《圖像感測器及具有其的終端》是廣東歐珀移動通信有限公司於2015年12月18日申請的發明專利，該專利的申請號為2015109607086，公布號為CN105611198A，公布日為2016年5月25日，發明人是李龍佳，該專利屬於圖像處理技術領域。
《圖像感測器及具有其的終端》圖像感測器包括像素單元陣列、增幅轉換單元、濾光陣列，像素單元陣列包括多個像素單元；增幅轉換單元，用於將像素單元產生的光生電荷轉換為模擬信號；濾光陣列設定於所述像素單元陣列上，濾光陣列包括多個濾光片，同一顏色的濾光片對應於多個像素單元；其中，同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元中一部分的像素單元產生的光生電荷累加後共用一個增幅轉換單元輸出第一模擬信號，同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元中剩餘部分的像素單元產生的光生電荷累加後共用一個增幅轉換單元輸出第二模擬信號，第一模擬信號和第二模擬信號不相同。該圖像感測器基於對硬體的改進實現HDR功能。該發明還公開一種具有該圖像感測器的終端。
2018年12月20日，《圖像感測器及具有其的終端》獲得第二十屆中國專利銀獎。
（概述圖為《圖像感測器及具有其的終端》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：圖像感測器及具有其的終端
- 公布號：CN105611198A
- 公布日：2016年5月25日
- 申請號：2015109607086
- 申請日：2015年12月18日
- 申請人：廣東歐珀移動通信有限公司
- 地址：廣東省東莞市長安鎮烏沙海濱路18號
- 發明人：李龍佳
- 分類號：H04N5/3745（2011.01）I、H04N5/378（2011.01）I
- 代理機構：北京清亦華智慧財產權代理事務所（普通合夥）
- 類別：發明專利
- 代理人：張大威
專利背景,發明內容,改善效果,技術方案,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著手機的普及，用手機拍照成為越來越多人的喜好。但是隨著對拍照要求的提高，手機的圖像處理的HDR（High-Dynamic Range，高動態範圍）功能成為用戶的需求，但是，2015年12月前，實現HDR功能，一般通過軟體實現，效果不明顯。
發明內容
改善效果
《圖像感測器及具有其的終端》旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，該發明需要提出一種圖像感測器，該圖像感測器通過硬體改進，可以提升HDR效果。
該發明另外還提出一種採用該圖像感測器的終端。
技術方案
《圖像感測器及具有其的終端》一方面提出一種圖像感測器，該圖像感測器包括：像素單元陣列，包括多個像素單元；增幅轉換單元，用於將像素單元產生的光生電荷轉換為模擬信號；設定於所述像素單元陣列上的濾光陣列，濾光陣列包括多個濾光片，同一顏色的所述濾光片對應於多個像素單元；其中，所述同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元中一部分的像素單元產生的光生電荷累加後共用一個增幅轉換單元輸出第一模擬信號，所述同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元中剩餘部分的像素單元產生的光生電荷累加後共用一個增幅轉換單元輸出第二模擬信號，所述第一模擬信號和所述第二模擬信號不相同。
該發明的圖像感測器，基於同一顏色的濾光片對應多個像素單元，且同一顏色的濾光片對應的多個像素單元經增幅轉換單元轉換後輸出兩個不同的模擬信號，為實現HDR功能提供硬體基礎，相較於相關技術中的軟體實現HDR功能，該圖像感測器通過硬體改進實現HDR功能，提升HDR效果。
在該發明的一些實施例中，該圖像感測器還包括：模數轉換單元（ADC，Analog-to-Digital Converter），用於將第一模擬信號和第二模擬信號分別轉換為第一數位訊號和第二數位訊號。
