不含运动伪影的高动态范围hdr图像的制作方法
【技术领域】
[0001] 所掲示的实施例大体上设及图像传感器，且特定来说（但不排除其他），设及用W 产生不含运动伪影的高动态范围图像的图像传感器。
【背景技术】
[0002] 在摄影术中，对比度可认为是场景的亮区与暗区之间的差异；具有亮区及暗区两 者的场景被视为具有高的对比度。使用相机很难捕获运些高对比度场景，因为现实世界场 景中的对比度常常超越消费者的相机可捕获的对比度。
[0003] 一现实世界实例为在明媚的一天拍一个人在沙滩上的照片。如果该人站在明媚的 阳光下，那么该人及周围场景两者都将为亮的，因为两者都由阳光所照明。因为人与周围场 景之间存在很小对比度，所W较易捕获好的图片。但拍一个人在沙滩伞下的照片较难。如 果该人位于沙滩伞的阴影中，那么在伞下方的阴影区域与其后方的亮的沙子、海水及天空 之间存在高的对比度。运些高对比度场景的单图像通常可捕获伞下方的图像或背景图像， 但不能同时捕获两者，因为所述两个不同区域需要不同曝光时间。亮的背景所需要的较短 曝光时间将适当捕获背景但将使伞下的区域变暗且很难看到。且伞下区域所需要的较长曝 光时间将适当捕获伞下区域但使背景曝光过度且稱色。
[0004] 针对运些情况，可通过使用不同曝光时间来捕获所述场景的多个图像且接着将它 们组合成到处都具有适当曝光的一个图像来产生高动态范围（皿时图像。但因为所述技术 设及捕获多个图像，所W(例如）通过移动场景中的对象而引起的场景中的变化可在最终 图像中产生实际上并非为所述场景的部分的伪影。
【发明内容】
阳〇化]本发明的方面设及一种用于高动态范围（皿时图像的过程，所述过程包括：使用 具有包括多个像素的像素阵列的图像传感器W捕获具有第一曝光时间的第一图像、具有第 二曝光时间的第二图像及具有第=曝光时间的第=图像，其中在所述第一、第二及第=曝 光时间中，所述第二曝光时间最短；W及将所述第一、第二及第=图像组合成高动态范围 师时图像。
[0006] 本发明的另一方面设及一种设备，所述设备包括：包含多个像素的像素阵列；读 出电路，其禪合到所述像素阵列W捕获具有第一曝光时间的第一图像、具有第二曝光时间 的第二图像及具有第=曝光时间的第=图像，其中在所述第一、第二及第=曝光时间中，所 述第二曝光时间最短；W及处理电路及功能逻辑，其禪合到所述读出电路W将所述第一、第 二及第S图像组合成高动态范围化DR)图像。
【附图说明】
[0007] 参考W下图式描述本发明的非限制性且非穷举实施例，图式中相似的元件符号指 代贯穿多个视图的相似部件，除非另有说明。
[0008] 图I为包含滤色器阵列的图像传感器的实施例的示意图。
[0009] 图2A到2B分别为一对前侧经照明像素的实施例的横截面及一对背侧经照明像素 的实施例的横截面。
[0010] 图3为说明高动态范围师时图像的概念的示意图。
[0011] 图4为具有移动元件的简化场景的实施例的示意图。
[0012] 图5A到5C为使用不同曝光时间捕获图4的场景的图像的图像捕获序列的实施例 的图（图5A)、所得的图像的强度特性的曲线图（图5B)及通过组合所捕获到的图像所获得 的高动态范围化DR)图像的强度特性的曲线图（图50。
[0013] 图6A到6C为使用不同曝光时间捕获图4的场景的图像的图像捕获序列的实施例 的图（图6A)、所得的图像的强度特性的曲线图（图6B)及通过组合所捕获到的图像而获得 的皿R图像的强度特性的曲线图（图6C)。
[0014] 图7A到7C为使用不同曝光时间捕获图4的场景的图像的图像捕获序列的实施例 的图（图7A)、所得的图像的强度特性的曲线图（图7B)及通过组合所捕获到的图像而获得 的皿R图像的强度特性的曲线图（图7C)。
[0015] 图8A到8C为使用不同曝光时间捕获图4的场景的图像的图像捕获序列的实施例 的图（图8A)、所得的图像的强度特性的曲线图（图8B)及通过组合所捕获到的图像而获得 的皿R图像的强度特性的曲线图（图8C)。
[0016] 图8D到8E为图像捕获序列的其它实施例的图。
[0017] 图9为用于从两个或两个W上图像组合高动态范围师时图像的过程的实施例的 流程图。
【具体实施方式】
