具有可見光感光像素和紅外光感光像素的成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型一般涉及成像設(shè)備，并且更具體而言，涉及具有寬帶（broadband)圖 像像素和紅外圖像像素的成像設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像傳感器通常被用于電子設(shè)備（諸如蜂窩電話、照相機(jī)和計(jì)算機(jī)）來捕捉圖像。 在典型的布置中，電子設(shè)備設(shè)置有布置為像素行和像素列的圖像像素的陣列。電路通常耦 接至每個(gè)像素列以從圖像像素讀出圖像信號。
[0003] 常規(guī)的成像系統(tǒng)采用單個(gè)的圖像傳感器，其中，可見光頻譜由布置為拜耳馬賽克 圖案的紅色、綠色和藍(lán)色（RGB)圖像像素進(jìn)行采樣。拜耳馬賽克圖案包括2乘2圖像像素 的重復(fù)單元，具有彼此對角線相對的2個(gè)綠色像素，并且其他角落是紅色和藍(lán)色。然而，在 從圖像像素捕捉的圖像信號中，因?yàn)樾旁氡龋⊿NR)的限制，拜耳圖案不容易能夠經(jīng)由更小 的圖像像素尺寸進(jìn)一步將圖像傳感器小型化。
[0004] 在一些情況下，成像系統(tǒng)可以設(shè)置有用于產(chǎn)生場景的紅外圖像的紅外成像能力。 在具有紅外成像能力的常規(guī)成像系統(tǒng)中，拜耳馬賽克圖案中的一個(gè)綠色圖像像素被替換為 紅外圖像像素。然而，當(dāng)捕捉可見光圖像時(shí)，形成具有紅外圖像感光像素的拜耳馬賽克圖案 會限制解析力（resolving power)并減小圖像傳感器的亮度響應(yīng)和SNR。
[0005] 因此，期望能夠提供一種具有改善的捕捉并處理圖像信號的裝置的成像設(shè)備。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的一個(gè)技術(shù)問題是解決與現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個(gè)或更多個(gè)問題相關(guān) 的問題。
[0007] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種成像系統(tǒng)，其包括圖像傳感器像素陣列。其 中，所述圖像傳感器像素陣列包括：第一組圖像傳感器像素，配置為響應(yīng)于第一顏色的光產(chǎn) 生第一圖像信號；第二組圖像傳感器像素，配置為響應(yīng)于不同于所述第一顏色的第二顏色 的光產(chǎn)生第二圖像信號；第三組圖像傳感器像素，配置為響應(yīng)于至少兩種顏色的光產(chǎn)生第 三圖像信號；以及一組紅外圖像傳感器像素，配置為響應(yīng)于紅外光產(chǎn)生紅外圖像信號。
[0008] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的成像系統(tǒng)中，所述至少兩種顏色從如下組中選擇：紅 色、綠色和藍(lán)色。
[0009] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的成像系統(tǒng)中，所述圖像傳感器像素陣列包括圖像傳感 器像素的多個(gè)單元小區(qū)，其中，所述多個(gè)單元小區(qū)中的每個(gè)單元小區(qū)包括：來自所述第一組 圖像傳感器像素的第一圖像傳感器像素；來自所述第二組圖像傳感器像素的第二圖像傳感 器像素；來自所述第三組圖像傳感器像素的第三圖像傳感器像素；以及來自所述一組紅外 圖像傳感器像素的紅外圖像傳感器像素。
[0010] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的成像系統(tǒng)中，所述多個(gè)單元小區(qū)中的每個(gè)單元小區(qū)包 括來自所述一組紅外圖像傳感器像素的額外的紅外圖像傳感器像素。 toon] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的成像系統(tǒng)中，所述多個(gè)單元小區(qū)中的每個(gè)單元小區(qū)包 括布置在第一行和第二行中的8個(gè)圖像傳感器像素，其中，所述第一行包括來自所述第三 組圖像傳感器像素的第一對圖像傳感器像素，并且其中，所述第二行包括來自所述第三組 圖像傳感器像素的第二對圖像傳感器像素。
