專利名稱：用于圖像傳感器的同心曝光序列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子圖像捕獲系統(tǒng)且更特定來(lái)說(shuō)涉及一種用于具有可單獨(dú)尋址的像素子集的圖像傳感器陣列的讀出方法。
背景技術(shù)：
例如電荷耦合裝置(CCD)圖像傳感器及有源像素傳感器(APS)裝置的電子圖像傳 感器在電子成像系統(tǒng)中用于產(chǎn)生視覺(jué)圖像的電子表示。APS裝置通常以互補(bǔ)金屬氧化物半 導(dǎo)體工藝來(lái)制作且因此還稱作CMOS傳感器。通常，這些圖像傳感器包含布置成規(guī)則的二維 行及列圖案或陣列的若干個(gè)光敏像素(即，圖像元素)，其中每一個(gè)別像素基于場(chǎng)景圖像的 由鏡頭投射到所述像素上的部分的光級(jí)提供信號(hào)。出于對(duì)緊湊性及成本的考慮，這些圖像傳感器通常包含比用以數(shù)字化其信號(hào)的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)多得多的像素。為節(jié)省傳感器芯片上的空間，普遍的做法是僅提供足夠的 存儲(chǔ)裝置來(lái)同時(shí)讀出單個(gè)行的像素。因此，無(wú)法同時(shí)測(cè)量或讀出完整的2維傳感器的像素 信號(hào)。而是，以串行方式讀取像素傳感器信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，在具有單個(gè)ADC的CCD中，以光 柵方式讀出像素信號(hào)在行內(nèi)逐像素地，接著在像素陣列內(nèi)逐行地。圖像傳感器讀出的串行性質(zhì)直接控制可讀取整個(gè)傳感器的速率，其受到讀出機(jī)制 的帶寬的限制。舉例來(lái)說(shuō)，如果圖像傳感器的讀出機(jī)制可每秒測(cè)量5千萬(wàn)個(gè)像素，那么其將 花費(fèi)大約十分之一秒來(lái)讀出5兆像素圖像傳感器。減少讀取整個(gè)圖像傳感器的時(shí)間通常需 要增加用于更快讀出的功率消耗或增加圖像傳感器的大小以提供額外的讀出通道。然而， 增加的功率消耗及增加的大小均不為合意的。由于其消除機(jī)械組件且減少成本及空間要求，因此設(shè)計(jì)不具有光阻擋快門的圖像 捕獲系統(tǒng)是普遍的做法。此類系統(tǒng)替代地依賴于有效地提供電子快門的傳感器定時(shí)。此 定時(shí)方案通過(guò)以下步驟而操作對(duì)每一光電傳感器進(jìn)行復(fù)位、對(duì)光電子(或另一選擇為，空 穴)進(jìn)行積分且接著按有序序列讀出光電傳感器信號(hào)?？赏ㄟ^(guò)將殘留電荷從光電二極管傳 送到相關(guān)聯(lián)浮動(dòng)擴(kuò)散部電路且接著擯棄所述殘留電荷來(lái)實(shí)現(xiàn)所述復(fù)位步驟。在曝光期間， 光電子在所述光電二極管中積累達(dá)規(guī)定的積分時(shí)間，此時(shí)將電荷信號(hào)傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散部 中。在CMOS裝置中，將所述電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓。接著將相關(guān)聯(lián)電壓存儲(chǔ)于例如電容器的 存儲(chǔ)器裝置中。如果傳感器對(duì)于浮動(dòng)擴(kuò)散部具有足夠低的暗電流及足夠良好的光遮蔽，那么不需 要立即讀出所傳送的電荷。在這些條件下，將可能立刻從所有像素將電荷傳送到其相應(yīng)浮 動(dòng)擴(kuò)散部中且接著在順序讀出序列逐行漸進(jìn)地處理信號(hào)時(shí)等待短暫時(shí)間。當(dāng)然，為使此全 域傳送工作，每一像素還需要具有其自身的經(jīng)光遮蔽的浮動(dòng)擴(kuò)散部。特別由APS圖像傳感器提供的替代圖像傳感器讀出布置允許跨越所述圖像傳感 器的行逐行漸進(jìn)地發(fā)生所述圖像傳感器的曝光及讀出。此“滾動(dòng)快門”序列避免了 CCD的 隔行場(chǎng)中所展示出的差分曝光問(wèn)題，從而使每一行的曝光均延伸達(dá)相同的時(shí)間長(zhǎng)度。作為 額外優(yōu)點(diǎn)，滾動(dòng)快門序列簡(jiǎn)化了傳感器組件設(shè)計(jì)，因?yàn)椴⒎敲恳幌袼鼐枰?jīng)遮蔽存儲(chǔ)。然而，由于每一行的曝光獨(dú)立于其它行的曝光且按順序(或滾動(dòng))方式與其它行的曝光一起發(fā)生，因此每一連續(xù)行在比前一行稍后的時(shí)間捕獲其場(chǎng)景圖像的部分。因此，場(chǎng)景(或場(chǎng)景 的元素)與圖像傳感器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)致使所述場(chǎng)景內(nèi)的對(duì)象在由所述圖像傳感器捕獲 的圖像中顯現(xiàn)為失真。此效應(yīng)(稱為圖像“剪切”)是滾動(dòng)快門布置的特性。舉例來(lái)說(shuō)，如 果使用此所謂的滾動(dòng)快門或電子焦面快門圖像傳感器來(lái)捕獲水平移動(dòng)的汽車的圖像，那么 在曝光并讀出所捕獲的圖像的每一行時(shí)所述汽車相對(duì)于所述圖像傳感器移動(dòng)，使得所捕獲 的圖像的每一行顯示處于不同位置的車輛。此可致使圓形小汽車輪胎顯現(xiàn)為有點(diǎn)橢圓形且 使矩形小汽車窗戶失真而顯現(xiàn)為平行四邊形。因運(yùn)動(dòng)所致的此失真是讀出圖像傳感器的所 有行所需的時(shí)間量的直接結(jié)果。如果可以較快速率讀取所述行，那么可減小此失真。然而， 如先前所提及，增加所述讀出速率通常需要圖像傳感器的成本及功率消耗的不合意增加。對(duì)于基于硅的圖像傳感器，像素組件本身廣泛地對(duì)可見(jiàn)光敏感，從而準(zhǔn)許未經(jīng)濾 波的像素適合于捕獲單色圖像。為捕獲彩色圖像，通常在像素圖案上制作二維濾波器圖案， 其中使用不同濾波器材料制作僅對(duì)可見(jiàn)光光譜的一部分敏感的個(gè)別像素。此濾波器圖案的 實(shí)例為眾所周知的拜耳濾色器陣列(CFA)圖案，如第3，971，065號(hào)美國(guó)專利中所描述。雖 然所述拜耳CFA具有在典型的條件下獲得全色彩圖像的優(yōu)點(diǎn)，然而，已發(fā)現(xiàn)此解決方案具 有其缺點(diǎn)。雖然提供窄帶光譜響應(yīng)需要濾波器，但對(duì)入射光的任何濾波往往減少到達(dá)每一 像素的光量，從而減小每一像素的有效光靈敏度且減小像素響應(yīng)速度。作為用于改進(jìn)在變化的光條件下的圖像捕獲及用于改進(jìn)成像傳感器的總體靈敏 度的解決方案，已揭示對(duì)熟悉的拜耳圖案的改進(jìn)。