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CN110049296A - 图像感测装置 - Google Patents

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CN110049296A
CN110049296A CN201810617483.8A CN201810617483A CN110049296A CN 110049296 A CN110049296 A CN 110049296A CN 201810617483 A CN201810617483 A CN 201810617483A CN 110049296 A CN110049296 A CN 110049296A
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Abstract

一种图像感测装置，该图像感测装置包括4×4像素单元的像素阵列，该像素阵列包括2×2像素的第一至第四子像素阵列。第一子像素阵列和第二子像素阵列被布置在第一对角方向上，第三子像素阵列和第四子像素阵列被布置在与第一对角方向交叉的第二对角方向上。第一子像素阵列和第二子像素阵列具有第一颜色图案，第三子像素阵列和第四子像素阵列分别具有第二颜色图案和第三颜色图案，并且第一颜色图案、第二颜色图案和第三颜色图案中的每一个包括两种或更多种颜色。

Description

图像感测装置
技术领域
本专利文献中所公开的技术和实现方式总体上涉及包括图像感测装置的半导体器件和集成电路。
背景技术
图像感测装置是利用半导体的光敏性质来捕获图像的传感器。图像感测装置常常被分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。CMOS图像传感器基于CMOS集成电路制造工艺来制造。CMOS图像传感器的该特征使得可将模拟控制电路和数字控制电路二者集成在单个集成电路(IC)中，从而使得CMOS图像传感器成为最广泛使用的图像传感器类型。
发明内容
除了别的以外，该专利文献提供在低照度模式和高照度模式下具有优化的性能的图像感测装置的设计。
在一个示例方面，所公开的技术可被实现为提供一种图像感测装置，该图像感测装置包括：4×4像素单元的像素阵列，其包括2×2子像素阵列的第一至第四子像素阵列，第一子像素阵列和第二子像素阵列布置在第一对角方向上，第三子像素阵列和第四子像素阵列布置在与第一对角方向交叉的第二对角方向上，其中，第一子像素阵列和第二子像素阵列具有第一颜色图案，第三子像素阵列具有第二颜色图案，第四子像素阵列具有不同于第二颜色图案的第三颜色图案，并且第一至第三颜色图案中的每一个包括两种或更多种颜色。
第一颜色图案可不同于第二颜色图案和第三颜色图案。
第一颜色图案可包括拜尔图案(Bayer pattern)。
第一颜色图案的颜色像素可被布置为使得各个2×2子像素阵列具有布置在第一对角方向或第二对角方向上的一对绿色像素以及布置在与这一对绿色像素布置的对角方向交叉的对角方向上的红色像素和蓝色像素。
第二颜色图案和第三颜色图案中的每一个的颜色像素可被布置为使得各个2×2子像素阵列具有布置在与第一颜色图案中所述一对绿色像素布置的对角方向相同的对角方向上的一对绿色像素以及布置在与所述一对绿色像素布置的方向交叉的对角方向上的一对蓝色像素或一对红色像素。
第二颜色图案和第三颜色图案中的每一个的一个像素可具有不同于第一颜色图案的颜色。
在第一对角方向上彼此紧邻设置的像素可具有彼此相同的颜色。
包括在4×4像素单元的像素阵列中的各个像素可具有与垂直和水平相邻的像素不同的颜色。
4×4像素单元的像素阵列可包括一个或更多个绿色像素、一个或更多个红色像素以及一个或更多个蓝色像素，并且其中，4×4像素单元的像素阵列中的绿色像素、红色像素和蓝色像素之比可为2:1:1。
该图像感测装置还可包括：读出电路，其被设置为从像素阵列读出像素信号；以及图像处理电路，其被设置为在低照度模式下基于像素信号通过求和操作生成被转换为与4×4像素单元的像素阵列不同的图案的第一图像帧。
图像处理电路可包括：求和块，其被设置为在低照度模式下将像素信号当中来自各个子像素阵列的相同颜色的像素的像素信号组合以生成作为缩小的图像的预图像帧；以及恢复块，其被设置为在低照度模式下将预图像帧放大以生成第一图像帧。
图像处理电路可将像素信号当中各个子像素阵列的具有相同颜色的两个像素信号组合。
图像处理电路可将从第一子像素阵列读出的四个像素信号当中与绿色对应的两个像素信号组合，将从第二子像素阵列读出的四个像素信号当中与绿色对应的两个像素信号组合，将从第三子像素阵列读出的四个像素信号当中与红色对应的两个像素信号组合，并且将从第四子像素阵列读出的四个像素信号当中与蓝色对应的两个像素信号组合。
图像处理电路可在高照度模式下基于像素信号通过插值操作生成被转换为不同图案的第二图像帧。
图像处理电路可包括：计算块，其被设置为在高照度模式下计算像素信号当中的目标像素信号的梯度；以及插值块，其被设置为在高照度模式下基于所述梯度对目标像素信号执行插值以生成第二图像帧。
