圖像數(shù)據(jù)的聚合高動態(tài)范圍的成像系統(tǒng)及相關方法
【專利說明】圖像數(shù)據(jù)的聚合高動態(tài)范圍的成像系統(tǒng)及相關方法
【背景技術】
[0001] 傳統(tǒng)的圖像傳感器具有有限的動態(tài)范圍，例如60分貝（地）至70地。然而，很多場 景具有大得多的動態(tài)范圍。例如，天然的場景常常具有90地或更大的動態(tài)范圍。因此，技 術已經(jīng)被研發(fā)出來擴展圖像傳感器的動態(tài)范圍。
[0002] 例如，多重曝光技術已經(jīng)被研發(fā)出來，由傳統(tǒng)的圖像傳感器的多重曝光獲得單一 的高動態(tài)范圍圖像。在該些技術中，多個圖像數(shù)據(jù)集被產(chǎn)生，其中每一個圖像數(shù)據(jù)集用圖像 傳感器的光電二極管W不同的曝光的持續(xù)時間來產(chǎn)生。多個圖像數(shù)據(jù)集可W-個接一個順 序地被產(chǎn)生。或者，多個圖像數(shù)據(jù)集可W利用滾動快口技術部分地并行地被產(chǎn)生，由此減少 給定像素的連續(xù)的曝光之間的延遲。高動態(tài)范圍圖像根據(jù)一個或多個標準，在多個圖像的 數(shù)據(jù)集中，選擇被高動態(tài)范圍圖像所表示的每一個像素位置而相繼地被產(chǎn)生。在多重曝光 技術中，圖像數(shù)據(jù)集不會同時重疊在給定的像素位置上，當圖像場景于多個圖像數(shù)據(jù)集之 間改變時，會造成運動偽影。
[0003] 高動態(tài)范圍圖像傳感器也已經(jīng)被研發(fā)。高動態(tài)范圍圖像傳感器的一個例子是分 割-像素圖像傳感器。該種圖像傳感器的特征在于，每一個像素包括至少兩個不同的光電 二極管，其具有優(yōu)化的不同強度范圍的光。例如，圖1是現(xiàn)有技術的分割-像素的圖像傳感 器100的俯視圖，其包括多個像素102,每一個像素102包括四個大的光電二極管104,106， 108,110,和四個小的光電二極管112,114,116,118。大的光電二極管104,106,108和110， 被優(yōu)化用來捕獲高強度的光，而小的光電二極管112,114,116和118,被優(yōu)化用來捕獲低強 度的光。每一個像素102包括拜耳炬ayer)彩色濾波器陣列，使得大的光電二極管104和 小的光電二極管112適合于捕獲紅色光，大的光電二極管106,108和小的光電二極管114， 116適合于捕獲綠色光，而大的光電二極管110和小的光電二極管118適合于捕獲藍色光。
[0004] 大的光電二極管104,106,108,110產(chǎn)生第一圖像數(shù)據(jù)集，其被優(yōu)化而用于高強度 的光，而小的光電二極管112,114,116,118產(chǎn)生第二圖像數(shù)據(jù)集，其被優(yōu)化而用于低強度 的光。高動態(tài)范圍圖像，根據(jù)一個或多個標準，通過在第一和第二的數(shù)據(jù)集之間選擇被高動 態(tài)范圍圖像表示的每一個像素的位置而產(chǎn)生。第一和第二圖像數(shù)據(jù)集典型地至少部分地在 時間上重疊，因此，比起使用多重曝光技術的成像系統(tǒng)，分割-像素圖像傳感器100顯著不 易出現(xiàn)運動偽影。然而，事實上，每一個像素102包括至少八個光電二極管，故減少了大的 光電二極管的可利用的表面積，從而在低光條件下，使其難W得到高靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個實施例中，用來產(chǎn)生虛擬的長曝光圖像數(shù)據(jù)集的方法包括；（1)由光電二 極管陣列產(chǎn)生N個圖像數(shù)據(jù)集，該N個圖像數(shù)據(jù)集的每一個W光電二極管陣列的不同的各 曝光的持續(xù)時間來產(chǎn)生，其中N是大于1的整數(shù)，和（2)聚合N個圖像數(shù)據(jù)集，W獲得虛擬 的長曝光圖像數(shù)據(jù)集。在一個實施例中，圖像數(shù)據(jù)的聚合高動態(tài)范圍的成像系統(tǒng)包括圖像 傳感器，用來從光電二極管陣列產(chǎn)生N個圖像數(shù)據(jù)集，其中N是大于1的整數(shù)。圖像傳感器 適于W光電二極管陣列的不同的各曝光的持續(xù)時間來產(chǎn)生N個圖像數(shù)據(jù)集。該系統(tǒng)還包括 圖像數(shù)據(jù)聚合模塊，用來聚合N個圖像數(shù)據(jù)集，W獲得虛擬的長曝光圖像數(shù)據(jù)集。
【附圖說明】
[0006] 圖1是現(xiàn)有技術的分割-像素的圖像傳感器的俯視圖。
[0007] 圖2顯示根據(jù)實施例的圖像數(shù)據(jù)的聚合高動態(tài)范圍的成像系統(tǒng)。
[000引圖3顯示圖2的圖像數(shù)據(jù)的聚合高動態(tài)范圍的成像系統(tǒng)的圖像傳感器的一個可能 的實施例。
[0009] 圖4顯示圖2的圖像數(shù)據(jù)的聚合高動態(tài)范圍的成像系統(tǒng)的圖像傳感器的另一個可 能的實施例。
