攝像裝置及圖像傳感器的驅動方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及攝像裝置及圖像傳感器的驅動方法。
【背景技術】
[0002]—般要求用于車載和用于監控的攝像裝置具有寬動態范圍性能。此外,也要求數字靜態照相機和數字攝像機具有寬動態范圍性能。對此,已知通過對短曝光時間的圖像和長曝光時間的圖像進行合成來生成具有寬動態范圍的圖像的方法。
[0003]同時,諸如LED光源和熒光燈等的許多光源與商用電源同步閃爍。為此,如果以短曝光時間進行攝像,則人眼看起來接通的光源有時被拍攝為在靜止圖像上看起來未接通。此外,在運動圖像上,光源有時被拍攝為看起來快速閃爍。
[0004]日本特開2007-6049號公報公開了通過使用用于檢測照明的能量波動周期的波動檢測單元來檢測光源的波動周期的技術。根據這種波動周期決定總體曝光時段。以預定比率將該曝光時段交替地劃分為有效和無效曝光時段。公開了被構造為通過將攝像單元累積的電荷中的僅在有效曝光時段期間累積的電荷轉換成電信號,根據光源的波動周期來獲取短曝光時間的圖像的攝像裝置。
【發明內容】
[0005]為了實現放大動態范圍和抑制光源閃爍的影響,日本特開2007-6049號公報中公開的攝像裝置被構造為針對各幀交替地進行短曝光時間的攝像和長曝光時間的攝像。然而,本發明人已經發現,這種裝置難以正確地獲取圖像。如果日本特開2007-6049號公報中公開的攝像裝置進行短曝光時間的攝像,則光電轉換單元需要多次進行電荷釋放和電荷轉移。因此,該裝置需要諸如浮動擴散存儲器(floating diffus1n memory)等的存儲器。由光電轉換單元在第η幀的有效曝光時段期間生成的電荷,在同一第η幀的時段期間,被間歇地轉移到存儲器,并且在到第(η+1)幀的時段的階段,被依次從存儲器轉移到后段的存儲單元。日本特開2007-6049號公報中公開的攝像裝置針對短曝光時間的攝像,以預定比率將一個幀交替地劃分為有效曝光時段和無效曝光時段。為此,當裝置在第(η+1)幀進行了短曝光時間的攝像時,在存儲器中第η幀的電荷可能被疊加在第(η+1)幀的電荷上。這使得難以在連續幀中進行不同曝光時間的攝像。為了通過將具有多個不同曝光時間的圖像進行合成來獲得具有寬動態范圍的一個圖像,同時確保幀速率,期望在連續幀中輸出以不同曝光時間拍攝的圖像。本發明的一些實施例提供了在攝像裝置中獲取具有寬動態范圍的圖像同時抑制光源的閃爍的影響的技術。
[0006]根據一些實施例,提供一種攝像裝置,所述攝像裝置包括圖像傳感器和被構造為控制所述圖像傳感器的控制單元,所述圖像傳感器包括多個像素,所述多個像素中的各個像素包括光電轉換單元、電荷保持單元、輸出單元、被構造為將由所述光電轉換單元生成的電荷轉移到所述電荷保持單元的第一轉移單元、以及被構造為將所述電荷保持單元中保持的電荷轉移到所述輸出單元的第二轉移單元,其中,所述控制單元使所述圖像傳感器反復進行保持操作和轉移操作,所述保持操作用于使所述第一轉移單元將由所述光電轉換單元生成的電荷轉移到所述電荷保持單元以保持所述電荷,所述轉移操作用于使所述第二轉移單元將所述電荷保持單元中保持的電荷轉移到所述輸出單元,并且所述控制單元使所述圖像傳感器進行包括第一保持操作和第二保持操作的多個保持操作中的一個或更多個,作為所述保持操作,所述第一保持操作用于在一個幀的時段中多次進行第一采樣操作,所述第一采樣操作使所述第一轉移單元將由所述光電轉換單元在第一曝光時間中生成的電荷轉移到所述電荷保持單元以保持該電荷,所述第二保持操作用于在所述一個幀的時段中不少于一次地進行第二采樣操作,所述第二采樣操作使所述第一轉移單元將由所述光電轉換單元在比所述第一曝光時間長的第二曝光時間中生成的電荷轉移到所述電荷保持單元以保持該電荷。
