专利名称：图像传感器和显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及图像传感技术领域，特别涉及一种图像传感器以及一种显示装置。
背景技术：
图像传感器是一种将光信号转换成电信号的半导体器件。图像传感器通常分为两 类电荷耦合器件(Charger Coupled Device，CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像 传感器。CCD图像传感器具有读取噪声低、动态范围大、响应灵敏度高等优点，但是CCD图像 传感器的功耗高、制作工艺也比较复杂，难以实现与外围电路的单芯片集成。CMOS图像传感器采用了与信号处理电路相同的CMOS技术，可以将CMOS图像传感 器与传感器外的信号处理电路集成在同一芯片上。与CXD图像传感器相比，CMOS图像传感 器具有体积小、功耗低、生产成本低等优点。正因此，CMOS图像传感器被广泛应用于各种需 要进行光电转换的领域，例如数码照相机、数码摄像机、手机等电子产品中。依照成像效果的不同，CMOS图像传感器可以分为彩色CMOS图像传感器与黑白 CMOS图像传感器。其中，黑白CMOS图像传感器仅感应外界光线的强度变化，并转换为相应 强度的电信号；而彩色CMOS图像传感器通常是在黑白图像传感器的基础上增加色彩滤波 阵列(Color Filter Array，CFA)，可以实现彩色成像。在色彩滤波阵列中，应用最广泛的是拜耳域色彩滤波阵列(Bayer-CFA)。图1即 示出了采用拜耳域色彩滤波阵列的像素阵列示意图。如图1所示，R表示红色像素单元、G 表示绿色像素单元、B表示蓝色像素单元，整个像素阵列由规则间隔排列的红色像素单元、 绿色像素单元以及蓝色像素单元构成。由于人的视觉对绿色最为敏感，因此，在该像素阵列 中，绿色像素单元的密度设置为红色像素单元与蓝色像素单元的2倍。对于所述拜耳域色 彩滤波阵列，其每个像素单元仅能形成包含有单种颜色分量的图像信息。若要得到全彩色 的图像信息，需要对所述像素阵列输出的图像信息进行像素插补运算，以补全其他颜色分 量，即基于特定的算法，将一个像素单元周围像素单元输出的图像信息叠加到该像素单元 上，并作为该像素单元的图像信息。常用的像素插补方法有邻近像素复制、两次线性插补、两次立方插补等方法。像素 插补的方法不同，其在进行处理时的算法也不相同，最终得到的图像质量也不相同。通常而 言，复杂的插值算法可以得到质量更好的图像，但需要在处理前存储较多的图像信息，成本 相对较高。另一方面，随着图像传感器芯片制造技术的不断发展，其图像分辨率也越来越高， 从30万像素增加到130万像素，再到目前的300万甚至500万像素以上。图像分辨率的提升 意味着数据处理量的同步增加。但受限于总线带宽，高分辨率图像传感器输出图像信息的 传输存在一定难度。为了解决高分辨率图像传感器的数据输出问题，通常需要对输出的图 像信息进行压缩处理，其中应用最广泛的就是JPEG(Joint Photographic Experts Group) 压缩。JPEG压缩采用的JPEG编码算法可以达到10至20倍的压缩效率，这很好地解决了总线带宽的瓶颈问题。然而，对于所述图像信息的压缩或像素插补等数据处理，其通常需要基于一定数 量的图像信息才能够进行，这必然需要占用大量的存储空间来存储图像信息。以基准JPEG 算法为例，其采用的二维离散余弦变换是一种逐块扫描的处理方式。图2示出了 JPEG压缩 处理逐块扫描的示意图。如图2所示，对图像信息进行压缩处理是以8X8矩阵块为单位进 行的，每进行一次二维离散余弦变换，必须同时获取一个8X8矩阵块中所有像素单元的图 像信息。而现有技术的图像传感器都采用行扫描方式来采集像素阵列的图像信息，因此，在 所述JPEG压缩处理的过程中，至少需要存储8行像素单元的图像信息后才能开始进行一个 8X8矩阵块的二维离散余弦变换。可以看出，对于现有技术的图像传感器，为了对其像素阵列输出的图像信息进行 各种数据处理，需要在所述图像传感器中集成足够容量的存储空间，这导致存储开销巨大。 特别是目前高分辨率图像传感器的行分辨率越来越高，由此带来的图像传感器的存储成本 也急剧增加。