舉例來(lái)說(shuō)，漢密爾頓(Hamilton)等人 的標(biāo)題為“在變化的光照條件下捕獲圖像(Capturing Images Under Varying Lighting Conditions)，，的第2007/0046807號(hào)共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)案及康普頓(Compton) 等人的標(biāo)題為“具有經(jīng)改進(jìn)的光敏感度的圖像傳感器(Image Sensor with Improved Light Sensitivity) ”的第2007/0024931號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)案兩者描述將濾色器與全色濾波 器元件以某一方式在空間上交錯(cuò)地組合的替代傳感器布置。在此類型的解決方案的情況 下，圖像傳感器的某一部分檢測(cè)色彩；另一全色部分經(jīng)優(yōu)化以檢測(cè)橫跨可見(jiàn)帶的光以實(shí)現(xiàn) 經(jīng)改進(jìn)的動(dòng)態(tài)范圍及靈敏度。這些解決方案因此提供一像素圖案，一些像素有濾色器(提 供窄帶光譜響應(yīng))而一些像素(未經(jīng)濾波的“全色”像素或經(jīng)濾波以提供寬帶光譜響應(yīng)的 像素)無(wú)濾色器。使用窄與寬光譜帶像素響應(yīng)兩者的組合，圖像傳感器可用于較低的光級(jí)下或提供 較短的曝光時(shí)間。舉例來(lái)說(shuō)，參見(jiàn)佐藤(SatO)等人的第4，390，895號(hào)美國(guó)專利、亞馬戈米 (Yamagami)等人的第5，323，233號(hào)美國(guó)專利及金德?tīng)?Gindele)等人的第6，476，865號(hào)美 國(guó)專利。具有色彩及全色像素兩者的配置可有助于對(duì)由濾色導(dǎo)致的問(wèn)題中的一些問(wèn)題進(jìn) 行補(bǔ)償，特別是相對(duì)于減小的光靈敏度及運(yùn)動(dòng)模糊。然而，當(dāng)使用常規(guī)像素讀出計(jì)定時(shí)列 時(shí)，由圖像傳感器的相同部分上的全色及色彩捕獲的曝光間隔之間的時(shí)間延遲導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng) 問(wèn)題的校正需要實(shí)施運(yùn)動(dòng)估計(jì)或其它補(bǔ)償技術(shù)。因此，充分利用使用色彩與全色像素兩者 的實(shí)施方案可需要復(fù)雜的軟件，從而增加成像裝置設(shè)計(jì)的成本及復(fù)雜性。因此，需要經(jīng)改進(jìn)的讀出方法，其減少或消除在使用數(shù)字成像傳感器陣列時(shí)對(duì)運(yùn) 動(dòng)估計(jì)及補(bǔ)償?shù)囊蟆?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決當(dāng)使用各種傳感器布置時(shí)在以下兩種情況下的傳感器讀出定時(shí)的問(wèn) 題陣列中的所有像素均具有相關(guān)聯(lián)濾色器及陣列中存在全色及色彩像素兩者。根據(jù)本發(fā) 明，提供一種用于圖像捕獲的方法，其包括(a)提供具有至少一個(gè)經(jīng)分段像素行的圖像傳感器，其中所述至少一個(gè)經(jīng)分段行 包括至少第一及第二不相交的像素行子集，其中針對(duì)每一行子集的復(fù)位及讀出操作可獨(dú)立 于彼此而控制；(b)對(duì)所述第一子集的曝光間隔進(jìn)行定時(shí)以使其在攝影上對(duì)準(zhǔn)所述第二子集的曝 光間隔的中心；及(c)組合從第一及第二行子集曝光獲得的圖像數(shù)據(jù)以形成像素值行。根據(jù)本發(fā)明的圖像捕獲特別適合于捕獲靜止及視頻圖像的圖像捕獲裝置。本發(fā)明 具有廣泛的應(yīng)用且眾多類型的圖像捕獲裝置可有效地使用這些圖像捕獲方法。根據(jù)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明及所附權(quán)利要求書的審閱并參照附圖將更清 晰地理解及了解本發(fā)明的這些及其它方面、目的、特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖1是可采用常規(guī)傳感器及處理方法或本發(fā)明的傳感器及處理方法的常規(guī)數(shù)碼 靜止相機(jī)系統(tǒng)的框圖；圖2是顯示最小重復(fù)單元及非最小重復(fù)單元的常規(guī)拜耳濾色器陣列圖案；圖3A及3B顯示在各種光條件下的滾動(dòng)快門操作的常規(guī)時(shí)序圖；圖4提供紅色、綠色及藍(lán)色像素的代表性光譜量子效率曲線以及更寬的光譜全色 量子效率，這所有均通過(guò)紅外截止濾波器的透射特性而倍增；圖5A是顯示將一個(gè)行分段成不相交的行子集的常規(guī)拜耳濾色器陣列圖案的一部 分；圖5B是在使用兩個(gè)不相交的行子集時(shí)曝光及讀出滾動(dòng)快門定時(shí)的常規(guī)方法的時(shí) 序圖；圖6是顯示在一個(gè)實(shí)施例中經(jīng)分段像素行的滾動(dòng)快門定時(shí)的時(shí)序圖；圖7是顯示其中使用色彩及全色像素兩者的像素布置的若干個(gè)圖案的平面圖；圖8A是顯示形成像素陣列的分區(qū)的組件的實(shí)例的平面圖；圖8B是顯示形成像素陣列的分區(qū)的組件的另一實(shí)例的平面圖；圖9A是顯示鄰近行子集的可能布置的示意圖；圖9B是顯示可如何將鄰近行中的像素裝箱在一起從而共享相同浮動(dòng)擴(kuò)散部組件 的示意圖；圖10是在使用兩個(gè)不相交的行子集(一個(gè)具有色彩像素而一個(gè)具有全色像素) 時(shí)曝光及讀出滾動(dòng)快門定時(shí)的常規(guī)方法的時(shí)序圖；圖11是顯示在一個(gè)實(shí)施例中具有色彩及全色子集的經(jīng)分段像素行的滾動(dòng)快門定 時(shí)的時(shí)序圖；圖12A是顯示在一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明的方法的讀出序列的一部分的時(shí)序圖12B是顯示讀出序列如何與傳感器陣列中的像素的空間位置相關(guān)的示意圖；圖12C是顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例針對(duì)不同全色及色彩組件的組合的曝光的時(shí)序圖；圖12D是顯示全色及色彩像素的同心曝光的時(shí)序圖；圖13是顯示本發(fā)明的同心讀出定時(shí)如何與滾動(dòng)讀出定時(shí)相關(guān)的時(shí)序圖；且圖14是顯示本發(fā)明的同心讀出定時(shí)如何與更復(fù)雜的行子集布置的滾動(dòng)讀出定時(shí)相關(guān)的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式由于已熟知采用成像裝置以及用于信號(hào)捕獲與校正及曝光控制的相關(guān)電路的數(shù) 碼相機(jī)，因此特定來(lái)說(shuō)本說(shuō)明將針對(duì)形成根據(jù)本發(fā)明的方法及設(shè)備的一部分或更直接地與 其協(xié)作的元件。