專利名稱：用于具多重?cái)?shù)據(jù)讀出機(jī)制的影像感測器的處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與影像感測器有關(guān)，尤指可提供具有較佳動態(tài)范圍的影像系統(tǒng)的方法以及 其相關(guān)裝置，其中這些影像系統(tǒng)是具有內(nèi)建有模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的處理器。
背景技術(shù)：
數(shù)字相機(jī)逐步取代了傳統(tǒng)的底片相機(jī)。一般而言，數(shù)字相機(jī)內(nèi)具有至少一影像感 測器以將入射(incident)光轉(zhuǎn)換成電荷，其中影像感測器是由以偵測器(detector)組成 的陣列所構(gòu)成，而在陣列中的各個(gè)偵測器依據(jù)入射光的強(qiáng)度來各自產(chǎn)生一電子信號。在數(shù)字相機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域中，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementarymetal-oxide-semiconductor,CMOS)影像感測器為一種被廣泛使用的感測器。對于一互補(bǔ)金屬氧化物半 導(dǎo)體影像感測器而言，經(jīng)由光偵測器(photodetector)得到的信號會以行讀出線(column read line)的方式，每次讀出一列，而在每一數(shù)據(jù)讀出流程當(dāng)中，像素與像素之間并不會有 電荷傳遞的情況發(fā)生。由于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器相容于一般的互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體制程，這使得在設(shè)計(jì)上可在配置有感測器陣列的同一基底(substrate)上加設(shè)額 外的信號處理電路。普遍來說，傳統(tǒng)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像感測器可具有一主動像素感測器 (active-pixel sensor, APS)，而所謂像素是指在影像感測器中用以隨著不同入射光強(qiáng)度 來產(chǎn)生不同強(qiáng)度的輸出信號的元件。影像感測器中的每個(gè)像素用以對信號進(jìn)行偵測、儲存 以及采樣。然而，傳統(tǒng)的影像感測器存在一些令人詬病的缺陷，比方說，對傳統(tǒng)的互補(bǔ)金屬氧 化物半導(dǎo)體影像感測器而言，其動態(tài)范圍并不佳；而所謂的動態(tài)范圍意指一影像感測器對 于一單一影像中所能捕捉到的最大光強(qiáng)度與噪聲基準(zhǔn)(noise floor)間的范圍。動態(tài)范圍 可以下列等式表示DR = ~(1)
LL在前述等式(1)中，HL表示最大的未飽和光通量(optical f lux)，而LL則表示最 低的可測得知光通量(也即噪聲基準(zhǔn))。請參閱圖1，圖1所示為現(xiàn)有影像感測器的一像素陣列中五個(gè)不同的像素P1-P5 其分別在不同光線強(qiáng)度下的轉(zhuǎn)換曲線的示意圖。如圖1所示，像素陣列以一幀積分時(shí)間 (frame integration time) t。的一全積分時(shí)間(fullintegration time)來感測一影像，其 中Pn表示一像素n，而In表示像素n所感測到的光線強(qiáng)度。而像素PrP5所分別對應(yīng)到的 光線強(qiáng)度Ii-I5彼此并不相同，且可以下列算式(2)來加以表示I5 > I4 > I3 > I2 > Ii(2)積分時(shí)間表示影像感測器內(nèi)的像素搜集光致(photo-generated)電荷的時(shí)間長 度。如圖1所示，若像素PrP5都在一全積分時(shí)間、之后進(jìn)行讀出處理，則此時(shí)除了像素卩工 輸出一非飽和的輸出V。:之外，其余的像素P2_P5都將輸出相同強(qiáng)度的飽和輸出值Vsat，而此時(shí)像素Pi_P5所輸出的電壓強(qiáng)度可表示如下Voutl = Vol(3)Vout2 = Vout3 = Vout4 = Vout5 = Vsat(4)由前述說明中可知，在這樣的讀出處理中，像素己寸5所讀出的值皆為無實(shí)質(zhì) 意義的飽和輸出值。為避免前述的飽和狀況，當(dāng)影像感測器的像素讀出處理為非毀壞性 (non-destructive)處理時(shí)，可采用一多重讀出處理的機(jī)制來增進(jìn)感測影像的動態(tài)范圍。如圖1所示，相較于前述的單一讀出處理，像素P2_P5在時(shí)間|、|以及|時(shí)進(jìn)行
讀出處理，以借助于此一多重讀出處理來得到相對應(yīng)的非飽和性輸出。此外，若前述多重讀 出處理所對應(yīng)到的讀出電壓在一較長的積分時(shí)間下仍處于非飽和狀態(tài)，則此時(shí)信號將可得 到一更佳的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)。如圖1所示，五個(gè)像素-P5的讀出電壓值在前述范例之下可列表如下
積分時(shí)間t0像素Pi讀出電壓V。
積分時(shí)間|像素P2讀出電壓V。2
積分時(shí)間|像素P3讀出電壓V。3
