具有有不同光敏感度的光電二極管的成像陣列及相關(guān)聯(lián)圖像恢復(fù)方法技術(shù)

本申請(qǐng)案涉及一種具有有不同光敏感度的光電二極管的成像陣列及相關(guān)聯(lián)圖像恢復(fù)方法。一種像素傳感器陣列包含具有第一增益的多個(gè)像素傳感器及具有小于所述第一增益的第二增益的多個(gè)像素傳感器。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
具有有不同光敏感度的光電二極管的成像陣列及相關(guān)聯(lián)圖像恢復(fù)方法相關(guān)專利申請(qǐng)案本申請(qǐng)案主張2011年7月26日提出申請(qǐng)的第61/511,661號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)。
本專利技術(shù)涉及光電傳感器及光電傳感器的成像陣列。更特定來說，本專利技術(shù)涉及使用具有不同光敏感度的像素形成的成像陣列及用于恢復(fù)使用此些成像陣列捕獲的數(shù)字圖像中的視覺信息的方法。
技術(shù)介紹
圖像傳感器為通常形成為光電二極管的光敏單元(光電傳感器)的陣列。圖像的質(zhì)量及動(dòng)態(tài)范圍受像素傳感器自身的性質(zhì)的限制，尤其是在其中傳感器單元通常飽和(即，達(dá)到傳感器可收集的最大電荷)的亮圖像區(qū)中。超過飽和電平會(huì)在所捕獲的圖像中產(chǎn)生“開化狀假象(bloomingartifact)”。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
圖像傳感器為通常形成為光電二極管的光敏單元(光電傳感器)的陣列。不同于采用全部具有相同光敏感度的光電傳感器的傳統(tǒng)圖像傳感器，本專利技術(shù)呈現(xiàn)一種采用具有不同光敏感度的光電二極管的傳感器。本專利技術(shù)增強(qiáng)圖像的質(zhì)量及動(dòng)態(tài)范圍兩者，尤其是在其中傳感器單元通常飽和的亮圖像區(qū)中。為了克服現(xiàn)有技術(shù)圖像傳感器中固有的問題，本專利技術(shù)針對(duì)一種包含具有正常光敏感度的光電二極管及具有較低光敏感度的光電二極管兩者的圖像傳感器。具有正常光敏感度的光電二極管旨在捕獲與介于從低值到不飽和的高值的范圍內(nèi)的光強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)的視覺信息。具有較低光敏感度的光電二極管旨在捕獲其中具有正常光敏感度的光電二極管通常飽和的具有高光的區(qū)中的視覺信息。可以數(shù)種不同方式來實(shí)現(xiàn)光電二極管的較低敏感度，舉例來說，通過阻擋落在光電二極管處的光或改變光電二極管的電容。在不飽和的區(qū)中，通過應(yīng)用適當(dāng)增益使對(duì)應(yīng)于具有較低光敏感度的光電二極管的像素值成為對(duì)應(yīng)于具有正常光敏感度的光電二極管的像素值的水平來恢復(fù)高質(zhì)量圖像信息。通常在校準(zhǔn)中獲得這些增益(本文中稱作高光像素增益)。或者，可根據(jù)任何高光像素的鄰域中可用的不飽和正常光敏感度像素的平均值或加權(quán)平均值(舉例來說，使用高斯權(quán)數(shù))與高光像素值的比率來計(jì)算所述高光像素的高光像素增益。替代解決方案可旨在借助于圖像內(nèi)插或信號(hào)估計(jì)使用對(duì)應(yīng)于具有正常光敏感度的光電二極管的相鄰像素值來恢復(fù)對(duì)應(yīng)于具有較低光敏感度的光電二極管的像素值。根據(jù)本專利技術(shù)，揭示用于通過組合具有減小的敏感度的像素而恢復(fù)數(shù)字圖像中的高光的方法。本專利技術(shù)中所引入的概念適用于任何光電二極管布局，例如具有較低光敏感度的光電二極管在具有正常光敏感度的光電二極管的陣列中的各種周期性、偽隨機(jī)及隨機(jī)布置。另外，本專利技術(shù)并不限于任何特定敏感度設(shè)定，因?yàn)樗尸F(xiàn)的概念為靈活的且允許具有不同敏感度的光電二極管。附圖說明圖1是典型的現(xiàn)有技術(shù)像素的橫截面圖。圖2是根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面的敏感度減小的像素的橫截面圖。圖3是針對(duì)正常像素及敏感度減小的像素兩者的面板曝光對(duì)像素輸出的曲線圖。圖4是展示根據(jù)本專利技術(shù)用于敏感度減小的像素的光屏蔽物的一個(gè)說明性實(shí)施例的圖示。圖5是展示根據(jù)本專利技術(shù)用于敏感度減小的像素的光屏蔽物的另一說明性實(shí)施例的圖示。