[0007]根據一些其他實施例,提供一種用于圖像傳感器的驅動方法,所述圖像傳感器包括多個像素,所述圖像傳感器的多個像素中的各個像素包括:一個光電轉換單元,至少兩個電荷保持單元,輸出單元,被構造為將電荷從所述光電轉換單元轉移到一個電荷保持單元的轉移單元,被構造為將電荷從所述光電轉換單元轉移到另一個電荷保持單元的轉移單元,被構造為將電荷從所述一個電荷保持單元轉移到所述輸出單元的轉移單元,以及被構造為將電荷從所述另一個電荷保持單元轉移到所述輸出單元的轉移單元,并且所述用于圖像傳感器的驅動方法包括以下步驟:反復進行多個操作,所述操作包括:在電荷被保持在所述一個電荷保持單元中的狀態下,將電荷轉移到所述另一個電荷保持單元以保持電荷;以及在電荷被保持在這兩個電荷保持單元中的狀態下,轉移來自所述一個電荷保持單元的電荷。
[0008]根據一些其他實施例,提供一種用于圖像傳感器的驅動方法,所述圖像傳感器包括多個像素,所述多個像素中的各個像素包括光電轉換單元、電荷保持單元、輸出單元、被構造為將所述光電轉換單元生成的電荷轉移到所述電荷保持單元的第一轉移單元、以及被構造為將所述電荷保持單元中保持的電荷轉移到所述輸出單元的第二轉移單元,其中,所述用于圖像傳感器的驅動方法包括以下步驟:反復進行操作,反復進行操作,所述操作包括使所述第一轉移單元將由所述光電轉換單元生成的電荷轉移到所述電荷保持單元以保持所述電荷,以及使所述第二轉移單元將所述電荷保持單元中保持的電荷轉移到所述輸出單元,并且進行多個保持操作中的一個或多個,使得所述第一轉移單元轉移所述電荷,所述多個保持操作包括在一個幀的時段中多次進行第一采樣操作,所述第一采樣操作使所述第一轉移單元將由所述光電轉換單元在第一曝光時間中生成的電荷轉移到所述電荷保持單元以保持該電荷,以及在所述一個幀的時段中不少于一次地進行第二采樣操作,所述第二采樣操作使所述第一轉移單元將由所述光電轉換單元在比所述第一曝光時間長的第二曝光時間中生成的電荷轉移到所述電荷保持單元以保持該電荷。
[0009]通過以下(參照附圖)對示例性實施例的描述,本發明的其他特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據本發明的第一實施例的攝像裝置的框圖;
[0011]圖2是用于說明圖1中的攝像裝置的操作的時序圖;
[0012]圖3是圖1中的攝像裝置的像素部分的等效電路圖;
[0013]圖4是示出圖1中的攝像裝置的圖像處理單元的布置的框圖;
[0014]圖5A和圖5B是用于說明圖1中的攝像裝置的圖像合成方法的圖;
[0015]圖6是用于說明根據本發明的第二實施例的攝像裝置的操作的時序圖;
[0016]圖7是用于說明根據本發明的第三實施例的攝像裝置的操作的時序圖;
[0017]圖8是根據本發明的第四實施例的攝像裝置的框圖;
[0018]圖9是圖8中的攝像裝置的像素部分的等效電路圖;以及
[0019]圖10是用于說明圖8中的攝像裝置的操作的時序圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將參照附圖描述根據本發明的攝像裝置的具體實施例。注意,在以下描述和附圖中,在多個附圖中,共同的附圖標記表示共同的組成部件。為此,將相互參照多個附圖來描述各個共同的組成部件,并且將適當地省略由共同的附圖標記表示的組成部件的描述。