積分時(shí)間j像素P4讀出電壓V。4
積分時(shí)間|像素P5讀出電壓Vsat
由于像素的完整讀出電壓與入射光成線性關(guān)系，因此像素的最終輸出電壓將可表示為
Pi v0l
P2 2Vo2
P3 4Vo3
P4 8VO4
P5 8Vsat
在前述的多重讀出處理機(jī)制中，所對應(yīng)的飽和度可被提升到八倍之多，也就是說，
在噪聲基準(zhǔn)不變的情況下，相對應(yīng)的動態(tài)范圍將可提升為八倍之多。換言之，若多重讀出處 理的最小積分時(shí)間為幀積分時(shí)間的1/m，則表示動態(tài)范圍可因此而增進(jìn)了 m倍。請同時(shí)參照圖1來看圖2，圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)為了增進(jìn)動態(tài)范圍而具有多重讀出 機(jī)制的像素的處理示意圖。如圖所示，傳統(tǒng)的處理機(jī)制有一個(gè)致命的缺陷，也就是說，在這 樣的機(jī)制之下，每個(gè)具有動態(tài)范圍強(qiáng)化功能的像素都需要一個(gè)相對應(yīng)的存儲器，而且這樣 的影像感測器還需具有優(yōu)異的能力來判別每個(gè)動態(tài)范圍強(qiáng)化的像素的每個(gè)輸出電壓值是 否已達(dá)飽和，如此一來，這些具有多重讀出機(jī)制以強(qiáng)化動態(tài)范圍的影像感測器不僅龐雜且 所費(fèi)不貲。而另一種實(shí)現(xiàn)影像感測器的方法為在像素階段(pixel level)即對信號進(jìn)行數(shù) 字化的處理。請參閱圖3，圖3所示為現(xiàn)有技術(shù)的像素陣列及其內(nèi)的像素結(jié)構(gòu)的方塊示意 圖。對大多數(shù)的應(yīng)用而言，像素301的使用實(shí)在有限，這是因?yàn)閮H有一部份的動態(tài)范圍可 被使用。如圖3的附圖(A)所示，像素陣列300包含有多個(gè)像素301。請參考圖3的附圖(B)，像素301包含有一偵測裝置302 (其包含有一光感測器以及一緩沖器等等)、一模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器303以及一處理裝置304，而處理裝置304內(nèi)可包含有一處理邏輯(processing logic)以及一存儲器等等。同樣地，前述的影像感測器暨像素也非常復(fù)雜而且昂貴。尤 有甚者，由于像素301的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，這使得像素尺寸也隨之?dāng)U大而將導(dǎo)致固定圖樣噪 聲(fixed-pattern noise, FPN)將更為嚴(yán)重，而前述的固定圖樣噪聲是指與像素陣列中的 (像素)實(shí)際位置相關(guān)的噪聲。因此，亟需提供一種新的影像感測器及其相關(guān)方法以在增進(jìn)動態(tài)范圍的同時(shí)顧及 整體的電路復(fù)雜度以及硬件成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一設(shè)計(jì)目的即在于考慮整體電路復(fù)雜度以及生產(chǎn)成本的前提下提 供具有較佳動態(tài)范圍的裝置。本發(fā)明提供一裝置其借助于在一曝光處理下進(jìn)行多重讀出處 理以有效提升影像感測器的動態(tài)范圍，其中本發(fā)明的讀出處理電路包含有一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器。此外，本發(fā)明還公開了可使用部分的位數(shù)來進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化的裝置以減低所需的數(shù)據(jù) 處理量而因此更進(jìn)一步提升了讀出速率，減少所需的功率消耗，并同時(shí)減少了所需使用的 存儲器面積。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，其公開一種具有多重讀出處理功能的處理器。該處理器 包含有一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以將由該影像感測器輸出的一模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)， 其容許在一曝光處理(exposure)中執(zhí)行多個(gè)子幀讀出(sub-frame readout)以增進(jìn)該影 像感測器的一動態(tài)范圍；其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對該模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化(partially digitizing)處理以產(chǎn)生該模擬數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，其公開一種影像系統(tǒng)。本發(fā)明的影像系統(tǒng)包含有一影 像感測器以及至少一行處理器。影像感測器用以感測一光線以產(chǎn)生一模擬數(shù)據(jù)。