本发明专利技术涉及用于高动态范围图像传感器感测阵列的系统和方法。公开了一种异类图像传感器阵列的方法，所述图像传感器阵列包括互连在一起的多于一个的图像传感器结构。使用单个图像传感器结构输出数据或来自多于一个的图像传感器结构的输出数据，计算每个图像传感器结构或像素的最终图像传感器阵列图像输出。当与其它图像传感器阵列结构相比时，异类阵列表现出复杂性、成本、功耗、设备产量和可靠性方面的益处。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及图像传感器领域，并且更具体地，涉及包括一个或多个有源和/ 或无源图像传感器结构，从而可以用每个图像传感器结构获得极大扩展的光电响应的图像 传感器阵列。
技术介绍
摄影是借助于光的作用形成图片的处理。光是通常被用于人眼可视频率范围内的 电磁辐射的术语。从物体反射或发射的光图案通过定时曝光被记录在图像传感器上。图像 传感器本质上可以是化学的(诸如胶片)，或本质上为固态的(诸如数字静态照相机和摄像 机所采用的CXD和CMOS图像传感器)。数字照相机具有聚焦光以便形成场景图像的一系列镜头。不是如传统照相机那样 将这种光聚焦到一张胶片上，数字照相机将光聚焦到图像传感器上，图像传感器将光的电 磁辐射转换为电荷。图像传感器被称为图片元件或“像素”。电荷指示由图像传感器察觉到 的电磁辐射的相对强度，并且一般地被用于将光强值与像素相关联。图1示出了可被包括在一种可能的实现10内的若干组件，借助于该实现10捕 捉自然场景，以便形成电子图像。系统10包括信号源100和包括积分器110、模数转换器 (ADC) 120和数字信号处理器(DSP) 130的信号处理链。积分器110的输出Vqut被输入到ADC 120。ADC 120执行模数转换功能。模数转换 功能是本领域公知的。出现在ADC 120的输入处的模拟信号Vqut被转换为出现在ADC 120 的输出处的信号VD。Vd可以取一组离散值(discrete level)中的一个，所述值通常但不总 是以伏特为单位被测量。作为例子，ADC 120输出的另一种测量单位可以是安培。作为例子，信号源100可以是在定时应用(timed application)，诸如在数字照相 机应用中使用的光强传感器，其中传感器在指定的持续时间内被进入光曝光，该持续时间 通常被称为曝光时间。然后，积分器110用作将在曝光时间期间接收到的所有光子所引起 的传感器100的响应积分为在曝光时间结束时要读出的一个输出值的功能。作为例子，积 分器110输出值可以是以伏特为单位测量的电压。图2是一种可能的图像传感器结构方框图的简化图示。信号源1000是光传感器， 作为例子，其可以是光电二极管。组件1040是简单积分器，作为例子，它可以是电容器。积 分器的输入是信号源1000的输出。在开始积分处理之前，积分器1040被处于闭合位置的 开关1050重置。迅速重置积分器1040的状态的能力是图像传感器操作的重要方面。在 积分处理开始时，开关1050断开，并且积分器1040上的电压开始响应源自信号源1000的 输入信号改变。在积分处理结束时，开关1030闭合，并且积分器输出1060￥<^被采样。图 2是一个说明性图示并且具有相同功能的其它类似图像传感器结构的实现是本领域技术人 员公知的。在图2的简化图像传感器结构方框图的替换和等同操作模式中，具体化为例如电 容器1040的积分器被开关1050重置到高电压V+或POWER，而不是V-或GROUND (地)。在积分处理开始时，开关1050断开，并且积分器1040上的电压开始响应源自信号源1000的 输入信号改变。在积分处理结束时，开关1030闭合并且积分器输出1060￥<^被采样。图2作为例子示出的图像传感器结构的简化方框图受到某些性能限制。此处作为 例子描述一个这种限制，即动态范围，以及辨析其原因的解释。积分器输出1060VOT—般不 能超过由可获得的电源电压所强加的上限。由于严格的功耗要求，现有技术装置中的电源 电压不断下降。积分器输出1060不能超过电源电压，并且如果积分器输出信号在达到电源 电压电平之后试图增加时，则积分器输出1060将饱和。