在該發明的一些實施例中，同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元位於像素單元陣列的不同行。
在該發明的一些實施例中，所述同一顏色的濾光片對應2行2列總計4個像素單元，位於第一行中的2個像素單元產生的光生電荷和位於第二行的一個像素單元產生的光生電荷累加後經過增幅轉換單元轉換為所述第一模擬信號，位於第二行中的另1個像素單元產生的光生電荷經過增幅轉換單元轉換為所述第二模擬信號，所述第一模擬信號通過一個模數轉換單元轉換為所述第一數位訊號，所述第二模擬信號通過另一個模數轉換單元轉換為所述第二數位訊號。
在該發明的一些實施例中，上述圖像感測器還包括：設定在所述濾光陣列上的微鏡陣列，所述微鏡陣列中的每個微鏡與一個所述像素單元對應。
在該發明的一些實施例中，上述圖像感測器還包括控制模組和圖像處理模組，所述控制模組用於控制所述同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元按照行同時曝光，所述圖像處理模組對所述模數轉換單元的輸出進行合成以獲得高動態範圍圖像。
為了解決上述問題，該發明另一方面提出一種終端，該終端包括上述方面所述的圖像感測器。
該發明的終端，通過採用所述的圖像感測器，基於圖像感測器的硬體結構可以實現HDR功能，提升HDR圖像效果。在該發明的一些實施例中，所述成像終端包括手機。在該發明的一些實施例中，所述成像終端還包括與所述圖像感測器連線的中央處理器及顯示裝置，所述中央處理器用於控制所述顯示裝置顯示所述圖像感測器輸出的高動態範圍圖像。在該發明的一些實施例中，所述終端包括與所述圖像感測器連線的中央處理器及外存儲器，所述中央處理器用於控制所述外存儲器存儲所述圖像感測器輸出的高動態範圍圖像。
附圖說明
圖1是根據《圖像感測器及具有其的終端》的一個實施例的圖像感測器的示意圖；
圖2是根據該發明的另一個實施例的圖像感測器的示意圖；
圖3是根據該發明的一個具體實施例的濾波片的分布示意圖；
圖4是根據該發明的一個實施例的圖像感測器的電路圖；
圖5是根據該發明的又一個實施例的圖像感測器的框圖；
圖6是根據該發明的一個實施例的終端的框圖；
圖7是根據該發明的另一個實施例的終端的框圖；
圖8是根據該發明的再一個實施例的終端的框圖。
權利要求
1.一種圖像感測器，其特徵在於，包括：像素單元陣列，包括多個像素單元；增幅轉換單元，用於將像素單元產生的光生電荷轉換為模擬信號；及設定於所述像素單元陣列上的濾光陣列，濾光陣列包括多個濾光片，同一顏色的所述濾光片對應於多個像素單元；其中，所述同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元中一部分的像素單元產生的光生電荷累加後共用一個增幅轉換單元輸出第一模擬信號，所述同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元中剩餘部分的像素單元產生的光生電荷累加後共用一個增幅轉換單元輸出第二模擬信號，所述第一模擬信號和所述第二模擬信號不相同，所述多個像素單元中一部分的像素單元和所述多個像素單元中剩餘部分的像素單元的數量不相同。
2.如權利要求1所述的圖像感測器，其特徵在於，還包括：模數轉換單元，用於將所述第一模擬信號和所述第二模擬信號分別轉換為第一數位訊號和第二數位訊號。
3.如權利要求2所述的圖像感測器，其特徵在於，所述同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元位於像素單元陣列的不同行。
4.如權利要求3所述的圖像感測器，其特徵在於，所述同一顏色的濾光片對應2行2列總計4個像素單元，位於第一行中的2個像素單元產生的光生電荷和位於第二行的一個像素單元產生的光生電荷累加後經過增幅轉換單元轉換為所述第一模擬信號，位於第二行中的另1個像素單元產生的光生電荷經過增幅轉換單元轉換為所述第二模擬信號，所述第一模擬信號通過一個模數轉換單元轉換為所述第一數位訊號，所述第二模擬信號通過另一個模數轉換單元轉換為所述第二數位訊號。
5.如權利要求1所述的圖像感測器，其特徵在於，還包括：設定在所述濾光陣列上的微鏡陣列，所述微鏡陣列中的每個微鏡與一個所述像素單元對應。