第一颜色图案可包括拜尔图案；并且图像处理电路可在高照度模式下对从4×4像素单元的像素阵列读出的16个像素信号当中的两个像素信号进行插值并针对剩余14个像素信号绕过图像处理，以生成所述第二图像帧。
两个像素信号可包括与红色对应的一个像素信号以及与蓝色对应的一个像素信号。
图像感测装置可包括：读出电路，其被设置为从像素阵列读出像素信号；以及图像处理电路，其被设置为在高照度模式下基于像素信号通过插值操作生成被转换为与4×4像素单元的像素阵列不同的图案的图像帧。
图像处理电路可包括：计算块，其被设置为计算像素信号当中的目标像素信号的梯度；以及插值块，其被设置为基于所述梯度对目标像素信号执行插值以生成图像帧。
第一颜色图案可包括拜尔图案；并且图像处理电路可在高照度模式下对从4×4像素单元的像素阵列读出的16个像素信号当中的两个像素信号进行插值并针对剩余14个像素信号绕过图像处理，以生成图像帧。
两个像素信号可包括与红色对应的一个像素信号以及与蓝色对应的一个像素信号。
在另一示例方面，所公开的技术可被实现为提供一种图像感测装置，该图像感测装置包括：像素阵列，其包括布置成i行和j列的子像素阵列，其中Aij、Bij、Cij和Dij(其中i和j是整数)像素按照2×2单元布置，Aij和Bij像素以及Cij和Dij像素分别在行方向上彼此相邻布置，并且Aij和Cij像素以及Bij和Dij像素分别在列方向上彼此相邻布置，其中，Aij、Bij、Cij和Dij像素当中的两个像素中的每一个具有绿色，并且剩余两个像素中的每一个具有绿色以外的一种或更多种颜色，并且包括在各个奇数编号的子像素阵列或偶数编号的子像素阵列中的Aij、Bij、Cij和Dij像素当中的所述剩余两个像素在对角方向上彼此相邻设置并具有相同的颜色。
奇数编号的子像素阵列或偶数编号的子像素阵列可基于行方向或列方向来限定。
所述相同的颜色可包括红色或蓝色。
在另一示例方面，所公开的技术可被实现为提供一种图像感测装置，该图像感测装置包括：对光谱的绿色区域敏感、沿着垂直方向和水平方向二者每隔一个元件位置布置的第一类型的光敏元件；以及对光谱的红色区域敏感的第二类型的光敏元件以及对光谱的蓝色区域敏感的第三类型的光敏元件，所述第二类型和第三类型的光敏元件中的每一个布置在被四个第一类型的光敏元件包围的元件位置处，其中，第二类型和第三类型的光敏元件的阵列的一部分被布置为使得第二类型和第三类型的光敏元件沿着多条第一对角线交替地布置，并且第二类型和第三类型的光敏元件的阵列的另一部分被布置为使得两个连续的第二类型的光敏元件和两个连续的第三类型的光敏元件沿着多条第二对角线交替地布置，各条第二对角线布置在两条相邻的第一对角线之间。
附图说明
图1是示出根据所公开的技术的实施方式的图像感测装置的示例的框图。
图2是示出图1所示的像素阵列的示例的图。
图3是比较根据所公开的技术的实施方式的4×4像素单元的示例图案与其对应的拜尔图案的一组图。
图4是示出图1所示的图像处理电路的示例的框图。
图5是示出低照度模式下的图像感测装置的示例操作的流程图。
图6是用于描述图5所示的求和操作处理和恢复操作处理的图。
图7是示出高照度模式下的图像感测装置的示例操作的图。
图8是用于描述图7所示的梯度计算步骤和插值操作步骤的图。
具体实施方式
所公开的图像感测技术可被实现为提供一种包括图像传感器的电子装置，以改进低照度模式下的信噪比(SNR)并支持高照度模式下的高分辨率像素。
下面参照附图描述所公开的技术的各种特征和实施方式。
此外，要注意的是，本文所使用的术语仅仅是为了描述所公开的技术的示例而选择的，并不旨在限制所示出的示例。
附图未必按比例，在一些情况下，为了清楚地示出实施方式的特征，比例可能被夸大。
图1是示出根据所公开的技术的实施方式的图像感测装置100的示例的框图。
参照图1，图像感测装置100可包括感光像素的像素阵列110、读出电路120和图像处理电路130。
像素阵列110的感光像素(以下“像素”)可对入射光作出响应以生成对应于并表示所感测的图像的图像特征的像素信号PXOUTs(模拟信号)。各个像素可由光电二极管、光电晶体管、光电门、PPD(钳位光电二极管)或者能够将光转换为像素信号(例如，电荷、电压或电流)的其它光敏电路实现。在像素顶部，放置不同滤色器的阵列以覆盖像素以在不同像素位置按照不同的颜色过滤入射光以捕获所感测的图像中的颜色信息。
读出电路120联接到像素阵列110的像素以接收并调节所生成的像素信号PXOUTs以基于并对应于像素信号PXOUTs生成图像信号RDOUTs(数字信号)。
图像处理电路130联接到读出电路120以接收数字图像信号RDOUTs并处理所接收的数字图像信号RDOUTs以基于图像信号RDOUTs生成与所感测的图像对应的图像帧。图像处理电路130可被构造为对所接收的数字图像信号RDOUTs执行不同的数字信号处理。例如，图像处理电路130可在低照度模式下由于求和操作的本质生成基于图像信号RDOUTs通过求和操作转换为与像素阵列110不同的图案的转换的图像帧。图像处理电路130可被配置为在高照度模式下与在低照度模式下生成的图像帧相比较对图像信号RDOUTs执行插值操作以生成另一转换的图像帧。图像处理电路130在不同的模式下处理数字图像信号RDOUTs的这种能力允许这种装置中的改进的图像重构。