当输出电压达到可用的电源电压并且不能响应输入信号的进一步改变时发生饱 和。信号饱和引起系统性能下降。图3A到3C示出了由于光敏元件结构并且更具体地由于 积分器结构的动态范围限制，由光传感器100和积分器110组成的像素结构的输出处的电 位失真(potential distortion)。图3A到3C还示出了由于动态范围限制在光传感器1000 的输出和积分器输出1060处的电位失真。图3A的部分(a)示出了响应不同级别的恒定输 入信号，积分器110输出的线性增加。它还示出了响应不同级别的恒定输入信号，积分器输 出1060的线性增加。对于引发部分(a)的线性输出的输入光强范围，图像传感器结构执行 得很好；对于引起部分(b)的饱和输出的输入光强范围，图像传感器结构将不能很好地执 行。积分器输出响应是对有限动态范围的指示。如图3A所示，图2的图像传感器的一 种实施例将很好地呈现阴影细节(shadow detail)，但是将不能呈现高光细节(highlight detail)。可以如图3B和3C所示那样移动响应。在图3B和3C中，图像传感器的动态范围 保持相同，但是响应特性被移动。图3B的响应特性丢失了阴影细节和高光细节，但是保持 了良好的中间范围响应。图3C的响应特性丢失了阴影细节和部分中间范围细节，以便保持 良好的高光细节。图4A示出了过度曝光的图像捕捉的像素强度的柱状图，其中曝光成图像的大量 图像传感器被驱动为饱和。如在图4A中可见，最大图像传感器结构输出值是‘255’，并且所 使用的单位是相应于图像传感器输出电压的ADC 120输出。该光强使得许多光传感器100 输出随着曝光周期过程中进展的曝光使积分器110饱和的值。积分器110的输出的最大 (饱和)值使得ADC产生输出代码‘255’，它是8位ADC的最大输出代码。由于经受高强度 光输入的那些图像传感器不能实现足够高的输出级别，因此图像捕捉将低于最佳质量。图4A的柱状图中所示的失真相应于各个像素失真。较低的曝光时间使得图像传 感器的输出经受高强度光输入以记录低于255的输出级别并且避免高端失真，但是防止图 像传感器经受低强度光输入以保持0的输出级别值，并且不记录包含在阴影和其它低光图 像部分中的光强细节。图4B示出了曝光不足的图像捕捉的像素强度的柱状图，其中大量图像传感器未 被曝光于足够的光以便实现高于‘0’的最小输出值。如从图4B中可见，最小图像传感器 结构输出值是‘0’。这些单位指的是相应于各个图像传感器结构的ADC 120输出级别。在 图像传感器处接收的光强使得许多单个的光传感器100输出这样的值，该值不能使积分器 110输出足够高的值，以便随着曝光时期期间进展的曝光，使最小ADC输出代码在‘0’之上。 由于经受低强度光输入的那些图像传感器不能产生足够高的响应级别，图像捕捉将低于最 佳质量。图4B的柱状图中所示的失真相应于各个像素失真。更长的曝光使得各个图像传感器的输出经受低强度光输入以记录“0”以上的输出，并且避免低端失真，但是也使得图像 传感器结构经受高强度光输入以在‘255’输出值处饱和，并且不记录包含在高光和其它亮 光图像部分中的光强细节。图5A示出了用于构建在本专利申请中公开的异类图像传感器的两个或更多个固 态图像传感器结构中的另一个的响应。该固态图像传感器结构的扩展动态范围足以在撞击 到图像传感器结构上的电磁辐射强度的整个范围上产生图像传感器响应。这使得固态图像 传感器结构能够在最暗部分中捕捉足够电荷，同时避免要被捕捉本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种图像传感器阵列，包括：至少两个通信的异类图像传感器，每个图像传感器对电磁辐射敏感并被用于感测来自外部场景的电磁辐射，并且根据这种感测创建外部场景的电子表示。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：S达维多维奇，
申请(专利权)人：RJS科技公司，
类型：发明
国别省市：US[]
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