專利名稱：擴展有效動態(tài)范圍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地來說涉及圖像捕獲領(lǐng)域，并且更加具體地講，涉及擴展圖像感測裝置的有效動態(tài)范圍的方法。
背景技術(shù)：
圖像感測裝置(比如電荷耦合裝置(CCD))一般可以在諸如數(shù)碼相機、掃描儀和攝像機這樣的產(chǎn)品中找到。這些圖像感測裝置在與傳統(tǒng)的底片產(chǎn)品相比時具有非常有限的動態(tài)范圍。典型的圖像感測裝置具有大約5擋的動態(tài)范圍。這意味著，必須要以相當(dāng)苛刻的精度度確定針對典型景物的曝光量，才能避免截削信號。此外，由于會有多個發(fā)光體(例如，景物中的正面受光和背面受光部分)，景物經(jīng)常具有非常大的動態(tài)范圍。在景物動態(tài)范圍很大的情況下，針對對象選擇合適的曝光量通常必然會截削圖像另一部分中的數(shù)據(jù)。這樣，圖像感測裝置相對于鹵化銀媒質(zhì)而言較差的動態(tài)范圍會導(dǎo)致由圖像感測裝置獲得的圖像的圖像質(zhì)量較低。
增加圖像感測裝置的動態(tài)范圍會使得來自數(shù)碼相機的圖像能夠得到再平衡，以實現(xiàn)圖像的更加令人愉悅的重顯結(jié)果。而且，增加圖像感測裝置的動態(tài)范圍能夠為圖像實現(xiàn)更加令人愉悅的對比度提高，比如在Lee等人共同擁有的美國專利US5012333中介紹的那樣。
美國專利US6040858(Ikeda)給出了圖像感測裝置的動態(tài)范圍有限的問題的完整介紹。此外，Ikeda介紹了通過利用多個各自對曝光量有不同響應(yīng)的圖像信號擴展圖像感測裝置的動態(tài)范圍的方法。通過使用閾值(這些閾值確定哪些信號具有較高質(zhì)量)將這些多個信號是合成在圖像信號中的各個位置上，以形成具有得到擴展的動態(tài)范圍的圖像信號。Ikeda通過介紹一種針對各個顏色確定這些閾值的方法對這些方法進行了改進。
不過，這些現(xiàn)有的方法(包括Ikeda的方法)需要大量圖像信號來形成具有得到擴展的動態(tài)范圍的圖像。獲取這樣大量的信號會造成一定困難。例如，如果所述大量圖像信號不是同時捕獲的，在景物中運動的對象或者相機的運動可能會在具有得到擴展的動態(tài)范圍的圖像中產(chǎn)生虛影。此外，如果圖像信號是同時捕獲的但是是在不同圖像捕獲裝置上捕獲的，那么會有對應(yīng)關(guān)系問題。而且，額外的硬件為成像系統(tǒng)增加了不希望有的成本。
Cornuejols的美國專利US5051770公開了一種裝置，其中有一個平面屏幕一個像素一個像素地修正由傳感器接收的光。
美國專利申請公開文本US2003/0052976介紹了一種具有由驅(qū)動電壓控制的靈敏度不同的感光點(photosite)的照相裝置?？梢詾檫@些感光點賦予不同的曝光時間。
這樣，目前存在著對改善現(xiàn)有方法來提高圖像感測裝置的動態(tài)范圍的需求。具體來說，存在著利用單獨一個圖像感測裝置和單獨一個圖像信號產(chǎn)生動態(tài)范圍得到擴展的圖像信號的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明由權(quán)利要求定義。本發(fā)明致力于克服前面提出的一個或多個問題。簡要概括來講，按照本發(fā)明的一個方面，一種圖像傳感器生成對圖像光具有不同響應(yīng)的圖像信號。該圖像傳感器具有感光點陣列，這些感光點分為標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點。限制器為所述標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對曝光量的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)并且為非標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對同樣的曝光量的預(yù)定較慢響應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點都按照預(yù)定的圖形對所述陣列進行稀疏采樣。
在本發(fā)明中，將圖像捕獲裝置中的選定感光點設(shè)計成對曝光量有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)。這些非標(biāo)準(zhǔn)感光點總地來說對曝光量有比非選定的或標(biāo)準(zhǔn)的感光點慢的響應(yīng)。本發(fā)明的優(yōu)點在于，對來自這一圖像捕獲裝置的圖像信號進行處理，以利用所有感光點的動態(tài)范圍。這樣，通過為飽和的或者處于噪聲電平上的那些感光點內(nèi)插相鄰感光點的值，產(chǎn)生了動態(tài)范圍得到增大的圖像信號。


通過與附圖結(jié)合起來參照下面的本發(fā)明實施方式的介紹，本發(fā)明的前面提到的和其它的特征和目的以及實現(xiàn)他們的方式將會變得更加顯而易見并且本發(fā)明本身將會得到更好的理解，其中
附圖1是按照本發(fā)明的范圍得到擴展的圖像感測裝置的框圖。
附圖2是圖解說明標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點的響應(yīng)的曲線圖。
附圖3A圖解說明非標(biāo)準(zhǔn)感光點和標(biāo)準(zhǔn)感光點針對圖像傳感器的全色實施方式的排列方式。
附圖3B圖解說明非標(biāo)準(zhǔn)感光點和標(biāo)準(zhǔn)感光點針對彩色圖像傳感器的實施方式的排列方式。
附圖4表示附圖1中所示的動態(tài)范圍擴展濾光片陣列(DREFA)處理器的分解框圖。
附圖5是采用微透鏡陣列來更改選定感光點的響應(yīng)的行間圖像傳感器的橫截面。
附圖6是采用金屬掩模來更改選定感光點的響應(yīng)的整幀圖像傳感器的橫截面。
附圖7是采用中性密度濾光片來更改選定感光點的響應(yīng)的圖像傳感器的橫截面。
附圖8是圖像捕獲系統(tǒng)的實施方式的框圖。
附圖9A-9C圖解說明圖像傳感器的三種不同實施方式中的非標(biāo)準(zhǔn)感光點和標(biāo)準(zhǔn)感光點的排列方式。
附圖10圖解說明非標(biāo)準(zhǔn)感光點和標(biāo)準(zhǔn)感光點針對彩色圖像傳感器的另一種實施方式的排列方式。
附圖11圖解說明與附圖10相同的實施方式并且示出了具有4×4重復(fù)單元的8×8陣列。
附圖12圖解說明具有8×8重復(fù)單元的彩色圖像傳感器的另一種實施方式的8×8陣列。
附圖13圖解說明與附圖10相同的實施方式并且示出了具有4×4重復(fù)單元的16×16陣列。
附圖14圖解說明具有16×16重復(fù)單元的彩色圖像傳感器的另一種實施方式。
附圖15圖解說明可以用在彩色圖像傳感器的另一種實施方式中的現(xiàn)有裝置的組成部分的線路圖。
具體實施例方式
因為采用電子傳感器的成像裝置是公知的，因此本說明書將會專門針對形成按照本發(fā)明的設(shè)備的部分的單元或者比較直接地與按照本發(fā)的設(shè)備協(xié)同工作的單元。本文沒有具體示出或介紹的單元可以從本領(lǐng)域中公知的單元中選取。注意，按照本文中的用法，術(shù)語“圖像”是數(shù)值的二維陣列。圖像可以是另一個圖像的二維子集。