本文中未具體顯示或描述的元件選自所屬領(lǐng)域中已知的元件。在軟件中提 供將要描述的實(shí)施例的某些方面。假定系統(tǒng)如以下材料中根據(jù)本發(fā)明所顯示及描述，本文 中未具體顯示、描述或建議的適用于本發(fā)明的實(shí)施方案的軟件為常規(guī)的且在此類領(lǐng)域的普 通技術(shù)內(nèi)。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“分區(qū)”具有在數(shù)學(xué)集理論中所使用的含義。集S的分 區(qū)是其并集為完全集S的不相交非空真子集的集族?？梢杂^察出，分區(qū)的此較正式的定義 在涵義上稍微不同于所述術(shù)語(yǔ)的非正式使用。然而，由數(shù)學(xué)集理論指派的正式定義特別適 合于定義如何使用本發(fā)明的方法及設(shè)備來(lái)組織陣列中的像素，如隨后更詳細(xì)地描述。除非另有明確規(guī)定，否則術(shù)語(yǔ)“子集”在本文中用于指代非空子集。對(duì)于集S，子集 可包括完全集S。然而，集S的“真子集”嚴(yán)格地含納于集S中且排除集S的至少一個(gè)元。 如果兩個(gè)子集的交集為空集，也就是說(shuō)，其不具有共同的元素，那么其為不相交的。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，其顯示顯示為體現(xiàn)本發(fā)明的數(shù)碼相機(jī)的圖像捕獲裝置的框圖。雖然 現(xiàn)在將解釋數(shù)碼相機(jī)，但很明顯本發(fā)明可應(yīng)用于例如包含于非相機(jī)裝置(例如移動(dòng)電話及 機(jī)動(dòng)車輛)中的成像子系統(tǒng)上的其它類型的圖像捕獲裝置。將來(lái)自被攝體場(chǎng)景的光10輸 入到成像級(jí)11，其中所述光由鏡頭12聚焦以在固態(tài)圖像傳感器20上形成圖像。圖像傳感 器20將入射光轉(zhuǎn)換成每一圖片元素(像素)的電信號(hào)。優(yōu)選實(shí)施例的圖像傳感器20為電 荷耦合裝置(CCD)類型或有源像素傳感器(APS)類型。(APS裝置通常由于以互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體工藝制作其的能力而稱為CMOS傳感器)。針對(duì)彩色成像，圖像傳感器20包含濾色 器布置，如隨后更詳細(xì)地描述。可變光闌塊14使光圈變化。中性密度(ND)濾波器塊13包含間置于光學(xué)路徑中 的一個(gè)或一個(gè)以上ND濾波器。這些塊調(diào)節(jié)到達(dá)圖像傳感器20的光量。還調(diào)節(jié)總體光級(jí)的 是快門18打開(kāi)的時(shí)間。曝光控制器40響應(yīng)于場(chǎng)景中由亮度傳感器16計(jì)量的可用光量并 控制所有這三個(gè)調(diào)節(jié)功能。來(lái)自圖像傳感器20的模擬信號(hào)由模擬信號(hào)處理器22處理且施加到模/數(shù)(A/D) 轉(zhuǎn)換器24。定時(shí)產(chǎn)生器26產(chǎn)生各種時(shí)鐘信號(hào)以選擇行及像素并使模擬信號(hào)處理器22與 A/D轉(zhuǎn)換器24的操作同步。圖像傳感器級(jí)28包含圖像傳感器20、模擬信號(hào)處理器22、A/ D轉(zhuǎn)換器24及定時(shí)產(chǎn)生器26。圖像傳感器級(jí)28的功能元件可以是單獨(dú)制作的集成電路或 可制作為在CMOS圖像傳感器的情況下通常所做的單個(gè)集成電路。將來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器24的 數(shù)字像素值的所得串流存儲(chǔ)于與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 36相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器32中。
除了系統(tǒng)控制器50及曝光控制器40以外，DSP 36也為此實(shí)施例中的三個(gè)處理器 或控制器中的一者。雖然相機(jī)功能控制在多個(gè)控制器及處理器中的此分配為典型的，但這 些控制器或處理器在不影響本發(fā) 明的相機(jī)及應(yīng)用的功能操作的情況下以各種方式組合。這 些控制器或處理器可包含一個(gè)或一個(gè)以上數(shù)字信號(hào)處理器裝置、微控制器、可編程邏輯裝 置或其它數(shù)字邏輯電路。雖然已描述此類控制器或處理器的組合，但應(yīng)了解，指定一個(gè)控制 器或處理器來(lái)執(zhí)行全部所需要的功能。所有這些變化形式可執(zhí)行相同功能且歸屬于本發(fā)明 的范圍內(nèi)，且術(shù)語(yǔ)“處理級(jí)”將視需要而用于囊括一個(gè)階段內(nèi)的所有此功能性，例如，如在圖 1中的處理級(jí)38中。在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，DSP 36根據(jù)永久性地存儲(chǔ)于程序存儲(chǔ)器54且復(fù)制到 存儲(chǔ)器32以供在圖像捕獲期間執(zhí)行的軟件程序而操縱其存儲(chǔ)器32中的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。 DSP 36執(zhí)行實(shí)踐圖像處理所必需的軟件。存儲(chǔ)器32包含任一類型的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，例如 SDRAM。包含用于地址及數(shù)據(jù)信號(hào)的路徑的總線30將DSP 36連接到其相關(guān)存儲(chǔ)器32、A/D 轉(zhuǎn)換器24及其它相關(guān)裝置。系統(tǒng)控制器50基于存儲(chǔ)于程序存儲(chǔ)器54中的軟件程序來(lái)控制相機(jī)的總體操作， 程序存儲(chǔ)器54可包含快閃EEPROM或其它非易失性存儲(chǔ)器。