[0010] 圖5顯示根據(jù)實施例的用來產(chǎn)生虛擬的長曝光圖像數(shù)據(jù)集的方法。
【具體實施方式】
[0011] 申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用聚合與不同的各曝光時間相關聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)，上述缺點的 一個或多個可W被減少，或者甚至基本上被消除。該樣的圖像數(shù)據(jù)的聚合可W減少運動偽 影，運動偽影在使用多重曝光的高動態(tài)范圍的技術時是常見的，并且圖像數(shù)據(jù)的聚合可W 幫助實現(xiàn)分割-像素圖像傳感器的高靈敏度，如下面所討論的。
[0012] 圖2顯示圖像數(shù)據(jù)的聚合高動態(tài)范圍（IDAHDR)的成像系統(tǒng)200。IDAHDR成像系 統(tǒng)包括圖像傳感器202,圖像數(shù)據(jù)聚合模塊204,平均化模塊206,自動曝光控制（AEC)模塊 208,和曝光處理模塊210。圖像傳感器202包括光電二極管陣列（未示出）并且重復地產(chǎn) 生圖像數(shù)據(jù)帖212,其中每一個圖像數(shù)據(jù)帖212包括圖像數(shù)據(jù)集E1至EN，其中N是大于1 的整數(shù)。每一個圖像數(shù)據(jù)集E是值的陣列，其中陣列的每一個的值表示入射至圖像傳感器 202中的各光電二極管上的光214的強度。
[0013] 在每一個圖像數(shù)據(jù)帖212中，每一個圖像數(shù)據(jù)集EW圖像傳感器202的光電二極 管的不同的各曝光的持續(xù)時間來產(chǎn)生。因此，N表示圖像傳感器202的不同曝光的持續(xù)時間 的數(shù)目。最長曝光的持續(xù)時間對應于N= 1，第二最長曝光的持續(xù)時間對應于N= 2,依此 類推。例如，在一些實施例中，N為2,并且每一個第一圖像數(shù)據(jù)集El表示W(wǎng)第一曝光的持續(xù) 時間所捕獲的入射光214,且每一個第二圖像數(shù)據(jù)集E2表示W(wǎng)第二曝光的持續(xù)時間所捕獲 的入射光214,其中第一曝光的持續(xù)時間大于第二曝光的持續(xù)時間。作為另一個例子，在一 些其它實施例中，N為3,且每一個第一圖像數(shù)據(jù)集El表示W(wǎng)第一曝光的持續(xù)時間所捕獲的 入射光214,每一個第二圖像數(shù)據(jù)集E,表示W(wǎng)第二曝光的持續(xù)時間所捕獲的入射光214,且 每一個第=圖像數(shù)據(jù)集Es表示W(wǎng)第=曝光的持續(xù)時間所捕獲的入射光214,其中第一曝光 的持續(xù)時間大于第二曝光的持續(xù)時間，且第二曝光的持續(xù)時間大于第=曝光的持續(xù)時間。
[0014] 在一些實施例中，例如經(jīng)由使用多重曝光技術，圖像傳感器202順序地產(chǎn)生每一 個圖像帖212中的圖像數(shù)據(jù)集E。下面參考圖3來討論一個使用多重曝光技術的實施例。 在某些其它實施例中，例如經(jīng)由使用分割-像素圖像傳感器202,在每一個圖像數(shù)據(jù)帖212 內(nèi)同時產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)集E。下面參考圖4來討論包括分割-像素圖像傳感器的一個實施例。 盡管圖2顯示每一個圖像數(shù)據(jù)集E分別地可通信地被禪合到圖像數(shù)據(jù)聚合模塊204和平均 化模塊206上，但在一些實施例中，兩個或更多個不同的圖像數(shù)據(jù)集E可W可通信地被禪合 在單一的數(shù)據(jù)總線上。
[0015] 圖像數(shù)據(jù)聚合模塊204可w經(jīng)由在每一個圖像數(shù)據(jù)帖212內(nèi)聚合圖像數(shù)據(jù)集E，來 產(chǎn)生每一個圖像數(shù)據(jù)帖212中的虛擬的長曝光圖像數(shù)據(jù)，如下所示：
[0016] E娜=El巧2+. . . +En(方程式 1)
[0017]因此，每一個虛擬的長曝光圖像數(shù)據(jù)集是任何的值的陣列，其中陣列的每一 個值是各光電二極管的N個曝光時間的每一個的強度值的總和。圖像數(shù)據(jù)聚合模塊204可 被修改，用來比例縮放圖像數(shù)據(jù)集E，W及對圖像數(shù)據(jù)集E求和，而不脫離本申請的范圍。圖 像數(shù)據(jù)集E和虛擬的長曝光圖像數(shù)據(jù)集Eifg可W是在模擬或數(shù)字域中。
[0018]虛擬的長曝光圖像數(shù)據(jù)集Eifg，例如，可通信地被禪合216到其它模塊或系統(tǒng)（未 示出），而用于顯示，存儲，和/或后處理。虛擬的長曝光圖像數(shù)據(jù)集E貞有利地具有高動 態(tài)范圍，因為它們代表在兩個或更多個不同的曝光的持續(xù)時間所捕獲的圖像數(shù)據(jù)。另外，圖 像數(shù)據(jù)集E的聚合有效地提高了傳感器202的靈敏度，因為Eifg表示N個不同的曝光的入 射光214的集體強度。此靈敏度的提高能夠在該樣的實施例中尤其有利，其中圖像傳感器 202是