具有有不同光敏感度的光电二极管的成像阵列及相关联图像恢复方法技术

本申请案涉及一种具有有不同光敏感度的光电二极管的成像阵列及相关联图像恢复方法。一种像素传感器阵列包含具有第一增益的多个像素传感器及具有小于所述第一增益的第二增益的多个像素传感器。

【技术实现步骤摘要】
具有有不同光敏感度的光电二极管的成像阵列及相关联图像恢复方法相关专利申请案本申请案主张2011年7月26日提出申请的第61/511,661号美国临时专利申请案的优先权。
本专利技术涉及光电传感器及光电传感器的成像阵列。更特定来说，本专利技术涉及使用具有不同光敏感度的像素形成的成像阵列及用于恢复使用此些成像阵列捕获的数字图像中的视觉信息的方法。
技术介绍
图像传感器为通常形成为光电二极管的光敏单元(光电传感器)的阵列。图像的质量及动态范围受像素传感器自身的性质的限制，尤其是在其中传感器单元通常饱和(即，达到传感器可收集的最大电荷)的亮图像区中。超过饱和电平会在所捕获的图像中产生“开化状假象(bloomingartifact)”。
技术实现思路
图像传感器为通常形成为光电二极管的光敏单元(光电传感器)的阵列。不同于采用全部具有相同光敏感度的光电传感器的传统图像传感器，本专利技术呈现一种采用具有不同光敏感度的光电二极管的传感器。本专利技术增强图像的质量及动态范围两者，尤其是在其中传感器单元通常饱和的亮图像区中。为了克服现有技术图像传感器中固有的问题，本专利技术针对一种包含具有正常光敏感度的光电二极管及具有较低光敏感度的光电二极管两者的图像传感器。具有正常光敏感度的光电二极管旨在捕获与介于从低值到不饱和的高值的范围内的光强度相关联的视觉信息。具有较低光敏感度的光电二极管旨在捕获其中具有正常光敏感度的光电二极管通常饱和的具有高光的区中的视觉信息。可以数种不同方式来实现光电二极管的较低敏感度，举例来说，通过阻挡落在光电二极管处的光或改变光电二极管的电容。在不饱和的区中，通过应用适当增益使对应于具有较低光敏感度的光电二极管的像素值成为对应于具有正常光敏感度的光电二极管的像素值的水平来恢复高质量图像信息。通常在校准中获得这些增益(本文中称作高光像素增益)。或者，可根据任何高光像素的邻域中可用的不饱和正常光敏感度像素的平均值或加权平均值(举例来说，使用高斯权数)与高光像素值的比率来计算所述高光像素的高光像素增益。替代解决方案可旨在借助于图像内插或信号估计使用对应于具有正常光敏感度的光电二极管的相邻像素值来恢复对应于具有较低光敏感度的光电二极管的像素值。根据本专利技术，揭示用于通过组合具有减小的敏感度的像素而恢复数字图像中的高光的方法。本专利技术中所引入的概念适用于任何光电二极管布局，例如具有较低光敏感度的光电二极管在具有正常光敏感度的光电二极管的阵列中的各种周期性、伪随机及随机布置。另外，本专利技术并不限于任何特定敏感度设定，因为所呈现的概念为灵活的且允许具有不同敏感度的光电二极管。附图说明图1是典型的现有技术像素的横截面图。图2是根据本专利技术的一个方面的敏感度减小的像素的横截面图。图3是针对正常像素及敏感度减小的像素两者的面板曝光对像素输出的曲线图。图4是展示根据本专利技术用于敏感度减小的像素的光屏蔽物的一个说明性实施例的图示。图5是展示根据本专利技术用于敏感度减小的像素的光屏蔽物的另一说明性实施例的图示。图6是展示根据本专利技术放置于像素阵列上方以界定敏感度减小的像素的栅格的一部分的说明性形式的图示。图7是展示根据本专利技术包含以规则方式放置的敏感度减小的像素的根据本专利技术的说明性像素阵列的一部分的图示。图8是展示根据本专利技术包含以规则方式放置成菱形图案的敏感度减小的像素的根据本专利技术的说明性像素阵列的一部分的图示。图9是展示根据本专利技术的说明性图像恢复方法的流程图。图10是展示根据本专利技术的另一说明性图像恢复方法的流程图。图11是展示根据本专利技术的另一说明性图像恢复方法的流程图。具体实施方式所属领域的技术人员将认识到，本专利技术的以下描述仅为说明性而绝非为限制性。此些技术人员将容易联想到本专利技术的其它实施例。根据本专利技术的成像阵列包含具有两种不同光敏感度的像素传感器。第一多个像素传感器具有第一光敏感度，且第二多个像素传感器具有小于第一光敏感度的第二光敏感度。本文中有时将第一多个像素称作“正常像素”，且本文中有时将第二多个像素称作“高光”像素。首先参考图1，其展示正常像素10的横截面图。衬底12中形成有光电传感器(未展示)。展示安置于所述衬底上方的用于制作操作所述像素必需的晶体管的多晶硅层14的一部分。另外，展示三个说明性金属互连层16、18及20的部分。CMOS图像传感器可具有更少或更多的金属层，此取决于所选技术。如图1中所展示，多晶硅层14以及金属互连层16、18及20由于其吸收可见光而不位于光电二极管上方。图1中展示界定像素区域的栅格22的部分。平面化/钝化层24可安置于像素的表面上方。此层可由聚合物层及/或氮化物层形成。微透镜26可形成于所述平面化/钝化层上方，如此项技术中已知。微透镜用于将传入光聚焦到像素中的光电传感器上。在一些成像阵列中，通常使用暗光屏蔽物有意地阻挡住像素阵列的边缘上的列及行上方的所有光。这些暗列及行提供用以表征成像器的噪声源的数据。现在参考图2，其展示根据本专利技术的一个方面的敏感度减小的像素30的横截面图。如同在图1的像素10中一样，像素30包含形成于衬底12中的光电传感器(未展示)。展示安置于所述衬底上方的多晶硅层14的一部分，且展示三个说明性金属互连层16、18及20的部分。平面化/钝化层24安置于所述像素的表面上方，且微透镜26形成于平面化/钝化层24上方，如此项技术中已知。微透镜26用于将传入光聚焦到像素中的光电传感器上。然而，不同于图1的像素10，图2的像素30具有由暗屏蔽材料32层形成的减小的孔口大小。暗屏蔽材料32可为后段工艺(BEOL)处理中所使用的任何金属，因为BEOL中所使用的金属为光学不透明的。所属领域的技术人员将了解，尽管将暗屏蔽材料32展示为安置于像素的表面处或附近，但可使用任何金属层的部分或多个金属层的组合来阻挡入射光的一部分使得所得敏感度变得低于正常像素的敏感度。可挑选与工艺兼容且具有低光学透射率的金属或任何其它材料作为光屏蔽材料。如果使用如图1中所展示的栅格22，那么可如像素30一样将其图案化为在敏感度减小的像素上方具有较小孔口。根据本专利技术的一个方面，形成具有经调整以提供进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。此概念图解说明于其中在横截面中以虚线展示二维光射线轨迹的图1及2中。图1展示正常像素10的光射线迹线，而图2描绘具有开口以仅允许进入图1像素10的光的约四分之一进入像素30的暗金属的使用。图3是展示针对图1的正常像素及图2的敏感度减小的像素两者的面板曝光对像素输出的曲线图。敏感度减小的像素的说明性目标范围通常为正常像素的大约二分之一到八分之一，但所属领域的技术人员将容易认识到可使用其它范围。举例来说，如果将进入像素的光的量减到进入正常像素的光的四分之一，那么敏感度将为正常像素的敏感度的约四分之一。为了制造在与给定技术的典型像素相比时具有减小的光敏感度的光电二极管，将采用光屏蔽物。所述光屏蔽物将阻挡进入以减小敏感度为目标的那些像素的光的一部分。如所属领域的技术人员将容易了解，光屏蔽物中的孔口越小，就获得越大的光敏感度减小。可以数种方式实施用于敏感度减小的像素的光屏蔽物。现在参考图4及5，其展示根据本专利技术的用于敏感度减小的像素的光屏蔽物的两种示范性几何布局。图4展示具有正方形孔口34的光屏蔽物32。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种像素传感器阵列，其包括：第一多个像素传感器，其具有第一光敏感度；及第二多个像素传感器，其具有小于所述第一光敏感度的第二光敏感度。

