图像传感器的成像方法、成像装置和电子装置的制造方法_3

文档序号:9814627阅读:来源:国知局
1317和彩色滤光区1318,白色滤光区1317覆盖至少一个感光像素111,彩色滤光区1318覆盖至少一个感光像素111。
[0072]在本发明的一个实施例中,四个相邻的合并像素14构成一个合并像素单元(图未示)。每个合并像素单元中相邻排布的多个滤光单元1315包括一个红色滤光单元1315、一个蓝色滤光单元1315和两个绿色滤光单元1315,红色滤光单元1315包括白色滤光区1317和红色滤光区1318,蓝色滤光单元1315包括白色滤光区1317和蓝色滤光区1318,绿色滤光单元1315包括白色滤光区1317和绿色滤光区1318。
[0073]请参阅图2A,图2A所示为绿色滤光单元1315,绿色滤光单元1315包括白色滤光区1317和绿色滤光区1318,其中,白色滤光区1317覆盖一个感光像素,绿色滤光区1318覆盖三个感光像素。当然,在本发明的其他实施例中,还可以是白色滤光区1317覆盖两个感光像素,绿色滤光区1318覆盖两个感光像素,如图2B所示;还可以是白色滤光区1317覆盖三个感光像素,绿色滤光区1318覆盖一个感光像素,如图2C所示。
[0074]在本发明的一个实施例中,如图4B所示以白色滤光区1317覆盖一个感光像素111、彩色滤光区1318覆盖其余三个感光像素111为例。当然,在本发明的其他实施例中,还可以是白色滤光区1317覆盖两个感光像素,彩色滤光区1318覆盖两个感光像素;还可以是白色滤光区1317覆盖三个感光像素,彩色滤光区1318覆盖一个感光像素。
[0075]请同时参阅图2D和图4B,以每个滤光单元1315覆盖感光像素阵列11中相邻的编号为I,2,3,4的四个感光像素111为例,每个滤光单元1315和位于该滤光单元1315下方的相邻排布的四个感光像素111共同构成一个合并像素14。相邻的四个合并像素14组成一个包含十六个感光像素111的合并像素单元。
[0076]相邻的四个感光像素111共用一个同颜色的滤光单元1315,而相邻的四个滤光单元1315(包括一个红色滤光单元1315、一个蓝色滤光单元1315和两个绿色滤光单元1315)共同构成一组滤光结构1313。
[0077]当滤光单元1315中的白色滤光区1317或彩色滤光区1318覆盖多个感光像素(个数以P表示)时,白色滤光区1317或彩色滤光区1318可以为一体构造,或者由P个滤光片组装连接在一起。
[0078]请参阅图2D和图4A,需要说明的是,白色滤光区1317在滤光单元1315中的位置可以是任意的,以白色滤光区1317覆盖一个感光像素111为例,白色滤光区1317可以设置在滤光单元1315中标号为1、2、3、4中的任意一个位置。另外,对于不同颜色的滤光单元1315中的白色滤光区1317来说,白色滤光区1317所处的位置可以是一致的,例如,都设置在同样的位置(如图4A中所示);当然也可以是不一致的,例如,红色滤光单元1315中的白色滤光区1317设置在红色滤光单元1315的右下角,而绿色滤光单元1315中的白色滤光区1317设置在绿色滤光单元1315的右上角。其中,图2D、图4A中的白色滤光区1317覆盖感光像素的个数以及所处位置只是一个举例,不作为对白色滤光区1317的限制。
[0079]图像处理模块20用于读取感光像素阵列11的输出,并从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素111的像素值进行组合,以获得多帧低分辨率的图像,以及对多帧低分辨率的图像进行合成。
[0080]在本发明的一个实施例中,图像处理模块20具体用于:从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的相同位置的感光像素111的像素值进行组合,以获得多帧低分辨率的图像。
[0081 ]可以理解地,本发明实施例中对单帧高分辨率图像中抽取像素位置也可以根据实际合成图像的需求作调整,比如:图像处理模块20从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的不同位置的感光像素的像素值进行组合,以获得多帧低分辨率的图像。
[0082]请一并参阅图2D和图4B,图像处理模块20从单帧高分辨率图像中抽取4个不同合并像素14的相同位置的感光像素111的像素值进行组合,以获得4帧低分辨率的图像,分别为RGGW、RffffB、RGGB、WGGB,也就是说获得了多帧不同的低分辨率的图像。举例来说,所获得的第一帧低分辨率的图像的四个感光像素111均抽取自相邻的四个合并像素14所包含的四个滤光单元1315相同位置处Grl,R1,W1 ,Gbl对应的感光像素111的像素值。