圖6是展示根據(jù)本專利技術(shù)放置于像素陣列上方以界定敏感度減小的像素的柵格的一部分的說明性形式的圖示。圖7是展示根據(jù)本專利技術(shù)包含以規(guī)則方式放置的敏感度減小的像素的根據(jù)本專利技術(shù)的說明性像素陣列的一部分的圖示。圖8是展示根據(jù)本專利技術(shù)包含以規(guī)則方式放置成菱形圖案的敏感度減小的像素的根據(jù)本專利技術(shù)的說明性像素陣列的一部分的圖示。圖9是展示根據(jù)本專利技術(shù)的說明性圖像恢復(fù)方法的流程圖。圖10是展示根據(jù)本專利技術(shù)的另一說明性圖像恢復(fù)方法的流程圖。圖11是展示根據(jù)本專利技術(shù)的另一說明性圖像恢復(fù)方法的流程圖。具體實(shí)施方式所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本專利技術(shù)的以下描述僅為說明性而絕非為限制性。此些技術(shù)人員將容易聯(lián)想到本專利技術(shù)的其它實(shí)施例。根據(jù)本專利技術(shù)的成像陣列包含具有兩種不同光敏感度的像素傳感器。第一多個(gè)像素傳感器具有第一光敏感度，且第二多個(gè)像素傳感器具有小于第一光敏感度的第二光敏感度。本文中有時(shí)將第一多個(gè)像素稱作“正常像素”，且本文中有時(shí)將第二多個(gè)像素稱作“高光”像素。首先參考圖1，其展示正常像素10的橫截面圖。襯底12中形成有光電傳感器(未展示)。展示安置于所述襯底上方的用于制作操作所述像素必需的晶體管的多晶硅層14的一部分。另外，展示三個(gè)說明性金屬互連層16、18及20的部分。CMOS圖像傳感器可具有更少或更多的金屬層，此取決于所選技術(shù)。如圖1中所展示，多晶硅層14以及金屬互連層16、18及20由于其吸收可見光而不位于光電二極管上方。圖1中展示界定像素區(qū)域的柵格22的部分。平面化/鈍化層24可安置于像素的表面上方。此層可由聚合物層及/或氮化物層形成。微透鏡26可形成于所述平面化/鈍化層上方，如此項(xiàng)技術(shù)中已知。微透鏡用于將傳入光聚焦到像素中的光電傳感器上。在一些成像陣列中，通常使用暗光屏蔽物有意地阻擋住像素陣列的邊緣上的列及行上方的所有光。這些暗列及行提供用以表征成像器的噪聲源的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在參考圖2，其展示根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面的敏感度減小的像素30的橫截面圖。如同在圖1的像素10中一樣，像素30包含形成于襯底12中的光電傳感器(未展示)。展示安置于所述襯底上方的多晶硅層14的一部分，且展示三個(gè)說明性金屬互連層16、18及20的部分。平面化/鈍化層24安置于所述像素的表面上方，且微透鏡26形成于平面化/鈍化層24上方，如此項(xiàng)技術(shù)中已知。微透鏡26用于將傳入光聚焦到像素中的光電傳感器上。然而，不同于圖1的像素10，圖2的像素30具有由暗屏蔽材料32層形成的減小的孔口大小。暗屏蔽材料32可為后段工藝(BEOL)處理中所使用的任何金屬，因?yàn)锽EOL中所使用的金屬為光學(xué)不透明的。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，盡管將暗屏蔽材料32展示為安置于像素的表面處或附近，但可使用任何金屬層的部分或多個(gè)金屬層的組合來阻擋入射光的一部分使得所得敏感度變得低于正常像素的敏感度。可挑選與工藝兼容且具有低光學(xué)透射率的金屬或任何其它材料作為光屏蔽材料。如果使用如圖1中所展示的柵格22，那么可如像素30一樣將其圖案化為在敏感度減小的像素上方具有較小孔口。根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面，形成具有經(jīng)調(diào)整以提供進(jìn)入像素的光的二分之一到八分之一的孔口的部分光屏蔽物。此概念圖解說明于其中在橫截面中以虛線展示二維光射線軌跡的圖1及2中。圖1展示正常像素10的光射線跡線，而圖2描繪具有開口以僅允許進(jìn)入圖1像素10的光的約四分之一進(jìn)入像素30的暗金屬的使用。圖3是展示針對(duì)圖1的正常像素及圖2的敏感度減小的像素兩者的面板曝光對(duì)像素輸出的曲線圖。敏感度減小的像素的說明性目標(biāo)范圍通常為正常像素的大約二分之一到八分之一，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到可使用其它范圍。舉例來說，如果將進(jìn)入像素的光的量減到進(jìn)入正常像素的光的四分之一，那么敏感度將為正常像素的敏感度的約四分之一。