此存儲(chǔ)器還可用于存儲(chǔ)圖像傳 感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、用戶設(shè)定選擇及在關(guān)斷相機(jī)時(shí)必須保存的其它數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器50通過(guò)引 導(dǎo)曝光控制器40來(lái)操作如先前所描述的鏡頭12、ND濾波器13、可變光闌14及快門18、弓丨 導(dǎo)定時(shí)產(chǎn)生器26來(lái)操作圖像傳感器20及相關(guān)聯(lián)元件并引導(dǎo)DSP 36來(lái)處理所捕獲的圖像 數(shù)據(jù)而控制圖像捕獲的序列。在捕獲并處理圖像之后，經(jīng)由接口 57將存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器32中 的最終圖像文件傳送到主機(jī)計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)于可裝卸存儲(chǔ)器卡64或其它存儲(chǔ)裝置上并在圖 像顯示器88上顯示給用戶?？偩€52包含用于地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)的路徑且將系統(tǒng)控制器50連接到DSP 36、 程序存儲(chǔ)器54、系統(tǒng)存儲(chǔ)器56、主機(jī)接口 57、存儲(chǔ)器卡接口 60及其它相關(guān)裝置。主機(jī)接口 57提供到個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)或其它主機(jī)計(jì)算機(jī)的高速連接以用于傳送供顯示、存儲(chǔ)、操縱或 印刷的圖像數(shù)據(jù)。此接口為IEEE1394或USB2.0串列接口或任一其它適合數(shù)字接口。存儲(chǔ) 器卡64通常為插入到插口 62中且經(jīng)由存儲(chǔ)器卡接口 60連接到系統(tǒng)控制器50的小型快閃 (CF)卡。所利用的其它類型的存儲(chǔ)器件包含但不限于PC卡、多媒體卡(MMC)或安全數(shù)字 (SD)卡。將經(jīng)處理圖像復(fù)制到系統(tǒng)存儲(chǔ)器56中的顯示器緩沖器中且經(jīng)由視頻編碼器80連 續(xù)將其讀出以產(chǎn)生視頻信號(hào)。從相機(jī)直接輸出此信號(hào)以供顯示于外部監(jiān)視器上或通過(guò)顯示 顯示器控制器82處理此信號(hào)并呈現(xiàn)于圖像顯示器88上。此顯示器通常為有源矩陣彩色液 晶顯示器(LCD)，但也使用其它類型的顯示器。包含取景器顯示器70、曝光顯示器72、狀態(tài)顯示器76及圖像顯示器88以及用戶 輸入74的全部或任一組合的用戶接口由在曝光控制器40及系統(tǒng)控制器50上執(zhí)行的軟件 程序的組合控制。用戶輸入74通常包含按鈕、搖臂開(kāi)關(guān)、操縱桿、旋轉(zhuǎn)撥盤或觸摸屏的某一 組合。取景器顯示器70、曝光顯示器72、狀態(tài)顯示器76及用戶輸入74統(tǒng)稱為用戶接口 68。 也可將圖像顯示器88視為用戶接口 68的一部分。曝光控制器40操作光計(jì)量、曝光模式、自 動(dòng)聚焦及其它曝光功能。系統(tǒng)控制器50管理呈現(xiàn)于所述顯示器中的一者或一者以上(例 如，圖像顯示器88上)的圖形用戶接口(⑶I)。所述⑶I通常包含用于進(jìn)行各種選項(xiàng)選擇的菜單及用于檢驗(yàn)所捕獲的圖像的審查模式。曝光控制器40接受選擇曝光模式、鏡頭光圈、曝光時(shí)間(快門速度)及曝光指數(shù)或ISO速度額定值的用戶輸入并針對(duì)后續(xù)捕獲相應(yīng)地引導(dǎo)所述鏡頭及快門。采用亮度傳感 器16來(lái)測(cè)量場(chǎng)景的亮度并為用戶提供在手動(dòng)設(shè)定ISO速度額定值、光圈及快門速度時(shí)參考 的曝光計(jì)功能。在此情況下，在用戶改變一個(gè)或一個(gè)以上設(shè)定時(shí)，呈現(xiàn)于取景器顯示器70 上的光度計(jì)指示器告知用戶圖像將被曝光過(guò)度或曝光不足到何種程度。在自動(dòng)曝光模式 中，用戶改變一個(gè)設(shè)定且曝光控制器40自動(dòng)更改另一設(shè)定以維持正確的曝光，例如，對(duì)于 給定ISO速度額定值，當(dāng)用戶減小鏡頭光圈時(shí)，曝光控制器40自動(dòng)增加曝光時(shí)間以維持相 同的總體曝光。ISO速度額定值是數(shù)碼靜止相機(jī)的重要屬性。曝光時(shí)間、鏡頭光圈、鏡頭透射比、場(chǎng) 景照明的等級(jí)及光譜分布以及場(chǎng)景反射比確定數(shù)碼靜止相機(jī)的曝光級(jí)。當(dāng)使用不足曝光獲 得來(lái)自數(shù)碼靜止相機(jī)的圖像時(shí)，通常可通過(guò)增加電子或數(shù)字增益來(lái)維持適當(dāng)?shù)纳{(diào)再現(xiàn)， 但所述圖像將含有不可接受的噪聲量。在增加曝光時(shí)，增益降低，且因此正常地可將圖像噪 聲減小到可接受的電平。如果過(guò)度地增加曝光，那么圖像的亮區(qū)中的所得信號(hào)可超過(guò)圖像 傳感器或相機(jī)信號(hào)處理的最大信號(hào)電平容量。此可致使對(duì)圖像強(qiáng)光部進(jìn)行削波以形成均勻 亮區(qū)或浮散到圖像的周圍區(qū)中。指導(dǎo)用戶設(shè)定適當(dāng)?shù)钠毓馐侵匾摹SO速度額定值既定 用作此指導(dǎo)。為使攝影師容易地理解，數(shù)碼靜止相機(jī)的ISO速度額定值應(yīng)與攝影膠片相機(jī) 的ISO速度額定值直接相關(guān)。舉例來(lái)說(shuō)，如果數(shù)碼靜止相機(jī)具有ISO 200的ISO速度額定 值，那么相同的曝光時(shí)間及光圈應(yīng)適合于IS0200額定膠片/工藝系統(tǒng)。ISO速度額定值既定與膠片ISO速度額定值相稱。然而，電子成像系統(tǒng)與基于膠片 的成像系統(tǒng)之間存在妨礙確切等效性的差異。數(shù)碼靜止相機(jī)可包含可變?cè)鲆媲铱稍谝巡东@ 圖像數(shù)據(jù)之后提供數(shù)字處理，從而使得能夠在相機(jī)曝光范圍上實(shí)現(xiàn)色調(diào)再現(xiàn)。數(shù)碼靜止相 機(jī)可具有速度額定值范圍。將此范圍定義為ISO速度寬容度。為防止混淆，將單個(gè)值指定 為固有ISO速度額定值，其中ISO速度寬容度上限及下限指示速度范圍，S卩，包含不同于固 有ISO速度額定值的有效速度額定值的范圍。在記住此的情況下，內(nèi)在ISO速度為根據(jù)提 供于數(shù)碼靜止相機(jī)的焦面處的曝光計(jì)算以產(chǎn)生規(guī)定的相機(jī)輸出信號(hào)特性的數(shù)值。