication module 194 e.g., : LAN (local area network) communication module, or power line communication module
  • the corresponding communication module is a first network 198 (e.g., a short-range communication network such as Bluetooth, wireless fidelity (WiFi) direct, or infrared data association (IrDA)) or a second network 199 (e.g., legacy It may communicate with an external electronic device 104 through a telecommunication network such as a cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, the Internet, or a computer network (e.g., LAN or WAN).
  • a telecommunication network such as a cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, the Internet, or a computer network (e.g., LAN or WAN).
  • a telecommunication network such as a cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, the Internet, or a computer network (e.g., LAN or WAN).
  • a telecommunication network such as a cellular network, a 5G network, a next-generation communication network
  • the wireless communication module 192 uses subscriber information (e.g., International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)) stored in the subscriber identification module 196 within a communication network such as the first network 198 or the second network 199.
  • subscriber information e.g., International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)
  • IMSI International Mobile Subscriber Identifier
  • the wireless communication module 192 may support 5G networks after 4G networks and next-generation communication technologies, for example, NR access technology (new radio access technology).
  • NR access technology provides high-speed transmission of high-capacity data (eMBB (enhanced mobile broadband)), minimization of terminal power and access to multiple terminals (mMTC (massive machine type communications)), or high reliability and low latency (URLLC (ultra-reliable and low latency). -latency communications)) can be supported.
  • the wireless communication module 192 may support high frequency bands (eg, mmWave bands), for example, to achieve high data rates.
  • the wireless communication module 192 uses various technologies to secure performance in high frequency bands, for example, beamforming, massive array multiple-input and multiple-output (MIMO), and full-dimensional multiplexing. It can support technologies such as input/output (FD-MIMO: full dimensional MIMO), array antenna, analog beam-forming, or large scale antenna.
  • the wireless communication module 192 may support various requirements specified in the electronic device 101, an external electronic device (e.g., electronic device 104), or a network system (e.g., second network 199).
  • the wireless communication module 192 supports Peak data rate (e.g., 20 Gbps or more) for realizing eMBB, loss coverage (e.g., 164 dB or less) for realizing mmTC, or U-plane latency (e.g., 164 dB or less) for realizing URLLC.
  • Peak data rate e.g., 20 Gbps or more
  • loss coverage e.g., 164 dB or less
  • U-plane latency e.g., 164 dB or less
  • the antenna module 197 may transmit or receive signals or power to or from the outside (eg, an external electronic device).
  • the antenna module 197 may include an antenna including a radiator made of a conductor or a conductive pattern formed on a substrate (eg, PCB).
  • the antenna module 197 may include a plurality of antennas (eg, an array antenna). In this case, at least one antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 198 or the second network 199 is connected to the plurality of antennas by, for example, the communication module 190. can be selected. Signals or power may be transmitted or received between the communication module 190 and an external electronic device through the at least one selected antenna.
  • other components eg, radio frequency integrated circuit (RFIC) may be additionally formed as part of the antenna module 197.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • a mmWave antenna module includes: a printed circuit board, an RFIC disposed on or adjacent to a first side (e.g., bottom side) of the printed circuit board and capable of supporting a designated high frequency band (e.g., mmWave band); And a plurality of antennas (e.g., array antennas) disposed on or adjacent to the second side (e.g., top or side) of the printed circuit board and capable of transmitting or receiving signals in the designated high frequency band. can do.
  • a first side e.g., bottom side
  • a designated high frequency band e.g., mmWave band
  • a plurality of antennas e.g., array antennas
  • peripheral devices e.g., bus, general purpose input and output (GPIO), serial peripheral interface (SPI), or mobile industry processor interface (MIPI)
  • signal e.g. commands or data
  • commands or data may be transmitted or received between the electronic device 101 and the external electronic device 104 through the server 108 connected to the second network 199.
  • Each of the external electronic devices 102 or 104 may be of the same or different type as the electronic device 101.
  • all or part of the operations performed in the electronic device 101 may be executed in one or more of the external electronic devices 102, 104, or 108.
  • the electronic device 101 may perform the function or service instead of executing the function or service on its own.
  • one or more external electronic devices may be requested to perform at least part of the function or service.
  • One or more external electronic devices that have received the request may execute at least part of the requested function or service, or an additional function or service related to the request, and transmit the result of the execution to the electronic device 101.
  • the electronic device 101 may process the result as is or additionally and provide it as at least part of a response to the request.
  • cloud computing distributed computing, mobile edge computing (MEC), or client-server computing technology can be used.
  • the electronic device 101 may provide an ultra-low latency service using, for example, distributed computing or mobile edge computing.
  • the external electronic device 104 may include an Internet of Things (IoT) device.
  • Server 108 may be an intelligent server using machine learning and/or neural networks.
  • the external electronic device 104 or server 108 may be included in the second network 199.
  • the electronic device 101 may be applied to intelligent services (e.g., smart home, smart city, smart car, or healthcare) based on 5G communication technology and IoT-related technology.
  • Figure 2 is a block diagram 200 illustrating a camera module 180, according to various embodiments.
  • the camera module 180 includes a lens assembly 210, a flash 220, an image sensor 230, an image stabilizer 240, a memory 250 (e.g., buffer memory), or an image signal processor. It may include (260).
  • the lens assembly 210 may collect light emitted from a subject that is the target of image capture.
  • Lens assembly 210 may include one or more lenses.
  • the camera module 180 may include a plurality of lens assemblies 210. In this case, the camera module 180 may form, for example, a dual camera, a 360-degree camera, or a spherical camera.
  • Some of the plurality of lens assemblies 210 have the same lens properties (e.g., angle of view, focal length, autofocus, f number, or optical zoom), or at least one lens assembly is different from another lens assembly. It may have one or more lens properties that are different from the lens properties of .
  • the lens assembly 210 may include, for example, a wide-angle lens or a telephoto lens.
  • the flash 220 may emit light used to enhance light emitted or reflected from a subject.
  • the flash 220 may include one or more light emitting diodes (eg, red-green-blue (RGB) LED, white LED, infrared LED, or ultraviolet LED), or a xenon lamp.
  • the image sensor 330 may acquire an image corresponding to the subject by converting light emitted or reflected from the subject and transmitted through the lens assembly 210 into an electrical signal.
  • the image sensor 330 is one image sensor selected from among image sensors with different properties, such as an RGB sensor, a BW (black and white) sensor, an IR sensor, or a UV sensor, and the same It may include a plurality of image sensors having different properties, or a plurality of image sensors having different properties.
  • Each image sensor included in the image sensor 330 may be implemented using, for example, a charged coupled device (CCD) sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor.
  • CCD charged coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • the image stabilizer 240 moves at least one lens or image sensor 330 included in the lens assembly 210 in a specific direction in response to the movement of the camera module 180 or the electronic device 101 including the same.
  • the operating characteristics of the image sensor 330 can be controlled (e.g., adjusting read-out timing, etc.). This allows to compensate for at least some of the negative effects of said movement on the image being captured.
  • the image stabilizer 240 uses a gyro sensor (not shown) or an acceleration sensor (not shown) disposed inside or outside the camera module 180 to stabilize the camera module 180 or the electronic device 101. ) movement can be detected.
  • the image stabilizer 240 may be implemented as, for example, an optical image stabilizer.
  • the memory 250 may at least temporarily store at least a portion of the image acquired through the image sensor 330 for the next image processing task. For example, when image acquisition is delayed due to the shutter or when multiple images are acquired at high speed, the acquired original image (e.g., Bayer-patterned image or high-resolution image) is stored in the memory 250. , the corresponding copy image (eg, low-resolution image) may be previewed through the display device 160. Thereafter, when a specified condition is satisfied (eg, user input or system command), at least a portion of the original image stored in the memory 250 may be obtained and processed, for example, by the image signal processor 260. According to one embodiment, the memory 250 may be configured as at least part of the memory 130 or as a separate memory that operates independently.
  • a specified condition eg, user input or system command
  • the image signal processor 260 may perform one or more image processes on an image acquired through the image sensor 330 or an image stored in the memory 250.
  • the one or more image processes may include, for example, depth map creation, three-dimensional modeling, panorama creation, feature point extraction, image compositing, or image compensation (e.g., noise reduction, resolution adjustment, brightness adjustment, blurring). may include blurring, sharpening, or softening.
  • the image signal processor 260 may include at least one of the components included in the camera module 180 (e.g., an image sensor). (330)) may perform control (e.g., exposure time control, lead-out timing control, etc.).
  • the image processed by the image signal processor 260 is stored back in the memory 250 for further processing.
  • the image signal processor 260 may be configured as at least a part of the processor 120, or may be configured as a separate processor that operates independently of the processor 120.
  • the image signal processor 260 may be configured as the processor 120.
  • at least one image processed by the image signal processor 260 may be displayed through the display device 160 as is or after additional image processing by the processor 120.
  • at least a portion of the image signal processor 260 may be included in a processor (eg, processor 120 of FIG. 1).
  • the electronic device 101 may include a plurality of camera modules 180, each with different properties or functions.
  • a plurality of camera modules 180 may be configured including lenses (e.g., lens assemblies 210) having different angles of view, and the electronic device 101 may operate based on the user's selection. Control can be performed to change the angle of view of the camera module 180 at step 101.
  • at least one of the plurality of camera modules 180 may be a wide-angle camera, and at least another one may be a telephoto camera.
  • at least one of the plurality of camera modules 180 may be a front camera, and at least another one may be a rear camera.
  • the plurality of camera modules 180 may include at least one of a wide-angle camera, a telephoto camera, a color camera, a monochrome camera, or an infrared (IR) camera (e.g., a time of flight (TOF) camera, a structured light camera).
  • IR infrared
  • TOF time of flight
  • the IR camera may be operated as at least a part of a sensor module (eg, sensor module 176 in FIG. 1).
  • the TOF camera may be operated as at least a part of a sensor module (eg, sensor module 176 in FIG. 1) for detecting the distance to the subject.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of an electronic device according to various embodiments.
  • the electronic device 301 may be a device that collects light reflected from an external subject to take a photo or video.
  • the electronic device 301 may include a lens unit 310, an image sensor (or imaging device unit) 330, a sensor interface 335, an image processing unit 340, a memory 370, and a display 380. .
  • the lens unit 310 may collect light reaching the device from the subject.
  • the collected light may be imaged on the image sensor 330.
  • the image sensor 330 can convert light into electronic image data using a photoelectric conversion effect.
  • Image data may be transmitted to the image processor 340 through the sensor interface 335.
  • the image sensor 330 may include a group of pixels arranged two-dimensionally, and may convert light from each pixel into electronic image data.
  • the image sensor 330 can read (read-out) electronic image data according to the photoelectric conversion effect recorded in each pixel.
  • the image sensor 330 may include a micro-lens array.
  • the micro lens array may be arranged to correspond to each pixel of the image sensor 330.
  • the image sensor 330 may include a separate calculation unit (eg, a micro control unit (MCU)).