該至少一 行處理器(column processor)耦接至該影像感測器，該行處理器具有一多重?cái)?shù)據(jù)讀出機(jī) 制(multiple data readout scheme)，其中該行處理器包含有一行(column level)模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以將由該影像感測器輸出的該模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并容許在一曝 光處理(exposure)中執(zhí)行多個(gè)子幀讀出(sub-frame readout)以增進(jìn)該影像感測器的一 動態(tài)范圍；其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對該模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化(partially digitizing) 處理以產(chǎn)生該模擬數(shù)據(jù)。借助于本發(fā)明所提供的實(shí)施例(其包含有本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容所公開的一些電路 與其內(nèi)部電路元件的電路圖)，先前技術(shù)所遭遇的問題可順利解決或避免且可獲得技術(shù)上 的好處。


圖1所示為現(xiàn)有影像感測器的一像素陣列中五個(gè)不同的像素其分別在不同光線 強(qiáng)度下的轉(zhuǎn)換曲線的示意圖。圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)為了增進(jìn)動態(tài)范圍而具有多重讀出機(jī)制的像素的處理示意 圖。圖3所示為現(xiàn)有像素陣列以及其內(nèi)的像素結(jié)構(gòu)的方塊示意圖。
圖4所示為本發(fā)明的一實(shí)施例的數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)的方塊示意圖。圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例而具有多個(gè)行處理器的一數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)(影像 系統(tǒng))的方塊示意圖。圖6為圖5所示的行處理器的方塊示意圖。圖7所示為本發(fā)明的一實(shí)施例中信噪比與入射光之間的關(guān)系示意圖。圖8所示為本發(fā)明的一實(shí)施例中具有多重讀出機(jī)制的行處理器的讀出序列示意 圖。圖9所示為本發(fā)明的一實(shí)施例中數(shù)據(jù)量與相對應(yīng)的部分?jǐn)?shù)字化讀出處理的關(guān)系表。主要元件符號說明
300,510像素陣列
301,511像素
302偵測裝置
303、404、630模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
304處理電路
400,500數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)
402影像擷取單元
403影像感測器
405影像處理單元
406壓縮單元
407決定電路
501像素存儲器
502_1 502_4行處理器
505_1 505_5多工器
610相關(guān)雙采樣單元
620增益放大器
具體實(shí)施例方式在本專利說明書及所附權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。所屬領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個(gè)元件。本說明書及所 附權(quán)利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為 區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及所附權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”為一開放式的用語，故應(yīng) 解釋成“包含但不限定于”。此外，“耦接” 一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。 因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該 第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。為使讀者對本發(fā)明的實(shí)施例具有更具體而全面的了解，在后續(xù)的說明之中，將對 一數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)的一般架構(gòu)和處理稍做說明。而本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的特定架構(gòu)和處理將會 參考數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)的一般架構(gòu)來加以詳述。請參閱第圖4，圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)400的方塊示意圖。在本實(shí)施例中，數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)(影像系統(tǒng))400包含有(但不限定于)一影像擷 取單元402、一影像處理單元405以及一壓縮單元406，這里的影像擷取單元402包含有至 少一影像感測器403以接收入射光。