參照附圖1，使從對象或景物射來的光線入射到鏡頭2上。光學(xué)低通濾波器6對圖像進行輕微模糊，以便減少混疊現(xiàn)象的出現(xiàn)。圖像落在圖像感測裝置10上，比如電荷耦合裝置(CCD)。注意，也可以使用其它裝置(比如CMOS裝置)作為圖像感測裝置10。
A/D轉(zhuǎn)換器14將來自圖像感測裝置10的圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。更加具體地講，A/D轉(zhuǎn)換器14將來自圖像感測裝置10的線性電壓信號轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字信號，最好是10位信號。這樣，線性編碼值的范圍是從0到1023。A/D轉(zhuǎn)換器14最好還進行將線性10位信號轉(zhuǎn)換成8位對數(shù)信號的處理，如本領(lǐng)域中通常執(zhí)行的那樣。下面的等式用于將10位線性信號a(x，y)轉(zhuǎn)換成8為對數(shù)信號b(x，y)，其中(x，y)以圖像傳感器10為基準(zhǔn)規(guī)定信號位置的行和列系數(shù)b(x，y)b(x,y)=00≤a(x,y)≤3173.5975lna(x,y)-25532≤a(x,y)≤1024]]>注意，(圖像感測裝置的線性相應(yīng)區(qū)域中的)各檔曝光會導(dǎo)致線性信號a(x，y)加倍并且導(dǎo)致對數(shù)編碼信號b(x，y)增大51。在這種情況下，數(shù)值51代表每檔曝光量(cvs)的代碼值的數(shù)量。
系統(tǒng)控制器18根據(jù)用戶輸入或者根據(jù)從A/D轉(zhuǎn)換器14輸出的圖像信號來判斷是需要對動態(tài)范圍進行擴展(即，采用處理的“擴展模式”)還是沒有必要進行擴展(即，處理的“普通模式”)。然后，如果系統(tǒng)控制器18處于擴展模式，則系統(tǒng)控制器18將數(shù)字圖像信號b(x，y)轉(zhuǎn)移到動態(tài)范圍擴展濾波器陣列(DREFA)處理器22，或者，如果系統(tǒng)控制器18處于普通模式，則系統(tǒng)控制器18將數(shù)字圖像信號b(x，y)轉(zhuǎn)移到顏色濾波器陣列(CFA)內(nèi)插器26。按照另外一種可選方案，可以在制造的時候?qū)⑾到y(tǒng)控制器18設(shè)定為總是處于“擴展模式”。
在“普通模式”下，系統(tǒng)控制器18將從A/D轉(zhuǎn)換器14輸出的圖像信號轉(zhuǎn)移到CFA內(nèi)插器26。CFA內(nèi)插器26的用途是為數(shù)字圖像的各個位置產(chǎn)生顏色的完整描述。在優(yōu)選實施方式中，圖像感測裝置10由光敏元件陣列構(gòu)成。各個感光點典型地用紅色、綠色或藍(lán)色濾光片覆蓋，在Bayer共同擁有的美國專利US3971065中介紹了這種方案，該美國專利以引用的方式并入本文。Bayer陣列是彩色濾光片陣列，其中綠色濾光片位于感光點上方的擋板圖案內(nèi)，而紅色和藍(lán)色濾光片一行一行地交替填充擋板圖案的空隙；這產(chǎn)生了為紅色或藍(lán)色濾光片點兩倍的綠色濾光片點。注意，可以容易地將本文介紹的方法擴展到具有不同原色排列方式、不同顏色數(shù)量或者不同原色組的彩色濾光片陣列。這樣，在優(yōu)選實施方式中，各個感光點對紅色、綠色或藍(lán)色光敏感。不過，希望的是獲得各個感光點位置上的各個紅色、綠色和藍(lán)色曝光的曝光量值。在本說明書中，“紅色”、“綠色”和“藍(lán)色”代表圖像感測裝置10的原色，這在圖像處理領(lǐng)域中是公知的。CFA內(nèi)插器26由從A/D轉(zhuǎn)換器14輸出的圖像信號產(chǎn)生由對于光敏元件的各個原色的值構(gòu)成的內(nèi)插后圖像信號。例如，如果某一感光點由紅色濾光片覆蓋，則A/D轉(zhuǎn)換器14輸出對于該感光點的紅色曝光等級，因為紅色濾光片基本上阻擋住了到達(dá)圖像感測裝置10的綠色和藍(lán)色光。
CFA內(nèi)插器26的操作是為綠色和藍(lán)色原色確定對于紅色感光點的曝光等級。類似地，CFA內(nèi)插器26為藍(lán)色感光點確定綠色和紅色曝光等級，并且為綠色感光點確定紅色和藍(lán)色曝光等級。總地來說，CFA內(nèi)插器26通過考慮感光點的曝光量值和周圍感光點的值來進行工作。雖然可以使用任何一種公知的內(nèi)插器，但是在名稱為《Adaptive colorplane interpolation in single sensor color electronic camera》的共同擁有的美國專利US5652621中包含有優(yōu)選CFA內(nèi)插器的介紹，該美國專利以引用的方式并入本文。這個專利介紹了用于處理從產(chǎn)生至少三種獨立的顏色值(但是各個感光點位置僅僅對應(yīng)一個顏色值)的具有按照行和列對齊的彩色感光點的圖像傳感器獲得的數(shù)字化圖像信號的設(shè)備，和為各個感光點位置內(nèi)插顏色值從而使其具有三個不同的顏色值的結(jié)構(gòu)。這種設(shè)備由附近感光點位置上的與缺失顏色值不同的顏色的顏色值，通過對于這些感光點進行額外顏色值的內(nèi)插，來產(chǎn)生感光點位置缺失的適當(dāng)顏色值。該設(shè)備還由相同列和行的附近感光點獲得至少兩個圖像方向上的拉普拉斯算子二階值、梯度值和色差偏置值，并且根據(jù)從這些值導(dǎo)出的分級符為內(nèi)插缺失顏色值選擇優(yōu)選取向。最后，從附近眾多顏色值中選擇與優(yōu)選取向相符的缺失顏色值。
在“擴展模式”下，系統(tǒng)控制器18將從A/D轉(zhuǎn)換器14輸出的圖像信號轉(zhuǎn)移到DREFA處理器22，以便擴展圖像信號的動態(tài)范圍。在優(yōu)選實施方式中，通過將圖像感測裝置10的某些感光點選擇成具有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)，來擴展圖像感測裝置10的動態(tài)范圍。下面將更加詳細(xì)地討論所選擇的感光點相對于圖像感測裝置10的排列方案。在優(yōu)選實施方式中，通過更改所選擇的感光點的增益來減慢所選擇的感光點(這里稱為非標(biāo)準(zhǔn)感光點)的響應(yīng)。更改感光點的增益是數(shù)碼相機設(shè)計和制造領(lǐng)域中常常實施的手段。
參照附圖5，這是在圖像傳感器制造領(lǐng)域中常常實施的用來將樹脂微透鏡放置在各個感光點之上的手段。例如，尤其是在圖像感測裝置10是行間固態(tài)圖像感測裝置時，在名稱為《Solid-state image device withresin lens and resin contact layer》的美國專利US4667092中介紹了單一微透鏡技術(shù)，該美國專利以引用的方式并入本文。在這個專利中，更加具體地講，固態(tài)圖像裝置包括具有塊表面的圖像存儲塊，并且沿著塊表面嵌入多個存儲單元，以便以電荷的形式存儲圖像。沉積覆蓋層來形成與存儲單元相對應(yīng)的光學(xué)鏡頭的陣列。將中間層放置在決表面與覆蓋層之間。入射光通過透鏡和中間層聚焦到存儲單元上。該中間層起到用來調(diào)節(jié)焦距的調(diào)節(jié)層的作用。
