像素结构、图像传感器、设备及图像处理方法、控制方法技术

本发明专利技术提出一种像素结构、图像传感器、设备及图像处理方法、控制方法，像素结构包括多个第一像素和多个第二像素，第一像素中采用阵列排布的高灵敏度的第一光电转换元件，第二像素中采用阵列排布的低灵敏度的第二光电转换元件，从而实现图像传感器兼容识别高亮信息和弱光信息的目的，提高动态范围；第一光电转换元件和第二光电转换元件采用独立的输出电路的设计方式，实现电信号的单独输出，互不干扰，提高了识别的可靠性及信号利用的灵活性；基于本发明专利技术像素结构的布局设计，还可以有效提高图像传感器的整体性能。像传感器的整体性能。像传感器的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
像素结构、图像传感器、设备及图像处理方法、控制方法


[0001]本专利技术属于图像传感器
，尤其涉及一种像素结构、图像传感器、设备及图像处理方法、控制方法。

技术介绍

[0002]图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(Charge
‑
coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。随着CMOS集成电路制造工艺特别是CMOS图像传感器设计及制造工艺的不断发展，CMOS图像传感器已经逐渐取代CCD图像传感器成为主流，CMOS图像传感器相比较具有工业集成度更高、功率更低等优点。
[0003]现有标准图像传感器具有大致60dB至70dB的有限动态范围。然而，现实世界的亮度的动态范围要大得多。自然景象通常跨越90dB及以上的范围。为同时捕获强光及阴影，已在图像传感器中使用了高动态范围(HDR)技术来增大所捕获的动态范围。增大动态范围的最常见技术为将用标准(低动态范围)图像传感器捕获的多个曝光合并成单个线性高动态图像，所述单个线性高动态范围图像具有比单个曝光图像大得多的动态范围。然而，现有技术难以再兼顾图像传感器性能的同时使得动态范围得以有效提升。另外，有时需要拍摄具有闪烁的环境，如汽车上配备了多种车载装置，其中包括用于识别交通标志的图像传感器，其中，交通标志中包括闪烁频率极高的LED灯构成的信号灯。传统的车载用图像传感器通过采用单一像素进行识别，在面对弱光信息和高亮信息时无法兼容识别，造成对交通标志的误判，进而可能造成重大的交通事故。
[0004]因此，如何提供一种像素结构、图像传感器、电子设备及图像处理方法、图像传感器控制方法，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种图像传感器，旨在解决传统图像传感器动态范围难以得到有效提升以及存在的无法兼容识别弱光信息和高亮信息等问题。
[0006]本专利技术实施例的第一方面提了一种像素结构，包括多个第一像素和多个第二像素，其中，所述第一像素包括：
[0007]第一光电转换元件，所述第一光电转换元件呈阵列排布；
[0008]第一传输晶体管，耦接至第一浮动扩散区，用于将所述第一光电转换元件累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；
[0009]第一输出电路，耦接至所述第一浮动扩散区，用于对所述第一浮动扩散区的电压信号进行输出；
[0010]所述第二像素包括：
[0011]第二光电转换元件，所述第二光电转换元件呈阵列排布，且所述第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度；
[0012]第二传输晶体管，耦接至第二浮动扩散区，用于将所述第二光电转换元件累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；
[0013]第二输出电路，耦接至所述第二浮动扩散区，用于对所述第二浮动扩散区的电压信号进行输出。
[0014]可选地，所述第二像素还包括：
[0015]电荷存储器件，所述电荷存储器件的一端耦接至所述第二浮动扩散区，所述电荷存储器件的另一端接地或接可变电压。
[0016]可选地，每一所述第二光电转换元件设置于四个阵列排布的所述第一光电转换元件的中心位置，且相邻两行和/或两列的所述第二光电转换元件之间对应设置有相邻的两行和/或两列的所述第一光电转换元件。
[0017]可选地，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个所述第一光电转换元件组呈阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于每一所述第一光电转换元件组的四个所述第一光电转换元件的中心位置，且相邻所述第一光电转换元件组之间未设置所述第二光电转换元件；
[0018]每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。
[0019]可选地，同一所述第一浮动扩散区包括四个与所述第一光电转换元件对应耦接的浮动扩散节点；和/或，同一所述第一输出电路包括四个与所述第一光电转换元件对应耦接的子输出电路。
[0020]可选地，所述像素结构还包括：
[0021]第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在每一所述第一光电转换元件组上并将入射到所述第一光电转换元件上和所述第二光电转换元件上的光聚焦；
[0022]和/或，所述像素结构还包括：
[0023]多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件组以及对应位于其中心位置的所述第二光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器。
[0024]可选地，所述像素结构还包括：
[0025]第一透镜，每一所述第一透镜覆盖每一所述第一光电转换元件上并将入射到所述第一光电转换元件的光聚焦；
[0026]第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，将入射至对应所述第二光电转换元件的光聚焦；
[0027]和/或，所述像素结构还包括：
[0028]多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；
[0029]多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，其中，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，每一组第二滤色器组包括阵列排布的透射
不同颜色的波长分量的四个第二滤色器。
[0030]可选地，所述像素结构还包括：
[0031]虚拟透镜，位于四个所述第一透镜的中心位置，所述虚拟透镜及所述第二透镜填充任意四个所述第一透镜的中心位置。
[0032]可选地，每一所述第一光电转换元件组中的四个第一光电转换元件矩阵设置并形成行方向的间隔区域和列方向的间隔区域；
[0033]与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，所述第一输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向和/或列方向的间隔区域设置。
[0034]可选地，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个所述第一光电转换元件组阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件组的中心位置；