实用新型内容可见，提供一种综合成本较低的、存储开销较小的图像传感器是十分有利的，特别 是在兼容现有图像传感技术的情况下，以较为简便的方式实现所需成本控制是很有必要 的。为了解决上述问题，在根据本实用新型的实施例中，提供了一种图像传感器，其 中，包括像素阵列，用于对影像感光，并将所述影像的光信号转换为电信号，所述像素阵列 的行像素单元的数量小于列像素单元的数量；读取单元，用于选通所述像素阵列的像素单 元，以行为单位读取被选行像素单元的图像信息。优选地，所述图像传感器还包括缓存单元，用于获取读取单元提供的一行或多行 图像信息，并以行为单位缓存最新获取的所述一行或多行图像信息；数据处理单元，用于对 所述缓存单元中缓存的图像信息进行数据处理，并将经过所述数据处理的图像信息输出。进一步优选地，所述数据处理单元包含有一个或多个数据处理子单元，所述数据 处理子单元分别用于对所述图像信息进行像素插补处理、滤波处理、颜色校正处理或压缩 处理中的一种或多种。相应地，在根据本实用新型的实施例中，还提供了一种图像传感器的工作方法，其 中，包括采用像素阵列对影像感光，将影像的光信号转换为电信号，所述像素阵列的行像 素单元的数量小于列像素单元的数量；以行扫描采样方式获取所述像素阵列中所述影像的 电信号，得到图像信息。优选地，所述方法还包括获取一行或多行图像信息，并以行为单位缓存最新获取 的所述一行或多行图像信息；对所述缓存的所述图像信息进行数据处理，并将经过所述数 据处理的图像信息输出。在根据本实用新型的另一实施例中，提供了一种显示装置，包括图像传感器与显 示单元，所述图像传感器中像素阵列的行像素单元的数量小于列像素单元的数量，所述显 示单元，用于还原所述图像传感器形成的图像信息，其显示阵列竖直方向的宽度大于水平 方向的宽度；其中，所述图像传感器像素阵列的较长边的方向与所述显示单元显示阵列的较长边的方向相平行。本实用新型的以上特性及其他特性将在下文中的实施例部分进行明确地阐述。
通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，能够更容易地理解 本实用新型的特征、目的和优点。其中，相同或相似的附图标记代表相同或相似的装置。图1是采用拜耳域色彩滤波阵列的像素阵列示意图；图2是JPEG压缩处理逐块扫描的示意图；图3示出了根据本实用新型的第一实施例，图像传感器的模块示意图；图4示出了根据本实用新型的第一实施例，图像传感器的工作方法的流程；图5示出了根据本实用新型的第二实施例，图像传感器的模块示意图；图6示出了根据本实用新型的第三实施例，图像传感器的模块示意图；图7示出了根据本实用新型的第二实施例与第三实施例，图像传感器的工作方法 的流程；图8示出了采用现有技术图像传感器的显示装置的工作示意图；图9示出了根据本实用新型的第四实施例，显示装置的工作示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细描述。图3示出了根据本实用新型的第一实施例，图像传感器的模块示意图。如图3所 示，所述图像传感器包括像素阵列301以及读取单元303，其中所述像素阵列301，用于对影像感光，并将所述影像的光信号转换为电信号，所述 像素阵列301的行像素单元的数量小于列像素单元的数量；所述读取单元303，用于选通像素阵列301的像素单元，以行为单位读取被选行像 素单元的图像信息。