附圖5表示行間固態(tài)圖像感測裝置的橫截面。在沒有微透鏡51的情況下，與感光點的各個光敏區(qū)域55相關(guān)聯(lián)的信號讀出區(qū)域使得使用半導(dǎo)體襯底的整個區(qū)域作為光電換能器區(qū)域成為不可能。傳統(tǒng)的固態(tài)圖像裝置并不有效利用所有入射在它上面的光線，因此靈敏度較低。在感光點之上加上樹脂微透鏡51使得入射光線得以聚焦到感光點的光活區(qū)域上，從而更加有效地利用了入射光線并且增加了感光點的靈敏度。這樣，通過改變微透鏡51的大小和/或效率，可以輕松更改感光點的靈敏度(增益)。這樣，對于行間裝置并且對于CMOS傳感器，更改感光點的增益的優(yōu)選方式是通過更改放在感光點之上的微透鏡51。如附圖5所示，位置52沒有微透鏡，因此較少的入射光入射到光敏區(qū)域上。按照另外一種可選方案，可以將微透鏡制造成在位置52處與微透鏡51相比具有不同的半徑、形狀、大小或材料，從而將其構(gòu)造得將入射光線聚焦到光敏區(qū)域55上的效率比標(biāo)準(zhǔn)微透鏡51低。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，如果微透鏡51將80％的入射光線聚焦到光敏區(qū)域55上，并且沒有微透鏡(或者按照另外一種可選方案非標(biāo)準(zhǔn)微透鏡)的區(qū)域52能夠?qū)?0％的入射光線照射到光敏區(qū)域55上，則由微透鏡51覆蓋的感光點比區(qū)域52快2檔。在這種情況下，為標(biāo)準(zhǔn)感光點使用微透鏡51并且不為非標(biāo)準(zhǔn)感光點使用微透鏡，如區(qū)域52所代表的。
參照表示整幀圖像感測裝置10的附圖6的橫截面，在圖像感測裝置10是整幀裝置的情況下，入射到感光點的光敏區(qū)域55上的光線必須要穿過掩模(mask)(典型地由金屬制成)的小孔，所述掩模在附圖6的橫截面中表示為包括光遮擋金屬掩模部分54和散布在這些金屬部分當(dāng)中的開口小孔56和57。在優(yōu)選實施方式中，可以通過改造金屬掩模54的光屏蔽體來更改感光點的增益。于是感光點的靈敏度與金屬掩模54的光屏蔽體的小孔直接相關(guān)。例如，一個感光點的小孔尺寸為第二個感光點小孔尺寸的50％，則與第二個感光點上的響應(yīng)相比，第一個感光點具有50％的響應(yīng)。例如，光屏蔽體54的第一個小孔56允許入射在該感光點上的光線中的80％通過，但是第二個小孔57較小并且僅僅允許20％的入射光線通過。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，具有較大第一小孔56的感光點比具有較小第二小孔57的感光點快2檔。在這種情況下，第一小孔56用于標(biāo)準(zhǔn)感光點，而第二小孔57用于非標(biāo)準(zhǔn)感光點。這樣，可以對光掩模的小孔進行改造來調(diào)節(jié)選定感光點的響應(yīng)。Kodak制作了具有金屬掩模光屏蔽體的整幀圖像感測裝置，它的金屬掩模光屏蔽體將所有像素的像素有效區(qū)域從大約80％減小到大約20％(用于顫動掃描儀應(yīng)用，在這種應(yīng)用中，傳感器在水平和垂直方向上移動1/2像素間隔并且拍攝4張照片)。這樣，本發(fā)明牽涉到利用這樣的但是又具有不同大小的小孔的掩模技術(shù)來提供對圖像光有不同響應(yīng)的圖像傳感器。
各個感光點的電子控制也能夠提供標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點。例如，美國專利申請US20030052976介紹了一種具有由驅(qū)動電壓控制的靈敏度不同的感光點的照相裝置?？梢越柚?qū)動電壓為感光點賦予不同的曝光時間。例如，具有最短曝光時間的感光點是非標(biāo)準(zhǔn)感光點，而具有較長曝光時間的感光點是標(biāo)準(zhǔn)感光點。
附圖15表示通過使用驅(qū)動電壓來控制感光點的靈敏度而使感光點具有不同靈敏度的圖像傳感器的例子，在美國公開專利申請US2003/0052976中介紹了這種圖像傳感器。附圖15圖解說明多個感光點208a到208h、多個垂直傳送寄存器207a和207b、第一驅(qū)動電壓施加電極203和第二驅(qū)動電壓施加電極201和202。感光點(也稱為PD或光電二極管)208a到208h是沿著水平方向和垂直方向設(shè)置的。垂直傳送寄存器207a和207b沿著垂直方向傳送在感光點中累積的電荷。第一驅(qū)動電壓施加電極203是平行于垂直傳送寄存器設(shè)置的，用于向垂直傳送寄存器中具體的一個施加驅(qū)動電壓。第二驅(qū)動電壓施加電極201到202是垂直于垂直傳送寄存器設(shè)置的，用于同時向垂直傳送寄存器施加第二驅(qū)動電壓。由于從第一驅(qū)動電壓施加電極或第二驅(qū)動電壓施加電極輸出電壓或者從這兩個電極輸出電壓，感光點中累積的電荷得以傳送到垂直傳送寄存器。因此，感光點可以具有不同的靈敏度。對曝光量具有標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的感光點稱為標(biāo)準(zhǔn)感光點，而對同樣的曝光量具有較慢響應(yīng)的感光點稱為非標(biāo)準(zhǔn)感光點。
在優(yōu)選實施方式中，選定的非標(biāo)準(zhǔn)感光點的響應(yīng)為同樣曝光量所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)感光點響應(yīng)的X％(其中X≤100)，如附圖2中的曲線所示。選定的感光點具有比標(biāo)準(zhǔn)感光點慢兩檔(-logX/100)的響應(yīng)。在優(yōu)選實施方式中，X＝25。參數(shù)X的值(即，標(biāo)準(zhǔn)感光點的響應(yīng)與非標(biāo)準(zhǔn)感光點的響應(yīng)之間的差值量)有效地限制了圖像傳感器的動態(tài)范圍。參數(shù)X的值也可以是在制造時設(shè)定的常數(shù)，或者是用戶在圖像捕獲之前選擇的，或者是由駐留在系統(tǒng)控制器18中的算法選擇的，該算法分析來自景物的先前圖像的圖像數(shù)據(jù)，以確定景物的動態(tài)范圍，然后近似地設(shè)定參數(shù)X的值。在優(yōu)選實施方式中，當(dāng)系統(tǒng)控制器18處于“普通模式”時，所有感光點都具有與標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的增益相等的公共增益。這樣，圖像感測裝置10由多組感光點(標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點)組成。標(biāo)準(zhǔn)感光點的輸出的集合構(gòu)成景物的稀疏采樣版本。同樣，非標(biāo)準(zhǔn)感光點的輸出的集合構(gòu)成了景物的另一個稀疏采樣版本。
作為另一種可供選擇的方案，可以通過使用中性濾光片覆蓋感光點來減慢選定非標(biāo)準(zhǔn)感光點的響應(yīng)。附圖7表示帶有彩色濾光片陣列53的圖像感測裝置的橫截面。注意，彩色濾光片陣列53a是紅色的，53b是綠色的，53c是紅色的，而53d是綠色的。在彩色濾光片陣列53上方包含一層中性濾光片58，不過這層中性濾光片58和彩色濾光片陣列53的位置并不是問題。注意，中性濾光片層58僅僅在選定的感光點的位置上包含中性濾光片，由中性濾光片59表示。在這種情況下，中性濾光片層58對于標(biāo)準(zhǔn)感光點是透明的或者幾乎透明的并且包含對于非標(biāo)準(zhǔn)感光點的中性濾光片59。例如，如果中心濾光片59由能夠?qū)崿F(xiàn)X％光透射的材料構(gòu)成，則對應(yīng)非標(biāo)準(zhǔn)感光點的響應(yīng)將會相對于標(biāo)準(zhǔn)感光點的響應(yīng)減緩 檔。如果使用中性濾光片來構(gòu)造非標(biāo)準(zhǔn)感光點，則最好在制造的時候?qū)⑾到y(tǒng)控制器18設(shè)定為“擴展模式”。