內(nèi)在速度 通常為針對(duì)正常場(chǎng)景產(chǎn)生給定相機(jī)系統(tǒng)的峰值圖像質(zhì)量的曝光指數(shù)值，其中所述曝光指數(shù) 為與提供給圖像傳感器的曝光成反比的數(shù)值。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將熟悉以下對(duì)數(shù)碼相機(jī)的說(shuō)明。將明了，可選擇此實(shí)施例的 許多變化形式以減小相機(jī)的成本、添加其特征或改進(jìn)其性能。舉例來(lái)說(shuō)，添加自動(dòng)聚焦系統(tǒng) 或可拆卸并可更換鏡頭。將理解，本發(fā)明應(yīng)用于任一類型的數(shù)碼相機(jī)或更一般來(lái)說(shuō)應(yīng)用于 任一類型的數(shù)字圖像捕獲設(shè)備，其中替代模塊提供類似功能性。本發(fā)明的方法需要圖像傳感器20中的某一數(shù)目個(gè)像素行經(jīng)分段使得行含有兩個(gè) 或兩個(gè)以上像素子集，其中每一子集能夠進(jìn)行分別開(kāi)始及結(jié)束曝光的獨(dú)立復(fù)位及讀取操 作，如定時(shí)產(chǎn)生器26所控制。此并非許多常規(guī)圖像傳感器裝置所具備的能力。然而，具有 此能力的圖像傳感器20硬件的設(shè)計(jì)在實(shí)踐圖像傳感器設(shè)計(jì)及制作的領(lǐng)域的人員的技術(shù)范 圍內(nèi)。具有此能力的傳感器為具有經(jīng)分段像素行的傳感器。假定圖1的說(shuō)明性實(shí)例，以下說(shuō)明將接著詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明此相機(jī)用于捕獲圖 像的操作。在以下說(shuō)明中每當(dāng)大體參照?qǐng)D像傳感器時(shí)，其就應(yīng)理解為表示來(lái)自圖1的圖像傳感器20。圖1中所示的圖像傳感器20通常包含制作于硅襯底上的二維光敏像素陣列，其 將每一像素處的傳入光轉(zhuǎn)換成所測(cè)量的電信號(hào)。在圖像傳感器的上下文中，像素(“圖片元 素”的縮寫)指代離散光感測(cè)區(qū)及與所述光感測(cè)區(qū)相關(guān)聯(lián)的電荷移位或電荷測(cè)量電路。在 數(shù)字彩色圖像的上下文中，術(shù)語(yǔ)像素通常指代圖像中具有相關(guān)聯(lián)色彩值的特定位置，其限 制于一種原色(使用濾波器)或通常為全色。術(shù)語(yǔ)色彩像素將指代在相對(duì)窄的光譜帶上具 有色彩光電響應(yīng)的像素。在將圖像傳感器20曝光到光時(shí)，產(chǎn)生自由電子并在每一像素處的電子結(jié)構(gòu)內(nèi)捕 獲所述自由電子。捕獲這些自由電子達(dá)某一時(shí)間周期且接著測(cè)量所捕獲的電子的數(shù)目或測(cè) 量產(chǎn)生自由電子的速率可測(cè)量每一像素處的光級(jí)。在前一種情況下，將所積累的電荷從像 素陣列中移位到電荷耦合裝置(CCD)中的電荷/電壓測(cè)量電路，或者接 近于每一像素的區(qū) 可含有有源像素傳感器(APS或CMOS傳感器)中的電荷/電壓測(cè)量電路的元件。應(yīng)觀察到，這些相同原理適用于兩種基本傳感器類型，捕獲并使用光電子的那些 類型或捕獲并使用光生空穴的那些類型。為產(chǎn)生彩色圖像，圖像傳感器中的像素陣列通常具有放置于像素上方的重疊濾色 器圖案。圖2顯示通常使用的紅色(R)、綠色(G)及藍(lán)色(B)濾色器的圖案。此特定圖案以其 發(fā)明人布萊斯拜耳(Bryce Bayer)命名而通常稱為拜耳濾色器陣列(CFA)，如第3，971，065 號(hào)美國(guó)專利中所揭示。此圖案有效地用于具有二維色彩像素陣列的圖像傳感器中。因此，每 一像素具有特定色彩光電響應(yīng)，在此情況下，其為對(duì)紅色、綠色或藍(lán)色光的支配性靈敏度。 另外有用的多種色彩光電響應(yīng)是對(duì)品紅、黃色或青色光的支配性靈敏度。在每一情況下，特 定色彩光電響應(yīng)對(duì)可見(jiàn)光譜的某些部分具有高靈敏度，而同時(shí)對(duì)可見(jiàn)光譜的其它部分具有 低靈敏度。最小重復(fù)單元為其它重復(fù)單元不具有更小像素的重復(fù)單元。舉例來(lái)說(shuō)，圖2中的 CFA包含為如圖2中的像素塊100所示的2個(gè)像素X2個(gè)像素的最小重復(fù)單元。此最小重 復(fù)單元的多個(gè)副本經(jīng)平鋪顯示以覆蓋圖像傳感器中的整個(gè)像素陣列。將所述最小重復(fù)單元 顯示為綠色像素位于右上角中，但可通過(guò)將粗輪廓區(qū)的一個(gè)像素向右移動(dòng)、一個(gè)像素向下 移動(dòng)或一個(gè)像素對(duì)角地向右及向下移動(dòng)來(lái)容易地辨別出三個(gè)替代最小重復(fù)單元。雖然像素 塊102為重復(fù)單元，但其并非最小重復(fù)單元，因?yàn)橄袼貕K100為重復(fù)單元且像素塊100具有 比像素塊102更少的像素。使用具有帶有圖2的CFA的二維陣列的圖像傳感器捕獲的圖像在每一像素處僅 具有一個(gè)色彩值。為產(chǎn)生全色彩圖像，存在用于推斷或內(nèi)插每一像素處的遺漏色彩的若 干種技術(shù)。所屬領(lǐng)域中已熟知這些CFA內(nèi)插技術(shù)且參照以下專利第5，506，619號(hào)、第 5，629，734號(hào)及第5，652，621號(hào)美國(guó)專利。圖像傳感器20的每一像素具有用于像素信號(hào)的讀出的光電檢測(cè)器及有源晶體管 電路兩者。圖像傳感器陣列中的每一像素的光電檢測(cè)器通過(guò)光電效應(yīng)將撞擊于所述像素上 的光子轉(zhuǎn)換成電荷。在長(zhǎng)到足以收集可檢測(cè)電荷量但短到足以避免使存儲(chǔ)元件飽合的時(shí)間 周期上對(duì)所述電荷進(jìn)行積分。此積分時(shí)間周期類似于膠片曝光時(shí)間(即，快門速度)。圖像捕獲的定時(shí)可遵循兩種基本圖案中的一者。在全域捕獲序列中，僅同時(shí)讀取 所有圖像像素的曝光信號(hào)值。然而，此類型的序列需要可觀的裝置復(fù)雜性且可由于其約束 傳感器芯片上用于光接收性的空間量而為不利的。替代地，已采用逐行讀取方法且其通常為用于CMOS APS像素的優(yōu)選讀取模式。