影像擷取單元402內(nèi)的影像感測器403擷取出多個(gè) 分別對應(yīng)于每個(gè)影像的初步像素感測值(raw pixel values)，而這些模擬形式的初步像素 感測值表示為DATA_A，稍后這些模擬像素感測值便經(jīng)由位于影像處理單元405內(nèi)的模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器404而轉(zhuǎn)成相對應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DATA_D。本實(shí)施例中的影像處理單元405包含有 一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器404以及一決定電路407。影像處理單元405依據(jù)所接收的模擬數(shù)據(jù) (初步像素感測值)DATA_A而動態(tài)地執(zhí)行子采樣(sub-sampling)處理及/或部分?jǐn)?shù)字化 (partialdigitalization)處理，以產(chǎn)生相對應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DATA_D。接下來，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DATA_D在數(shù)字化之后會送至影像處理單元405內(nèi)的其他電路進(jìn) 行處理，并在之后傳送至壓縮單元406以進(jìn)行其他的數(shù)據(jù)處理流程。比方說，影像處理單元405會決定對應(yīng)到各次讀出處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DATA_D是否飽 和，并使用決定電路407來在多重讀出處理中的多個(gè)讀出時(shí)間中選擇一恰當(dāng)?shù)淖x出時(shí)間來 得到輸出數(shù)據(jù)。在一特定實(shí)施例中，壓縮單元406可使用一處理器或以特定的專用集成電 路(application-specificintegrated circuit, ASIC)來加以實(shí)施，以壓縮由影像處理單 元405所輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DATA_D。由壓縮單元406所輸出的壓縮后數(shù)據(jù)DATA_C稍后將傳 送至一處理系統(tǒng)(未顯示)以供檢視及/或進(jìn)行其他的處理。由于壓縮單元406的結(jié)構(gòu)及 其處理細(xì)節(jié)實(shí)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故在此便省略而不贅述。然而，前述說明僅為對于本發(fā)明所對應(yīng)的數(shù)字影像系統(tǒng)提供一全面的概略性了解 之用，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，也可在數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)內(nèi)另設(shè)置存儲器以供影像數(shù)據(jù)的儲存 之用。此外，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，也可將圖4中的數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)整合在一單一芯片或 一嵌入式微處理器之中。前述這些相關(guān)的設(shè)計(jì)變化均隸屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇之中。請參閱圖5，圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有多個(gè)行處理器(column processor)的一數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)500的方塊示意圖。數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)(影像系統(tǒng))500包含有 (但不限定于)一像素陣列510、多個(gè)多工器(MUX)505_1、505_2、505_3以及505_4、多個(gè)行 處理器502_1、502_2、502_3以及502_4，其中每個(gè)行處理器內(nèi)分別具有至少一模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器以及一決定電路；此外，數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)(影像系統(tǒng))500還具有一像素存儲器501。請注 意到，在圖示中僅繪出四個(gè)行處理器以及四個(gè)多工器以作范例說明之用，并不為本發(fā)明的 限制條件之一，也就是說，影像系統(tǒng)500的行處理器以及多工器的數(shù)目可隨設(shè)計(jì)需求來加 以選擇。而在本實(shí)施例中，像素存儲器501 (如一存儲器組(memory bank))設(shè)置于像素陣 列510的每個(gè)像素511之外。在本實(shí)施例中，像素511中并不具有模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及/或 存儲器。