在本实施例中，所述像素阵列301为矩形阵列结构，所述读取电路303采用逐行扫 描或隔行扫描的方式进行电信号的采样读取。其中，所述行是图像传感器曝光中的最小单 位。对于所述像素阵列301，所述行像素单元即是指所述矩形阵列结构中对应于逐行扫描或 隔行扫描的行扫描方向上的一组像素单元；而所述列像素单元是指所述矩形阵列结构中垂 直于所述行扫描方向的一组像素单元。依据具体实施例的不同，所述像素阵列301可以是带有色彩滤波阵列的CMOS像素 阵列，也可以是不带有色彩滤波阵列的CMOS像素阵列，或者还可以是CCD像素阵列，例如 3CCD棱镜分光式像素阵列。在一个优选的实施例中，所述读取单元303包括行选通单元305、列选通单元307、 缓存电容组309以及模数转换单元311，其中所述行选通单元305用于选通所述像素阵列 301的至少一行像素单元；所述列选通单元307用于选通像素阵列301及缓存电容组309 中至少一列的电信号，配合于行选通单元305，完成对所述像素阵列301中像素单元电信号 的采样；所述缓存电容组309包括与像素阵列301的每一列像素单元对应的多个电容，所述 多个电容分别用于存储被选通的至少一行像素单元中相应列的电信号，所述电容的数量与像素阵列301的行像素单元的数量相等；所述模数转换单元311用于对由所述行选通单元 305与列选通单元307所选通的像素单元的电信号进行模数转换，得到数字信号形式的图
像信息。对于具有某一分辨率的像素阵列，例如VGA级，在现有技术的图像传感器中，其行 像素单元的数量为640个，而列像素单元的数量为480个；而在本实用新型的图像传感器 中，其行像素单元数量要小于列像素单元的数量，即行像素单元数量为480个，而列像素单 元的数量为640个。相比而言，本实用新型图像传感器像素阵列301中每行包含的像素单元 较少，而所述读取单元303又是以行为单位读取所述图像信息的，因此读取单元的电路复 杂度可以降低，例如缓存电容组309中电容的数量得以减少，进而降低了图像传感器的成 本。同时，由于所述读取单元303提供给后续数据处理电路的图像信息也是以行为单位的， 由所述读取单元303形成并输出的图像信息每一行的数据量相对较小，这可以降低后续数 据处理电路的存储与处理难度，有利于降低处理成本。图4示出了根据本实用新型的第一实施例，图像传感器工作方法的流程。如图4 所示，所述工作方法包括在步骤S402中，图像传感器通过像素阵列对影像感光，将影像的光信号转换为电 信号，其中，所述像素阵列的行像素单元的数量小于列像素单元的数量。外部影像光强不同，所述像素阵列中光电二极管形成的对应于所述影像光信号的 电流或电荷也不相同。需要说明的是，所述电流或电荷值会基于像素阵列感光时间的不同 而发生变化，因此，在实际应用中，所述像素阵列的每一像素单元一般以相同的曝光时间对 外部影像进行感光。其中，所述行是图像传感器曝光中的最小单位。接着，在步骤S404中，以行扫描采样方式获取所述像素阵列中所述影像的电信 号，得到图像信息。所谓行扫描采样方式，是指所述像素阵列中影像电信号的采样是以行为 单位进行的，每行的像素单元在同一时刻被行选通单元选通。对于像素阵列的一列像素单 元，在同一时刻仅有一个像素单元被选通。作为可选的实施方式，对所述像素阵列进行采样 读取可以采用逐行扫描方式或隔行扫描方式。在一个优选的实施例中，所述步骤S404进一步包括行选通单元选通像素阵列中的一行像素单元；缓存单元按列缓存所述被行选通单 元选通的一行像素单元的电信号；接着，列选通单元一次选通缓存电容组中的电容，读取其 中存储的对应于像素单元的电信号。由于所述缓存电容组中的电信号以模拟信号形式存 储，因此，在通过列选通单元选定并读取所述电信号之后，由模数转换单元将其转换为数字 信号，从而得到便于后续数据处理电路进行处理的图像信息。图5示出了根据本实用新型的第二实施例，图像传感器的模块示意图。