[0018] 描述用W创建不含运动伪影的高动态范围图像的图像传感器的设备、系统及方法 的实施例。描述特定细节W提供对所述实施例的透彻理解，但相关领域的技术人员将认识 至IJ，可无需使用一或多个所描述的细节或使用其它方法、组件、材料等等来实践本发明。在 一些例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作，但所述结构、材料或操作然 而包含于本发明的范围内。
[0019] 贯穿描述对"一个实施例"或"一实施例"的参考意味着所描述的特征、结构或特 性可包含于至少一个所描述的实施例中。因此，"在一个实施例中"或"在一实施例中"的出 现并不一定都指代相同的实施例。此外，在一或多个实施例中，所描述的特征、结构或特性 可W任何合适的方式组合。
[0020] 图1说明包含彩色像素阵列105、禪合到所述像素阵列的读出电路170、禪合到 所述读出电路的功能逻辑115及禪合到所述像素阵列的控制电路120的互补金属氧化物 半导体（CM0巧图像传感器100的实施例。可在前侧照明图像传感器中实施彩色像素阵列 105 (如图2A中所展示），或作为背侧照明图像传感器实施（如图2B中所示）。彩色像素 阵列105为个别图像传感器或经布置成X像素列及Y像素行的像素（举例来说，像素PU P2……Pn)的二维畑）阵列。如所说明，将所述阵列中的每一个别像素布置成行（举例来 说，行Rl到Ry)及列（举例来说，列Cl到Cx)W获取人、位置或物体的图像数据。接着可使 用所述图像数据或像素数据来擅染所述人、位置或物体的2D图像。彩色像素阵列105(如 果存在）使用禪合到所述像素阵列的滤色器阵列（"CFA")将颜色指派到每一像素。
[0021] 在像素阵列105中的每一像素已获取其图像数据或图像电荷后，由读出电路170 从所述个别像素读出所述图像数据且将其转移到功能逻辑115W供存储、额外处理等等。 读出电路170可包含放大电路、模/数（"ADC")转换电路或其它电路。功能逻辑115可存 储所述图像数据及/或通过应用后图像效果（举例来说，剪裁、旋转、消除红眼、调整亮度、 调整对比度、高动态范围（皿时图像组合或其它）操纵所述图像数据。在一个实施例中，还 可使用功能逻辑115来处理所述图像数据W校正（减小或消除）固定的图案噪声。控制电 路120禪合到像素阵列105W控制像素阵列105的操作特性。举例来说，控制电路120可 产生用于控制图像获取的快口信号。 阳02引图2A说明CMOS图像传感器中的一对前侧照明（FSI)像素200的实施例的横截面。FSI像素200的前侧为衬底202的其上安置光敏区域204及相关联的像素电路的一侧，且 在其上方形成用于重新分布信号的金属堆叠206。金属堆叠206包含金属层Ml及M2,金属 层Ml及M2经图案化W产生光学通道，入射到FSI像素200的光通过所述光学通道可到达 光敏或光电二极管（"PD")区域204。为了实施彩色图像传感器，所述前侧可包含滤色器 布置201，其中其个别滤色器中的每一者（在此特定横截面中说明个别滤色器203及205) 安置于帮助将入射光聚焦到PD区域204上的微透镜206下方。 阳02引图2B说明CMOS图像传感器中的一对背侧照明度SI)像素250的实施例的横截面。 如在FSI像素200中，像素250的前侧为衬底202的其上安置光敏区域204及相关联的像 素电路的一侧，且在其上方形成用于重新分布信号的金属堆叠206。所述背侧为衬底202的 与前侧相对的侧。为了实施彩色图像传感器，所述背侧可包含滤色器阵列201，其中其个别 滤色器中的每一者（在此特定横截面中说明个别滤波器203及205)安置于微透镜206下 方。微透镜206帮助将入射光聚焦到光敏区域204上。像素250的背侧照明意味着金属堆 叠206中的金属互连线不混淆经成像的对象与光敏区域204之间的路径，使得光敏区域204 产生更大信号。
[0024] 图3为组合高动态范围师R)图像的实施例的示意说明。为了形成皿R图像，捕 获场景的两个或两个W上图像且接着将其组合成皿R图像（举例来说，在一个实施例中使 用图9中所展示的过程）。在所说明的实例中，捕获具有长曝光时间的第一图像302连同 包含具有短曝光时间的第二图像304的一或多个随后图像。用W描述曝光时间的术语"长" 及"短"为相对的；所述两者的实际持续时间不重要，只要一者比另一者长即可。接着可将 第一图像302、第二图像304及任何其它捕获到的图像组合成单皿R图像306。
[0025] 图4说明包含