如前所述，每個(gè)行處理器502中包含有一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及一決定電路，且經(jīng) 由相對應(yīng)的多工器進(jìn)行切換，單一行處理器可被多個(gè)像素行(Pixel column)共享(如圖5 所示)。如此一來，將可更進(jìn)一步地降低整體的芯片面積以及生產(chǎn)成本。然而，前述的敘述 僅為說明之用，并不為本發(fā)明的限制條件之一，比方說，多工器505可為選擇性(optional) 的元件，經(jīng)由恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)調(diào)整以降低行處理器的尺寸之后，像素陣列500的每一行也可有 一相對應(yīng)的行處理器。前述相關(guān)設(shè)計(jì)變化均隸屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇之中。請一并參照圖5與圖6，圖6為圖5所示的行處理器502_1的一實(shí)施例的方塊示意圖。由于圖5中的每個(gè)行處理器502_1-502_4彼此的架構(gòu)相同，故在此僅以行處理器502_1 的架構(gòu)來說明。行處理器502_1包含(但不限定于)一相關(guān)雙采樣(correlated-doubled sampling, CDS)單元610、一增益放大器(gain amplifier) 620以及一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC) 630。如圖6所示，經(jīng)由多工器505_1所處理的像素輸出DATA_P傳送至相關(guān)雙采樣單 元610，而后傳送至增益放大器620進(jìn)行處理。除此之外，經(jīng)由增益放大器620輸出的信號 會傳送至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器630以產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DATA_D，此一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DATA_D稍后會被送至 像素存儲器501 (見圖5)。也就是說，本發(fā)明的行處理器502可提供相關(guān)雙采樣功能或還可 具有額外的決定電路，以控制子采樣處理及/或根據(jù)所處理的數(shù)據(jù)來調(diào)整模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 630的解析度。這樣一來，所得到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)不僅具有較佳的動態(tài)范圍，還可擁有較小的數(shù) 據(jù)量以進(jìn)一步地降低成本并增進(jìn)讀出速率。圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的信噪比與入射光之間的關(guān)系示意圖。在一典 型的影像系統(tǒng)中，當(dāng)入射光的強(qiáng)度增加時(shí)，將使得相對應(yīng)的信噪比也隨之增加，如圖7的曲 線CVl所示。一般而言，最大信噪比(maximumSNR)為信號品質(zhì)的重要參考指標(biāo)之一，然而， 在某些實(shí)際情況下，信噪比在達(dá)到一定的數(shù)值/程度之后就不再有實(shí)際上的指標(biāo)意義，在 這些情況中，放棄這些多余的信噪比來進(jìn)一步地提升信號的動態(tài)范圍，可提升整體的影像 品質(zhì)，而本發(fā)明的經(jīng)由多重讀出處理以提升動態(tài)范圍的裝置即符合此一精神。圖7中的特性曲線CV2即表示在量子效率(quantum efficiency, QE) = 50%、讀 出噪聲為40個(gè)電子以及采用10位的數(shù)字化之下所得到的信噪比。既然在一影像中，較亮的 光點(diǎn)會比較暗的光點(diǎn)擁有更高的信噪比，且經(jīng)由本發(fā)明的子幀讀出處理可提升對于這些較 亮光點(diǎn)的動態(tài)范圍，這些相對的讀出處理將可使用較少的位數(shù)來進(jìn)行數(shù)字化處理。倘若在 一實(shí)施例中，全數(shù)字化處理所對應(yīng)到的位數(shù)為10位，則特性曲線CV3在這里則表示當(dāng)次幀 讀出處理僅采用部分?jǐn)?shù)字化處理(如采用5位來進(jìn)行數(shù)字化)。而這里，特性曲線CV3的信 噪比將下降至34分貝，也即采用部分?jǐn)?shù)字化處理將使得信噪比由全數(shù)字化的特性曲線CV2 的41分貝下降了 7分貝。然而，進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化處理的特性曲線CV3的信噪比仍在可接受 的范圍內(nèi)，而此時(shí)對于進(jìn)行子幀讀出處理的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化處理，將可大幅地減 輕輸出信號的數(shù)據(jù)量。如此一來，當(dāng)像素輸出DATA_P對應(yīng)到較亮的入射光線時(shí)，比方說其 亮度高于一臨界值時(shí)，則行處理器可同時(shí)采用子幀讀出處理以及部分?jǐn)?shù)字化處理，以在提 供較佳動態(tài)范圍的同時(shí)減少所需的數(shù)據(jù)量。