如图5所 示，所述图像传感器包括像素阵列501、读取单元503、缓存单元505以及数据处理单元507， 其中所述像素阵列501，用于对影像感光，并将所述影像的光信号转换为电信号，所述 像素阵列501的行像素单元的数量小于列像素单元的数量；所述读取单元503，用于选通像素阵列501的像素单元，以行为单位读取被选行像 素单元的图像信息；所述缓存单元505，用于获取读取单元503提供的一行或多行图像信息，并以行为单位缓存最新获取的所述一行或多行图像信息；所述数据处理单元507，用于对所述缓存单元505中缓存的图像信息进行数据处 理，并将经过数据处理的图像信息输出。依据具体实施例的不同，所述数据处理单元507可以包含有一个或多个数据处理 子单元，所述数据处理子单元分别用于对所述图像信息进行像素插补处理、滤波处理、颜色 校正处理或压缩处理等数据处理中的一种或多种。其中，所述数据处理单元507中的多个 数据处理子单元采用串行连接方式，即，图像信息在被一个数据处理子单元进行对应的数 据处理之后，再由另一数据处理子单元作进一步的数据处理。需要说明的是，上述数据处理 方式仅为示例，本实用新型并不限于此，例如降噪处理等数据处理也同样处于本实用新型 的保护范围之内，在此不再赘述。在本实施例中，所述像素阵列501采用拜耳域单通道结构，需要对所述图像信息 进行像素插补处理。所述数据处理单元507包含有第一数据处理子单元，用于对所述读取 单元503提供的图像信息进行像素插补处理及滤波处理。所述缓存单元505中则相应缓存 所述像素插补处理及滤波处理所需的图像信息。在实际应用中，为了提高图像还原后的质量，所述像素插补处理采用例如邻近像 素复制、两次线形插补、两次立方插补等二维插补算法。而这些像素插补处理算法需要基于 预定数量的多行图像信息进行，因此，所述缓存单元505也需要具有适于所述预定数量行 图像信息的存储能力。此外，对于滤波处理，二维的、大窗口的滤波处理具有较好的滤波效 果，因此，通常而言，所述滤波处理也需要采用二维算法，需要缓存单元505具有存储多行 图像信息的存储能力。而在本实用新型的图像传感器中，对于具有某一分辨率的像素阵列，由读取单元 503形成并输出的图像信息每一行的数据量相对较小，这就大大降低了对所述缓存单元 505存储容量的要求。因此，对于本实用新型的图像传感器，其可以使用容量较小的缓存单 元505，制作成本大为降低。图6示出了根据本实用新型的第三实施例，图像传感器的模块示意图。如图6所示，所述图像传感器包括像素阵列601、读取单元603、第二缓存单元605、 第三缓存单元607、第二数据处理子单元609以及第三数据处理子单元611，其中所述像素阵列601，用于对影像感光，并将所述影像的光信号转换为电信号，所述 像素阵列601的行像素单元的数量小于列像素单元的数量；所述读取单元603，用于选通像素阵列601的像素单元，以行为单位读取被选行像 素单元的图像信息；所述第二缓存单元605，用于获取所述读取单元603提供的一行或多行图像信息， 并以行为单位缓存最新获取的所述一行或多行图像信息；所述第二数据处理子单元609，用于对所述第二缓存单元605中缓存的图像信息 进行滤波处理，并将经过所述滤波处理的图像信息提供给第三缓存单元607 ；所述第三缓存单元607，用于获取所述第二数据处理子单元609提供的一行或多 行图像信息，并以行为单位缓存最新获取的所述一行或多行图像信息；所述第三数据处理子单元611，用于对所述第三缓存单元607中缓存的图像信息 进行压缩处理，并将经过所述压缩处理的图像信息输出。[0059]所述第二数据处理子单元609与第三数据处理子单元611共同构成了图像传感器 的数据处理单元。正如前述，用于进行滤波处理的第二数据处理子单元609通常要求第二缓存单元 605具有存储多行图像信息的能力。