  • a separate calculation unit eg, a micro control unit (MCU)
  • MCU micro control unit
  • at least some operations of the image processing unit 340 may be performed in the calculation unit (or microcontrol unit) of the image sensor 330.
  • the image sensor 330 may adjust the amount of light (exposure amount) transmitted to the image sensor 330 at an exposure time determined by the image processor 340.
  • the sensor interface 335 may interface between the image sensor 330 and the image processor 340. According to one embodiment, the sensor interface 335 may be located in front or behind the pre-processing unit 350 within the image processing unit 340 depending on the configuration of the electronic device 301.
  • the image processing unit 340 may process the image data collected by the image sensor 330 through various processes and store it in the memory 370 or output it to the display 380.
  • the image processing unit 340 may be a processor (eg, processor 120 of FIG. 1) inside the electronic device 301. According to another embodiment, the image processing unit 340 may be separate from the processor (e.g., the processor 120 of FIG. 1) inside the electronic device 301, and at least part of the functions performed by the image processing unit 340 may be performed by the processor 120 inside the electronic device 301.
  • the image processing unit 340 may include a pre-processing unit (eg, Pre ISP) 350 and a main processing unit (eg, image signal processor; ISP) 360.
  • a pre-processing unit eg, Pre ISP
  • a main processing unit eg, image signal processor; ISP
  • the pre-processing unit (eg, Pre ISP) 350 may store the image (or image frame) acquired through the image sensor 330.
  • the preprocessor 350 can load the stored image and process or convert the image.
  • the main processing unit 360 may perform digital signal processing on the video signal processed through the pre-processing unit 350.
  • the main processing unit 360 may correct or synthesize the signal received from the preprocessing unit 350 to generate an image signal.
  • the main processing unit 360 can display the generated image signal through the display 350.
  • the main processing unit 360 may perform conversion such as amplification, conversion, and processing of image data signals.
  • the storage unit 370 may store the current image or information necessary for controlling the imaging device.
  • the display 380 (eg, the display module 160 in FIG. 1) may output an image using image data processed by the image processor 340.
  • Figure 4 is a circuit diagram of a unit pixel of an image sensor according to an embodiment.
  • the unit pixel 401 may receive light and convert it into an electrical signal.
  • a plurality of unit pixels 401 may be included in the image sensor 330 .
  • the unit pixel 401 includes a photo diode (PD) 410, a transfer gate (TG) 420, a first capacitor 435, and a dual switching gate (or switching switch) ( dynamic range gate; hereinafter, DRG) (440), a second capacitor (465), a reset gate (or reset switch) (reset gate; hereinafter, RST) (450), a source follower (hereinafter, SF) (470) ), a row selector (hereinafter referred to as SEL) 480, and an analog-digital converter (hereinafter referred to as ADC) 490.
  • PD photo diode
  • TG transfer gate
  • 420 first capacitor 435
  • RST reset gate
  • RST reset gate
  • RST reset gate
  • RST reset gate
  • RST reset gate
  • SF source follower
  • SEL row selector
  • ADC analog-digital converter
  • PD 410 can be charged by light during a specified exposure time.
  • PD 410 may be connected to a first floating diffusion (FD) 430 through TG 420 .
  • FD floating diffusion
  • the charge accumulated in the PD 410 may be charged in the first capacitor 435 connected to the first FD 430.
  • the first capacitor 435 may be connected between the first FD 430 and ground. When the TG (420) is activated, the first capacitor 435 can primarily store the charge transferred from the PD (410). According to one embodiment, the capacitance of the first capacitor 435 may be smaller than the capacitance of the second capacitor 465.
  • DRG (440) may be connected between the first FD (430) and the second FD (460).
  • the conversion gain of analog data can be adjusted depending on the on/off of the DRG 440.
  • the charge charged in the first capacitor 435 will not move to the second capacitor 465. You can.
  • the charge charged in the first capacitor 435 may be read out through the SF 470 (hereinafter, first analog data).
  • the first FD 430 and the second FD 460 may be connected.
  • the charge remaining in the PD 410 or the charge charged in the first capacitor 435 may move to the second capacitor 465.
  • the charges charged in the first capacitor 435 and the second capacitor 465 may be read out through the SF 470 (hereinafter, second analog data).
  • the second capacitor 465 may be connected between the second FD 460 and ground. When the TG 420 and DRG 440 are activated (LCG), the second capacitor 465 may store the charge remaining in the PD 410 or the charge transferred from the first capacitor 435. According to one embodiment, the capacitance of the second capacitor 465 may be larger (eg, three times) than the capacitance of the first capacitor 435.
  • RST (450) may be connected between the power source (VDD) and the second FD (460). When RST 450 and DRG 440 are activated, the first capacitor 435 and the second capacitor 465 may be reset to VDD.
  • the image sensor 330 uses a CDS (correlated double sampling) operation can be performed.
  • the image sensor 330 may reset the data accumulated in the first capacitor and the second capacitor by activating the RST 450 and the DRG 440.
  • the image sensor 330 may read out the remaining reset data after reset.
  • the reset data may not be data charged through the PD 410, but may be data based on the charge remaining in the first capacitor or the second capacitor in the reset state.
  • the image sensor 330 may obtain actual image data by removing reset data from the first analog data or the second analog data (e.g., removal using a difference machine).
  • SF (470) may be connected between the first FD (430) and SEL (480).
  • the SF 470 may transmit first analog data or second analog data to the ADC 490.
  • analog data can be converted to digital data.
  • the image sensor 330 may activate the SEL 480 to output image data of a specific row.
  • the ADC 490 can generate digital data by converting analog data to a specified gain (or analog gain).
  • the ADC 490 can convert first analog data into first digital data using a saturation voltage corresponding to a relatively high first gain (e.g., x4) (high slope gain; hereinafter, HSG). there is.
  • the ADC 490 converts second analog data into second digital data using a saturation voltage corresponding to a relatively low second gain (e.g., x1) (low slope gain; hereinafter, LSG). can do.
  • a plurality of ADCs 490 may be implemented.
  • HSG and LSG may proceed according to time division.
  • they can operate with different gains and digital data can be generated quickly.
  • the discussion will focus on the case where the first gain is x4 and the second gain is x1, but the case is not limited thereto.
  • the first gain or the second gain may be adjusted or changed to a range permitted by the ADC 490.
  • the first gain may be x8 and the second gain may be x0.5.
  • the image sensor 330 may acquire first analog data by charging the first capacitor 435 (HCG) through one exposure.
  • the image sensor 330 may generate first digital data through the ADC 490 by applying a relatively high first gain (eg, x4) to the first analog data obtained from HCG. Thereafter, the image sensor 330 moves the charge remaining in the PD 410 or the charge of the first capacitor 435 to the second capacitor 465 (LCG), without additional exposure, to obtain second analog data. You can.
  • the image sensor 330 may generate second digital data through the ADC 490 by applying a relatively low second gain (eg, x1) to the second analog data obtained from the LCG.
  • the image sensor 330 may generate an HDR image based on first digital data by HCG and HSG and second digital data by LCG and LSG. In this case, images with a high HDR ratio can be obtained and noise can be improved.
  • FIG. 4 exemplarily illustrates the case where the unit pixel 401 includes one PD 410, the case is not limited thereto.
  • the unit pixel 401 may include first to fourth PDs and first to fourth TGs.
  • the first PD may be connected to the first FD through the first TG
  • the second PD may be connected to the first FD through the second TG.
  • the third PD may be connected to the first FD through the third TG
  • the fourth PD may be connected to the first FD through the fourth TG.
  • the image sensor 330 may simultaneously expose the first to fourth PDs once and apply dual conversion gain (DCG) (HCG and LCG) and dual slope gain (DSG) (HSG and LSG).
  • DCG dual conversion gain
  • DSG dual slope gain
  • Figure 5 shows the operation of an image sensor using HCG and HSG according to an embodiment.
  • the PD 410 can be charged by light during a specified exposure time.
  • the charge accumulated in the PD (410) may be charged in the first capacitor (435) connected to the first FD (430).
  • the charge charged in the first capacitor 435 may be maintained without moving to the second capacitor 465.
  • water corresponding to the electric charge to be charged
  • a second water tank 465a corresponding to the second capacitor 465.
  • charge (reset data) remaining after reset may remain in the first capacitor 435.
  • Reset data can be removed through a separate CDS operation (see Figure 7).
  • the saturation voltage may be adjusted to correspond to a relatively high first gain (e.g., x4) (HSG) .
  • HSG first gain
  • the first gain of the ADC 490 may correspond to the ruler 490a for measuring the water level in the water tank. The greater the gain, the shorter the scale interval of the ruler for measuring water level can be. Accordingly, as the scale interval decreases, the water height can be read as a relatively large value.
  • Figure 6 shows the operation of an image sensor using LCG and LSG according to an embodiment.
  • the PD 410 can be charged by light during a specified exposure time.
  • the charge accumulated in the PD (410) may be charged in the first capacitor (435) connected to the first FD (430).
  • the charge remaining in the PD 410 or the charge charged in the first capacitor 435 may move to the second capacitor 465.
  • water corresponding to the electric charge to be charged
  • the second water tank 495a may have a larger capacity than the first water tank 435a of FIG. 5 . Accordingly, when the same amount of water is contained, the water level of the second water tank 495a may be lower than that of the first water tank 435a of FIG. 5 .
  • charge (reset data) remaining after reset may remain in the first capacitor 435 or the second capacitor 465.
  • Reset data can be removed through a separate CDS operation (see Figure 7).
  • the saturation voltage may be adjusted to correspond to a relatively low second gain (e.g., x1) (LSG) .
  • the second gain of the ADC 490 may correspond to the ruler 490b for measuring the water level in the water tank. The smaller the gain, the larger the scale spacing of the ruler for measuring the water level can be. Accordingly, as the scale interval increases, the water height can be read as a relatively small value.
  • the second digital data generated through LCG and LSG can reduce saturation in bright areas and may be advantageous data for bright area representation.
  • Figure 7 shows the creation of an HDR image through DR expansion according to one embodiment.
  • Figure 7 is illustrative and not limited thereto.
  • the image sensor 330 applies dual conversion gain (DCG) (HCG or LCG) and dual slope gain (DSG) (HSG or LSG) to generate first digital data and second digital data.
  • Digital data can be obtained.
  • the image sensor 330 can expand DR and generate an HDR image using first digital data and second digital data.
  • the image sensor 330 may perform a correlated double sampling (CDS) operation to reduce noise.
  • CDS correlated double sampling
  • the image sensor 330 may activate the RST 450 and the DRG 440 to reset the first capacitor 435 and the second capacitor 465 to VDD.
  • the image sensor 330 may read out the remaining reset data after reset.
  • the reset data may be data based on the charge remaining in the first capacitor 435 or the second capacitor 465 in the reset state, rather than the charge charged through the PD 410.
  • Reset data can be stored in a separate CDS circuit.
  • the image sensor 330 deactivates the RST 450 and the DRG 440 and performs DCG and DSG to obtain first analog data and second analog data by the charge acquired through the PD 410. You can.