標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點的實現(xiàn)是由限制器來完成的。限制器是這樣的物理或邏輯裝置這種裝置改變圖像傳感器上的非標(biāo)準(zhǔn)感光點組的靈敏度，從而使標(biāo)準(zhǔn)感光點對曝光量有第一預(yù)定響應(yīng)，并且使非標(biāo)準(zhǔn)感光點對同樣的曝光量有第二、較慢的預(yù)定響應(yīng)。限制器可以用放置在感光點上面的結(jié)構(gòu)單元來實現(xiàn)，比如在標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點上方大小不同的微透鏡、掩模內(nèi)針對標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點大小不同的小孔和在標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點上方的不同的中性濾光片。限制器也可以是圖像傳感器的程控部件并且支持電子設(shè)備，比如使用不同驅(qū)動電壓以控制標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點的曝光時間和/或增益的邏輯裝置。
DREFA處理器22的用途是通過在考慮標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點的同時對數(shù)字圖像信號進行處理來創(chuàng)建動態(tài)范圍得到增加的數(shù)字圖像信號。下面將詳細(xì)介紹DREFA處理器22的操作。由此，DREFA處理器22的輸出是具有得到增大的動態(tài)范圍的擴展圖像信號。然后將這一擴展圖像信號輸入到CFA內(nèi)插器，以便進行前面介紹的處理。
注意，雖然附圖1暗示了A/D轉(zhuǎn)換器14和DREFA處理器22是直接相接的，但是這并不是本發(fā)明的要求。DREFA處理器22可以以處于A/D轉(zhuǎn)換器14和圖像感測裝置10附件的硬件或軟件的形式存在。例如，DREFA處理器22可以直接存在于數(shù)碼相機內(nèi)。不過，DREFA處理器22也可以遠(yuǎn)離圖像感測裝置10。例如，參照附圖8，可以將從A/D轉(zhuǎn)換器14輸出的圖像信號從數(shù)碼相機100(在進行壓縮之后)傳送到主計算機104。傳輸可以根據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)102進行。同樣，可以經(jīng)由有線或無線連接線路將從A/D轉(zhuǎn)換器14輸出的圖像信號(在壓縮之后)傳送到個人計算機裝置、打印機或遠(yuǎn)程服務(wù)器(未示出)，以應(yīng)用于DREFA處理器22的操作。圖像信號的傳輸還可以包括文件傳送協(xié)議或電子郵件。此外，可以通過DREFA處理器22由用戶借助信用卡或某些其它手段進行付費。
標(biāo)準(zhǔn)感光點與非標(biāo)準(zhǔn)感光點的比例處于介于1∶16和16∶1(本文的數(shù)值范圍是包含端點的)之間的范圍之內(nèi)。這個范圍的兩端是使用一種類型的感光點進行的非常稀疏的采樣，導(dǎo)致對于這種類型的感光點的分辨率很低。具有較好分辨率的范圍是介于1∶4與4∶1之間。在優(yōu)選實施方式中，將圖像感測裝置10的50％的感光點選擇為具有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，改變具有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的感光點的百分比仍然會體現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點。在圖像感測裝置10中的所有感光點具有近似相等的光譜靈敏度(即，全色圖像感測裝置)的情況下，附圖3A表示將會導(dǎo)致圖像感測裝置10的所有感光點中的接近50％是非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的非標(biāo)準(zhǔn)感光點的排列方案。具有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的感光點28標(biāo)有星號(*)，而具有標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的感光點30是空白的。
在彩色圖像感測裝置10的情況下，附圖3B表示使得各種類型(對紅色、綠色或藍(lán)色敏感的)感光點中的50％具有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的排列方案。例如，感光點32是具有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的紅色感光點，感光點34是具有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的綠色感光點，感光點36是具有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的藍(lán)色感光點，感光點30是具有標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的紅色感光點，感光點40是具有標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的綠色感光點，感光點42是具有標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的藍(lán)色感光點。
可以重復(fù)平鋪附圖3B中所示的4×4圖形，以填滿圖像傳感器。換句話說，圖像傳感器是由具有四乘四像素的重復(fù)單元的重復(fù)圖形構(gòu)成的。已經(jīng)通過分析確定，在使用Bayer彩色濾光片陣列的情況下，有4乘4像素的648個圖形，其中各種類型的(對紅色、綠色或藍(lán)色敏感的)感光點中有50％具有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)(附圖3B是其中的一個例子)。如附圖12和14所示，重復(fù)單元可以大于四乘四像素。在附圖12中，示出了八乘八像素重復(fù)單元。在附圖14中，示出了十六乘十六像素重復(fù)單元。
注意，附圖3A和3B暗示了對于非標(biāo)準(zhǔn)感光點的位置的規(guī)則圖形。雖然最好是將非標(biāo)準(zhǔn)感光點排列成規(guī)則圖形，但是這決不是必須的?？梢栽趫D像感測裝置10的表面上隨機地或半隨機地安排非標(biāo)準(zhǔn)感光點，并且將會把它們的位置存儲在DREFA處理器22能夠訪問的某個地方。