6.如權利要求2所述的圖像感測器，其特徵在於，還包括：控制模組和圖像處理模組，所述控制模組用於控制所述同一顏色的濾光片所對應的多個像素單元按照行同時曝光，所述圖像處理模組對所述模數轉換單元的輸出進行合成以獲得高動態範圍圖像。
7.一種終端，其特徵在於，包括如權利要求1-6任一項所述的圖像感測器。
8.如權利要求7所述的終端，其特徵在於，所述終端包括手機。
9.如權利要求7所述的終端，其特徵在於，所述終端還包括與所述圖像感測器連線的中央處理器及顯示裝置，所述中央處理器用於控制所述顯示裝置顯示所述圖像感測器輸出的高動態範圍圖像。
實施方式
下面參照附圖描述根據《圖像感測器及具有其的終端》實施例的圖像感測器及具有該圖像感測器的終端。
首先，對該發明實施例的圖像感測器進行說明。圖1是根據該發明的一個實施例的圖像感測器的框圖。
如圖1所示，該圖像感測器100包括像素單元陣列10、增幅轉換單元20和濾光陣列30。像素單元陣列10包括多個像素單元11；增幅轉換單元20用於將像素單元11產生的光生電荷轉換為模擬信號；濾光陣列30設定於像素單元陣列10上，每個濾光陣列30包括多個濾光片31，同一顏色的濾光片31對應於多個像素單元11。其中，同一顏色的濾光片31所對應的多個像素單元中一部分的像素單元11產生的光生電荷累加後共用一個增幅轉換單元20輸出第一模擬信號，同一顏色的濾光片31所對應的多個像素單元中剩餘部分的像素單元11產生的光生電荷累加後共用一個增幅轉換單元20輸出第二模擬信號，第一模擬信號和所述第二模擬信號不相同。
該發明的圖像感測器100，基於同一顏色的濾光片31對應多個像素單元11，且同一顏色的濾光片31對應的多個像素單元11經增幅轉換單元20轉換後輸出兩個不同的模擬信號，為實現HDR功能提供硬體基礎，相較於相關技術中的軟體實現HDR功能，該圖像感測器100通過硬體改進實現HDR功能，提升HDR效果。
如圖2所示，圖像感測器100還包括模數轉換單元40，模數轉換單元40將第一模擬信號A1和第二模擬信號A2分別轉換為第一數位訊號D1和第二數位訊號D2，為圖像處理提供數據。
在該發明的一些實施例中，同一顏色的濾光片31所對應的多個像素單元11位於像素單元陣列10的不同行。
例如，同一顏色的濾光片31對應2行2列總計4個像素單元11，位於第一行中的2個像素單元11產生的光生電荷和位於第二行的一個像素單元產生的光生電荷累加後經過增幅轉換單元20轉換為第一模擬信號A1，位於第二行中的另1個像素單元11產生的光生電荷經過增幅轉換單元20轉換為第二模擬信號A2，第一模擬信號A1通過一個模數轉換單元40轉換為第一數位訊號D1，第二模擬信號A2通過另一個模數轉換單元40轉換為第二數位訊號D2。
參照圖3所示，為根據該發明的一個實施例的濾光片分布示意圖，濾波陣列30採用Bayerarray顏色模式，其中，相同字元表示相同顏色的濾光片（例如Gr，Gb，R，B），字元後的數字表示相同顏色的濾波片對應的像素單元的排號，不同顏色的濾光片僅允許對應波長的光透過。
圖4是根據該發明的一個實施例的圖像感測器的等效電路圖，如圖4所示，包括：第一像素單元PD1和第一傳輸開關TG1、第二像素單元PD2和第二傳輸開關TG2、第三像素單元PD3和第三傳輸開關TG3、第四像素單元PD4和第四傳輸開關TG4、第一增幅轉換單元SF1和第一模數轉換單元41、第二增幅轉換單元SF2和第二模數轉換單元42。其中，像素單元，例如光電二極體，接收濾光片31透過的光而生成電荷，傳輸開關開啟則對應的像素單元11生成的電荷輸出，進而在增幅轉換單元20耦合併轉換為電壓信號，通過模數轉換單元40轉換為數位訊號輸出，為圖像處理提供數據基礎。
具體地，第一像素單元PD1與第一傳輸開關TG1的第一端連線，第二像素單元PD2與第二傳輸開關TG2的第一端連線，第三像素單元PD3與第三傳輸開關TG3的第一端連線，第四像素單元PD4與第四傳輸開關TG4的第一端連線，第一傳輸開關TG1的控制端、第二傳輸開關TG2的控制端、第三傳輸開關TG3的控制端和第四傳輸開關TG4的控制端均與控制模組連線，控制模組控制四個傳輸開關的開關，在傳輸開關開啟時，對應的像素單元傳出信號。其中，第一像素單元PD1、第二像素單元PD2、第三像素單元PD3和第四像素單元PD4為分別相鄰的對應相同顏色的濾光片的像素單元，例如圖4中所示，四個像素單元為對應其中標識字元相同的濾光片對應的像素單元，也就是四個分別相鄰的像素單元接收相同顏色的光，簡單地說，即四個像素單元構成一個大的像素（pixel）。