而在前述實(shí)施例中，對應(yīng)于特性曲線CV3的子 幀讀出處理的數(shù)據(jù)量僅有對應(yīng)于特性曲線CV2的數(shù)據(jù)量的一半，且對應(yīng)于特性曲線CV3的 所需存儲器容量也為對應(yīng)于特性曲線CV2的所需存儲器容量的一半。再者，這還隱含了對 應(yīng)于特性曲線CV3的所需讀取時(shí)間也可同樣被減半。請參閱圖8，圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有多重讀出機(jī)制的行處理器 的讀出序列示意圖。在本實(shí)施例中，一像素陣列具有L χ M個(gè)像素，而其中每個(gè)像素讀出η 次。舉例來說，第一列的像素1即進(jìn)行η次讀出處理，在本實(shí)施例中，最后的讀出處理優(yōu)選 地為一全數(shù)字化讀出(比方說其進(jìn)行了 10位的數(shù)字化處理)，而其他子幀讀出處理可能只 進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化處理(比方說5位的數(shù)字化處理或其他小于10位的部分?jǐn)?shù)字化處理)。請 參閱圖9，圖9所示為本發(fā)明的一實(shí)施例中數(shù)據(jù)量與相對應(yīng)的部分?jǐn)?shù)字化讀出處理的關(guān)系 表。如圖9所示，假設(shè)狀況1代表現(xiàn)有不進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化處理時(shí)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量；狀
8況2則表示在本發(fā)明的一實(shí)施例中，相較于全數(shù)字化的10位解析度，采取8位解析度的部 分?jǐn)?shù)字化讀出處理后所得到的數(shù)據(jù)量；而狀況3則代表了選擇6位解析度的部分?jǐn)?shù)字化讀 出處理時(shí)所得到的數(shù)據(jù)量。處理器控制決定電路依據(jù)所接收的數(shù)據(jù)，而選擇性地調(diào)整模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的解析度，故處理器因此可依據(jù)對應(yīng)到接收數(shù)據(jù)的入射光線的強(qiáng)度來調(diào)整模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的解析度(也即選擇性地執(zhí)行部分?jǐn)?shù)字化處理)；如此一來，經(jīng)由處理器所輸出 的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)將可具有最佳的動態(tài)范圍和較少的數(shù)據(jù)量。在圖9所示的范例中，當(dāng)處理器采 用了 8位解析度來進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化處理時(shí)，則數(shù)據(jù)量將為傳統(tǒng)所需數(shù)據(jù)量的80%。然而請 注意到，部分積分時(shí)間的比例(如其為全積分時(shí)間的1/2、1/4、1/8)僅為說明之用而不為本 發(fā)明的限制條件之一。此外，處理器中模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器所調(diào)整的解析度也不為本發(fā)明的限 制條件之一。比方說，假設(shè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的最高解析度為20位，則處理器可根據(jù)入射光 線的強(qiáng)度來調(diào)整進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化處理時(shí)所對應(yīng)到的解析度，例如對應(yīng)到部分?jǐn)?shù)字化處理時(shí) 的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的解析度可根據(jù)決定電路的控制而落在1位到19位之中。前述的相關(guān) 設(shè)計(jì)變化均隸屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇之中。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等同變化與變 型，都應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
一種用于具多重?cái)?shù)據(jù)讀出機(jī)制的一影像感測器的處理器，其包含有一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以將由該影像感測器所產(chǎn)生的一模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并允許在一曝光處理(exposure)中執(zhí)行多個(gè)子幀讀出(sub-frame readout)以增進(jìn)該影像感測器的一動態(tài)范圍；其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對該模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行部分?jǐn)?shù)字化(partiallydigitizing)處理以產(chǎn)生該模擬數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的處理器，其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為一行(columnlevel)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