附圖2中示出了標(biāo)準(zhǔn)感光點對某種程度的曝光量的響應(yīng)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點對同樣曝光量的響應(yīng)。注意，如果在響應(yīng)上疊加了噪聲電平n，則可以很容易看出，標(biāo)準(zhǔn)感光點將會產(chǎn)生曝光量比非標(biāo)準(zhǔn)感光點(產(chǎn)生在 處開始的有效信號)低的有效信號(在曝光等級E處開始)。另外，使來自非標(biāo)準(zhǔn)感光點的信號有效的曝光量等級(直到 的信號電平都有效，其中S是單獨一個感光點的固有動態(tài)范圍，典型地S＝5檔)要高于使來自標(biāo)準(zhǔn)感光點(直到E2s的曝光量產(chǎn)生有效響應(yīng))的信號有效的曝光量等級高。注意，標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點在曝光量檔(S)內(nèi)具有相同的響應(yīng)范圍，但是非標(biāo)準(zhǔn)感光點的響應(yīng)最好比標(biāo)準(zhǔn)感光點慢 檔，如附圖2所示。最好，標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點的響應(yīng)相對于曝光量是一致的。就是說，最好 在考慮標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點的前提下，圖像感測裝置的總動態(tài)范圍是 在優(yōu)選實施方式(其中S＝5且X＝25)的情況下，圖像感測裝置10的總有效動態(tài)范圍是7檔曝光量。
可以利用DREFA處理器22的處理，通過使用非標(biāo)準(zhǔn)感光點響應(yīng)重構(gòu)圖像中存在非常高的曝光量的區(qū)域，來擴展圖像感測裝置10的總動態(tài)范圍。同樣，DREFA處理器22還使用具有標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的感光點來重構(gòu)存在非常低曝光量的信號。
附圖4表示DREFA處理器22的分解框圖。將從A/D轉(zhuǎn)換器14輸出的對數(shù)圖像信號b(x，y)送到非標(biāo)準(zhǔn)補償器44。非標(biāo)準(zhǔn)補償器44的用途是通過用X檔說明響應(yīng)的偏移量來補償非標(biāo)準(zhǔn)感光點。在優(yōu)選實施方式中，與非標(biāo)準(zhǔn)感光點相應(yīng)的圖像信號是按照下列量遞增的-cvs log(X/100)，其中cvs是每檔曝光量的代碼值的個數(shù)。在優(yōu)選實施方式中，量cvs是51。
另外，如果輸入到非標(biāo)準(zhǔn)補償器44的圖像信號與曝光量線性相關(guān)(而不是對數(shù)相關(guān))，則非標(biāo)準(zhǔn)補償器44用系數(shù)100/X對與非標(biāo)準(zhǔn)感光點相對應(yīng)的圖像信號進行縮放。注意，此時假設(shè)對非標(biāo)準(zhǔn)補償器44已知非標(biāo)準(zhǔn)感光點的位置。非標(biāo)準(zhǔn)補償器44的輸出是在非標(biāo)準(zhǔn)感光點的位置上針對非標(biāo)準(zhǔn)感光點響應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)感光點響應(yīng)之間的差值進行了補償?shù)膱D像信號i(x，y)。在標(biāo)準(zhǔn)感光點的位置上，從A/D轉(zhuǎn)換器14輸出的圖像信號b(x，y)的值等于從非標(biāo)準(zhǔn)補償器44輸出的圖像信號i(x，y)的值。注意，圖像信號i(x，y)并不局限于8位的范圍。在優(yōu)選實施方式中，i(x，y)值的范圍是從0到357。
接著，將從非標(biāo)準(zhǔn)補償器44輸出的圖像信號i(x，y)輸入到非標(biāo)準(zhǔn)門限器(thresholder)46。非標(biāo)準(zhǔn)門限器46的用途是確定質(zhì)量因感光點沒有接收到足以產(chǎn)生有效信號的光子或者因感光點接收到了使信號飽和的過多光子而低下的非標(biāo)準(zhǔn)圖像信號的有問題位置。然后在由信號擴充器50進行的處理當(dāng)中，通過根據(jù)附近的標(biāo)準(zhǔn)圖像信號的采樣計算新的信號來替換這些(x，y)位置上的圖像信號，下文中將會對信號擴充器50進行詳細(xì)介紹。將低于預(yù)定閾值的非標(biāo)準(zhǔn)信號的相應(yīng)值所對應(yīng)的非標(biāo)準(zhǔn)信號的所有(x，y)位置都看作是有問題位置。在非標(biāo)準(zhǔn)感光點的情況下，這個用于檢測有問題位置的目的的預(yù)定閾值稱為低曝光響應(yīng)閾值。這樣，如果是非標(biāo)準(zhǔn)位置并且如果i(x，y)＜T1則認(rèn)為位置(x，y)是有問題位置，其中T1是預(yù)定的。在優(yōu)選實施方式中，T1的值是-cvslog2(X100),]]>這個值在優(yōu)選實施方式中是102。注意，閾值T1可以取決于位置(x，y)上的感光點的顏色。有問題位置上的非標(biāo)準(zhǔn)感光點稱為噪聲像素，因為i(x，y)的值沒有充分接近有用的圖像感測裝置的噪聲電平。
同樣，將從非標(biāo)準(zhǔn)補償器44輸出的圖像信號i(x，y)輸入到標(biāo)準(zhǔn)門限器48。標(biāo)準(zhǔn)門限器48的用途是確定質(zhì)量低下的標(biāo)準(zhǔn)圖像信號的有問題位置。然后通過在由信號擴充器50進行的處理當(dāng)中根據(jù)附近的非標(biāo)準(zhǔn)圖像信號的采樣計算新的信號來替換這些位置上的圖像信號，在下文中將對信號擴充器50進行詳細(xì)介紹。將低于預(yù)定閾值信號的標(biāo)準(zhǔn)信號的相應(yīng)值所對應(yīng)的所有標(biāo)準(zhǔn)圖像信號的(x，y)位置都看作是有問題位置。在標(biāo)準(zhǔn)感光點的情況下，這一用于檢測有問題位置的目的的預(yù)定閾值稱為高曝光響應(yīng)閾值。這樣，如果是標(biāo)準(zhǔn)感光點并且如果i(x，y)＞T2則認(rèn)為位置(x，y)是有問題位置，其中T2是預(yù)定的。在優(yōu)選實施方式中，T2的值是254。注意，閾值T2可以取決于位置(x，y)上的感光點的顏色。有問題位置上的標(biāo)準(zhǔn)感光點稱為飽和像素，因為這些位置上的i(x，y)值都盡可能地高。
將由非標(biāo)準(zhǔn)門限器46確定的有問題位置和由標(biāo)準(zhǔn)門限器48確定的有問題位置輸入給信號擴充器50。此外，還將從非標(biāo)準(zhǔn)補償器44輸出的圖像信號i(x，y)輸入給信號擴充器50。信號擴充器50的用途是用信號的估算值(這里稱為替換值)替換有問題位置(x，y)上的圖像信號i(x，y)值，使得圖像感測裝置10的各個感光點的固有動態(tài)范圍變大。如果有問題位置與非標(biāo)準(zhǔn)感光點一致，則由相鄰的與標(biāo)準(zhǔn)感光點重合的圖像信號值計算替換值。在本實施方式中，術(shù)語“相鄰”指的是一定的空間距離。在優(yōu)選實施方式中，與選定感光點相鄰的感光點是處于距選定感光點2個感光點的范圍內(nèi)的那些感光點。同樣，如果有問題位置與標(biāo)準(zhǔn)感光點一致，則由相鄰的與非標(biāo)準(zhǔn)感光點一致的圖像信號值計算替換值。在優(yōu)選實施方式中，還要考慮有問題位置上的感光點的顏色。任何一個有問題位置的替換值最好都是僅僅由源于同一顏色的相鄰感光點的信號確定的。信號擴充器50的輸出是具有這樣的動態(tài)范圍的圖像信號i′(x，y)這個動態(tài)范圍看起來象是由具有固有動態(tài)范圍 的感光點的圖像感測裝置10捕獲的，不是圖像感測裝置10的各個感光點的實際固有動態(tài)范圍S。注意，對于不是有問題位置的所有(x，y)位置，i′(x，y)的值等于i(x，y)的值。