[0035]每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。
[0036]可选地，同一所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素结构，其特征在于，所述像素结构包括多个第一像素和多个第二像素，所述第一像素包括：第一光电转换元件，所述第一光电转换元件呈阵列排布；第一传输晶体管，耦接至第一浮动扩散区，用于将所述第一光电转换元件累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；第一输出电路，耦接至所述第一浮动扩散区，用于对所述第一浮动扩散区的电压信号进行输出；所述第二像素包括：第二光电转换元件，所述第二光电转换元件呈阵列排布，且所述第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度；第二传输晶体管，耦接至第二浮动扩散区，用于将所述第二光电转换元件累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；第二输出电路，耦接至所述第二浮动扩散区，用于对所述第二浮动扩散区的电压信号进行输出。2.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第二像素还包括：电荷存储器件，所述电荷存储器件的一端耦接至所述第二浮动扩散区，所述电荷存储器件的另一端接地或接可变电压。3.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，每一所述第二光电转换元件设置于四个阵列排布的所述第一光电转换元件的中心位置，且相邻两行和/或两列的所述第二光电转换元件之间对应设置有相邻的两行和/或两列的所述第一光电转换元件。4.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个所述第一光电转换元件组呈阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于每一所述第一光电转换元件组的四个所述第一光电转换元件的中心位置，且相邻所述第一光电转换元件组之间未设置所述第二光电转换元件；每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。5.如权利要求4所述的像素结构，其特征在于，同一所述第一浮动扩散区包括四个与所述第一光电转换元件对应耦接的浮动扩散节点；和/或，同一所述第一输出电路包括四个与所述第一光电转换元件对应耦接的子输出电路。6.如权利要求4所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括：第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在每一所述第一光电转换元件组上并将入射到所述第一光电转换元件上和所述第二光电转换元件上的光聚焦；和/或，所述像素结构还包括：多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件组以及对应位于其中心位置的所述第二光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器。7.如权利要求4所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括：第一透镜，每一所述第一透镜覆盖每一所述第一光电转换元件上并将入射到所述第一
光电转换元件的光聚焦；第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，将入射至对应所述第二光电转换元件的光聚焦；和/或，所述像素结构还包括：多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，其中，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，每一组第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第二滤色器。8.如权利要求7所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括：虚拟透镜，位于四个所述第一透镜的中心位置，所述虚拟透镜及所述第二透镜填充任意四个所述第一透镜的中心位置。9.如权利要求4
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8中任意一项所述的像素结构，其特征在于，每一所述第一光电转换元件组中的四个第一光电转换元件矩阵设置并形成行方向的间隔区域和列方向的间隔区域；与每一所述第一光电转换元件组中的各第一光电转换元件连接的第一传输晶体管以一倾斜角度设置于其相应的所述第一光电转换元件的角部，并通过连接线与同一所述第一浮动扩散区及同一所述第一输出电路连接，所述第一输出电路沿每一所述第一光电转换元件组中的行方向和/或列方向的间隔区域设置。10.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一光电转换元件分为多个第一光电转换元件组，多个所述第一光电转换元件组阵列排布，每一所述第一光电转换元件组包括相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件，每一所述第二光电转换元件设置于相邻行相邻列排布的四个所述第一光电转换元件组的中心位置；每一所述第一光电转换元件组内的各所述第一光电转换元件分别通过一所述第一传输晶体管耦接至同一所述第一浮动扩散区和同一所述第一输出电路。11.如权利要求10所述的像素结构，其特征在于，同一所述第一浮动扩散区包括所述第一光电转换元件两两共享的两个共享浮动扩散节点；和/或，同一所述第一输出电路包括四个所述第一光电转换元件共享的共享输出电路。12.如权利要求10所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构包括：第一透镜，每一所述第一透镜覆盖在所述第一光电转换元件组上，并将入射到所述第一光电转换元件的光聚焦；第二透镜，每一所述第二透镜覆盖在每一所述第二光电转换元件上，并将入射到所述第二光电转换元件的光聚焦；和/或，所述像素结构还包括：多个第一滤色器，每一所述第一滤色器相对于每一所述第一光电转换元件组设置，其中，多个第一滤色器分为多组第一滤色器组，每一组第一滤色器组包括阵列排布的透射不同颜色的波长分量的四个第一滤色器；多个第二滤色器，每一所述第二滤色器相对于每一所述第二光电转换元件设置，其中，多个第二滤色器分为多组第二滤色器组，每一组第二滤色器组包括阵列排布的透射不同颜
色的波长分量的四个第二滤色器。13.如权利要求10
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12任一项所述的像素结构，其特征在于，每一所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛鑫，徐辰，任冠京，汪小勇，侯佳庆，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：