[0012] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的成像系統(tǒng)中，所述多個(gè)單元小區(qū)中的每個(gè)單元小區(qū)包 括布置在第一列和第二列中的8個(gè)圖像傳感器像素，其中，所述第一列包括來自所述第三 組圖像傳感器像素的第一對圖像傳感器像素，并且其中，所述第二列包括來自所述第三組 圖像傳感器像素的第二對圖像傳感器像素。
[0013] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的成像系統(tǒng)中，所述圖像傳感器像素陣列還包括：第四組 圖像傳感器像素，配置為響應(yīng)于不同于所述第一顏色和所述第二顏色的第三顏色的光產(chǎn)生 第四圖像信號。并且其中，所述多個(gè)單元小區(qū)中的每個(gè)單元小區(qū)還包括：來自所述第四組圖 像傳感器像素的第四圖像傳感器像素。
[0014] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的成像系統(tǒng)中，所述第一圖像傳感器像素包括紅色圖像 傳感器像素，所述第二圖像傳感器像素包括藍(lán)色圖像傳感器像素，所述第四圖像傳感器像 素包括綠色圖像傳感器像素，并且所述多個(gè)單元小區(qū)中的每個(gè)單元小區(qū)包括來自所述第三 組圖像傳感器像素的3個(gè)額外的圖像傳感器像素。所述成像系統(tǒng)還包括：處理電路，其中， 所述處理電路被配置為對所述第一圖像信號、所述第二圖像信號、所述第三圖像信號和所 述第四圖像信號執(zhí)行濾波操作，增加與所述第一圖像信號、所述第二圖像信號、所述第三圖 像信號和所述第四圖像信號關(guān)聯(lián)的噪聲相關(guān)性。
[0015] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的成像系統(tǒng)中，所述第一圖像傳感器像素包括紅色圖像 傳感器像素，所述第二圖像傳感器像素包括藍(lán)色圖像傳感器像素，所述第四圖像傳感器像 素包括綠色圖像傳感器像素。所述多個(gè)單元小區(qū)中的每個(gè)單元小區(qū)還包括：額外的紅色圖 像傳感器像素；額外的藍(lán)色圖像傳感器像素；額外的綠色圖像傳感器像素；額外的紅外圖 像傳感器像素；以及來自所述第三組圖像傳感器像素的7個(gè)額外的圖像傳感器像素。其中， 所述多個(gè)單元小區(qū)中的每個(gè)單元小區(qū)包括布置在第一行、第二行、第三行和第四行中的16 個(gè)圖像傳感器像素，其中，圖像傳感器像素的所述第一行、第二行、第三行和第四行中的每 一行包括相應(yīng)的一對圖像傳感器像素，所述相應(yīng)的一對圖像傳感器像素來自所述第三組圖 像傳感器像素。
[0016] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的成像系統(tǒng)中，所述第一圖像傳感器像素包括紅色圖像 傳感器像素，所述第二圖像傳感器像素包括藍(lán)色圖像傳感器像素，并且所述第三圖像傳感 器像素包括空白圖像傳感器像素。
[0017] 根據(jù)本實(shí)用新型的方面的實(shí)施例，可以獲得但不限于如下有益技術(shù)效果：提供具 有改善的信噪比（SNR)等的圖像信號。
【附圖說明】
[0018] 圖1是依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的具有成像系統(tǒng)的示例性電子設(shè)備的圖。
[0019] 圖2是依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、示例性像素陣列和在圖像傳感器中從圖像像 素沿著列線讀出像素?cái)?shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)的控制電路的圖。
[0020] 圖3是依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、具有寬帶濾波圖像像素的示例性像素單元小 區(qū)的圖。
[0021] 圖4-7是依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、具有用于產(chǎn)生可見光圖像和紅外圖像的寬 帶濾波圖像像素和紅外感光圖像像素的、不同尺寸的示例性像素單元小區(qū)的圖。