3.如權(quán)利要求1所述的處理器，其中，在每一子幀讀出時(shí)，該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將由該影 像感測器所產(chǎn)生的一模擬信號轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號。
4.如權(quán)利要求3所述的處理器，其中分別對應(yīng)到不同子幀讀出的多個(gè)數(shù)字信號的相對 應(yīng)位數(shù)(bit number)并不相同。
5.如權(quán)利要求4所述的處理器，其中該多個(gè)數(shù)字信號的相對應(yīng)位數(shù)基于一入射光的強(qiáng) 度來決定。
6.如權(quán)利要求1所述的處理器，其中當(dāng)一入射光較明亮?xí)r，該多個(gè)子幀讀出處理會被 致會邑(activated)。
7.如權(quán)利要求1所述的處理器，其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器在一入射光較明亮?xí)r會執(zhí)行該 部分?jǐn)?shù)字化處理。
8.一種影像系統(tǒng)，其包含有一影像感測器，用以感測一光線以產(chǎn)生一模擬數(shù)據(jù)；以及至少一行處理器(column processor)，耦接至該影像感測器且具有一多重?cái)?shù)據(jù)讀出機(jī) 制(multiple data readout scheme)，其中該行處理器包含有一行(column level)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以將由該影像感測器所產(chǎn)生的該模擬數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并允許在一曝光處理(exposure)中執(zhí)行多個(gè)子幀讀出(sub-frame readout)以增進(jìn)該影像感測器的一動態(tài)范圍；其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對該模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行 部分?jǐn)?shù)字化(partially digitizing)處理以產(chǎn)生該模擬數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的影像系統(tǒng)，其中在每一子幀讀出時(shí)，該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將由該 影像感測器所產(chǎn)生的一模擬信號轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號。
10.如權(quán)利要求9所述的影像系統(tǒng)，其中對應(yīng)不同子幀讀出的多個(gè)數(shù)字信號的相對應(yīng) 位數(shù)(bit number)并不相同。
11.如權(quán)利要求10所述的影像系統(tǒng)，其中該多個(gè)數(shù)字信號的相對應(yīng)位數(shù)基于一入射光 的強(qiáng)度來決定。
12.如權(quán)利要求8所述的影像系統(tǒng)，其中當(dāng)一入射光較明亮?xí)r，該多個(gè)子幀讀出處理會 被致能。
13.如權(quán)利要求8所述的影像系統(tǒng)，其中該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器在一入射光較明亮?xí)r會執(zhí) 行該部分?jǐn)?shù)字化處理。
全文摘要
一種可在單一曝光處理中執(zhí)行多重讀出處理以強(qiáng)化影像數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍的機(jī)制。讀出處理電路的架構(gòu)包含有至少一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將由一影像感測器輸出的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并允許子幀讀出處理以藉此增進(jìn)該影像感測器的一動態(tài)范圍。此外，本發(fā)明還公開可執(zhí)行部分?jǐn)?shù)字化(非全部位)處理的方法及其相關(guān)影像陣列。
文檔編號H04N5/335GK101888492SQ201010180438
公開日2010年11月17日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者林積劭 申請人:英屬開曼群島商恒景科技股份有限公司