图2是示出图1所示的像素阵列110的示例的图，示出布置为2维阵列的像素。
参照图2，所示示例中的像素阵列110的像素布置在行方向和列方向上。像素阵列110中选定数量的相邻像素可被分组在一起以形成像素组或像素单元，以使得像素阵列110可被看作像素单元的阵列，其中各个像素单元进一步包括选定的相邻像素。例如，如图2所示，各个像素单元可作为4×4像素单元包括16个相邻像素。因此，像素阵列110由拼接在一起的4×4像素单元的重复图案形成。因此，如图2所示，各个像素单元具有布置成特定图案的16个像素。通常，被分组以形成像素单元的相邻像素可呈选定图案，以使得各个像素单元内的像素顶部的对应滤色器基于特定滤色器图案用于颜色像素。被分组在一个像素单元中的组成像素可按照图案(以下，称为“新图案”)布置，该图案可表示在像素阵列110中布置滤色器(例如，红色、绿色和蓝色(RGB)滤色器)的滤色器阵列的颜色图案。
在图2中所示的示例中，各个4×4像素单元可包括2×2像素的第一至第四子像素阵列Aij、Bij、Cij和Dij，其中i和j是整数。在图2中的示例中，如所示的一个4×4像素单元包括四个子像素阵列，其各自具有四个像素Aij、Bij、Cij和Dij：具有第一至第四像素A00、B00、C00和D00的左上子像素阵列、具有像素A01、B01、C01和D01的右上子像素阵列、具有像素A10、B10、C10和D10的左下子像素阵列以及具有像素A11、B11、C11和D11的右下子像素阵列。第一像素A00和第二像素B00以及第三像素C00和第四像素D00可分别在行方向上彼此紧邻布置，第一像素A00和第三像素C00以及第二像素B00和第四像素D00可分别在列方向上彼此紧邻布置。因此，第一像素A00和第四像素D00可在对角方向上彼此面对地布置，第二像素B00和第三像素C00可彼此面对地布置在其它拐角上。在此示例中，第一子像素阵列和第二子像素阵列可基于具有2个绿色像素、1个红色像素和1个蓝色像素的诸如拜尔图案的特定滤色器图案按照相同的方式布置，并且第三子像素阵列和第四子像素阵列可按照不同的滤色器图案布置。第一子像素阵列和第二子像素阵列可布置在第一对角方向上，并且第三子像素阵列和第四子像素阵列可布置在与第一对角方向交叉的第二对角方向上。以下，假设4×4像素单元的四个子像素阵列构成由第一至第四象限组成的平面。在图2和图3中，4×4像素单元的右上区域被称为“右上象限”，右下区域被称为“右下象限”，左下区域被称为“左下象限”，左上区域被称为“左上象限”。
图3是比较根据所公开的技术的实施方式的4×4像素单元的示例图案与其对应的拜尔图案的一组图。拜尔图案可具有2×2像素单元的重复图案，并且图3示出与新图案对应的4×4像素单元的拜尔图案。
参照图3的(A)，拜尔图案的颜色像素被布置为使得各个2×2像素单元(即，2×2子像素阵列)具有从各个2×2像素单元的左上到右下对角布置的一对绿色像素G以及交替地从各个2×2像素单元的左下到右上对角布置的蓝色像素B和红色像素R。
本专利文献中所公开的新图案不同于如图3的(A)所示的拜尔图案。左上2×2子像素阵列和右下2×2子像素阵列可按照与拜尔图案相同的图案布置，并且右上2×2子像素阵列和左下2×2子像素阵列可按照与拜尔图案不同的图案布置。右上2×2子像素阵列可基于行方向对应于奇数编号的子像素阵列并且基于列方向对应于偶数编号的子像素阵列。左下2×2子像素阵列可基于行方向对应于偶数编号的子像素阵列并且基于列方向对应于奇数编号的子像素阵列。由于左上2×2子像素阵列和右下2×2子像素阵列按照与拜尔图案相同的方式布置，所以其详细描述被省略。图3的(A)中的新图案的左下2×2子像素阵列可包括从左下2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的一对绿色像素G以及从左下2×2子像素阵列的左下到右上对角布置的一对蓝色像素B。图3的(A)中的新图案的左下2×2子像素阵列的右上像素具有与拜尔图案不同的颜色。图3的(A)中的新图案的右上2×2子像素阵列可包括从右上2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的一对绿色像素G以及从右上2×2子像素阵列的左下到右上对角布置的一对红色像素R。图3的(A)中的新图案的右上2×2子像素阵列的左下像素具有与拜尔图案不同的颜色。新图案可具有与垂直和水平相邻的像素不同的颜色，并且包括50％的绿色像素G、25％的红色像素R和25％的蓝色像素B。