  • the image sensor 330 may obtain actual image data by removing reset data from the first analog data and the second analog data (e.g., removal using a difference machine).
  • DR when DCG is applied and DSG is not applied (701), DR may be expanded according to the ratio of the capacitance of the first capacitor 435 and the capacitance of the second capacitor 465.
  • the capacitance of the second capacitor may be three times that of the first capacitor.
  • the conversion gain of the HCG digital data 715 and the LCG digital data 725 may be at a 1:4 ratio.
  • An HDR image 730 may be generated by tone mapping the HCG digital data 715 and the LCG digital data 725.
  • HCG data 713 can be converted into 10-bit HCG digital data 715.
  • the image sensor 330 may generate HCG digital data 715 by removing the HCG reset data 711 from the HCG data 713.
  • the HCG digital data 715 may be relatively bright data obtained using the charge charged in the first capacitor 435.
  • HCG digital data 715 may have an increased number of saturated pixels in bright areas, but may be advantageous in displaying dark areas.
  • LCG data 723 can be converted into 10-bit LCG digital data 725.
  • the image sensor 330 may generate LCG digital data 725 by removing the LCG reset data 721 from the LCG data 723.
  • the LCG digital data 725 may be relatively dark data obtained using charges charged in the first capacitor 435 and the second capacitor 465. In the bright portion of the LCG digital data 725, saturated pixels are reduced, which may be advantageous for displaying the bright portion.
  • the image sensor 330 may combine the HCG digital data 715 and the LCG digital data 725 to generate HDR data 730 with DR extended to 12 bits.
  • the dark data (or lower bits) (0 bits and 1 bits) of the HDR data 730 may be based on the HCG digital data 715, and the light data (or upper bits) of the HDR data 730 (10 bit and 11 bits) may be based on LCG digital data 725.
  • the image sensor 330 may generate HDR data 730 by performing zero padding and tone mapping on the HCG digital data 715 and LCG digital data 725.
  • the processor 120 adds dummy data (e.g., 00) to the HCG digital data 715 with most significant bit (MSB) zero padding, and adds dummy data to the LCG digital data 725 with zero padding to the least significant bit (LSB). (Example: 00) can be added. Thereafter, the processor 120 may generate HDR data 730 by performing tone mapping.
  • first analog data (HCG+HSG) 763 can be converted into 10-bit first digital data 765.
  • the image sensor 330 removes the reset data (HCG+HSG) 761 from the first analog data (HCG+HSG) 763 and applies the first gain (x4) to generate first digital data. (765) can be generated.
  • the first digital data 765 may be relatively bright data obtained about the charge charged in the first capacitor 435.
  • the first digital data 765 may have an increased number of saturated pixels in bright areas, but may be advantageous in displaying dark areas.
  • second analog data (LCG+LSG) 773 can be converted into 10-bit second digital data 775.
  • the image sensor 330 removes the reset data (LCG+LSG) 771 from the second analog data 773 and applies the second gain (x1) to generate second digital data 775. can do.
  • the second digital data 775 may be relatively dark data obtained from the charges charged in the first capacitor 435 and the second capacitor 465.
  • the second digital data 775 may be advantageous in displaying bright areas by reducing saturated pixels in bright areas.
  • the image sensor 330 may combine the first digital data 765 and the second digital data 775 to generate HDR data 780 with DR extended to 14 bits.
  • the dark data (or low-order bits) (0 to 3 bits) of the HDR data 780 may be based on the first digital data 765, and the light data (or high-order bits) of the HDR data 780 ( 10 to 13 bits) may be based on the second digital data 775.
  • the processor 120 may generate HDR data 780 by performing zero padding and tone mapping on the first digital data 765 and the second digital data 775.
  • the processor 120 adds dummy data (e.g., 0000) to the first digital data 765 with most significant bit (MSB) zero padding, and adds dummy data (e.g., 0000) to the second digital data 775 with zero padding to the least significant bit (LSB). Dummy data (e.g. 0000) can be added.
  • the processor 120 may generate HDR data 780 by performing tone mapping.
  • the generation of HDR data 730 is performed by the image processor 340 of FIG. 3 or the processor 120 of FIG. 1, or the image processor 340 of FIG. 3 or the processor 120 of FIG. 1. It can be performed by a control signal generated from .
  • Figure 8 shows noise reduction mode operation according to one embodiment.
  • the image sensor 330 when applying DSG in addition to DCG (multi conversion slope gain; MCSG) 801, the image sensor 330 operates in a noise reduction mode (low noise mode; LN mode) to reduce noise. You can.
  • MCSG multi conversion slope gain
  • LN mode low noise mode
  • first analog data (HCG+HSG) 863 can be converted into 10-bit first digital data 865.
  • the image sensor 330 removes the reset data (HCG+HSG) 861 from the first analog data (HCG+HSG) 863 and applies the first gain (x4) to generate first digital data. (865) can be generated.
  • the image sensor 330 may acquire first analog data (HCG+HSG) 863 in a noise reduction mode (low noise mode (LN mode)).
  • the image sensor 330 may perform readout in HCG and HSG multiple times and average the readout results to calculate first analog data (HCG+HSG) 863.
  • the image sensor 330 may acquire reset data (HCG+HSG) 861 in LN mode.
  • the image sensor 330 may perform readout of reset data multiple times in HCG and HSG, and calculate reset data (HCG+HSG) 861 by averaging the readout results.
  • second analog data (LCG+LSG) 873 can be converted into 10-bit second digital data 875.
  • the image sensor 330 removes the reset data (LCG+LSG) 871 from the second analog data 873 and applies the second gain (x1) to generate second digital data 875. can do.
  • the image sensor 330 may combine the first digital data 865 and the second digital data 875 to generate HDR data 880 with DR extended to 14 bits.
  • the dark data (0 to 3 bits) of the HDR data 880 may be based on the first digital data 865, and the bright data (10 to 13 bits) of the HDR data 880 may be based on the second digital data. It may be based on data 875.
  • the image sensor 330 may change the application method of DCG or DSG depending on the shooting environment.
  • the image sensor 330 can apply DSG-type HDR in a high-light environment where noise deviation is not large.
  • the image sensor 330 may operate in LN mode to reduce readout noise in a low-light environment.
  • the electronic device 101 (301) may include an image sensor (230; 330), a processor 120, and a memory 130.
  • the image sensor 230 (330) includes at least one photodiode 410 and a transfer gate (TG) 420 connecting the at least one photodiode 410 and a first node (FD1 node) 430. , a first capacitor 435 connected to the first node 430 and having a first capacitance, a changeover switch connected between the first node 430 and the second node (FD2 node) 460 ( 440), a second capacitor 465 connected to the second node 460 and having a second capacitance, and controlling the changeover switch 440 to select the first node 430 or the second node 460.
  • a micro control unit that selectively acquires first analog data and second analog data, and an analog-digital converter (ADC) (490) that converts the first analog data and the second analog data into digital data with different gains. ) may include.
  • ADC analog-digital converter
  • the microcontrol unit charges the at least one photodiode 410 by one exposure, and turns the TG 420 into a state in which the changeover switch 440 is deactivated. By activating, the first capacitor 435 can be charged, and the charge charged in the first capacitor 435 can be read out to obtain the first analog data.
  • the microcontrol unit activates the TG 420 and the conversion switch 440 to charge the second capacitor 465, and the first The second analog data can be obtained by reading out the charges charged in the capacitor 435 and the second capacitor 465.
  • the image sensor 230 (330) further includes a reset switch 450 connected between the second node 460 and a power source, and exposes the at least one photo diode 410.
  • the reset switch 450 and the conversion switch 440 may be activated.
  • the image sensor 230 detects the residual charge of the first capacitor 435 or the second capacitor 465 before acquiring the first analog data and the second analog data.
  • the value of may be stored, and the first analog data and the second analog data may be obtained based on the value of the residual charge.
  • the microcontrol unit converts the first analog data into first digital data by applying a first saturation voltage corresponding to the first gain to the ADC 490, and
  • the second analog data may be converted into second digital data by applying a second saturation voltage corresponding to the second gain, where the first gain is small.
  • the first gain may be four times the second gain.
  • the micro control unit may generate an HDR image by combining the first digital data and the second digital data.
  • the micro control unit may generate the HDR image by performing zero padding and tone mapping on the first digital data and the second digital data.
  • the micro control unit generates dark part data of a first reference value or less in the HDR image based on the first digital data, and generates bright part data of a second reference value or more than the first reference value to the HDR image. 2 Can be created based on digital data.
  • the HDR image may have an HDR ratio 16 times that of the first digital data or the second digital data.
  • the second capacitance may be three times the first capacitance.
  • each ADC 490 may operate with different gains.
  • the microcontrol unit may read out the first analog data or the second analog data multiple times and transmit an average value to the ADC 490.
  • the electronic device 101 (301) may further include a sensor module 179.
  • the processor 120 obtains information related to capturing an image using the sensor module 179, and based on the information, the image sensor 230 (330) detects the first analog data or the second analog data.
  • the method of obtaining or the gain of the ADC 490 can be adjusted.
  • the electronic device 101 (301) may include a camera module 180, a processor 120, and a memory 130.
  • the camera module 180 may include a lens unit 210; 310, an image sensor 230; 330, and an image signal processor 260.
  • the image sensor 230 (330) includes at least one photodiode 410 and a transfer gate (TG) 420 connecting the at least one photodiode 410 and a first node (FD1 node) 430.
  • TG transfer gate
  • a first capacitor 435 connected to the first node 430 and having a first capacitance
  • a changeover switch connected between the first node 430 and the second node (FD2 node) 460 ( 440)
  • a second capacitor 465 connected to the second node 460 and having a second capacitance.
  • the image signal processor 260 controls the conversion switch 440 to selectively obtain first analog data and second analog data from the first node 430 or the second node 460, and The first analog data and the second analog data can be converted into digital data with different gains.
  • the image signal processor 260 charges the at least one photo diode 410 by one exposure, and in a state in which the conversion switch 440 is deactivated, the TG ( 420) can be activated to charge the first capacitor 435, and the charge charged in the first capacitor 435 can be read out to obtain the first analog data.
  • the image signal processor 260 activates the TG 420 and the conversion switch 440 to charge the second capacitor 465.
  • the second analog data can be obtained by reading out the charges charged in the first capacitor 435 and the second capacitor 465.
  • the image signal processor 260 converts the first analog data into first digital data by applying a first saturation voltage corresponding to a first gain, and creates a second gain smaller than the first gain.
  • the second analog data can be converted into second digital data by applying a second saturation voltage corresponding to .
  • the image signal processor 260 may generate an HDR image by combining the first digital data and the second digital data.
  • the second capacitance may be three times the first capacitance.
  • the electronic device may generate an HDR image by adjusting the readout of the image sensor. Accordingly, an HDR image can be created through a single exposure, so unlike the HDR method that uses a plurality of images at different exposure times, side effects such as ghost effects may not occur.