[0022] 圖8是依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、可以由成像系統(tǒng)中的處理電路執(zhí)行來處理從 濾波的像素陣列接收的圖像信號的示例性步驟的流程圖，該濾波的像素陣列具有寬帶濾波 像素和紅外感光像素。
[0023] 圖9是依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、可以由成像系統(tǒng)中的處理電路執(zhí)行來對從濾 波的像素陣列接收的圖像信號進(jìn)行去馬賽克并濾波的示例性步驟的流程圖，該濾波的像素 陣列具有寬帶濾波像素和紅外感光圖像像素。
[0024] 圖10是依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、可以由成像系統(tǒng)中的處理電路執(zhí)行來對從 濾波的像素陣列接收的圖像信號應(yīng)用點(diǎn)濾波的示例性步驟的流程圖，該濾波的像素陣列具 有寬帶濾波圖像像素和紅外感光圖像像素。
[0025] 圖11是依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、采用圖1-10的實(shí)施例的處理器系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 電子設(shè)備（諸如數(shù)碼照相機(jī)、計(jì)算機(jī)、蜂窩電話和其他電子設(shè)備）可以包含收集 傳入光來捕捉圖像的圖像傳感器。圖像傳感器可以包含圖像像素的陣列。圖像傳感器中的 像素可以包含感光元件，諸如將傳入光轉(zhuǎn)換為圖像信號的光電二極管。圖像傳感器可以具 有任何數(shù)量的像素（例如幾百或者幾千以上）。典型的圖像傳感器例如可以具有數(shù)十萬或 者數(shù)百萬的像素（例如百萬像素）。圖像傳感器可以包含對應(yīng)于由感光元件產(chǎn)生的電荷的 控制電路，諸如用于操作圖像像素的電路和用于讀出圖像信號的讀出電路。讀出電路可以 包含耦接至像素的每列的可選擇的讀出電路，能夠被啟用或者禁用來減小設(shè)備的功耗并改 善像素讀出操作。
[0027] 圖1是使用圖像傳感器來捕捉圖像的示例性電子設(shè)備的圖。圖1的電子設(shè)備10可 以是便攜電子設(shè)備，諸如照相機(jī)、蜂窩電話、平板計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、視頻照相機(jī)、或者捕 捉數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的其他成像設(shè)備。照相機(jī)模塊12可以被用于將傳入光轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù) 據(jù)。照相機(jī)模塊12可以包含一個(gè)以上的透鏡14、和一個(gè)以上的對應(yīng)的圖像傳感器16。在圖 像捕捉操作期間，來自場景的光可以通過透鏡14聚焦在圖像傳感器16。圖像傳感器16可 以包含用于將模擬像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，以提供給存儲和處理電路18的 電路。如果需要的話，照相機(jī)模塊12可以設(shè)置有透鏡14的陣列和對應(yīng)的圖像傳感器16的 陣列。
[0028] 處理電路18可以包含一個(gè)以上的集成電路（例如圖像處理電路、微處理器、存儲 設(shè)備，諸如隨機(jī)存取存儲器和非易失性存儲器等），并可以使用與照相機(jī)模塊12分離和/或 形成照相機(jī)模塊12的一部分的組件（例如，形成包含圖像傳感器16的集成電路的一部分 的電路、或者與圖像傳感器16關(guān)聯(lián)的模塊12內(nèi)的集成電路）來實(shí)現(xiàn)。已由照相機(jī)模塊12 捕捉的圖像數(shù)據(jù)可以使用處理電路18來處理并存儲。如果需要的話，處理的圖像數(shù)據(jù)可以 使用耦接至處理電路18的有線和/或無線通信路徑提供給外部裝置（例如計(jì)算機(jī)或者其 他設(shè)備）。
[0029] 如圖2所示，圖像傳感器16可以包含含有圖像傳感器像素22 (本文有時(shí)稱為圖像 像素22)的像素陣列20以及控制和處理電路24。陣列20