各个子像素阵列可包括相同颜色的相邻像素。例如，在图3的(A)所示的新图案中，左上子像素阵列和右下子像素阵列中的每一个可包括在对角方向上彼此相邻设置的两个绿色像素G，左下子像素阵列可包括在第二对角方向上彼此相邻设置的两个蓝色像素B，右上子像素阵列可包括在第二对角方向上彼此相邻设置的两个红色像素R。基于所公开的技术的图3的(A)中的新图案具有从4×4像素的像素单元的中心对角布置的相同颜色的像素。例如，新图案具有从4×4像素单元的中心到左上对角布置的两个绿色像素、从4×4像素单元的中心到右上对角布置的两个红色像素、从4×4像素单元的中心到右下对角布置的另两个绿色像素以及从4×4像素单元的中心到左下对角布置的两个蓝色像素。这样，基于所公开的技术实现的新图案可通过沿着四个对角方向对相同颜色的像素求和来改进低照度模式下的信噪比(SNR)。
参照图3的(B)，拜尔图案的颜色像素被布置为使得各个2×2子像素阵列具有从各个2×2子像素阵列的右上到左下对角布置的一对绿色像素G以及交替地从各个2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的红色像素R和蓝色像素B。
该专利文献中所公开的新图案不同于如图3的(B)所示的拜尔图案。右上2×2子像素阵列和左下2×2子像素阵列可按照与拜尔图案相同的图案布置，并且左上2×2子像素阵列和右下2×2子像素阵列可按照与拜尔图案不同的图案布置。左上2×2子像素阵列可基于行方向对应于奇数编号的子像素阵列并且基于列方向对应于奇数编号的子像素阵列。右下2×2子像素阵列可基于行方向对应于偶数编号的子像素阵列并且基于列方向对应于偶数编号的子像素阵列。由于右上2×2子像素阵列和左下2×2子像素阵列按照与拜尔图案相同的方式布置，所以其详细描述被省略。图3的(B)中的新图案的左上2×2子像素阵列可包括从左上2×2子像素阵列的左下到右上对角布置的一对绿色像素G以及从左上2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的一对红色像素R。图3的(B)中的新图案的左上2×2子像素阵列的右上像素具有与拜尔图案不同的颜色。图3的(B)中的新图案的右下2×2子像素阵列可包括从右上2×2子像素阵列的左下到右上对角布置的一对绿色像素G以及从右下2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的一对蓝色像素B。右下2×2子像素阵列的左上像素具有与拜尔图案不同的颜色。新图案可具有与垂直和水平相邻的像素不同的颜色，并且包括50％的绿色像素G、25％的红色像素R和25％的蓝色像素B(即，G:R:B之比为2:1:1)。
各个子像素阵列可包括相同颜色的相邻像素。例如，在图3的(B)所示的新图案中，右上子像素阵列和左下子像素阵列中的每一个可包括在对角方向上彼此相邻设置的两个绿色像素G，左上子像素阵列可包括在第一对角方向上彼此相邻设置的两个红色像素R，右下子像素阵列可包括在第一对角方向上彼此相邻设置的两个蓝色像素B。因此，在图3的(B)中的新图案中，基于所公开的技术实现的新图案具有从4×4像素单元的中心对角布置的相同颜色的像素。例如，新图案具有从4×4像素单元的中心到右上对角布置的两个绿色像素、从4×4像素单元的中心到左上对角布置的两个红色像素、从4×4像素单元的中心到左下对角布置的另两个绿色像素以及从4×4像素单元的中心到右下对角布置的两个蓝色像素。这样，基于所公开的技术实现的新图案可通过沿着四个对角方向对相同颜色的像素求和来改进低照度模式下的信噪比(SNR)。
参照图3的(C)，拜尔图案的颜色像素被布置为使得各个2×2子像素阵列具有从各个2×2像素单元的右上到左下对角布置的一对绿色像素G以及交替地从各个2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的蓝色像素B和红色像素R。
本专利文献中所公开的新图案不同于图3的(C)所示的拜尔图案。右上2×2子像素阵列和左下2×2子像素阵列可按照与拜尔图案相同的图案布置，并且左上2×2子像素阵列和右下2×2子像素阵列可按照与拜尔图案不同的图案布置。左上2×2子像素阵列可基于行方向对应于奇数编号的子像素阵列并且基于列方向对应于奇数编号的子像素阵列。右下2×2子像素阵列可基于行方向对应于偶数编号的子像素阵列并且基于列方向对应于偶数编号的子像素阵列。由于右上2×2子像素阵列和左下2×2子像素阵列按照与拜尔图案相同的方式布置，所以其详细描述被省略。图3的(C)中的新图案的左上2×2子像素阵列可包括从左上2×2子像素阵列的左下到右上对角布置的一对绿色像素G以及从左上2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的一对蓝色像素B。图3的(C)中的新图案的左上2×2子像素阵列的右上像素具有与拜尔图案不同的颜色。图3的(C)中的新图案的右下2×2子像素阵列可包括从右上2×2子像素阵列的左下到右上对角布置的一对绿色像素G以及从右下2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的一对红色像素R。右下2×2子像素阵列的左上像素具有与拜尔图案不同的颜色。新图案可具有与垂直和水平相邻的像素不同的颜色，并且包括50％的绿色像素G、25％的红色像素R和25％的蓝色像素B。