  • the electronic device improves the HDR effect by applying dual conversion gain (DCG) and dual slope gain (HSG and LSG) in relation to the readout of the image sensor. , the SNR in the dark area can be improved.
  • DCG dual conversion gain
  • HSG dual slope gain
  • first, second, or first or second may be used simply to distinguish one component from another, and to refer to that component in other respects (e.g., importance or order) is not limited.
  • One (e.g., first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (e.g., second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.”
  • any of the components can be connected to the other components directly (e.g. wired), wirelessly, or through a third component.
  • module used in various embodiments of this document may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and is interchangeable with terms such as logic, logic block, component, or circuit, for example. It can be used as A module may be an integrated part or a minimum unit of the parts or a part thereof that performs one or more functions. For example, according to one embodiment, the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Various embodiments of the present document are one or more instructions stored in a storage medium (e.g., built-in memory 136 or external memory 138) that can be read by a machine (e.g., electronic device 101). It may be implemented as software (e.g., program 10) including these.
  • a processor e.g., processor 120
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code that can be executed by an interpreter.
  • a storage medium that can be read by a device may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-transitory' only means that the storage medium is a tangible device and does not contain signals (e.g. electromagnetic waves), and this term refers to cases where data is semi-permanently stored in the storage medium. There is no distinction between temporary storage cases.
  • Computer program products are commodities and can be traded between sellers and buyers.
  • the computer program product may be distributed in the form of a machine-readable storage medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)) or through an application store (e.g. Play StoreTM) or on two user devices (e.g. It can be distributed (e.g. downloaded or uploaded) directly between smart phones) or online.
  • a machine-readable storage medium e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)
  • an application store e.g. Play StoreTM
  • two user devices e.g. It can be distributed (e.g. downloaded or uploaded) directly between smart phones) or online.
  • at least a portion of the computer program product may be at least temporarily stored or temporarily created in a machine-readable storage medium, such as the memory of a manufacturer's server, an application store's server, or a relay server.
  • each component (e.g., module or program) of the above-described components may include a single or plural entity, and some of the plurality of entities may be separately placed in other components. there is.
  • one or more of the components or operations described above may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • multiple components eg, modules or programs
  • the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components in the same or similar manner as those performed by the corresponding component of the plurality of components prior to the integration. .
  • operations performed by a module, program, or other component may be executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations may be executed in a different order, or omitted. Alternatively, one or more other operations may be added.

Landscapes

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Abstract

본 문서에 개시되는 일 실시예에 따른 전자 장치는, 이미지 센서, 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서는, 적어도 하나의 포토 다이오드, 상기 적어도 하나의 포토 다이오드와 제1 노드(FD1 node)를 연결하는 TG(transfer gate), 상기 제1 노드에 연결되고, 제1 정전 용량을 가지는 제1 커패시터, 상기 제1 노드와 제2 노드(FD2 node) 사이에 연결되는 이중 전환 게이트, 상기 제2 노드에 연결되고, 제2 정전 용량을 가지는 제2 커패시터, 및 마이크로 제어 유닛을 포함할 수 있다. 이 외에도 명세서를 통해 파악되는 일 실시예가 가능하다.

Description

카메라를 포함하는 전자 장치
본 문서에서 개시되는 실시예들은, 카메라를 포함하는 전자 장치와 관련된다.
스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 전자 장치는 카메라 모듈(또는 카메라, 카메라 장치, 촬상 장치)를 포함할 수 있다. 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 전자 장치는 카메라 모듈을 포함하여, 사진 또는 동영상을 촬영할 수 있다. 상기 전자 장치는 다양한 촬영 모드에 따른 이미지 변환 효과를 제공하고 있다. 사용자는 촬영 환경에 따라 촬영 모드를 선택할 수 있고, 다양한 이미지 효과가 적용된 이미지를 촬영할 수 있다.
전자 장치에서 제공하는 이미지 처리 효과 중 HDR(high dynamic range)은, 암부와 명부에 대한 계조(dynamic range; 이하, DR)를 확장하는 기술이다. HDR을 통해 영상의 암부의 표현력이 향상되고, 영상의 명부의 포화가 억제될 수 있다.
HDR 이미지는 MF HDR(multi frame high dynamic range) 기술을 이용하여 생성될 수 있다. MF HDR 기술은, 서로 다른 노출 시간에 대응하는 복수의 이미지들을 획득하고 합성하여 DR을 확장하는 기술이다. 전자 장치는 밝은 영역은 단노출 이미지에, 어두운 영역은 장노출 이미지에 기반하여 HDR 이미지를 획득할 수 있다.
전자 장치가 HDR을 적용하는 경우, 노광이 다른 복수의 영상들을 이용하여 HDR 합성할 수 있다. 이 경우, 객체의 이동이나 사용자의 손떨림에 의한 잔상(ghost) 현상이 발생할 수 있다. 또는 전자 장치는, 1장의 영상에서 부분별로 노광을 다르게 하여 얻어진 영상들을 이용하여 HDR 합성할 수 있다. 이 경우, 해상도 감소, short image에 의한 노이즈 증가가 발생할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치는, 이미지 센서, 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서는, 적어도 하나의 포토 다이오드, 상기 적어도 하나의 포토 다이오드와 제1 노드(FD1 node)를 연결하는 TG(transfer gate), 상기 제1 노드에 연결되고, 제1 정전 용량을 가지는 제1 커패시터, 상기 제1 노드와 제2 노드(FD2 node) 사이에 연결되는 이중 전환 게이트, 상기 제2 노드에 연결되고, 제2 정전 용량을 가지는 제2 커패시터, 및 마이크로 제어 유닛을 포함할 수 있다. 상기 마이크로 제어 유닛은, 상기 이중 전환 게이트를 비활성화하여 상기 제1 노드에서 상기 제1 아날로그 데이터를 획득하고, 상기 이중 전환 게이트를 활성화하여 상기 제2 노드에서 제2 아날로그 데이터를 획득할 수 있다. 상기 프로세서는, 상기 제1 디지털 데이터 및 상기 제2 디지털 데이터를 기반으로 HDR(high dynamic range) 영상을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치는, 카메라 모듈, 프로세서, 및 메모리를 포함할 수 있다. 상기 카메라 모듈은 렌즈부, 이미지 센서, 이미지 시그널 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서는, 적어도 하나의 포토 다이오드, 상기 적어도 하나의 포토 다이오드와 제1 노드(FD1 node)를 연결하는 TG(transfer gate), 상기 제1 노드에 연결되고, 제1 정전 용량을 가지는 제1 커패시터, 상기 제1 노드와 제2 노드(FD2 node) 사이에 연결되는 이중 전환 게이트, 상기 제2 노드에 연결되고, 제2 정전 용량을 가지는 제2 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 이미지 시그널 프로세서는, 상기 이중 전환 게이트를 비활성화하여 상기 제1 노드에서 상기 제1 아날로그 데이터를 획득하고, 상기 이중 전환 게이트를 활성화하여 상기 제2 노드(460)에서 제2 아날로그 데이터를 획득할 수 있다. 상기 이미지 시그널 프로세서는, 상기 제1 디지털 데이터 및 상기 제2 디지털 데이터를 기반으로 HDR(high dynamic range) 영상을 생성할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 카메라 모듈을 예시하는 블록도이다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 구성도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 HCG 및 HSG에 의한 이미지 센서의 동작을 나타낸다.
도 6은 일 실시 예에 따른 LCG 및 LSG에 의한 이미지 센서의 동작을 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 DR 확장을 통한 HDR 이미지의 생성을 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따른 노이즈 저감 모드 동작을 나타낸다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(150)은, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제 2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제 1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제 2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
도 2는, 다양한 실시예들에 따른, 카메라 모듈(180)을 예시하는 블록도(200)이다.
도 2를 참조하면, 카메라 모듈 (180)은 렌즈 어셈블리(210), 플래쉬(220), 이미지 센서 (230), 이미지 스태빌라이저(240), 메모리(250)(예: 버퍼 메모리), 또는 이미지 시그널 프로세서(260)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(210)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 렌즈 어셈블리(210)는 하나 또는 그 이상의 렌즈들을 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 복수의 렌즈 어셈블리(210)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 카메라 모듈(180)은, 예를 들면, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(spherical camera)를 형성할 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(210)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(예: 화각, 초점 거리, 자동 초점, f 넘버(f number), 또는 광학 줌)을 갖거나, 또는 적어도 하나의 렌즈 어셈블리는 다른 렌즈 어셈블리의 렌즈 속성들과 다른 하나 이상의 렌즈 속성들을 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(210)는, 예를 들면, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다.
플래쉬(220)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 일실시예에 따르면, 플래쉬(220)는 하나 이상의 발광 다이오드들(예: RGB(red-green-blue) LED, white LED, infrared LED, 또는 ultraviolet LED), 또는 xenon lamp를 포함할 수 있다. 이미지 센서(330)는 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(210)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 상기 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 일실시예에 따르면, 이미지 센서(330)는, 예를 들면, RGB 센서, BW(black and white) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지 센서들 중 선택된 하나의 이미지 센서, 동일한 속성을 갖는 복수의 이미지 센서들, 또는 다른 속성을 갖는 복수의 이미지 센서들을 포함할 수 있다. 이미지 센서(330)에 포함된 각각의 이미지 센서는, 예를 들면, CCD(charged coupled device) 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 센서를 이용하여 구현될 수 있다.
이미지 스태빌라이저(240)는 카메라 모듈(180) 또는 이를 포함하는 전자 장치(101)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(210)에 포함된 적어도 하나의 렌즈 또는 이미지 센서(330)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지 센서(330)의 동작 특성을 제어(예: 리드 아웃(read-out) 타이밍을 조정 등)할 수 있다. 이는 촬영되는 이미지에 대한 상기 움직임에 의한 부정적인 영향의 적어도 일부를 보상하게 해 준다. 일실시예에 따르면, 이미지 스태빌라이저(240)은 카메라 모듈(180)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(180) 또는 전자 장치(101)의 움직임을 감지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 이미지 스태빌라이저(240)는, 예를 들면, 광학식 이미지 스태빌라이저로 구현될 수 있다.
메모리(250)는 이미지 센서(330)을 통하여 획득된 이미지의 적어도 일부를 다음 이미지 처리 작업을 위하여 적어도 일시 저장할 수 있다. 예를 들어, 셔터에 따른 이미지 획득이 지연되거나, 또는 복수의 이미지들이 고속으로 획득되는 경우, 획득된 원본 이미지(예: bayer-patterned 이미지 또는 높은 해상도의 이미지)는 메모리(250)에 저장이 되고, 그에 대응하는 사본 이미지(예: 낮은 해상도의 이미지)는 표시 장치(160)을 통하여 프리뷰(pre-view)될 수 있다. 이후, 지정된 조건이 만족되면(예: 사용자 입력 또는 시스템 명령) 메모리(250)에 저장되었던 원본 이미지의 적어도 일부가, 예를 들면, 이미지 시그널 프로세서(260)에 의해 획득되어 처리될 수 있다. 일실시예에 따르면, 메모리(250)는 메모리(130)의 적어도 일부로, 또는 이와는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.