為了制造在與給定技術(shù)的典型像素相比時(shí)具有減小的光敏感度的光電二極管，將采用光屏蔽物。所述光屏蔽物將阻擋進(jìn)入以減小敏感度為目標(biāo)的那些像素的光的一部分。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，光屏蔽物中的孔口越小，就獲得越大的光敏感度減小。可以數(shù)種方式實(shí)施用于敏感度減小的像素的光屏蔽物。現(xiàn)在參考圖4及5，其展示根據(jù)本專利技術(shù)的用于敏感度減小的像素的光屏蔽物的兩種示范性幾何布局。圖4展示具有正方形孔口34的光屏蔽物32。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種像素傳感器陣列，其包括：第一多個(gè)像素傳感器，其具有第一光敏感度；及第二多個(gè)像素傳感器，其具有小于所述第一光敏感度的第二光敏感度。

【技術(shù)特征摘要】
2011.07.26 US 61/511,661;2012.07.16 US 13/550,4361.一種像素傳感器陣列，其包括：第一多個(gè)像素傳感器，其具有第一光敏感度；及第二多個(gè)像素傳感器，其具有小于所述第一光敏感度的第二光敏感度，所述像素傳感器陣列中的所述第二多個(gè)像素傳感器的數(shù)量占總像素?cái)?shù)目的40％到0.01％，所述第二多個(gè)像素傳感器中沒有兩者在所述像素傳感器陣列的任一方向上互相直接相鄰。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素傳感器陣列，其中所述第二多個(gè)像素均勻地分散于所述陣列中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素傳感器陣列，其中所述第一多個(gè)像素各自具有第一面積的光允入孔口，且所述第二多個(gè)像素各自具有大小比所述第一面積小的第二面積的光允入孔口。4.一種在由具有第一多個(gè)像素傳感器及第二多個(gè)像素傳感器的圖像傳感器陣列捕獲的圖像中用于校正由所述第一多個(gè)像素傳感器捕獲的飽和像素?cái)?shù)據(jù)的方法，所述第一多個(gè)像素傳感器具有第一光敏感度，與所述第一多個(gè)像素傳感器分開的所述第二多個(gè)像素傳感器具有小于所述第一光敏感度的第二光敏感度，所述圖像傳感器陣列中的所述第二多個(gè)像素傳感器的數(shù)量占總像素?cái)?shù)目的40％到0.01％，所述第二多個(gè)像素傳感器中沒有兩者在所述圖像傳感器陣列的任一方向上互相直接相鄰，所述方法包括：a)對(duì)來自所述第二多個(gè)像素傳感器的像素值應(yīng)用像素增益；b)在所述第一多個(gè)像素傳感器中選擇具有至少一個(gè)飽和色彩分量的像素；c)在所述選定第一像素傳感器的局部鄰域中識(shí)別所述第二多個(gè)像素傳感器中的至少一者；d)通過組合在所述第二多個(gè)像素傳感器中識(shí)別的像素的對(duì)應(yīng)不飽和色彩分量來替換所述選定像素?cái)?shù)據(jù)的所述飽和色彩分量；及e)重復(fù)b)到d)，直到來自所有飽和像素傳感器的像素?cái)?shù)據(jù)均已經(jīng)處理為止。5.一種在由具有第一多個(gè)像素傳感器及第二多個(gè)像素傳感器的圖像傳感器陣列捕獲的圖像中用于校正由所述第一多個(gè)像素傳感器捕獲的飽和像素?cái)?shù)據(jù)的方法，所述第一多個(gè)像素傳感器具有第一光敏感度，與所述第一多個(gè)像素傳感器分開的所述第二多個(gè)像素傳感器具有小于所述第一光敏感度的第二光敏感度，所述圖像傳感器陣列中的所述第二多個(gè)像素傳感器的數(shù)量占總像素?cái)?shù)目的40％到0.01％，所述第二多個(gè)像素傳感器中沒有兩者在所述圖像傳感器陣列的任一方向上互相直接相鄰，所述方法包括：a)對(duì)所述第二多個(gè)像素傳感器的像素值應(yīng)用像素增益；b)在所述第一多個(gè)像素傳感器中選擇具有至少一個(gè)飽和色彩分量的像素；c)在所述選定第一像素傳感器的局部鄰域中識(shí)別所述第二多個(gè)像素傳感器中的至少一者；d)用所述第一多個(gè)像素傳感器中的所述選定像素的不飽和色彩分量與來自在所述第二多個(gè)像素傳感器中識(shí)別的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：拉斯蒂斯拉夫·盧卡奇，施里·拉馬斯瓦米，桑胡·巴，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：菲佛公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：