各个子像素阵列可包括相同颜色的相邻像素。例如，在图3的(C)所示的新图案中，右上子像素阵列和左下子像素阵列中的每一个可包括在对角方向上彼此相邻设置的两个绿色像素G，左上子像素阵列可包括在第一对角方向上彼此相邻设置的两个蓝色像素B，右下子像素阵列可包括在第一对角方向上彼此相邻设置的两个红色像素R。基于所公开的技术的图3的(C)中的新图案具有从4×4像素阵列的中心对角布置的相同颜色的像素。例如，新图案具有从4×4像素阵列的中心到右上对角布置的两个绿色像素、从4×4像素阵列的中心到左上对角布置的两个蓝色像素、从4×4像素阵列的中心到左下对角布置的另两个绿色像素以及从4×4像素阵列的中心到右下对角布置的两个红色像素。这样，基于所公开的技术实现的新图案可通过沿着四个对角方向对相同颜色的像素求和来改进低照度模式下的信噪比(SNR)。
参照图3的(D)，拜尔图案的颜色像素被布置为使得各个2×2子像素阵列具有从各个2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的一对绿色像素G，红色像素R和蓝色像素B可交替地从各个2×2子像素阵列的左下到右上对角布置。
本专利文献中所公开的新图案不同于如图3的(D)所示的拜尔图案。左上2×2子像素阵列和右下2×2子像素阵列可按照与拜尔图案相同的图案布置，并且右上2×2子像素阵列和左下2×2子像素阵列可按照与拜尔图案不同的图案布置。右上2×2子像素阵列可基于行方向对应于奇数编号的子像素阵列并且基于列方向对应于偶数编号的子像素阵列。左下2×2子像素阵列可基于行方向对应于偶数编号的子像素阵列并且基于列方向对应于奇数编号的子像素阵列。由于左上2×2子像素阵列和右下2×2子像素阵列按照与拜尔图案相同的方式布置，所以其详细描述被省略。图3的(D)中的新图案的左下2×2子像素阵列可包括从左下2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的一对绿色像素G以及从左下2×2子像素阵列的左下到右上对角布置的一对红色像素R。图3的(D)中的新图案的左下2×2子像素阵列的右上像素具有与拜尔图案不同的颜色。图3的(D)中的新图案的右上2×2子像素阵列可包括从右上2×2子像素阵列的左上到右下对角布置的一对绿色像素G以及从右上2×2子像素阵列的左下到右上对角布置的一对蓝色像素B。图3的(B)中的新图案的右上2×2子像素阵列的左下像素具有与拜尔图案不同的颜色。新图案可具有与垂直和水平相邻的像素不同的颜色，并且包括50％的绿色像素G、25％的红色像素R和25％的蓝色像素B。
各个子像素阵列可包括相同颜色的相邻像素。例如，在图3的(D)所示的新图案中，左上子像素阵列和右下子像素阵列中的每一个可包括在对角方向上彼此相邻设置的两个绿色像素G，左下子像素阵列可包括在第二对角方向上彼此相邻设置的两个红色像素R，右上子像素阵列可包括在第二对角方向上彼此相邻设置的两个蓝色像素B。换一种方式，看图3的(D)中的新图案，基于所公开的技术实现的新图案具有从4×4像素阵列的中心对角布置的相同颜色的像素。例如，新图案具有从4×4像素阵列的中心到左上对角布置的两个绿色像素、从4×4像素阵列的中心到右上对角布置的两个蓝色像素、从4×4像素阵列的中心到右下对角布置的另两个绿色像素以及从4×4像素阵列的中心到左下对角布置的两个红色像素。这样，基于所公开的技术实现的新图案可通过沿着四个对角方向对相同颜色的像素求和来改进低照度模式下的信噪比(SNR)。
在所公开的技术的一个方面，一种图像感测装置可包括光敏元件的阵列，例如上面所讨论的感光像素。该阵列可包括对光谱的绿色区域敏感并沿着垂直方向和水平方向二者每隔一个元件位置布置的第一类型的光敏元件、对光谱的红色区域敏感的第二类型的光敏元件以及对光谱的蓝色区域敏感的第三类型的光敏元件，第二类型和第三类型的光敏元件中的每一个布置在被四个第一类型的光敏元件包围的元件位置处。第二类型和第三类型的光敏元件的阵列的一部分被布置为使得第二类型和第三类型的光敏元件沿着多条第一对角线交替地布置，并且第二类型和第三类型的光敏元件的阵列的另一部分被布置为使得两个连续的第二类型的光敏元件和两个连续的第三类型的光敏元件沿着多条第二对角线交替地布置，各条第二对角线布置在两条相邻的第一对角线之间。
图4是示出图1所示的图像处理电路130的示例的框图。
参照图4，图像处理电路130可包括求和块131、恢复块133、计算块135和插值块137。
求和块131可将图像信号RDOUTs当中来自各个子像素阵列的相同颜色的像素的图像信号组合，以生成作为缩小的图像的预图像帧。例如，求和块131可生成基于4×4像素单元的图像信号缩小为2×2像素单元的预图像帧。
恢复块133可在低照度模式下通过将预图像帧放大来生成图像帧。例如，恢复块133可通过经由插值操作将缩小为2×2子像素阵列大小的预图像帧放大为4×4像素单元来生成图像帧。用于将预图像帧放大的插值操作可不同于插值块137(下面描述)的插值操作。由于用于将预图像帧放大的插值操作对于本领域技术人员而言是众所周知的，所以本文中省略其描述。