在CMOS APS裝置的圖像傳感器陣列中，積分時(shí)間(或者稱為曝光時(shí)間)是開(kāi)始曝 光的對(duì)給定像素行的復(fù)位與結(jié)束曝光的對(duì)所述行的后續(xù)讀取或讀出之間的間隔。由于一次 可僅選擇一個(gè)行，因此復(fù)位/讀取例程為順序的(即，逐行的)。此讀取技術(shù)稱為“滾動(dòng)電子 快門”模式或更簡(jiǎn)單地稱為“滾動(dòng)快門”模式且在成像領(lǐng)域中是眾所周知的。以下美國(guó)專利 中給出滾動(dòng)快門時(shí)間定序的變化形式的幾個(gè)實(shí)例亞迪德_皮啻特(Yadid-Pecht)等人的 標(biāo)題為“從每一感測(cè)像素產(chǎn)生至少兩個(gè)積分時(shí)間的圖像傳感器(Image Sensor Producing at Least Two Integration Times from Each Sensing像素)，，的第6，115，065 號(hào)美國(guó)專利 及克里姆思科(Krymski)等人的標(biāo)題為“CMOS傳感器中的前視滾動(dòng)快門系統(tǒng)(Look-Ahead Rolling Shutter System in CMOS Sensors) ”的第 6，809，766 號(hào)美國(guó)專利。讀取序列的有 效快門寬度和積分啟用與讀出之間的時(shí)間相關(guān)。此可根據(jù)具有相同積分時(shí)間的鄰近像素的 數(shù)目而具有可變大小。還可將一次使一個(gè)或一個(gè)以上行被讀取的快門寬度調(diào)整固定值以控 制傳感器陣列的經(jīng)曝光區(qū)的增益。作為一種用于滾動(dòng)快門定序的方法，使復(fù)位指針轉(zhuǎn)位而 超過(guò)讀取指針等于快門寬度的量。兩個(gè)指針之間的時(shí)間差對(duì)應(yīng)于像素積分時(shí)間。圖3A顯示在此實(shí)例中在相對(duì)良好的照明條件下按常規(guī)表示的滾動(dòng)快門模式的計(jì) 定時(shí)列。橫坐標(biāo)(χ軸)表示時(shí)間。每一斜線指示一個(gè)快門寬度(例如，一個(gè)或一個(gè)以上 行)的讀取。按序針對(duì)每一行執(zhí)行復(fù)位300。粗體箭頭指示像素積分時(shí)間320。在適合積 分時(shí)間之后，針對(duì)行執(zhí)行讀取302。如從圖3A的時(shí)序圖中可以看出，此常規(guī)滾動(dòng)快門序列允許在其期間不獲得光子 的周期，具體來(lái)說(shuō)，在讀取302與其后續(xù)復(fù)位300之間。粗體箭頭指示像素積分間隔320。 雖然此可在良好照明下是可接受的，但此布置在低光條件下將不會(huì)良好地運(yùn)行。這是因?yàn)?在光強(qiáng)度降低時(shí)可必需更多的像素積分時(shí)間。圖3B的時(shí)序圖顯示針對(duì)低光條件的定時(shí)。此 處，在讀取302之后立即執(zhí)行復(fù)位300，從而最大化像素積分時(shí)間使得不浪費(fèi)入射光子。滾動(dòng)快門技術(shù)準(zhǔn)許多個(gè)像素行將圖像信號(hào)饋送到相同的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換組件。然而，即 使在采用滾動(dòng)快門技術(shù)的情況下，高效地讀取圖像傳感器的任務(wù)仍具有缺點(diǎn)。剪切運(yùn)動(dòng)假 象是一種類型的問(wèn)題，如較早所提及?？扇愿倪M(jìn)低光性能。并且圖像動(dòng)態(tài)范圍可仍小于所 要的范圍。解決此問(wèn)題的一種類型的解決方案是使用傳感器陣列像素的某一部分作為全 色像素。舉例來(lái)說(shuō)，康普頓等人的標(biāo)題為“具有經(jīng)改進(jìn)的光靈敏度的圖像傳感器”的第 2007/0024931號(hào)共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)案揭示具有色彩及全色像素兩者的圖像傳 感器。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“全色像素”指代具有大體全色光電響應(yīng)的像素，其具有 比在選定色彩光電響應(yīng)集中所表示的較窄光譜靈敏度寬的光譜靈敏度。也就是說(shuō)，全色像 素可對(duì)跨越整個(gè)可見(jiàn)光譜的光具有高靈敏度。雖然全色像素通常具有比所述色彩光電響應(yīng) 集寬的光譜靈敏度，但每一全色像素也可具有相關(guān)聯(lián)濾波器。此濾波器可以是中性密度濾 波器或者色彩或帶寬濾波器。參照?qǐng)D4的曲線圖，其顯示在典型的相機(jī)應(yīng)用中具有紅色、綠色及藍(lán)色濾色器的 像素的相對(duì)光譜靈敏度。圖4中的X軸以納米為單位表示光波長(zhǎng)，其橫跨約從近紫外到近 紅外的波長(zhǎng)，且Y軸表示效率(正規(guī)化的)。在圖4中，曲線110表示用來(lái)阻擋紅外及紫外 光到達(dá)圖像傳感器的典型帶寬濾波器的光譜透射特性。需要此濾波器是因?yàn)橛糜趫D像傳感器的濾色器通常不阻擋紅外光，因此像素可能無(wú)法在紅外光與其相關(guān)聯(lián)濾色器的通帶內(nèi)的 光之間進(jìn)行區(qū)分。由曲線110表示的紅外阻擋特性因此防止紅外光使可見(jiàn)光信號(hào)不可靠。 對(duì)于應(yīng)用紅色、綠色及藍(lán)色濾波器的典型硅傳感器，光譜量子效率(即，捕獲并轉(zhuǎn)換成可測(cè) 量電信號(hào)的入射光子的比例)通過(guò)由曲線110表示的紅外阻擋濾波器的光譜透射特性而倍 增以產(chǎn)生由針對(duì)紅色的曲線114、針對(duì)綠色的曲線116及針對(duì)藍(lán)色的曲線118表示的組合的 系統(tǒng)量子效率。根據(jù)這些曲線應(yīng)理解，每一色彩光電響應(yīng)僅對(duì)可見(jiàn)光譜的一部分敏感。相 比之下，未應(yīng)用濾色器(但包含紅外阻擋濾波器特性)的相同硅傳感器的光電響應(yīng)由曲線 112顯示；此為全色光電響應(yīng)的實(shí)例。通過(guò)將色彩光電響應(yīng)曲線114、116及118與全色光 電響應(yīng)曲線112進(jìn)行比較，顯而易見(jiàn)，全色光電響應(yīng)可比色彩光電響應(yīng)中的任一者對(duì)寬光 譜光敏感2到4倍。 本發(fā)明的方法能夠與允許兩個(gè)或兩個(gè)以上像素子集形成像素行的分區(qū)的任一傳 感器架構(gòu)一起使用，從而再次使用較早所描述的分區(qū)的正式定義。此方法針對(duì)行內(nèi)的每一 子集提供不同的曝光持續(xù)時(shí)間，其中單個(gè)行內(nèi)的不同曝光持續(xù)時(shí)間均為大致時(shí)間同心的， 也就是說(shuō)，以相同的時(shí)刻為中心。以下說(shuō)明以具有經(jīng)圖案化色彩RGB像素布置的傳感器陣 列開(kāi)始。后續(xù)說(shuō)明接著論及本發(fā)明的方法在與具有組織成子集的RGB及全色像素的陣列一 起使用時(shí)如何提供特別益處。較早參照?qǐng)D2描述的拜耳圖案在其四像素最小重復(fù)單元塊100中提供兩個(gè)綠色像 素傳感器(G)。