以針對附圖3B中所示的Bayer CFA圖形的信號擴充器50所進行的處理舉例來說，如果位置(x，y)是有問題位置并且(x，y)是綠色感光點(比如附圖3B中的感光點34)的位置，則針對圖像信號i(x，y)的替換值是按照下列方式計算出來的i′(x，y)＝0.25*[i(x-1，y-1)+i(x+1，y-1)+i(x-1，y+1)+i(x+1，y+1)]注意，計算i′(x，y)的過程所依據(jù)的信號值應(yīng)該符合某些要求。例如，假定(x，y)是有問題位置并且(x，y)是有非標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的綠色感光點。則使用相鄰感光點的信號電平來計算替換值i′(x，y)。不過，這假設(shè)了各個相鄰感光點的信號值也低于T3。在優(yōu)選實施方式中，T3＝T1。對于不屬此情況的各個相鄰感光點，將其信號電平從替換值i′(x，y)的計算過程中略去。例如，如果i(x-1，y-1)＞T3，則值i′(x，y)是按照下列等式計算的i′(x，y)＝1/3*[i(x+1，y-1)+i(x-1，y+1)+i(x+1，y+1)]一般來說，用于確定有問題位置(x，y)上的替換值的內(nèi)插方案是按照下列等式給出的，其中(x，y)對應(yīng)于綠色感光點，該綠色感光點還是具有Bayer圖形濾光片陣列的圖像感測裝置上的標(biāo)準(zhǔn)感光點i′(x,y)=Σj=-1,1Σk=-1,1i(x+j,y+k)W(x+j,y+k)Σj=-1,1Σk=-1,1W(x+j,y+k)]]>其中 注意，如果有問題位置與還是非標(biāo)準(zhǔn)感光點的綠色感光點相應(yīng)，則應(yīng)用相同的等式來確定替換值。不過，在這種情況下
其中在優(yōu)選實施方式中，T4＝T1。
另舉一例，也是與附圖3B中所示的Bayer CFA圖形相結(jié)合，如果位置(x，y)是有問題感光點，并且(x，y)是紅色或藍(lán)色感光點的位置，則針對圖像信號i(x，y)的替換值i′(x，y)是按照下列方式計算出來的i′(x，y)＝0.25*[i(x-2，y)+i(x+2，y+i(x，y+2)+i(x，y-2)]當(dāng)位置(x，y)是紅色或藍(lán)色感光點并且還是標(biāo)準(zhǔn)感光點時，可以將用于確定替換值i′(x，y)的等式歸納為下式i′(x,y)=Σj=-2,0,2Σk=-2,0,2i(x+j,y+k)W(x+j,y+k)Σj=-2,0,2Σk=-2,0,2W(x+j,y+k)]]>其中 注意，在這種情況下，j或k必須為0，但是j和k不能同時為零。還要注意，如果有問題位置與還是非標(biāo)準(zhǔn)感光點的紅色或藍(lán)色感光點相對應(yīng)，則運用相同的等式來確定替換值。不過，在這種情況下 其中在優(yōu)選實施方式中，T4＝T2。
上面介紹的用來由不止一個稀疏采樣的圖像信號生成具有得到擴展的動態(tài)范圍的圖像信號的內(nèi)插方案可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員加以改造。不過，可以得出很多這樣的針對上述內(nèi)插方案的改造方案，并且不應(yīng)將這些改造方案視為明顯偏離本發(fā)明。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，由信號擴充器執(zhí)行的上述內(nèi)插方案是低通濾波器，這在本領(lǐng)域中是公知的。典型地，對數(shù)字圖像信號應(yīng)用低通濾波具有類似于減小數(shù)字圖像信號分辨率的效果。這樣，由DREFA處理器22進行的處理是用圖像感測裝置10的空間分辨率換取圖像感測裝置10的動態(tài)范圍的方法。實際上，實施所述內(nèi)插方案來增加信號的動態(tài)范圍的那些圖像區(qū)域看起來明顯要比在同樣的圖像區(qū)域由傳感器以不出現(xiàn)“有問題位置”(由非標(biāo)準(zhǔn)門限器46和標(biāo)準(zhǔn)門限器48定義)的方式捕獲的情況下圖像的觀感更加柔和(銳度較低)。
本發(fā)明是具體參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方式加以介紹的，但是將會理解，在本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)多種改變和改造。例如，本發(fā)明給出了一種在兩個方向上擴展動態(tài)范圍的圖像捕獲裝置，即，通過利用來自相鄰非標(biāo)準(zhǔn)感光點的圖像信號來擴展標(biāo)準(zhǔn)感光點對增大的曝光量的響應(yīng)并且通過利用來自相鄰標(biāo)準(zhǔn)感光點的圖像信號來擴展非標(biāo)準(zhǔn)感光點對減小的曝光量的響應(yīng)。對于該系統(tǒng)來說，從僅僅一個方向影響動態(tài)范圍應(yīng)該是同樣切實可行的，即，通過利用來自相鄰非標(biāo)準(zhǔn)感光點的圖像信號來僅僅擴展標(biāo)準(zhǔn)感光點對增大的曝光量的響應(yīng)，或者按照另外一種可選方案，通過利用來自相鄰標(biāo)準(zhǔn)感光點的圖像信號來僅僅擴展非標(biāo)準(zhǔn)感光點對減小的曝光量的響應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，用于生成對圖像光具有不同響應(yīng)的圖像信號，所述圖像傳感器包括感光點陣列，這些感光點分為標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點；和限制器，該限制器為所述標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對曝光量的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)并且為非標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對同樣的曝光量的預(yù)定較慢響應(yīng)；其中所述標(biāo)準(zhǔn)感光點和所述非標(biāo)準(zhǔn)感光點都按照預(yù)定的圖形對所述陣列進行稀疏采樣。
2.按照權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述圖形具有重復(fù)單元。
3.按照權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述感光點陣列分為數(shù)量不等的標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點。
4.按照權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述感光點陣列具有介于1∶16和16∶1之間的標(biāo)準(zhǔn)感光點與非標(biāo)準(zhǔn)感光點的比例。
5.按照權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述感光點陣列具有介于1∶4和4∶1之間的標(biāo)準(zhǔn)感光點與非標(biāo)準(zhǔn)感光點的比例。
6.按照權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述感光點陣列具有1∶1的標(biāo)準(zhǔn)感光點與非標(biāo)準(zhǔn)感光點的比例。