计算块135可在高照度模式下计算图像信号RDOUTs当中的各个目标图像信号的梯度(gradient)。例如，计算块135可基于各个目标图像信号的邻近图像信号来计算与不同方向对应的第一至第四梯度，并将第一至第四梯度当中具有最小值的梯度提供给插值块137。
插值块137可在高照度模式下基于梯度(例如，高照度模式下具有最小值的梯度)对目标图像信号进行插值以生成图像帧。
图5是示出图1所示的图像感测装置100的低照度模式下的示例操作的流程图。
参照图5，在步骤S11中，像素阵列110可基于在低照度环境下感测的图像生成像素信号PXOUTs(模拟信号)，并且读出电路120可基于像素信号PXOUTs生成图像信号RDOUTs(数字信号)。
在步骤S12中，求和块131可将图像信号RDOUTs当中各个子像素阵列的具有相同颜色的图像信号组合，以生成缩小的预图像帧。
在步骤S13和S14中，恢复块133可将预图像帧放大以生成低照度模式下的图像帧。
图6是用于描述图5所示的求和块131的操作和恢复块133的操作的图。为了描述方便，图6代表性地示出图3的(A)所示的新图案。
参照图6，求和块131可将4×4像素单元的图像信号当中从布置在右上象限中的两个红色像素R读出的两个图像信号组合，将4×4像素单元的图像信号当中从布置在左上象限中的两个绿色像素G读出的两个图像信号组合，将4×4像素单元的图像信号当中从布置在左下象限中的两个蓝色像素B读出的两个图像信号组合，并且将4×4像素单元的图像信号当中从布置在右下象限中的两个绿色像素G读出的两个图像信号组合，从而生成缩小为2×2像素单元大小的预图像帧。缩小为2×2像素单元大小的预图像帧可具有拜尔图案。
恢复块133可通过经由插值操作将缩小为2×2像素单元大小的预图像帧放大为4×4像素单元大小来生成图像帧。图像帧可按照2×2像素单元的拜尔图案布置。
图7是示出高照度模式下的图像感测装置100的示例操作的流程图。
参照图7，在步骤S21中，像素阵列110可基于在高照度环境下感测的图像生成像素信号PXOUTs(模拟信号)，并且读出电路120可基于像素信号PXOUTs生成图像信号RDOUTs(数字信号)。
图像处理电路130可在步骤S22中确定图像信号RDOUTs当中的目标图像信号，并且可在步骤S23和S24中基于确定结果根据拜尔图案转换目标图像信号。例如，计算块135可在步骤S23中针对与4×4像素单元的像素阵列对应的16个图像信号当中的两个目标图像信号计算梯度，并且插值块137可在步骤S24中基于各个目标图像信号的梯度对这两个目标图像信号执行插值。这两个目标图像信号可对应于图3所示的以对角线填充的像素。两个图像信号可包括与红色R对应的一个图像信号以及与蓝色B对应的一个图像信号。
图像处理电路130可在步骤S25中针对图像信号RDOUTs当中的剩余图像信号绕过图像处理(例如，插值)。例如，图像处理电路130可针对与4×4像素单元的像素阵列对应的16个图像信号当中的剩余14个图像信号绕过图像处理。
因此，图像处理电路130可在步骤S26中基于插值的图像信号和绕过的图像信号生成高照度模式下的图像帧。图像帧可按照2×2像素单元的拜尔图案布置。
图8是用于描述图7所示的梯度计算步骤S23和插值操作步骤S24的图。
参照图8，可基于各个目标图像信号在5×5内核内计算梯度。例如，红色目标图像信号Rt的梯度可通过下式1计算。
[式1]
grad h＝ah*|B5-B4|+bh*|G3-G2|
grad v＝av*|B7-B2|+bv*|G4-G1|
grad s＝as*|B6-B3|+bs*|G2-Gl|+cs*|G4-G3|
grad b＝ab*|B8-B1|+bb*|G3-G1|+cb*|G4-G2|
这里，“grad h”是水平方向上的第一梯度，“ah”和“bh”是水平方向上的权重系数，“grad v”是垂直方向上的第二梯度，“av”和“bv”是垂直方向上的权重系数，“grad s”是第一对角方向上的第三梯度，“as”、“bs”和“cs”是第一对角方向上的加权系数，“grad b”是第二对角方向上的第四梯度，“ab”、“bb”和“cb”是第二对角方向上的权重系数。
计算块135可通过式1计算红色目标图像信号Rt的第一至第四梯度，并且可将第一至第四梯度当中的最小梯度提供给插值块137。
插值块137可基于下式2对红色目标图像信号Rt执行插值。
[式2]
Hor Rt＝(B4+B5)/2
Ver Rt＝(B2+B7)/2
Slash Rt＝(B3+B6)/2
Backslash Rt＝(B1+B8)/2
这里，“Hor Rt”是水平方向上的第一插值结果，“Ver Rt”是垂直方向上的第二插值结果，“Slash Rt”是第一对角方向上的第三插值结果，“Backslash Rt”是第二对角方向上的第四插值结果。
插值块137可基于最小梯度生成第一至第四插值结果中的任一个。例如，当第三梯度作为最小梯度输入时，插值块137可生成第三插值结果。
因此，红色目标图像信号Rt可被插值为蓝色B。由于蓝色B围绕红色目标图像信号Rt存在于所有方向上，所以可获得优异的插值结果。
可基于蓝色目标图像信号Bt在5×5内核内通过式1和式2计算蓝色目标图像信号Bt。