此外，在本实施例中，所述数据处理子单元611采用二 维压缩算法对图像信息进行压缩处理，例如基准JPEG算法或扩展JPEG算法。而所述JPEG 编码算法的压缩处理也要求第三缓存单元607具有存储多行图像信息的能力。然而，在本 实用新型的图像传感器中，对于具有某一分辨率的像素阵列601，由读取单元603形成并输 出的图像信息每一行的数据量相对较小，这就大大降低了对所述第二缓存单元605与第三 缓存单元607存储容量的要求，从而降低了缓存单元的成本。图7示出了根据本实用新型的第二实施例与第三实施例，图像传感器的工作方法 的流程。如图7所示，所述工作方法包括在步骤S702中，图像传感器通过像素阵列对影像感光，将影像的光信号转换为电 信号，其中，所述像素阵列的行像素单元的数量小于列像素单元的数量。在步骤S704中，以行扫描采样方式获取所述像素阵列中所述影像的电信号，得到 图像信息。在步骤S706中，获取一行或多行所述图像信息，并以行为单位缓存最新获取的所 述一行或多行图像信息。在步骤S708中，对所述缓存的所述图像信息进行数据处理，并将经过所述数据处 理的图像信息输出。依据具体实施例的不同，对所述图像信息进行数据处理包括像素插补处理、滤波 处理、颜色校正处理或压缩处理中的一种或多种。在一个优选的实施例中，对于不同的数据 处理，可以将所述图像信息缓存于不同的缓存单元中，或者还可以将所述图像信息缓存于 同一缓存单元的不同存储位置。在又一优选的实施例中，所述压缩处理采用二维压缩算法， 例如基准JPEG算法或扩展JPEG算法。正如前述说明，在实际应用中，为了提高数据处理后图像的质量，所述像素插补处 理与滤波处理等数据处理通常采用二维算法，需要缓存多行图像信息。而由于本实用新型 图像传感器像素阵列的行像素单元的数量小于列像素单元的数量，由读取单元形成并输出 的图像信息每一行的数据量相对较小，这就大大降低了对缓存单元存储容量的要求，有效 降低了处理成本。在具体实施例中，经过所述数据处理后的图像信息，可以存储在与所述图像传感 器相耦接的存储设备，例如硬盘、快闪存储器等，也可以发送出去，例如提供给显示设备，并 由所述显示设备将所述图像信息还原出来。在实际应用中，越来越多的电子产品(例如手机、移动影音设备等)会同时集成有 图像传感器与显示单元。其中，所述图像传感器用于采集影像并形成图像信息，而所述显示 单元用于还原所述图像传感器采集的图像信息。通常的，所述显示单元中包含有显示阵列，所述显示阵列用于将电信号的图像信 息转换为光信号形式的可视图像。所述显示阵列由类似于图像传感器像素阵列的规则交 替排列的显示单元组成，且所述显示阵列的每一行以及每一列均包含有一定数量的显示单 元。由图像传感器提供的图像信息是以行为单位进行传输的，因此，对于所述显示装置，其显示图像信息的方式也通常是行扫描方式，即以行为单位将接收的图像信息依次显示在其 显示阵列中。传统图像传感器像素阵列中行像素单元数量多于列像素单元数量，且在正常使用 情况下，所述像素阵列中行的方向通常是与水平方向相平行的，这导致其采集形成的图像 的水平方向宽度大于竖直方向宽度。而在很多应用场合，显示单元显示阵列的水平方向宽 度小于竖直方向宽度，例如手机等移动通信终端中的显示屏。在这种情况下，所述显示单元 在还原所述图像时，会将图像传感器采集形成的图像按原图像比例等比例缩小后显示在显 示单元中。即如图8所示，经过显示单元还原后，所述图像传感器形成的图像水平方向宽度 与显示单元中显示阵列水平方向宽度相同，但竖直方向的宽度却远小于显示单元竖直方向 的宽度，显示单元竖直方向两端附近的部分无法充分利用，这无疑会影响图像的还原效果。通过本实用新型，图像传感器像素阵列的像素单元数量小于列像素单元数量，使 得所述像素阵列水平方向的宽度也小于竖直方向的宽度。这样，通过所述像素阵列采集形 成的图像的水平方向宽度也就小于竖直方向的宽度。