【技术特征摘要】
2011.07.26 US 61/511,661;2012.07.16 US 13/550,4361.一种像素传感器阵列，其包括：第一多个像素传感器，其具有第一光敏感度；及第二多个像素传感器，其具有小于所述第一光敏感度的第二光敏感度，所述像素传感器阵列中的所述第二多个像素传感器的数量占总像素数目的40％到0.01％，所述第二多个像素传感器中没有两者在所述像素传感器阵列的任一方向上互相直接相邻。2.根据权利要求1所述的像素传感器阵列，其中所述第二多个像素均匀地分散于所述阵列中。3.根据权利要求1所述的像素传感器阵列，其中所述第一多个像素各自具有第一面积的光允入孔口，且所述第二多个像素各自具有大小比所述第一面积小的第二面积的光允入孔口。4.一种在由具有第一多个像素传感器及第二多个像素传感器的图像传感器阵列捕获的图像中用于校正由所述第一多个像素传感器捕获的饱和像素数据的方法，所述第一多个像素传感器具有第一光敏感度，与所述第一多个像素传感器分开的所述第二多个像素传感器具有小于所述第一光敏感度的第二光敏感度，所述图像传感器阵列中的所述第二多个像素传感器的数量占总像素数目的40％到0.01％，所述第二多个像素传感器中没有两者在所述图像传感器阵列的任一方向上互相直接相邻，所述方法包括：a)对来自所述第二多个像素传感器的像素值应用像素增益；b)在所述第一多个像素传感器中选择具有至少一个饱和色彩分量的像素；c)在所述选定第一像素传感器的局部邻域中识别所述第二多个像素传感器中的至少一者；d)通过组合在所述第二多个像素传感器中识别的像素的对应不饱和色彩分量来替换所述选定像素数据的所述饱和色彩分量；及e)重复b)到d)，直到来自所有饱和像素传感器的像素数据均已经处理为止。5.一种在由具有第一多个像素传感器及第二多个像素传感器的图像传感器阵列捕获的图像中用于校正由所述第一多个像素传感器捕获的饱和像素数据的方法，所述第一多个像素传感器具有第一光敏感度，与所述第一多个像素传感器分开的所述第二多个像素传感器具有小于所述第一光敏感度的第二光敏感度，所述图像传感器阵列中的所述第二多个像素传感器的数量占总像素数目的40％到0.01％，所述第二多个像素传感器中没有两者在所述图像传感器阵列的任一方向上互相直接相邻，所述方法包括：a)对所述第二多个像素传感器的像素值应用像素增益；b)在所述第一多个像素传感器中选择具有至少一个饱和色彩分量的像素；c)在所述选定第一像素传感器的局部邻域中识别所述第二多个像素传感器中的至少一者；d)用所述第一多个像素传感器中的所述选定像素的不饱和色彩分量与来自在所述第二多个像素传感器中识别的...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斯蒂斯拉夫·卢卡奇，施里·拉马斯瓦米，桑胡·巴，
申请(专利权)人：菲佛公司，
类型：发明
国别省市：