用于獲得圖像中的照度的綠色(G)色彩通道的較高靈敏度及重要性可用于 為圖像捕獲裝置提供增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍。本發(fā)明的方法涉及若干個(gè)基本操作，包含以下步驟(i)對(duì)圖像傳感器的行進(jìn)行分段使得每一行提供可在不同時(shí)間讀取及復(fù)位的一個(gè) 或一個(gè)以上不重疊或不相交的行子集；(ii)對(duì)相同行內(nèi)的不相交的行子集的對(duì)應(yīng)曝光周期進(jìn)行定時(shí)使得其為大致時(shí)間 同心的；及(iii)在存在兩個(gè)或兩個(gè)以上不相交的行子集的情況下，組合從每一行子集獲得 的圖像數(shù)據(jù)。圖5A顯示針對(duì)使用拜耳濾波器圖案布置的傳感器陣列的分段(i)。圖5A圖解說(shuō) 明較大陣列的一部分，其僅顯示行1037到1046。在每一四像素最小重復(fù)單元像素塊100 內(nèi)，存在兩個(gè)綠色G像素。每一四個(gè)一組的像素塊100中的G像素中的一者(圖5A中以陰 影顯示)是針對(duì)在比其它非陰影G像素長(zhǎng)的間隔上的曝光設(shè)計(jì)的。術(shù)語(yǔ)“行子集”描述全部在相同行中的像素的子集。通過(guò)此定義，任一像素行具有 至少一個(gè)行子集(本身)或可具有兩個(gè)或兩個(gè)以上行子集。在一行內(nèi)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上 行子集的情況下，針對(duì)每一行子集的復(fù)位及讀出操作可獨(dú)立于針對(duì)其它行子集的復(fù)位及讀 出操作而控制。圖5A的實(shí)例性傳感器布置的兩個(gè)不相交或不重疊的行子集位于像素行編號(hào)1038 中且標(biāo)示為1038a及1038b。行子集1038a僅具有藍(lán)色(B)像素。其鄰近子集1038b僅具 有G像素；同樣，陰影指示這些G像素均既定針對(duì)較長(zhǎng)曝光。此相同基本圖案適用于偶數(shù)編 號(hào)的行1040、1042、1044等等。也就是說(shuō)，每一偶數(shù)編號(hào)的行具有兩個(gè)行子集，一個(gè)行子集 具有綠色G像素(如在1038b中)，且另一行子集具有藍(lán)色B像素(如在1038a中)。
在此實(shí)例中，可將奇數(shù)編號(hào)的像素行視為未被分段成行子集。然而，應(yīng)用較早給出 的對(duì)子集的正式數(shù)學(xué)定義，可將這些行中的每一者視為被分段成單個(gè)行子集含有所述行 中的所有像素的子集。如數(shù)學(xué)上所正式定義，此并非真子集，但確實(shí)構(gòu)成有效子集。圖5B的部分滾動(dòng)讀出時(shí)序圖顯示可用于針對(duì)來(lái)自相同行的行子集1038a及1038b 的曝光及讀取操作的較常規(guī)定時(shí)布置。如曝光曲線ECltl38a及ECltl38b(以點(diǎn)線顯示)指示，在 相同時(shí)間讀取兩個(gè)子集，但在不同時(shí)間對(duì)兩個(gè)子集進(jìn)行復(fù)位，如Resetltl38a及Resetltl38b處所 指示。此需要同時(shí)讀取整個(gè)像素行，包含所述行內(nèi)的所有子集。如同圖3—樣，滾動(dòng)讀出定 時(shí)需要依序讀出每一行子集，因此時(shí)間在傳感器的讀出期間消逝。此通過(guò)斜復(fù)位線300a及 300b以及斜讀出線302來(lái)圖解說(shuō)明。如剛才所描述，可以兩種方式中的任一種將讀取序列中的下一像素行(行1039) 視為(1)未被分段或(2)被分段成單個(gè)子集。因此，其常規(guī)曝光曲線EC1■僅具有單個(gè)子集 及單個(gè)讀取操作。然而，應(yīng)注意，在替代實(shí)施例中，這些奇數(shù)編號(hào)的行本身可以類似于應(yīng)用 于偶數(shù)編號(hào)的行的行子集布置來(lái)劃分。圖5A及5B中所示的結(jié)構(gòu)及定時(shí)解決方案可用于針對(duì)由傳感器獲得的圖像提供增 強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍的優(yōu)點(diǎn)。只要相機(jī)與被攝體之間不存在相對(duì)移動(dòng)，此讀出定時(shí)就足夠良好地 工作。在不存在相對(duì)移動(dòng)的情況下，可實(shí)質(zhì)上忽略兩個(gè)色彩像素子集的曝光/積分與讀出 之間的定時(shí)差。然而，實(shí)際上，在相機(jī)與被攝體之間通常存在至少某一相對(duì)移動(dòng)，特別是在消費(fèi)類 數(shù)碼相機(jī)使用中及在其它消費(fèi)類成像應(yīng)用中。舉例來(lái)說(shuō)，此移動(dòng)可來(lái)自所捕獲的被攝體場(chǎng) 景中的運(yùn)動(dòng)以及因來(lái)自相機(jī)抖動(dòng)的非故意移動(dòng)所致。由于不同子集的曝光/積分時(shí)間可在 持續(xù)時(shí)間上不同且延伸于不同的時(shí)間周期上(如圖5B中所示)，因此在使用此常規(guī)滾動(dòng)快 門計(jì)定時(shí)列時(shí)從相同行內(nèi)的這些不同子集獲得的圖像內(nèi)容之間可存在至少某一輕微空間 位移。也就是說(shuō)，Reset1038a與Resetltl38b之間的間隔i中的移動(dòng)僅由行子集1038a的藍(lán)色 (B)像素捕獲?？僧a(chǎn)生例如模糊的移動(dòng)誤差，除非使用某一類型的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償/校正。圖6顯示本發(fā)明的曝光周期定時(shí)方法(如較早所列的操作(ii))如何避免針對(duì)具 有不同曝光時(shí)間的行子集的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題。此處，對(duì)于具有兩個(gè)行子集的行1038，存在開(kāi)始 其相應(yīng)曝光的兩個(gè)單獨(dú)復(fù)位操作Resetltl38a及Resetltl38b以及結(jié)束其相應(yīng)曝光的兩個(gè)單獨(dú)讀 取操作Readltl38a及Readltl38bt5曝光曲線ECltl38a及ECltl38b兩者均為同心的，大致以相同時(shí)間C 為中心。此意味著針對(duì)此像素行的相應(yīng)復(fù)位與讀取操作之間的間隔il與i2在某一可測(cè)量 公差內(nèi)大致相等。如同圖3及圖5B—樣，滾動(dòng)讀出定時(shí)需要依序讀出每一行子集，因此時(shí) 間在傳感器的讀出期間消逝。此通過(guò)斜復(fù)位線300a及300b以及斜讀出線302a及302b來(lái) 圖解說(shuō)明。具有圖6的同心定時(shí)關(guān)系的曝光是“在攝影上中心對(duì)準(zhǔn)”。更確切地說(shuō)，在以下兩 種情形時(shí)較長(zhǎng)曝光周期(El)及較短曝光周期(E2)在攝影上中心對(duì)準(zhǔn)(a)較短間隔(E2)在較長(zhǎng)間隔(El)開(kāi)始之后開(kāi)始(復(fù)位)且在較長(zhǎng)間隔結(jié)束之 前結(jié)束(讀取)；及(b)當(dāng)其復(fù)位之間的間隔(il)大致等于其讀取操作之間的間隔(i2)時(shí)，滿足