根据本发明的实施方式，提出了新图案的像素阵列，由此可提供在低照度模式下对各个子像素阵列执行求和操作的条件，并且在高照度模式下与拜尔图案对应的插值信号的数量可最小化。
另外，根据本发明的实施方式，提出了新图案的像素阵列，由此可改进低照度模式下的信噪比(SNR)，并且可支持高照度模式下的高分辨率像素。
尽管本专利文献包含许多细节，但是这些不应被解释为对任何发明的范围或可要求保护的范围的限制，而应被解释为可以是对特定发明的特定实施方式所特定的特征的描述。在本专利文献中在单独实施方式的上下文中描述的特定特征也可在单个实施方式中组合实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可在多个实施方式中单独地实现或者以任何合适的子组合实现。此外，尽管特征在上面可将描述为按照特定组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从组合中被删除，并且要求保护的组合可涉及子组合或子组合的变型。
类似地，尽管在附图中按照特定次序描绘了操作，这不应被理解为要求按照所示的特定次序或顺序次序执行这些操作或者要执行所有示出的操作，以实现所描述的结果。此外，在本专利文献中描述的实施方式中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施方式中均要求这种分离。仅描述了几个实现方式和示例。可基于本专利文献中描述和示出的内容进行其它实现、增强和变化。
相关申请的交叉引用
本专利文献要求2018年1月15日提交的韩国专利申请No.10-2018-0005257的优先权和权益，其整体通过引用并入本文。

Claims (25)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
4×4像素单元的像素阵列，该像素阵列包括2×2子像素阵列的第一子像素阵列至第四子像素阵列，第一子像素阵列和第二子像素阵列被布置在第一对角方向上，第三子像素阵列和第四子像素阵列被布置在与所述第一对角方向交叉的第二对角方向上，
其中，所述第一子像素阵列和所述第二子像素阵列具有第一颜色图案，所述第三子像素阵列具有第二颜色图案，所述第四子像素阵列具有不同于所述第二颜色图案的第三颜色图案，所述第一颜色图案、所述第二颜色图案和所述第三颜色图案中的每一个包括两种或更多种颜色。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一颜色图案不同于所述第二颜色图案和所述第三颜色图案。
3.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一颜色图案包括拜尔图案。
4.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一颜色图案的颜色像素被布置为使得各个2×2子像素阵列具有布置在所述第一对角方向或所述第二对角方向上的一对绿色像素以及布置在与所述一对绿色像素被布置的对角方向交叉的对角方向上的红色像素和蓝色像素。
5.根据权利要求4所述的图像感测装置，其中，所述第二颜色图案和所述第三颜色图案中的每一个的颜色像素被布置为使得各个2×2子像素阵列具有布置在与所述第一颜色图案中所述一对绿色像素被布置的对角方向相同的对角方向上的一对绿色像素以及布置在与所述一对绿色像素被布置的方向交叉的对角方向上的一对蓝色像素或一对红色像素。
6.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第二颜色图案和所述第三颜色图案中的每一个的一个像素具有不同于所述第一颜色图案的颜色。
7.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，在所述第一对角方向上彼此紧邻设置的像素具有彼此相同的颜色。
8.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，包括在所述4×4像素单元的所述像素阵列中的各个像素具有与垂直和水平相邻的像素不同的颜色。
9.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述4×4像素单元的所述像素阵列包括一个或更多个绿色像素、一个或更多个红色像素以及一个或更多个蓝色像素，并且其中，所述4×4像素单元的所述像素阵列中的绿色像素、红色像素和蓝色像素之比为2:1:1。
10.根据权利要求1所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
读出电路，该读出电路被设置为从所述像素阵列读出像素信号；以及
图像处理电路，该图像处理电路被设置为在低照度模式下基于所述像素信号通过求和操作生成被转换为与所述4×4像素单元的所述像素阵列不同的图案的第一图像帧。
11.根据权利要求10所述的图像感测装置，其中，所述图像处理电路包括：
求和块，该求和块被设置为在所述低照度模式下将所述像素信号当中来自各个子像素阵列的相同颜色的像素的像素信号组合以生成作为缩小的图像的预图像帧；以及