이미지 시그널 프로세서(260)는 이미지 센서(330)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(250)에 저장된 이미지에 대하여 하나 이상의 이미지 처리들을 수행할 수 있다. 상기 하나 이상의 이미지 처리들은, 예를 들면, 깊이 지도(depth map) 생성, 3차원 모델링, 파노라마 생성, 특징점 추출, 이미지 합성, 또는 이미지 보상(예: 노이즈 감소, 해상도 조정, 밝기 조정, 블러링(blurring), 샤프닝(sharpening), 또는 소프트닝(softening)을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 이미지 시그널 프로세서(260)는 카메라 모듈(180)에 포함된 구성 요소들 중 적어도 하나(예: 이미지 센서(330))에 대한 제어(예: 노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(260)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(250)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(180)의 외부 구성 요소(예: 메모리(130), 표시 장치(160), 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108))로 제공될 수 있다. 일실시예에 따르면, 이미지 시그널 프로세서(260)는 프로세서(120)의 적어도 일부로 구성되거나, 프로세서(120)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(260)이 프로세서(120)과 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(260)에 의해 처리된 적어도 하나의 이미지는 프로세서(120)에 의하여 그대로 또는 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(160)를 통해 표시될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 이미지 시그널 프로세서(260)는 적어도 일부가 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))에 포함될 수도 있다.
일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(180)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 서로 다른 화각을 갖는 렌즈(예: 렌즈 어셈블리(210))를 포함하는 카메라 모듈(180)이 복수로 구성될 수 있고, 전자 장치(101)는 사용자의 선택에 기반하여, 전자 장치(101)에서 수행되는 카메라 모듈(180)의 화각을 변경하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 복수의 카메라 모듈(180)들 중 적어도 하나는 광각 카메라이고, 적어도 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 상기 복수의 카메라 모듈(180)들 중 적어도 하나는 전면 카메라이고, 적어도 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다. 또한, 복수의 카메라 모듈(180)들은, 광각 카메라, 망원 카메라, 컬러 카메라, 흑백(monochrome) 카메라, 또는 IR(infrared) 카메라(예: TOF(time of flight) camera, structured light camera) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, IR 카메라는 센서 모듈(예: 도 1의 센서 모듈(176))의 적어도 일부로 동작될 수 있다. 예를 들어, TOF 카메라는 피사체와의 거리를 감지하기 위한 센서 모듈(예: 도 1의 센서 모듈(176))의 적어도 일부로 동작될 수 있다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 전자 장치(301)(예: 도 1의 전자 장치(101))는 외부의 피사체로부터 반사되는 빛을 수집하여 사진 또는 동영상을 촬영하는 장치일 수 있다. 전자 장치(301)는 렌즈부(310), 이미지 센서(또는 촬상 소자부)(330), 센서 인터페이스(335), 영상 처리부(340), 메모리(370) 및 디스플레이(380)를 포함할 수 있다.
렌즈부(310)는 피사체에서 장치에 도달한 빛을 수집할 수 있다. 수집된 빛은 이미지 센서(330)에 결상될 수 있다.
이미지 센서(330)는 광전 전환 효과로 빛을 전자적인 영상 데이터로 변환할 수 있다. 영상 데이터는 센서 인터페이스(335)를 통해서 영상 처리부(340)에 전달될 수 있다. 이미지 센서(330)는 2차원 배치되는 화소군을 포함할 수 있고, 각각의 화소에서 빛을 전자적인 영상 데이터로 변환할 수 있다. 이미지 센서(330)는 각각의 픽셀에 기록된 광전 전환 효과에 따른 전자적인 영상 데이터를 읽을 수 있다(read-out).
일 실시예에 따르면, 이미지 센서(330)는 마이크로 렌즈 어레이(micro-lens array)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는 이미지 센서(330)의 각 픽셀에 대응되도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서(330)는 별도의 연산부(예: 마이크로 제어 유닛(micro controller unit; MCU))를 포함할 수 있다. 이하에서, 영상 처리부(340)의 적어도 일부 동작은 이미지 센서(330)의 연산부(또는 마이크로 제어 유닛)에서 수행될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 이미지 센서(330)는 영상 처리부(340)에서 정해진 노광 시간으로 이미지 센서(330)에 전달되는 빛의 양(노광량)을 조절할 수 있다.
센서 인터페이스(335)는 이미지 센서(330)와 영상 처리부(340) 사이의 인터페이스를 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 센서 인터페이스(335)는 전자 장치(301)의 구성에 따라 영상 처리부(340) 내부의 전처리부(350)의 앞이나 뒤에 위치할 수 있다.
영상 처리부(340)는 이미지 센서(330)에서 수집한 영상 데이터를 다양한 과정으로 처리하여, 메모리(370)에 저장하거나 디스플레이(380)에 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 영상 처리부(340)는 전자 장치(301) 내부의 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))일 수 있다. 다른 일 실시예에 따르면, 영상 처리부(340)는 전자 장치(301) 내부의 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))와 별개일 수 있고, 영상 처리부(340)에서 수행되는 기능의 적어도 일부는 전자 장치(301) 내부의 프로세서(120)에서 수행될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 영상처리부(340)는 전처리부(예: Pre ISP)(350) 및 메인 처리부(예: image signal processor; ISP)(360)을 포함할 수 있다.
전처리부(예: Pre ISP)(350)는 이미지 센서(330)을 통해 획득한 영상(또는 이미지 프레임)을 저장할 수 있다. 전처리부(350)는 저장된 영상을 로드하여 이미지 처리하거나 변환할 수 있다.
메인 처리부(360)(예: AP 또는 ISP)는 전처리부(350)를 통해 처리된 영상 신호에 대한 디지털 신호 처리를 수행할 수 있다. 메인 처리부(360)는 전처리부(350)로부터 수신한 신호를 보정 또는 합성하여 이미지 신호를 생성할 수 있다. 메인 처리부(360)는 생성된 이미지 신호를 디스플레이(350)를 통하여 표시하게 할 수 있다. 메인 처리부(360)는 이미지 데이터 신호의 증폭, 변환, 처리와 같은 변환을 수행할 수 있다.
저장부(370)(예: 도 1의 메모리(130))는 현재의 이미지 또는 촬영 장치 제어를 위해 필요한 정보 등을 저장할 수 있다.
디스플레이(380)(예: 도 1의 디스플레이 모듈(160))는 영상 처리부(340)에서 처리된 영상 데이터를 이용하여 이미지를 출력할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 단위 픽셀(401)은 빛을 수광하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 단위 픽셀(401)은 이미지 센서(330)에 복수개 포함될 수 있다.
단위 픽셀(401)은 포토 다이오드(photo diode; 이하, PD)(410), 트랜스퍼 게이트(transfer gate; 이하, TG)(420), 제1 커패시터(435), 이중 전환 게이트(또는 전환 스위치)(dynamic range gate; 이하, DRG)(440), 제2 커패시터(465), 리셋 게이트(또는 리셋 스위치)(reset gate; 이하, RST)(450), 소스 팔로워(source follower; 이하, SF)(470), 행 선택기(row select; 이하, SEL)(480) 및 아날로그-디지털 변환기(analog-digital converter; 이하, ADC)(490)를 포함할 수 있다.
PD(410)는 지정된 노출 시간 동안 빛에 의한 전하를 충전할 수 있다. PD(410)는 TG(420)를 통해 제1 FD(floating diffusion)(430)에 연결될 수 있다. TG(420)가 활성화되는 경우(또는, TG(420)가 액티브 상태인 경우), PD(410)에 축적된 전하는 제1 FD(430)에 연결된 제1 커패시터(435)에 충전될 수 있다.
제1 커패시터(435)는 제1 FD(430)와 접지 사이에 연결될 수 있다. TG(420)가 활성화되는 경우, 제1 커패시터(435)는 PD(410)에서 전달되는 전하를 1차적으로 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(435)의 정전 용량은 제2 커패시터(465)의 정전용량 보다 작을 수 있다.
DRG(440)는 제1 FD(430)와 제2 FD(460) 사이에 연결될 수 있다. DRG(440)의 온/오프에 따라 아날로그 데이터의 변환 이득이 조절될 수 있다.
예를 들어, TG(420)가 활성화되고, DRG(440)가 비활성화 되는 경우(high conversion gain; 이하, HCG), 제1 커패시터(435)에 충전된 전하는 제2 커패시터(465)으로 이동하지 않을 수 있다. HCG에서, 제1 커패시터(435)에 충전된 전하가 SF(470)를 통해 리드아웃 될 수 있다(이하, 제1 아날로그 데이터).
다른 예를 들어, TG(420) 및 DRG(440)가 활성화 되는 경우(low conversion gain; 이하, LCG), 제1 FD(430)와 제2 FD(460)가 연결될 수 있다. 이 경우, PD(410)에 잔류하는 전하 또는 제1 커패시터(435)에 충전된 전하가 제2 커패시터(465)로 이동할 수 있다. LCG에서, 제1 커패시터(435) 및 제2 커패시터(465)에 충전된 전하가 SF(470)를 통해 리드아웃 될 수 있다(이하, 제2 아날로그 데이터).
제2 커패시터(465)는 제2 FD(460)와 접지 사이에 연결될 수 있다. TG(420) 및 DRG(440)가 활성화 되는 경우(LCG), 제2 커패시터(465)는 PD(410)에 잔류하는 전하 또는 제1 커패시터(435)에서 전달되는 전하를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 커패시터(465)의 정전 용량은 제1 커패시터(435)의 정전용량 보다 클 수 있다(예: 3배).
RST(450)는 전원(VDD)와 제2 FD(460) 사이에 연결될 수 있다. RST(450) 및 DRG(440)가 활성화 되는 경우, 제1 커패시터(435) 및 제2 커패시터(465)가 VDD로 리셋될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서(330)는 제1 커패시터(435) 및 제2 커패시터(465)에 PD(410)을 통해 전달되는 전하가 저장되기 이전 상태에서, 노이즈를 감소시키기 위해 CDS(correlated double sampling) 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 이미지 센서(330)는 RST(450) 및 DRG(440)를 활성화하여 제1 커패시터 및 제2 커패시터에 축적된 데이터를 리셋할 수 있다. 이미지 센서(330)는 리셋 후에 남은 리셋 데이터를 리드아웃 할 수 있다. 리셋 데이터는 PD(410)를 통해 충전된 전하가 아닌, 리셋 상태에서 제1 커패시터 또는 제2 커패시터에 잔류하는 전하에 의한 데이터일 수 있다. 이미지 센서(330)는 제1 아날로그 데이터 또는 제2 아날로그 데이터에서 각각 리셋 데이터를 제거(예: 차분기를 이용한 제거)하여, 실질적인 영상 데이터를 획득할 수 있다.
SF(470)는 제1 FD(430)과 SEL(480) 사이에 연결될 수 있다. SEL(480) 이 활성화되는 경우, SF(470)는 제1 아날로그 데이터 또는 제2 아날로그 데이터를 ADC(490)에 전달할 수 있다.