7.按照權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述感光點是大小一致的。
8.按照權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，此外還包括放在感光點上面的由兩種或更多種顏色構(gòu)成的彩色濾光片陣列。
9.按照權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中所述標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點與所述陣列的各種顏色相關(guān)聯(lián)。
10.按照權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中所述顏色之一與數(shù)量相等的所述標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點相關(guān)聯(lián)。
11.按照權(quán)利要求10所述的圖像傳感器，其中與數(shù)量相等的所述標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點相關(guān)聯(lián)的僅有所述顏色是綠色。
12.按照權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中所述彩色濾光片陣列具有Bayer圖形。
13.按照權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中所述彩色濾光片陣列具有紅色、綠色和藍(lán)色濾光片；所述紅色和藍(lán)色濾光片與數(shù)量相等的所述感光點相關(guān)聯(lián)，并且紅色和藍(lán)色濾光片一起與數(shù)量和所述綠色濾光片相等的感光點相關(guān)聯(lián)。
14.按照權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中所述感光點的類型和所述彩色濾光片陣列的顏色一起定義了具有四乘四像素的重復(fù)單元的重復(fù)圖形。
15.按照權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中所述感光點的類型和所述彩色濾光片陣列的顏色一起定義了具有大于四乘四像素的重復(fù)單元的重復(fù)圖形。
16.按照權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，此外還包括放在感光點上面的由多種顏色構(gòu)成的彩色濾光片陣列，所述標(biāo)準(zhǔn)感光點與所述陣列的各種顏色相關(guān)聯(lián)，所述非標(biāo)準(zhǔn)感光點與所述陣列的不到全部顏色相關(guān)聯(lián)。
17.按照權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述限制器是放在感光點上面的結(jié)構(gòu)單元。
18.按照權(quán)利要求17所述的圖像傳感器，其中所述結(jié)構(gòu)單元包括放在感光點上面的微透鏡的陣列，其中放在標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的微透鏡構(gòu)造成其聚光效率比放在非標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的微透鏡高。
19.按照權(quán)利要求17所述的圖像傳感器，其中所述結(jié)構(gòu)單元包括具有放在感光點上面的小孔的掩模，其中放在標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的小孔大于放在非標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的小孔。
20.按照權(quán)利要求17所述的圖像傳感器，其中結(jié)構(gòu)單元包括放在感光點上面的中性密度濾光片，其中中性密度濾光片放在標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的部分的透明度比中性密度濾光片放在非標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的部分高。
21.一種圖像傳感器，用于生成對圖像光具有不同響應(yīng)的圖像信號，所述圖像傳感器包括感光點陣列，這些感光點分為兩種類型標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點；和限制器，該限制器為所述標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對曝光量的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)并且為非標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對同樣的曝光量的較慢響應(yīng)；和放在感光點上面的彩色濾光片陣列，該彩色濾光片陣列由兩種或更多種顏色構(gòu)成，所述標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)感光點與所述陣列的各種顏色相關(guān)聯(lián)；其中所述感光點的類型和所述彩色濾光片陣列的顏色一起定義了具有大于四乘四像素的重復(fù)單元的重復(fù)圖形。
22.按照權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其中所述限制器是放在感光點上面的結(jié)構(gòu)單元。
23.按照權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其中所述感光點是大小一致的。
24.按照權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其中所述重復(fù)單元是八乘八像素。
25.按照權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其中所述重復(fù)單元是十六乘十六像素。
26.按照權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其中所述彩色濾光片陣列具有Bayer圖形。
27.按照權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其中所述結(jié)構(gòu)單元包括放在感光點上面的微透鏡的陣列，其中放在標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的微透鏡構(gòu)造成其聚光效率比放在非標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的微透鏡高。
28.按照權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其中所述結(jié)構(gòu)單元包括具有放在感光點上面的小孔的掩模，其中放在標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的小孔大于放在非標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的小孔。