图9即示出了根据本实用新型的第四 实施例，显示装置的工作示意图。如图9所示，在将所述图像通过显示阵列进行还原时，由 于显示阵列水平方向的宽度同样小于竖直方向的宽度，这使得显示单元垂直方向两端附近 的部分可以充分利用，从而大大提高了图像的还原效果。根据本实用新型的第四实施例，所述显示装置包括图像传感器与显示单元，所述 图像传感器中像素阵列的行像素单元的数量小于列像素单元的数量，所述显示单元，用于 还原所述图像传感器形成的图像信息，其显示阵列竖直方向的宽度大于水平方向的宽度； 其中，所述图像传感器像素阵列的较长边的方向与所述显示单元显示阵列的较长边的方向 相平行。进一步优选的，所述像素阵列与显示阵列可以具有相同的长宽比，例如，所述像素 阵列的长宽比为4 3，则所述显示阵列的长宽比也为4 3。在这种情况下，显示阵列可 以以最佳效果还原像素阵列采集形成的图像。根据具体应用的不同，所述显示装置可以用于设置在移动通信终端、电子书或数 码播放器等产品上。以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局 限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修 改。
权利要求1.一种图像传感器，其中，包括像素阵列，用于对影像感光，并将所述影像的光信号转换为电信号，所述像素阵列的行 像素单元的数量小于列像素单元的数量；读取单元，用于选通所述像素阵列的像素单元，以行为单位读取被选行像素单元的图 像信息。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括缓存单元，用于获取读取单元提供的一行或多行图像信息，并以行为单位缓存最新获 取的所述一行或多行图像信息；数据处理单元，用于对所述缓存单元中缓存的图像信息进行数据处理，并将经过所述 数据处理的图像信息输出。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述数据处理单元包含有一个或 多个数据处理子单元，所述数据处理子单元分别用于对所述图像信息进行像素插补处理、 滤波处理、颜色校正处理或压缩处理中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述行是所述图像传感器曝光中 的最小单位。
5.一种显示装置，其特征在于，包括根据权利要求1至4中任一项所述的图像传感器；所述显示单元，用于还原所述图像传感器形成的图像信息，其显示阵列竖直方向的宽 度大于水平方向的宽度；其中，所述图像传感器像素阵列的较长边的方向与所述显示单元显示阵列的较长边的 方向相平行。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述显示装置用于设置于移动通信终端、 电子书或数码播放器上。
专利摘要为了解决现有的图像传感器后续数据处理中存储开销较大的问题，本实用新型提出了一种图像传感器和显示装置。所述图像传感器包括像素阵列，用于对影像感光，并将所述影像的光信号转换为电信号，所述像素阵列的行像素单元的数量小于列像素单元的数量；读取单元，用于选通所述像素阵列的像素单元，以行为单位读取被选行像素单元的图像信息。相比于现有技术的图像传感器，对于具有某一分辨率的像素阵列，根据本实用新型的图像传感器输出图像信息中每一行的数据量相对较小，这就大大降低了后续数据处理中缓存单元存储容量的要求，可以使用容量较小的缓存单元来降低制作及处理成本。
文档编号H04N5/335GK201854358SQ20102057987
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者姚烁, 孟庆 申请人:格科微电子(上海)有限公司