SEL(480)이 활성화되는 경우, 아날로그 데이터는 디지털 데이터로 변환될 수 있다. 이미지 센서(330)는 특정 행의 이미지 데이터를 출력하기 위해 SEL(480)을 활성화할 수 있다.
ADC(490)는 아날로그 데이터를 지정된 이득(또는 아날로그 이득)으로 변환하여 디지털 데이터를 생성할 수 있다. HCG에서, ADC(490)는 상대적으로 높은 제1 이득(예: x4)(high slope gain; 이하, HSG)에 대응하는 포화 전압을 이용하여, 제1 아날로그 데이터를 제1 디지털 데이터로 변환할 수 있다. 또한, LCG에서, ADC(490)는 상대적으로 낮은 제2 이득(예: x1)(low slope gain; 이하, LSG)에 대응하는 포화 전압을 이용하여, 제2 아날로그 데이터를 제2 디지털 데이터를 변환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, ADC(490)는 복수개로 구현될 수 있다. 하나의 ADC(490)가 배치되는 경우, 시간 순서에 따라(time division) HSG 및 LSG가 진행될 수 있다. ADC(490)가 복수개인 경우, 서로 다른 이득으로 동작할 수 있고, 빠르게 디지털 데이터가 생성될 수 있다.
이하에서는, 제1 이득이 x4 이고, 제2 이득이 x1인 경우를 중심으로 논의하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 이득 또는 제2 이득은 ADC(490)가 허용하는 범위까지 조절되거나 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 이득이 x8일 수 있고, 제2 이득은 x0.5일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서(330)는 1회의 노출에 의해 제1 커패시터(435)을 충전하여(HCG), 제1 아날로그 데이터를 획득할 수 있다. 이미지 센서(330)는 HCG에서 획득한 제1 아날로그 데이터에 대해 상대적으로 높은 제1 이득(예: x4)를 적용하여 ADC(490)를 통해 제1 디지털 데이터를 생성할 수 있다. 이후, 이미지 센서(330)는 추가 노출 없이, PD(410)에 잔류하는 전하 또는 제1 커패시터(435)의 전하를 제2 커패시터(465)으로 이동하여(LCG), 제2 아날로그 데이터를 획득할 수 있다. 이미지 센서(330)는 LCG에서 획득한 제2 아날로그 데이터에 대해 상대적으로 낮은 제2 이득(예: x1)를 적용하여 ADC(490)를 통해 제2 디지털 데이터를 생성할 수 있다.
이미지 센서(330)(또는 프로세서(120), 영상 처리부(340))는 HCG 및 HSG에 의한 제1 디지털 데이터 및 LCG 및 LSG에 의한 제2 디지털 데이터를 기반으로 HDR 이미지를 생성할 수 있다. 이 경우, 높은 HDR 비율의 이미지를 획득할 수 있고, 노이즈가 개선될 수 있다.
도 4에서는 단위 픽셀(401)이 하나의 PD(410)을 포함하는 경우를 예시적으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 단위 픽셀(401)은 제1 내지 제4 PD 및 제1 내지 제4 TG를 포함할 수 있다. 제1 PD는 제1 TG를 통해 제1 FD에 연결되고, 제2 PD는 제2 TG를 통해 제1 FD에 연결될 수 있다. 제3 PD는 제3 TG를 통해 제1 FD에 연결되고, 제4 PD는 제4 TG를 통해 제1 FD에 연결될 수 있다. 이미지 센서(330)는 제1 내지 제4 PD를 동시에 1회 노출하고, DCG(dual conversion gain; HCG 및 LCG) 및 DSG (dual slope gain; HSG 및 LSG)를 적용할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 HCG 및 HSG에 의한 이미지 센서의 동작을 나타낸다.
도 5를 참조하면, PD(410)는 지정된 노출 시간 동안 빛에 의한 전하를 충전할 수 있다. TG(420)가 활성화되는 경우, PD(410)에 축적된 전하는 제1 FD(430)에 연결된 제1 커패시터(435)에 충전될 수 있다. DRG(440)가 비활성화된 HCG에서, 제1 커패시터(435)에 충전된 전하는 제2 커패시터(465)으로 이동하지 않고 유지될 수 있다. 수조 모델(501)에서, 제1 커패시터(435)에 대응하는 제1 수조(435a)에 물(충전되는 전하에 대응)이 담길 수 있고, 제2 커패시터(465)에 대응하는 제2 수조(465a)에는 물이 없을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(435)에는 PD(410)에서 전달된 전하가 아닌 리셋 이후에도 잔류하는 전하(리셋 데이터)가 남아있을 수 있다. 리셋 데이터는 별도의 CDS 동작을 통해 제거될 수 있다(도 7 참고).
ADC(490)는 HCG에서 획득한 제1 아날로그 데이터를 제1 디지털 데이터로 변환 시, 상대적으로 높은 제1 이득(예: x4)에 대응하도록 포화 전압(saturation voltage)이 조절될 수 있다(HSG). 수조 모델(501)에서 ADC(490)의 제1 이득은 수조의 물 높이를 측정하기 위한 눈금자(490a)에 대응할 수 있다. 이득이 클수록 물 높이를 측정하기 위한 눈금자의 눈금 간격은 줄어들 수 있다. 이에 따라, 눈금 간격은 줄어들수록 물의 높이는 상대적으로 큰 값으로 읽혀질 수 있다. HCG 및 HSG를 통해 생성된 제1 디지털 데이터는 입력 환산 노이즈 값(=노이즈/이득)이 낮아지게 되어 암부 표현에 유리한 데이터일 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 LCG 및 LSG에 의한 이미지 센서의 동작을 나타낸다.
도 6을 참조하면, PD(410)는 지정된 노출 시간 동안 빛에 의한 전하를 충전할 수 있다. TG(420)가 활성화되는 경우, PD(410)에 축적된 전하는 제1 FD(430)에 연결된 제1 커패시터(435)에 충전될 수 있다. DRG(440)가 활성화된 LCG에서, PD(410)에 잔류하는 전하 또는 제1 커패시터(435)에 충전된 전하는 제2 커패시터(465)로 이동할 수 있다. 수조 모델(601)에서, 제1 커패시터(435) 및 제2 커패시터(465)에 대응하는 제2 수조(495a)에 물(충전되는 전하에 대응)이 담길 수 있다. 제2 수조(495a)는 도 5의 제1 수조(435a)보다 큰 용량을 가질 수 있다. 이에 따라, 동일한 양의 물이 담기는 경우, 제2 수조(495a)는 도 5의 제1 수조(435a)보다 낮은 물높이일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(435) 또는 제2 커패시터(465)에는 PD(410)에서 전달된 전하가 아닌 리셋 이후에도 잔류하는 전하(리셋 데이터)가 남아있을 수 있다. 리셋 데이터는 별도의 CDS 동작을 통해 제거될 수 있다(도 7 참고).
ADC(490)는 LCG에서 획득한 제2 아날로그 데이터를 제2 디지털 데이터로 변환 시, 상대적으로 낮은 제2 이득(예: x1)에 대응하도록 포화 전압(saturation voltage)이 조절될 수 있다(LSG). 수조 모델(601)에서 ADC(490)의 제2 이득은 수조의 물 높이를 측정하기 위한 눈금자(490b)에 대응할 수 있다. 이득이 작을수록 물 높이를 측정하기 위한 눈금자의 눈금 간격은 커질 수 있다. 이에 따라, 눈금 간격이 커질수록 물의 높이는 상대적으로 작은 값으로 읽혀질 수 있다. LCG 및 LSG를 통해 생성된 제2 디지털 데이터는 명부에서 포화를 줄일 수 있고, 명부 표현에 유리한 데이터일 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 DR 확장을 통한 HDR 이미지의 생성을 나타낸다. 도 7은 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7을 참조하면, 이미지 센서(330)는 1회의 노출 이후, DCG(dual conversion gain)(HCG 또는 LCG) 및 DSG(dual slope gain)(HSG 또는 LSG)를 적용하여 제1 디지털 데이터 및 제2 디지털 데이터를 획득할 수 있다. 이미지 센서(330)는 제1 디지털 데이터 및 제2 디지털 데이터를 이용하여 DR을 확장하고, HDR 이미지를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 이미지 센서(330)는 노이즈를 감소시키기 위해 CDS(correlated double sampling) 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 이미지 센서(330)는 RST(450) 및 DRG(440)를 활성화하여 제1 커패시터(435) 및 제2 커패시터(465)을 VDD로 리셋할 수 있다. 이미지 센서(330)는 리셋 후에 남은 리셋 데이터를 리드아웃 할 수 있다. 리셋 데이터는 PD(410)를 통해 충전된 전하가 아닌, 리셋 상태에서 제1 커패시터(435) 또는 제2 커패시터(465)에 잔류하는 전하에 의한 데이터일 수 있다. 리셋 데이터는 별도의 CDS 회로에 저장될 수 있다. 이후, 이미지 센서(330)는 RST(450) 및 DRG(440)를 비활성화 하고, DCG 및 DSG를 수행하여 PD(410)를 통해 획득한 전하에 의한 제1 아날로그 데이터 및 제2 아날로그 데이터를 획득할 수 있다. 이미지 센서(330)는 제1 아날로그 데이터 및 제2 아날로그 데이터에서 각각 리셋 데이터를 제거(예: 차분기를 이용한 제거)하여, 실질적인 영상 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, DCG를 적용하고, DSG를 적용하지 않는 경우(701), 제1 커패시터(435)의 정전 용량과 제2 커패시터(465)의 정전 용량의 비율에 따라 DR이 확장될 수 있다. 예를 들어, 제2 커패시터의 정전 용량이 제1 커패시터의 정전용량의 3배일 수 있다. 이 경우, HCG 디지털 데이터(715)와 LCG 디지털 데이터(725)의 변환 이득(conversion gain)은 1: 4 비율일 수 있다. HCG 디지털 데이터(715)와 LCG 디지털 데이터(725)를 톤매핑하여 HDR 이미지(730)가 생성될 수 있다.
HCG 데이터(713)는 10비트의 HCG 디지털 데이터(715)로 변환될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(330)는 HCG 데이터(713)에서 HCG 리셋 데이터(711)을 제거하여 HCG 디지털 데이터(715)를 생성할 수 있다. HCG 디지털 데이터(715)는 제1 커패시터(435)에 충전된 전하를 이용하여 획득되는 상대적으로 밝은 데이터일 수 있다. HCG 디지털 데이터(715)는 명부에서는 포화된 픽셀이 증가할 수 있으나, 암부를 표시하는데 유리할 수 있다.
LCG 데이터(723)는 10비트의 LCG 디지털 데이터(725)로 변환될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(330)는 LCG 데이터(723)에서 LCG 리셋 데이터(721)을 제거하여 LCG 디지털 데이터(725)를 생성할 수 있다. LCG 디지털 데이터(725)는 제1 커패시터(435) 및 제2 커패시터(465)에 충전된 전하를 이용하여 획득되는 상대적으로 어두운 데이터일 수 있다. LCG 디지털 데이터(725)의 명부에서는 포화된 픽셀이 감소하여 명부를 표시하는데 유리할 수 있다.