第一增幅轉換單元SF1的第一端分別與第一傳輸開關TG1的第二端、第二傳輸開關TG2的第二端和第三傳輸開關TG2的第二端連線，第一增幅轉換單元SF1的第二端與預設電源Vdd連線，第一增幅轉換單元SF1的第三端與第一模數轉換單元41的輸入端連線；
第二增幅轉換單元SF2的第一端與第四傳輸開關TG4的第二端連線，第二增幅轉換單元SF2的第二端與預設電源連線，第二增幅轉換單元SF2的第三端與第二模數轉換單元42的輸入端連線，第二模數轉換單元42的輸出端與第一模數轉換單元41的輸出端連線。
圖像感測器100的控制模組用於控制同一顏色的濾光片31所對應的多個像素單元11按照行同時曝光，圖像處理模組對模數轉換單元40的輸出進行合成以獲得高動態範圍圖像。
作為一個示例，像素單元陣列10內第2i+1（i＝0，1，2，3，4…）行和鄰近第2i+1行的第2i+2行的每個濾光片31對應的三個像素單元（比如濾光片Gr1，Gr2、Gr4所對應的像素單元），即第一像素單元PD1和第二像素單元PD2和第三像素單元PD3，共用一個增幅轉換單元即第一增幅轉換單元SF1，第一像素單元PD1、第二像素單元PD2和第三像素單元PD3產生的電荷匯集，由第一增幅轉換單元SF1將匯集後的電荷轉換為電壓信號，並進一步通過第一模數轉換單元41轉換為數位訊號輸出，設此時第一模數轉換單元41輸出值為ADC1；另外，像素單元陣列10內第2i+2行的每個濾光片31的一個像素單元（比如濾光片Gr3所對應的像素單元），即第四像素單元PD4通過第二增幅轉換單元SF2進行電荷轉換，最後通過第二模數轉換單元42轉換為數位訊號輸出，設此時第二模數轉換單元42輸出值為ADC2。
具體地，以同一顏色的濾光片31對應2行2列相鄰的4個像素單元為例，基於上述的結構，在進行HDR控制時，控制模組可以控制相鄰兩行的相同顏色像素同時曝光，例如，第2i+1與2i+2行同時曝光，其中，i＝0，1，2，3.....，並控制曝光時間，避免共用第一增幅轉換單元SF1的三個像素單元11的輸出飽和。在該發明的實施例中，增幅轉換單元20可以對像素單元11輸出的電荷起到匯總耦合的作用，可以理解的是，如果設第一增幅轉換單元SF1輸出為S1，設第二增幅轉換單元SF2輸出為S2，則滿足S1＝3S2，所以每四個相同顏色的像素單元同時輸出一個高ADC值和一個低ADC值，進而在圖像感測器100的ISP（Image Signal Processor，即圖像處理器）端進行合成處理，可以實現HDR功能。
如圖5所示，圖像感測器100還包括設定在濾光陣列30上的微鏡陣列50，微鏡陣列50中的每個微鏡51與一個像素單元11對應，包括形成、大小、位置對應。微鏡51能將光聚集到像素單元11的感光部分，提升像素單元11的受光強度，從而改善成像畫質。
基於上述方面實施例的圖像感測器，下面參照附圖描述根據該發明另一方面實施例提出的終端。
圖6是根據該發明的一個實施例的終端的框圖，如圖6所示，該終端1000包括上述方面的圖像感測器100。具體地，終端1000可以包括手機。
在一些實施例中，如圖7所示，終端1000還包括與圖像感測器100連線的中央處理器200及顯示裝置300，中央處理器200用於控制顯示裝置300顯示圖像感測器100輸出的高動態範圍圖像。這樣，終端1000拍攝的圖像可以顯示於顯示裝置300以供用戶查看。顯示裝置300包括LED顯示器等。
在一些實施例中，如圖8所示，終端1000包括與圖像感測器100連線的中央處理器200及外存儲器400，中央處理器200用於控制外存儲器400存儲圖像感測器100輸出的高動態範圍圖像。
這樣，生成的圖像可以被存儲，方便以後查看、使用或轉移。外存儲器400包括SM（SmartMedia）卡及CF（CompactFlash）卡等。
該終端1000，通過採用所述的圖像感測器100，基於圖像感測器100的硬體結構可以實現HDR功能，提升HDR圖像效果。
榮譽表彰
2018年12月20日，《圖像感測器及具有其的終端》獲得第二十屆中國專利銀獎。