[0021]將參照圖1至圖5B描述根據本發明的實施例的攝像裝置的結構以及攝像裝置的驅動方法。圖1是示意性示出根據本發明的第一實施例的攝像裝置101的布置的示例的框圖。根據該實施例的攝像裝置101是例如包括以擴展的動態范圍顯示圖像的顯示單元和以擴展的動態范圍記錄圖像的內置記錄介質單元的車載或監控運動圖像記錄攝像機。攝像裝置101包括圖像傳感器102、控制單元103、圖像處理單元104、圖像顯示單元105以及圖像記錄單元106。
[0022]圖像傳感器102具有以陣列二維布置的多個像素。圖1示出了四個像素120。圖像傳感器102具有以陣列二維布置的多個像素120。圖像傳感器102的各個像素120包括光電轉換單元107、重置單元108、第一轉移單元109、電荷保持單元110、第二轉移單元111以及輸出單元112。光電轉換單元107是例如具有將入射光轉換成諸如電荷等的電信號的功能的光電二極管。重置單元108重置光電轉換單元107中的電荷的電位。第一轉移單元109將光電轉換單元107生成的電荷轉移到電荷保持單元110。電荷保持單元110暫時保持電荷。第二轉移單元111將電荷保持單元110中保持的電荷轉移到作為圖像傳感器102的后段電路的輸出單元112。輸出單元112將來自圖像傳感器102的圖像輸出到圖像處理單元104。使圖像傳感器102生成與入射光相對應的電荷并且將該電荷保持在電荷保持單元110中的一系列操作被稱為采樣操作。本實施例的采樣操作由重置光電轉換單元107中的電荷的電位的重置操作、等待光電轉換單元107中的電荷的累積的曝光操作、以及將光電轉換單元107中累積的電荷轉移到電荷保持單元110并保持該電荷的操作構成。曝光操作所需的時間被稱為曝光時間。
[0023]接下來,將描述控制單元103。控制單元103生成用于驅動圖像傳感器102的脈沖信號。控制單元103包括采樣操作切換單元113、第一脈沖生成單元114以及第二脈沖生成單元115。采樣操作切換單元113具有針對圖像的各幀依次切換用于供給驅動圖像傳感器102的脈沖信號的定時中的、與上述采樣操作相關聯的定時。第一脈沖生成單元114和第二脈沖生成單元115生成用于采樣操作的脈沖信號。針對多個連續幀中的各個,采樣操作切換單元113依次切換由各個脈沖生成單元生成的脈沖信號,并且將該脈沖信號從控制單元103發送到圖像傳感器102。
[0024]第一脈沖生成單元114生成用于使圖像傳感器102進行第一電荷轉移操作的脈沖信號,第一電荷轉移操作包括第一保持操作和第一轉移操作。第一保持操作是在一個幀的時段期間多次進行第一曝光時間的采樣操作的操作,該第一曝光時間是短曝光時間。短曝光時間的采樣操作被稱為短時間采樣操作。短時間采樣操作也被稱為第一采樣操作。第一轉移操作是將通過第一保持操作保持在電荷保持單元110中的信號電荷轉移到輸出單元112的操作。利用第一電荷轉移操作,通過多個短時間采樣操作生成的信號電荷被疊加在電荷保持單元110中,然后被轉移到輸出單元112。S卩,圖像傳感器102輸出以短曝光時間多次曝光的圖像。
[0025]第二脈沖生成單元115生成用于使圖像傳感器102進行第二電荷轉移操作的脈沖信號,第二電荷轉移操作包括第二保持操作和第二轉移操作。第二保持操作是在一個幀的時段期間一次或更多次進行第二曝光時間的采樣操作的操作,該第二曝光時間是長曝光時間。長曝光時間的采樣操作被稱為長時間采樣操作。長時間采樣操作也被稱為第二采樣操作。長時間采樣操作的曝光時間比短時間采樣操作的曝光時間長。在本實施例中,在第二保持操作中,在一個幀的時段期間僅進行一次長時間采樣操作。第二轉移操作是將通過第二保持操作保持在電荷保持單元110中的信號電荷轉移到輸出單元112的操作。利用第二電荷轉移操作,由一個長時間采樣操