이미지 센서(330)는 HCG 디지털 데이터(715) 및 LCG 디지털 데이터(725)를 결합하여, DR이 12 비트로 확장된 HDR 데이터(730)을 생성할 수 있다. HDR 데이터(730)의 암부 데이터(또는 하위 비트)(0 비트 및 1 비트)는 HCG 디지털 데이터(715)를 기반으로 할 수 있고, HDR 데이터(730)의 명부의 데이터(또는 상위 비트)(10 비트 및 11 비트)는 LCG 디지털 데이터(725)를 기반으로 할 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서(330)는 HCG 디지털 데이터(715) 및 LCG 디지털 데이터(725)에 제로 패딩 및 톤 맵핑을 수행하여 HDR 데이터(730)를 생성할 수 있다. 프로세서(120)는 HCG 디지털 데이터(715)에 MSB(most significant bit) 제로 패딩으로 더미 데이터(예: 00)를 추가하고, LCG 디지털 데이터(725)에 LSB(least significant bit) 제로 패딩으로 더미 데이터(예: 00)를 추가할 수 있다. 이후, 프로세서(120)는 톤 맵핑을 수행하여 HDR 데이터(730)를 생성할 수 있다.
DCG에 추가로 DSG를 적용하는 경우(multi conversion slope gain; MCSG)(702), 제1 커패시터(435)과 제2 커패시터(465)의 정전 용량의 비율뿐만 아니라, ADC(490)의 이득에 따라 DR이 확장될 수 있다.
HCG 및 HSG에서, 제1 아날로그 데이터(HCG+HSG)(763)는 10비트의 제1 디지털 데이터(765)로 변환될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(330)는 제1 아날로그 데이터(HCG+HSG)(763)에서 리셋 데이터(HCG+HSG)(761)를 제거하고, 제1 이득(x4)를 적용하여 제1 디지털 데이터(765)를 생성할 수 있다. 제1 디지털 데이터(765)는 제1 커패시터(435)에 충전된 전하에 대해 획득되는 상대적으로 밝은 데이터일 수 있다. 제1 디지털 데이터(765)는 명부에서는 포화된 픽셀이 증가할 수 있으나, 암부를 표시하는데 유리할 수 있다.
LCG 및 LSG에서, 제2 아날로그 데이터(LCG+LSG)(773)는 10비트의 제2 디지털 데이터(775)로 변환될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(330)는 제2 아날로그 데이터(773)에서 리셋 데이터(LCG+LSG)(771)을 제거하고, 제2 이득(x1)를 적용하여 제2 디지털 데이터(775)를 생성할 수 있다. 제2 디지털 데이터(775)는 제1 커패시터(435) 및 제2 커패시터(465)에 충전된 전하에 획득되는 상대적으로 어두운 데이터일 수 있다. 제2 디지털 데이터(775)는 명부에서는 포화된 픽셀이 감소하여 명부를 표시하는데 유리할 수 있다.
이미지 센서(330)는 제1 디지털 데이터(765) 및 제2 디지털 데이터(775)를 결합하여, DR이 14 비트로 확장된 HDR 데이터(780)을 생성할 수 있다. HDR 데이터(780)의 암부 데이터(또는 하위 비트)(0 내지 3 비트들)는 제1 디지털 데이터(765)를 기반으로 할 수 있고, HDR 데이터(780)의 명부의 데이터(또는 상위 비트)(10 내지 13 비트들)는 제2 디지털 데이터(775)를 기반으로 할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(120)는 제1 디지털 데이터(765) 및 제2 디지털 데이터(775)에 제로 패딩 및 톤 맵핑을 수행하여 HDR 데이터(780)를 생성할 수 있다. 프로세서(120)는 제1 디지털 데이터(765)에 MSB(most significant bit) 제로 패딩으로 더미 데이터(예: 0000)를 추가하고, 제2 디지털 데이터(775)에 LSB(least significant bit) 제로 패딩으로 더미 데이터(예: 0000)를 추가할 수 있다. 이후, 프로세서(120)는 톤 맵핑을 수행하여 HDR 데이터(780)를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, HDR 데이터(730)의 생성은 도 3의 영상 처리부(340) 또는 도 1의 프로세서(120)에서 수행되거나, 도 3의 영상 처리부(340) 또는 도 1의 프로세서(120)에서 생성된 제어 신호에 의해 수행될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 노이즈 저감 모드 동작을 나타낸다.
도 8을 참조하면, DCG에 추가로 DSG를 적용하는 경우(multi conversion slope gain; MCSG)(801), 이미지 센서(330)는 노이즈 저감 모드(low noise mode; LN 모드)로 동작하여 노이즈를 줄일 수 있다.
HCG 및 HSG에서, 제1 아날로그 데이터(HCG+HSG)(863)는 10비트의 제1 디지털 데이터(865)로 변환될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(330)는 제1 아날로그 데이터(HCG+HSG)(863)에서 리셋 데이터(HCG+HSG)(861)를 제거하고, 제1 이득(x4)를 적용하여 제1 디지털 데이터(865)를 생성할 수 있다.
HCG 및 HSG에서, 이미지 센서(330)는 노이즈 저감 모드(low noise mode; LN 모드)로 제1 아날로그 데이터(HCG+HSG)(863)를 획득할 수 있다. 이미지 센서(330)는 HCG 및 HSG에서, 복수회 리드아웃을 수행하고, 리드아웃 결과를 평균하여 제1 아날로그 데이터(HCG+HSG)(863)를 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서(330)는 LN 모드로 리셋 데이터(HCG+HSG)(861)를 획득할 수 있다. 이미지 센서(330)는 HCG 및 HSG에서, 리셋 데이터에 대해 복수회 리드아웃을 수행하고, 리드아웃 결과를 평균하여 리셋 데이터(HCG+HSG)(861)를 산출할 수 있다.
LCG 및 LSG에서, 제2 아날로그 데이터(LCG+LSG)(873)는 10비트의 제2 디지털 데이터(875)로 변환될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(330)는 제2 아날로그 데이터(873)에서 리셋 데이터(LCG+LSG)(871)을 제거하고, 제2 이득(x1)를 적용하여 제2 디지털 데이터(875)를 생성할 수 있다. 이미지 센서(330)는 제1 디지털 데이터(865) 및 제2 디지털 데이터(875)를 결합하여, DR이 14 비트로 확장된 HDR 데이터(880)을 생성할 수 있다. HDR 데이터(880)의 암부 데이터(0 내지 3 비트들)는 제1 디지털 데이터(865)를 기반으로 할 수 있고, HDR 데이터(880)의 명부의 데이터(10 내지 13 비트들)는 제2 디지털 데이터(875)를 기반으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서(330)는 촬영 환경에 따라 DCG 또는 DSG의 적용 방식을 변경할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(330)는 DSG 방식의 HDR을 노이즈 편차가 크지 않은 고조도 환경에서 적용할 수 있다. 다른 예를 들어, 이미지 센서(330)는 저조도 환경에서, 리드아웃 노이즈를 줄이기 위해 LN 모드로 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101; 301)는, 이미지 센서(230; 330), 프로세서(120) 및 메모리(130)를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서(230; 330)는, 적어도 하나의 포토 다이오드(410), 상기 적어도 하나의 포토 다이오드(410)와 제1 노드(FD1 node)(430)를 연결하는 TG(transfer gate)(420), 상기 제1 노드(430)에 연결되고, 제1 정전 용량을 가지는 제1 커패시터(435), 상기 제1 노드(430)와 제2 노드(FD2 node)(460) 사이에 연결되는 전환 스위치(440), 상기 제2 노드(460)에 연결되고 제2 정전 용량을 가지는 제2 커패시터(465), 상기 전환 스위치(440)를 제어하여 상기 제1 노드(430) 또는 상기 제2 노드(460)에서 선택적으로 제1 아날로그 데이터 및 제2 아날로그 데이터를 획득하는 마이크로 제어 유닛, 및 상기 제1 아날로그 데이터 및 상기 제2 아날로그 데이터를 서로 다른 이득으로 디지털 데이터로 변환하는 ADC(analog-digital converter)(490)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 제어 유닛은, 1회의 노출에 의해 상기 적어도 하나의 포토 다이오드(410)에 전하를 충전하고, 상기 전환 스위치(440)를 비활성화한 상태에서, 상기 TG(420)를 활성화하여 상기 제1 커패시터(435)를 충전하고, 상기 제1 커패시터(435)에 충전된 전하를 리드아웃하여 상기 제1 아날로그 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 제어 유닛은 상기 제1 아날로그 데이터를 획득한 이후, 상기 TG(420) 및 상기 전환 스위치(440)를 활성화하여 상기 제2 커패시터(465)를 충전하고, 상기 제1 커패시터(435) 및 상기 제2 커패시터(465)에 충전된 전하를 리드아웃하여 상기 제2 아날로그 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서(230; 330)는 상기 제2 노드(460)와 전원 사이에 연결되는 리셋 스위치(450)를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 포토 다이오드(410)를 노출하기 이전에, 상기 리셋 스위치(450)와 상기 전환 스위치(440)를 활성화할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서(230; 330)는 상기 제1 아날로그 데이터 및 상기 제2 아날로그 데이터를 획득하기 이전에, 상기 제1 커패시터(435) 또는 상기 제2 커패시터(465)의 잔류 전하의 값을 저장하고, 상기 잔류 전하의 값을 기반으로 상기 제1 아날로그 데이터 및 상기 제2 아날로그 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 제어 유닛은 상기 ADC(490)에 제1 이득에 대응하는 제1 포화 전압을 적용하여 상기 제1 아날로그 데이터를 제1 디지털 데이터로 변환하고, 상기 ADC(490)에 상기 제1 이득 작은 제2 이득에 대응하는 제2 포화 접압을 적용하여 상기 제2 아날로그 데이터를 제2 디지털 데이터로 변환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 이득은 상기 제2 이득의 4배일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 제어 유닛은 상기 제1 디지털 데이터 및 상기 제2 디지털 데이터를 결합하여 HDR 영상을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 제어 유닛은 상기 제1 디지털 데이터 및 상기 제2 디지털 데이터에 대한 제로 패딩 및 톤맵핑을 수행하여 상기 HDR 영상을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 제어 유닛은 상기 HDR 영상에서, 제1 기준값 이하의 암부 데이터를 상기 제1 디지털 데이터를 기반으로 생성하고, 상기 제1 기준값 보다 큰 제2 기준값 이상의 명부 데이터를 상기 제2 디지털 데이터를 기반으로 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 HDR 영상은 상기 제1 디지털 데이터 또는 상기 제2 디지털 데이터의 16배의 HDR 비율을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 정전 용량은 상기 제1 정전 용량의 3배일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 ADC(490)는 복수개이고, 각각의 ADC(490)는 서로 다른 이득으로 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 제어 유닛은 상기 제1 아날로그 데이터 또는 상기 제2 아날로그 데이터를 복수회 리드아웃하여 평균값을 상기 ADC(490)에 전달할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전자 장치(101; 301)는 센서 모듈(179)을 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서(120)는 상기 센서 모듈(179)을 이용하여 이미지의 촬영과 관련된 정보를 획득하고, 상기 정보를 기반으로 상기 이미지 센서(230; 330)가 상기 제1 아날로그 데이터 또는 상기 제2 아날로그 데이터를 획득하는 방식 또는 상기 ADC(490)의 이득을 조절할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101; 301)는 카메라 모듈(180), 프로세서(120), 및 메모리(130)를 포함할 수 있다. 