權(quán)利要求
1.一種用于圖像捕獲的方法，其包括(a)提供具有至少一個(gè)經(jīng)分段像素行的圖像傳感器，其中所述至少一個(gè)經(jīng)分段行包括 至少第一及第二不相交的像素行子集，其中針對(duì)每一行子集的復(fù)位及讀出操作可獨(dú)立于彼 此而控制；(b)對(duì)所述第一子集的曝光間隔進(jìn)行定時(shí)以使其在攝影上對(duì)準(zhǔn)所述第二子集的曝光間 隔的中心 ’及(c)組合從第一及第二行子集曝光獲得的圖像數(shù)據(jù)以形成像素值行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一及所述第二行子集兩者均具有色彩像素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一行子集具有色彩像素且所述第二行子集 具有全色像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中組合所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括組合從不同行中的 像素獲得的圖像數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)經(jīng)分段行進(jìn)一步包括相對(duì)于所述第 一及第二行子集也不相交的第三行子集且其中使所述第三子集的曝光間隔在攝影上對(duì)準(zhǔn) 所述第一及第二子集的所述曝光間隔的中心。
6.一種用于圖像捕獲的方法，其包括(a)提供具有至少一個(gè)經(jīng)分段像素行的圖像傳感器，其中所述至少一個(gè)經(jīng)分段行包括 至少第一及第二不相交的像素行子集，其中可單獨(dú)地對(duì)每一行子集進(jìn)行讀取及復(fù)位；(b)通過(guò)以下操作對(duì)所述至少一個(gè)像素行內(nèi)的像素進(jìn)行曝光(i)對(duì)所述第一行子集進(jìn)行復(fù)位以開(kāi)始第一曝光，且在第一間隔之后，對(duì)所述第二行子 集進(jìn)行復(fù)位以開(kāi)始第二曝光；( )讀取所述第二行子集以結(jié)束所述第二曝光并獲得第二曝光信號(hào)值，且在第二間隔 之后，讀取所述第一行子集以結(jié)束所述第一曝光并獲得第一曝光信號(hào)值，其中所述第一間隔及第二間隔的持續(xù)時(shí)間等于所述第一曝光的持續(xù)時(shí)間的20%以內(nèi)；及c)組合從所述第一及第二曝光信號(hào)值獲得的圖像數(shù)據(jù)以形成像素值行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一及所述第二行子集兩者均具有色彩像素。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一行子集具有色彩像素且所述第二行子集 具有全色像素。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中組合所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括組合從不同行中的 像素獲得的圖像數(shù)據(jù)。
10.一種用于圖像捕獲的方法，其包括(a)提供圖像傳感器，所述圖像傳感器具有(i)第一可獨(dú)立尋址的像素行子集，其位于第一行中；( )第二可獨(dú)立尋址的像素行子集，其位于鄰近于所述第一行的第二行中；(b)通過(guò)以下操作對(duì)所述第一及第二行內(nèi)的像素進(jìn)行曝光(i)對(duì)所述第一行子集進(jìn)行復(fù)位以開(kāi)始第一曝光，且在第一間隔之后，對(duì)所述第二行子集進(jìn)行復(fù)位以開(kāi)始第二曝光；(ii)讀取所述第二行子集以結(jié)束所述第二曝光并獲得第二曝光值，且在第二間隔之 后，讀取所述第一行子集以結(jié)束所述第一曝光并獲得第一曝光值，其中所述第一間隔及第二間隔的持續(xù)時(shí)間等于所述第一曝光的持續(xù)時(shí)間的20%以內(nèi)；及(c)組合從所述第一及第二行子集曝光獲得的圖像數(shù)據(jù)以形成像素值行。
11.一種用于圖像捕獲的方法，其包括(a)提供圖像傳感器，所述圖像傳感器具有(i)第一像素行，其具有至少第一及第二不相交的可獨(dú)立尋址的像素行子集； ( )第二像素行，其鄰近于所述第一行且具有第三可獨(dú)立尋址的像素行子集， 其中至少所述第一行子集與所述第三行子集共享相同的浮動(dòng)擴(kuò)散部且將其作為經(jīng)裝 箱的像素群組同時(shí)進(jìn)行讀?。?b)對(duì)所述經(jīng)裝箱的第一及第三像素行子集的曝光進(jìn)行定時(shí)以使其在攝影上對(duì)準(zhǔn)所述 第二像素行子集的曝光的中心；及(c)組合從所述第一、第二及第三像素行子集的所述曝光獲得的圖像數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第二行進(jìn)一步包括與所述第三行子集不相 交的第四可獨(dú)立尋址的像素行子集且其中對(duì)所述第二及第四行子集進(jìn)行裝箱并同時(shí)進(jìn)行 讀取。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于圖像捕獲的方法，其包含提供具有至少一個(gè)經(jīng)分段像素行的圖像傳感器，其中所述至少一個(gè)經(jīng)分段行包括至少第一及第二不相交的像素行子集，其中針對(duì)每一行子集的復(fù)位及讀出操作可獨(dú)立于彼此而控制；對(duì)所述第一子集的曝光間隔進(jìn)行定時(shí)以使其在攝影上對(duì)準(zhǔn)所述第二子集的曝光間隔的中心；及組合從第一及第二行子集曝光獲得的圖像數(shù)據(jù)以形成像素值行。
文檔編號(hào)H04N5/359GK102007761SQ200980113000
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者布魯斯·哈羅德·皮爾曼, 約翰·富蘭克林·小漢密爾頓, 約翰·托馬斯·康普頓 申請(qǐng)人:柯達(dá)公司