恢复块，该恢复块被设置为在所述低照度模式下将所述预图像帧放大以生成所述第一图像帧。
12.根据权利要求10所述的图像感测装置，其中，所述图像处理电路将所述像素信号当中各个子像素阵列的具有相同颜色的两个像素信号组合。
13.根据权利要求10所述的图像感测装置，其中，所述图像处理电路将从所述第一子像素阵列读出的四个像素信号当中与绿色对应的两个像素信号组合，将从所述第二子像素阵列读出的四个像素信号当中与绿色对应的两个像素信号组合，将从所述第三子像素阵列读出的四个像素信号当中与红色对应的两个像素信号组合，并且将从所述第四子像素阵列读出的四个像素信号当中与蓝色对应的两个像素信号组合。
14.根据权利要求10所述的图像感测装置，其中，所述图像处理电路在高照度模式下基于所述像素信号通过插值操作生成被转换为不同图案的第二图像帧。
15.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，所述图像处理电路包括：
计算块，该计算块被设置为在所述高照度模式下计算所述像素信号当中的目标像素信号的梯度；以及
插值块，该插值块被设置为在所述高照度模式下基于所述梯度对所述目标像素信号执行插值以生成所述第二图像帧。
16.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，
所述第一颜色图案包括拜尔图案，并且
所述图像处理电路在所述高照度模式下对从所述4×4像素单元的所述像素阵列读出的16个像素信号当中的两个像素信号进行插值并针对剩余14个像素信号绕过图像处理，以生成所述第二图像帧。
17.根据权利要求16所述的图像感测装置，其中，所述两个像素信号包括与红色对应的一个像素信号以及与蓝色对应的一个像素信号。
18.根据权利要求1所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
读出电路，该读出电路被设置为从所述像素阵列读出像素信号；以及
图像处理电路，该图像处理电路被设置为在高照度模式下基于所述像素信号通过插值操作生成被转换为与所述4×4像素单元的所述像素阵列不同的图案的图像帧。
19.根据权利要求18所述的图像感测装置，其中，所述图像处理电路包括：
计算块，该计算块被设置为计算所述像素信号当中的目标像素信号的梯度；以及
插值块，该插值块被设置为基于所述梯度对所述目标像素信号执行插值以生成所述图像帧。
20.根据权利要求18所述的图像感测装置，其中，
所述第一颜色图案包括拜尔图案，并且
所述图像处理电路在所述高照度模式下对从所述4×4像素单元的所述像素阵列读出的16个像素信号当中的两个像素信号进行插值并针对剩余14个像素信号绕过图像处理，以生成所述图像帧。
21.根据权利要求20所述的图像感测装置，其中，所述两个像素信号包括与红色对应的一个像素信号以及与蓝色对应的一个像素信号。
22.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
像素阵列，该像素阵列包括被布置成i行和j列的子像素阵列，其中Aij像素、Bij像素、Cij像素和Dij像素按照2×2单元布置，Aij像素和Bij像素以及Cij像素和Dij像素分别在行方向上彼此相邻布置，并且Aij像素和Cij像素以及Bij像素和Dij像素分别在列方向上彼此相邻布置，其中i和j是整数，
其中，Aij像素、Bij像素、Cij像素和Dij像素当中的两个像素中的每一个具有绿色，并且Aij像素、Bij像素、Cij像素和Dij像素当中的剩余两个像素中的每一个具有绿色以外的一种或更多种颜色，并且
包括在各个奇数编号的子像素阵列或偶数编号的子像素阵列中的Aij像素、Bij像素、Cij像素和Dij像素当中的所述剩余两个像素在对角方向上彼此相邻设置并具有相同的颜色。
23.根据权利要求22所述的图像感测装置，其中，所述奇数编号的子像素阵列或所述偶数编号的子像素阵列基于所述行方向或所述列方向来限定。
24.根据权利要求22所述的图像感测装置，其中，所述相同的颜色包括红色或蓝色。
25.一种包括光敏元件的阵列的图像感测装置，所述阵列包括：
对光谱的绿色区域敏感、沿着垂直方向和水平方向二者每隔一个元件位置布置的第一类型的光敏元件；以及
对光谱的红色区域敏感的第二类型的光敏元件以及对光谱的蓝色区域敏感的第三类型的光敏元件，所述第二类型的光敏元件和所述第三类型的光敏元件中的每一个被布置在被四个所述第一类型的光敏元件包围的元件位置处，
其中，所述第二类型的光敏元件和所述第三类型的光敏元件的阵列的一部分被布置为使得所述第二类型的光敏元件和所述第三类型的光敏元件沿着多条第一对角线交替地布置，并且所述第二类型的光敏元件和所述第三类型的光敏元件的阵列的另一部分被布置为使得两个连续的第二类型的光敏元件和两个连续的第三类型的光敏元件沿着多条第二对角线交替地布置，各条第二对角线被布置在两条相邻的第一对角线之间。
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