상기 카메라 모듈(180)은 렌즈부(210; 310), 이미지 센서(230; 330), 및 이미지 시그널 프로세서(260)를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서(230; 330)는, 적어도 하나의 포토 다이오드(410), 상기 적어도 하나의 포토 다이오드(410)와 제1 노드(FD1 node)(430)를 연결하는 TG(transfer gate)(420), 상기 제1 노드(430)에 연결되고, 제1 정전 용량을 가지는 제1 커패시터(435), 상기 제1 노드(430)와 제2 노드(FD2 node)(460) 사이에 연결되는 전환 스위치(440), 상기 제2 노드(460)에 연결되고, 제2 정전 용량을 가지는 제2 커패시터(465)를 포함할 수 있다. 상기 이미지 시그널 프로세서(260)는, 상기 전환 스위치(440)를 제어하여 상기 제1 노드(430) 또는 상기 제2 노드(460)에서 선택적으로 제1 아날로그 데이터 및 제2 아날로그 데이터를 획득하고, 상기 제1 아날로그 데이터 및 상기 제2 아날로그 데이터를 서로 다른 이득으로 디지털 데이터로 변환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이미지 시그널 프로세서(260)는, 1회의 노출에 의해 상기 적어도 하나의 포토 다이오드(410)에 전하를 충전하고, 상기 전환 스위치(440)를 비활성화한 상태에서, 상기 TG(420)를 활성화하여 상기 제1 커패시터(435)를 충전하고, 상기 제1 커패시터(435)에 충전된 전하를 리드아웃하여 상기 제1 아날로그 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이미지 시그널 프로세서(260)는, 상기 제1 아날로그 데이터를 획득한 이후, 상기 TG(420) 및 상기 전환 스위치(440)를 활성화하여 상기 제2 커패시터(465)를 충전하고, 상기 제1 커패시터(435) 및 상기 제2 커패시터(465)에 충전된 전하를 리드아웃하여 상기 제2 아날로그 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이미지 시그널 프로세서(260)는, 제1 이득에 대응하는 제1 포화 전압을 적용하여 상기 제1 아날로그 데이터를 제1 디지털 데이터로 변환하고, 상기 제1 이득 작은 제2 이득에 대응하는 제2 포화 전압을 적용하여 상기 제2 아날로그 데이터를 제2 디지털 데이터로 변환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이미지 시그널 프로세서(260)는, 상기 제1 디지털 데이터 및 상기 제2 디지털 데이터를 결합하여 HDR 영상을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 정전 용량은 상기 제1 정전 용량의 3배일 수 있다.
본 문서에 개시되는 일 실시예들에 따른 전자 장치는 이미지 센서의 리드아웃을 조절하여 HDR 이미지를 생성할 수 있다. 이에 따라, 1회의 노출에 의해 HDR 이미지가 생성될 수 있어, 노출 시점이 다른 복수의 이미지들을 이용하는 HDR 방식과 달리 고스트 효과와 같은 부효과가 발생하지 않을 수 있다.
본 문서에 개시되는 일 실시예들에 따른 전자 장치는 이미지 센서의 리드아웃과 관련하여 DCG(dual conversion gain; HCG 및 LCG) 및 DSG (dual slope gain; HSG 및 LSG)를 적용하여 HDR 효과를 높이고, 암부 SNR을 개선할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(10))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어™)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (15)

  1. 전자 장치(101; 301)에 있어서,
    이미지 센서(230; 330);
    프로세서(120); 및
    메모리(130);를 포함하고,
    상기 이미지 센서(230; 330)는,
    적어도 하나의 포토 다이오드(410);
    상기 적어도 하나의 포토 다이오드(410)와 제1 노드(FD1 node)(430)를 연결하는 TG(transfer gate)(420);
    상기 제1 노드(430)에 연결되고, 제1 정전 용량을 가지는 제1 커패시터(435);
    상기 제1 노드(430)와 제2 노드(FD2 node)(460) 사이에 연결되는 이중 전환 게이트(440);
    상기 제2 노드(460)에 연결되고, 제2 정전 용량을 가지는 제2 커패시터(465); 및
    마이크로 제어 유닛;을 포함하고,
    상기 마이크로 제어 유닛은,
    상기 이중 전환 게이트(440)를 비활성화하여 상기 제1 노드(430)에서 상기 제1 아날로그 데이터를 획득하고,
    상기 이중 전환 게이트(440)를 활성화하여 상기 제2 노드(460)에서 제2 아날로그 데이터를 획득하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 디지털 데이터 및 상기 제2 디지털 데이터를 기반으로 HDR(high dynamic range) 영상을 생성하는 전자 장치(101; 301).
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 제어 유닛은
    1회의 노출에 의해 상기 적어도 하나의 포토 다이오드(410)를 충전하고,
    상기 이중 전환 게이트(440)를 비활성화한 상태에서, 상기 TG(420)를 활성화하여 상기 제1 커패시터(435)를 충전하고,
    상기 제1 커패시터(435)의 전하를 리드아웃하여 상기 제1 아날로그 데이터를 획득하는 전자 장치(101; 301).
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로 제어 유닛은
    상기 제1 아날로그 데이터를 획득한 이후, 상기 TG(420) 및 상기 이중 전환 게이트(440)를 활성화하여 상기 제2 커패시터(465)를 충전하고,
    상기 제1 커패시터(435) 및 상기 제2 커패시터(465)의 전하를 리드아웃하여 상기 제2 아날로그 데이터를 획득하는 전자 장치(101; 301).
  4. 제2항에 있어서, 상기 이미지 센서(230; 330)는
    상기 제2 노드(460)와 전원 사이에 연결되는 리셋 스위치(450)를 더 포함하고,
    상기 마이크로 제어 유닛은
    상기 제1 커패시터(435) 또는 상기 제2 커패시터(465)의 잔류 전하의 값을 결정하기 위해, 상기 적어도 하나의 포토 다이오드(410)에 상기 1회의 노출을 수행하기 이전에, 상기 리셋 스위치(450)와 상기 이중 전환 게이트(440)를 활성화하는 전자 장치(101; 301).
  5. 제4항에 있어서, 상기 이미지 센서(230; 330)는
    상기 제1 아날로그 데이터 및 상기 제2 아날로그 데이터를 획득하기 이전에, 상기 잔류 전하의 값을 저장하고,
    상기 잔류 전하의 값을 기반으로 상기 제1 아날로그 데이터 및 상기 제2 아날로그 데이터를 획득하는 전자 장치(101; 301).
  6. 제1항에 있어서, 상기 이미지 센서는
    이득 값을 기반으로 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC(analog-digital converter)(490);를 더 포함하고,
    상기 마이크로 제어 유닛은
    상기 ADC(490)에 제1 이득에 대응하는 제1 포화 전압을 적용하여 상기 제1 아날로그 데이터를 제1 디지털 데이터로 변환하고,
    상기 ADC(490)에 상기 제1 이득 작은 제2 이득에 대응하는 제2 포화 접압을 적용하여 상기 제2 아날로그 데이터를 제2 디지털 데이터로 변환하는 전자 장치(101; 301).
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 이득은
    상기 제2 이득의 4배인 전자 장치(101; 301).
  8. 제6항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 제1 디지털 데이터 및 상기 제2 디지털 데이터를 결합하여 상기 HDR 영상을 생성하는 전자 장치(101; 301).
  9. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 제1 디지털 데이터 및 상기 제2 디지털 데이터에 대한 제로 패딩 및 톤맵핑을 수행하여 상기 HDR 영상을 생성하는 전자 장치(101; 301).
  10. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 제1 디지털 데이터를 기반으로 제1 기준값 이하의 암부 데이터를 생성하고,
    상기 제2 디지털 데이터를 기반으로 상기 제1 기준값 보다 큰 제2 기준값 이상의 명부 데이터를 생성하고,
    상기 암부 데이터 및 상기 명부 데이터를 기반으로 상기 HDR 영상을 생성하는 전자 장치(101; 301).
  11. 제8항에 있어서, 상기 HDR 영상은
    상기 제1 디지털 데이터와 상기 제2 디지털 데이터의 사이에 16배의 HDR 비율을 가지는 전자 장치(101; 301).
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 정전 용량은
    상기 제1 정전 용량의 3배인 전자 장치(101; 301).
  13. 제6항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 복수의 ADC(490)를 더 포함하고,
    상기 복수의 ADC(490)의 각각은 서로 다른 이득으로 동작하는 전자 장치(101; 301).
  14. 제6항에 있어서, 상기 마이크로 제어 유닛은
    상기 제1 커패시터의 전하를 복수회 리드 아웃하여 평균값을 상기 ADC(490)에 전달하여 상기 제1 아날로그 데이터를 획득하고,
    상기 제1 커패시터의 전하 및 상기 제2 커패시터의 전하를 복수회 리드 아웃하여 평균값을 상기 ADC(490)에 전달하여 상기 제2 아날로그 데이터를 획득하는 전자 장치(101; 301).
  15. 전자 장치(101; 301)에 있어서,
    카메라 모듈(180);
    프로세서(120); 및
    메모리(130);를 포함하고,
    상기 카메라 모듈(180)은
    렌즈부(210; 310);
    이미지 센서(230; 330); 및
    이미지 시그널 프로세서(260);를 포함하고,
    상기 이미지 센서(230; 330)는,
    적어도 하나의 포토 다이오드(410);
    상기 적어도 하나의 포토 다이오드(410)와 제1 노드(FD1 node)(430)를 연결하는 TG(transfer gate)(420);
    상기 제1 노드(430)에 연결되고, 제1 정전 용량을 가지는 제1 커패시터(435);
    상기 제1 노드(430)와 제2 노드(FD2 node)(460) 사이에 연결되는 이중 전환 게이트(440); 및
    상기 제2 노드(460)에 연결되고, 제2 정전 용량을 가지는 제2 커패시터(465);를 포함하고,
    상기 이미지 시그널 프로세서(260)는,
    상기 이중 전환 게이트(440)를 비활성화하여 상기 제1 노드(430)에서 상기 제1 아날로그 데이터를 획득하고,
    상기 이중 전환 게이트(440)를 활성화하여 상기 제2 노드(460)에서 제2 아날로그 데이터를 획득하고,
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