[0083]在本发明的实施例中,滤光单元1315包括白色滤光区1317和彩色滤光区1318,彩色滤光区1318用于获取低分辨率的图像的色彩信息,白色滤光区1317用于获取整个“白光”的信息,也就是说,白色滤光区1317具有更好的透光效果使得其覆盖的感光像素111输出的亮度值更高,可以提高低照度下的清晰度。
[0084]进一步地,图像处理模块20将获取到的多帧低分辨率的图像进行合成,以生成高动态范围的图像。
[0085]具体地,图像处理模块20将获取到的多帧不同的低分辨率的图像进行合成,以生成高动态范围的图像。
[0086]更具体地,图像处理模块20可以将所获得的所有低分辨率的图像进行合成,以生成高动态范围的图像;也可以从所获得的所有低分辨率的图像中挑选出几帧不同的图像进行合成,以生成高动态范围的图像,例如从图2D中所示的4帧低分辨率的图像中选取不同的2帧(RGGW、RffffB)进行合成。
[0087]本发明实施例的成像装置,图像处理模块只需要图像传感器的一帧输出,就能通过合成的方式获得高动态范围的图像,从而大大减少多帧合成中等待数据帧的时间,又由于用于多帧合成的数据来自图像传感器的同一帧输出,从而防止鬼影的产生,进而大大提升了用户体验。
[0088]在本发明的一个实施例中,每个滤光单元1315和该滤光单元1315所覆盖的感光像素阵列11中相邻的n*n个感光像素111共同构成一个合并像素,图像处理模块20具体用于:读取感光像素阵列11的输出,从读取的单帧高分辨率图像中抽取相邻合并像素的感光像素111的像素值进行组合,以获得至少m帧低分辨率的图像,并对至少m帧低分辨率的图像进行合成;其中,n,m均为大于I的自然数,m取值小于等于n*n。
[0089]在本发明的一个实施例中,每个滤光单元1315和该滤光单元1315所覆盖的感光像素阵列11中相邻的2*2个感光像素111共同构成一个合并像素14,图像处理模块20具体用于:读取感光像素阵列11的输出,从读取的单帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素111的像素值进行组合,以获得4帧低分辨率的图像,并对4帧低分辨率的图像进行合成。
[0090]举例来讲,假设16M图像传感器在暗处的帧率为8帧,若采用4帧数据进行多帧合成,那么相关技术中的多帧合成方式需要图像传感器输出4帧数据,也就是说多帧合成中等待数据帧的时间为0.5s;而本发明实施例的成像装置,则只需要图像传感器输出I帧数据,图像处理模块20从该I帧高分辨率图像中抽取不同合并像素的感光像素111的像素值进行组合,就能将该I帧数据分成4张4M的图像,也就是说多帧合成中等待数据帧的时间仅需要0.125s,从而大大减少了多帧合成中等待数据帧的时间,从而给用户带来更好的拍照体验。
[0091]另外,在对4帧低分辨率的图像进行合成时,由于4帧4M的图像是从图像传感器的同一帧图像中分离出来的,差异很小,从而可以减小鬼影的产生。
[0092]可以理解的是,每个滤光单元1315覆盖多个感光像素111的结构除了n*n(例如2*2、3*3、4*4)结构外,甚至可以是任意n*m结构(n,m为自然数)。由于感光像素阵列11上可排列的感光像素111的数目是有限的,每个滤光单元1315所覆盖的感光像素111过多的话,所获得的低分辨率的图像的分辨率大小会受到限制,如,若感光像素阵列11的像素值为16M,采用2*2结构会获得4张分辨率为4M的低分辨率的图像,而采用4*4结构就只能得到16张分辨率为IM的低分辨率的图像。因此2*2结构是一个较佳排列方式,在尽量少牺牲分辨率的前提下提升图像亮度及清晰度。
[0093]请参阅图4C,在本发明的一个实施例中,图像传感器10的每个合并像素14还包括设置在滤光单元1315上方的透镜阵列15。该透镜阵列15上的每个微透镜151与一个感光像素111对应,包括形状、大小、位置对应。微透镜151用于将光线汇聚到感光像素111的感光部分112上,以提升感光像素111的受光强度,从而改善成像画质。在某些实施方式中,每个滤光单元1315对应2*2个感光像素111及2*2个微透镜151。
[0094]请参阅图5,图5为感光像素及相关电路的示意图。在本发明的实施例中,感光像素111包括光电二极管1113。感光像素111与开关管1115、源极跟随器1117(source follower)和模数转换器17(anaolog-to-digital converter)的连接关系如图5所示。即一个感光像素111对应采用一个源极跟随器1117和一个模数转换器17。
[0095]其中,光电二极管1113用于将光照转化为电荷,且产生的电荷与光照强度成比例关系;开关管1115用于根据行选择逻辑单元41及列选择逻辑单元43的控制信号来控制电路的导通及断开,当电路导通时,源极跟随器1117用于将光电二极管1113经光照产生的电荷信号转化为电压信号。模数转换器17用于将电压信号转换为数字信号,并传输至图像处理模块20进行处理。其中,行选择逻辑单
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