29.按照權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其中結(jié)構(gòu)單元包括放在感光點上面的中性密度濾光片，其中中性密度濾光片放在標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的部分的透明度比中性密度濾光片放在非標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的部分高。
30.按照權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其中所述感光點陣列分為數(shù)量不等的標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點。
31.一種圖像傳感器，用于生成對圖像光具有不同響應(yīng)的圖像信號，所述圖像傳感器包括感光點陣列，這些感光點分為兩種類型標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點；和限制器，該限制器為所述標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對曝光量的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)并且為非標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對同樣的曝光量的較慢響應(yīng)；和放在感光點上面的彩色濾光片陣列，該彩色濾光片陣列由多種顏色構(gòu)成，所述標(biāo)準(zhǔn)感光點與所述陣列中的各種顏色相關(guān)聯(lián)，所述非標(biāo)準(zhǔn)感光點與所述陣列的不到全部顏色相關(guān)聯(lián)。
32.按照權(quán)利要求31所述的圖像傳感器，其中所述限制器是放在感光點上面的結(jié)構(gòu)單元。
33.按照權(quán)利要求32所述的圖像傳感器，其中所述彩色濾光片陣列具有三種顏色并且所述非標(biāo)準(zhǔn)感光點僅與所述顏色中的一種相關(guān)聯(lián)。
34.按照權(quán)利要求32所述的圖像傳感器，其中所述彩色濾光片陣列具有紅色、綠色和藍(lán)色濾光片并且所述非標(biāo)準(zhǔn)感光點僅與所述綠色濾光片相關(guān)聯(lián)。
35.按照權(quán)利要求32所述的圖像傳感器，其中所述彩色濾光片陣列具有Bayer圖形。
36.按照權(quán)利要求32所述的圖像傳感器，其中所述結(jié)構(gòu)單元包括放在感光點上面的微透鏡的陣列，其中放在標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的微透鏡構(gòu)造成其聚光效率比放在非標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的微透鏡高。
37.按照權(quán)利要求32所述的圖像傳感器，其中所述結(jié)構(gòu)單元包括具有放在感光點上面的小孔的掩模，其中放在標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的小孔大于放在非標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的小孔。
38.按照權(quán)利要求32所述的圖像傳感器，其中結(jié)構(gòu)單元包括放在感光點上面的中性密度濾光片，其中中性密度濾光片放在標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的部分的透明度比中性密度濾光片放在非標(biāo)準(zhǔn)感光點上面的部分高。
39.按照權(quán)利要求32所述的圖像傳感器，其中所述感光點陣列分為數(shù)量不等的標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點。
40.一種圖像捕獲系統(tǒng)，包括圖像傳感器，該圖像傳感器包括感光點陣列，這些感光點分為標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點，其中所述標(biāo)準(zhǔn)感光點和所述非標(biāo)準(zhǔn)感光點都按照預(yù)定的圖形對所述陣列進行稀疏采樣；和系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)控制器具有普通模式和擴展模式，在所述普通模式下，所述系統(tǒng)控制器利用對相同曝光量有類似響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點操作所述圖像傳感器，在所述擴展模式下，所述系統(tǒng)控制器利用對曝光量有第一響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)感光點和對相同曝光量有第二、較慢的響應(yīng)的非標(biāo)準(zhǔn)感光點操作所述圖像傳感器。
41.按照權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)控制器根據(jù)用戶輸入在所述兩種模式之間進行切換。
42.按照權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)控制器能夠根據(jù)用戶輸入調(diào)節(jié)所述第一和第二響應(yīng)的相對幅度。
43.按照權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)控制器根據(jù)由所述圖像傳感器捕獲的圖像信號的分析結(jié)果在所述兩種模式之間進行切換。
44.按照權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)控制器根據(jù)由所述圖像傳感器捕獲的圖像信號的分析結(jié)果調(diào)節(jié)所述第一和第二響應(yīng)的相對幅度。
全文摘要
一種圖像傳感器生成對圖像光具有不同響應(yīng)的圖像信號。該圖像傳感器具有感光點陣列，這些感光點分為標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點。限制器為所述標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對曝光量的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)并且為非標(biāo)準(zhǔn)感光點提供對同樣的曝光量的預(yù)定較慢響應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)感光點和非標(biāo)準(zhǔn)感光點都按照預(yù)定的圖形對所述陣列進行稀疏采樣。
文檔編號H04N3/15GK101027912SQ200580032021
公開日2007年8月29日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者A·C·加拉赫爾, D·N·尼科爾斯 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司